NL8003298A - Apparaat voor de bereiding van natriumhypochloriet. - Google Patents

Description

Ï -½

Apparaat voor de bereiding van natriumhypochloriet Dê uitvinding heeft betrekking op een fabrieks-elektrolytische chloreerinrichting en meer in het bijzonder op een verbeterd apparaat voor het snel, doelmatig en ekonomisch bereiden van natriumhypochloriet uit natuurlijke en synthetische 5 keukenzoutoplossingen met gemakkelijker gebruik en onderhoud.

Nog meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een nieuw open type elektrolytische cel vrij van diafragma's of membranen voor de elektrolyse van natriumchlorideoplossingen.

De voordelen van fabriekselektrolyseapparaten 10 voor de bereiding van natriumhypochloriet uit hetzij synthetische of natuurlijke keukenzoutoplossingen liggen voor de hand. Het is b.v. bekend, dat moderne riolerings en waterbehandelingsinstalla-ties grote hoeveelheden chloor nodig hebben als biocide middel.

Chloor in de vorm van een gas of watervrije vloeistof bezit 15 gevaarlijke risico's bij het hanteren en opslaan. Zelfs in de vorm van natriumhypochloriet, dat betrekkelijk veilig te gebruiken is, veroorzaken zeer grote transporten van verdunde oplossingen naar de plaats van beoogd gebruik problemen wat betreft opslag en logistiek.

20 Bekende elektrolyseapparaten met hoog elektrisch en zoutvermogen zijn in het algemeen ingewikkeld en kostbaar in vervaardiging en onderhoud. Alle hedendaagse elektrolyseapparaten gebruiken anoden die verslijten, d.w.z. dat ze hun katalytische deklaag verliezen en dikwijls volledig uit elkaar genomen 25 en weer opgebouwd moeten worden. Bovendien is het grote aantal verbindingen dat dikwijls is opgenomen in de ingewikkelde ontwerpen een potentiële bron voor lekken van corroderende elektroliet, hetgeen schade kan veroorzaken, en van waterstof, 8003298 2 hetgeen kan leiden tot gevaarlijke concentraties.

Het energieverbruik wordt nadelig beïnvloed door de opeenhoping van waterstofgas in elektrolyseapparaten, hetgeen geleid heeft tot verschillende toegevoegde apparaten 5 voor het afscheiden van de waterstof uit de elektroliet, hetgeen bijdraagt tot verdere ingewikkeldheid van het systeem.

Enkele beschikbare elektrolyseapparaten zijn zeer gevoelig voor aanslagvorming op elektroden ten gevolge van de onzuiverheden in keukenzoutoplossingen zoals zeewater.

10 Zure reinigingsmiddelen kunnen nodig zijn op veelvuldige basis waardoor de onderhoudskosten nog verder worden verhoogd.

Er is vastgesteld in met betrouwbare onderzoekingen en door ervaring, dat een lage keukenzoutoplossing-temperatuur, b.v. 1-10°C, bijdraagt tot een verkorte anode 15 bekledingslevensduur. Hoge stroomdichtheden verminderen ook de levensduur van de dure deklagen die gebruikt worden. Gebruikelijke elektrolyseapparaten ondervinden gemakkelijk ongewenste verkorting van de anodelevensduur ten gevolge van variaties in omstandigheden die optreden bij gebruik op verschillende 20 terreinen en op verschillende geografische plaatsen.

De uitvinding vermijdt de hierboven genoemde problemen in aanzienlijke mate, terwijl vele met de uitvinding gepaarde voordelen worden verkregen. Het elektrolyse-apparaat bestaat uit een aantal elektrolytische cellen op een onderstel 25 in een cylindrisch huis, hetgeen leidt tot een moduul verzameling, die hydraulisch in serie kan worden verbonden met andere dergelijke modulen, waarin de gehele celstruktuur van een willekeurige elektrolyse-apparaat gemakkelijk en snel verwijderd kan worden ter reparatie daarvan, of vervangen kan worden met 30 gereviseerde of nieuwe onderdelen die vooraf zijn samengesteld buiten het huis met minimaal risico van vergissingen in de samenstelling.

De elektrolyse apparaten volgens de uitvinding vertonen een verbeterde elektrolietstromingsbaan en elektrode-35 plaatconfiguratie om bestand te zijn tegen de vorming van af- 8003298 i s 3 zetting die veroorzaakt wordt door verontreinigingen in keuken-zoutoplossingen.^Dfe elektrolyse-apparaten worden verschaft met verbeterde organen voor het verwijderen van gasvormige produkten, die ontstaan zijn bij het elektrolyseproces van de keukenzout-5 oplossingen, bezitten uitzonderlijke en verbeterde verdunnings- water verdelingsorganen voor het verlengen van de anode levensduur bij elektrolyse van synthetische keukenzoutoplossingen en bevatten een elektrische geleider opstelling, die eenvoudig is en toch een nagenoeg evenwichtige energiestroom verschaft tegen ver-10 anderingen in elektrische weerstand ten gevolge van veranderingen in elektroliettemperatuur en zoutgraad, om de anodelevensduur verder te verlengen.

De bijgaande tekeningen dienen ter nadere toelichting van de uitvinding.

15 Fig. 1 is een gedeeltelijk opengewerkt perspek- tivisch aanzicht wanneer men neerkijkt op een karakteristieke elektrolysecelconstructie van een elektrolyse-apparaat volgens de uitvinding.

Fig. 2 is een schematisch zijaanzicht van de 20 elektrolytische cel volgens fig. 1 waaruit de elektroden ter wille van de duidelijkheid zijn weggelaten.

Fig. 3 is een schematisch bovenaanzicht van het elektrolyse-apparaat volgens fig. 1 met inbegrip van het huis en de flenzen van het elektrolyse-apparaat.

25 Fig. If is een dwarsdoorsnede van het elektrolyse- apparaat uit fig. 3 langs lijn k-k daarin, waarbij onderdelen ter wille van de duidelijkheid zijn weggelaten.

Fig. 5 is een weergave in diagramvorm van stromingsbanen van waterstof en elektroliet door elektrolyse-30 apparaten die zijn opgesteld in een hydraulische, in serie, vertikaal gestapelde opstelling met inbegrip van een geschikte elektrische geleider opstelling.

Fig. 6 is een toelichting in diagramvorm van een enkel elektrolyse apparaat dat een karakteristieke verdunnings 35 waterverdeler gebruikt in afzonderlijke compartimenten of cellen.

800 32 98 k

Fig. 7 is een zijaanzicht van elektrodeplaten die gevormd zijn in overeenstemming met de uitvinding.

Fig. 8 is een dergelijk aanzicht als fig. U, gedeeltelijk in doorsnee, dat een toevoer sproefechijf die ont-5 worpen is voor gebruik bij zeewaterelektrolyse.

Fig. 9 is een bovenaanzicht van de toevoer-sproeischijf volgens fig. 8.

De elektrolytische celsamenstelling volgens de uitvinding bestaat uit een onderstel en elektrodesamenstelling 10 die gemakkelijk kunnen worden geplaatst in een huis en gemakkelijk daaruit kunnen worden verwijderd. Het huis is voorzien van elektroliet toevoer en afvoerorganen en waterstofaflaatorganen alsmede een aansluiting op geleiders voor het aanleggen van een gelijkstroom via de elektroden voor het elektrolyseren van 15 natuurlijke of synthetische keukenzoutoplossingen die aan de invoerorganen zijn ingeleid. Blinde dekflenzen die bevestigd zijn aan de uiteinden van het huis voltooien een enkele elektro-lyse-eenheid of module, waarvan een aantal gemakkelijk in hydraulische serie kan worden verbonden. Ontlastingsbanen maken 20 het tijdens de hydrolyse van de keukenzoutoplossing in afzonderlijke elektrolyse-apparaten gevormde gassen mogelijk om geschikt te worden omgeleid naar de afvoer, naar de atmosfeer of naar een verzamelspruitstuk van waaruit ze lopen naar benedenstroomse scheiding en afvoerorganen.

25 Een nieuw systeem voor het verdelen van het water dat gebruikt wordt om de geconcentreerde keukenzoutoplossing in synthetische keukenzoutsystemen te verdunnen beschermt de anoden tegen passivering. Een nieuwe opstelling van de elektrische verbindingen van meervoudige elektrolyse-apparaatopstellingen 30 leidt tot een evenwichtige stroming van elektrische stroom in parallele banen om de anode levensduur verder te verlengen.

Meer in het bijzonder worden in fig·. 1, fig. 2, fig. 3 en fig. h elektrolyseceleonstructie weergegeven die bestaan uit een onderstel, dat een paar trekstaven 12 bevat 35 die ten dele op vaste evenwijdige onderlinge afstand worden 800 3 2 98 s i 5 gehouden door middel van klemlijsten 1U en 16 die zijn vastgezet nahij de uiteinden van de trekstaven die een schroefdraad bezitten voor het opnemen van de moeren 18 en 20. Klemlijst 1^ en moer 18 zijn elektrisch niet geleidend maar geschikt gechlo-5 reerd polyvinylchloride, verder aangeduid als CPVC, terwijl klemlijst 16 en moer 20 geschikt vervaardigd zijn uit titaan.

Ofschoon veel van de afzonderlijke bestanddelen verder worden aangeduid als bestaande uit titaan of CPVC, zal het duidelijk zijn dat de uitvinding niet beperkt is tot deze materialen.

10 CPVC scheidingswanden 22 of scheidingsschijven, die op gelijkmatige afstand over de lengte van de trekstaven 12 zijn opgesteld, zorgen ook voor het op onderlinge afstand houden van de staven 12 en bevorderen het vormen van celcompartimenten of cellen aangeduid met 1, 2, 3 en H in fig. 2.

15 Een cylindrisch huis en eindplaten voltooien de begrenzingen van de cellen zoals nader wordt beschreven. Iedere cel bestaat uit of is voorzien van twee rijen op een afstand van elkaar gelegen doorschoten anode en kathodeplaten (fig. 8) zoals nader beschreven, om bij te dragen aan de vorming van 20 een werkende cel, of celeenheid. CPVC buisvormige afstand stukken 2k zijn aangebracht over de trekstaven 12 en raken de verdelings-schijven 22 en klemlijsten 1U en 16.

Titaniumelektrode ondersteuningsblokken 26 zijn aan iedere kant van de CPVC verdelingsschijven 22 bevestigd 25 met titaniumschroeven 28. Elektrode-ondersteuningshlokken 30 en 32 zijn resp. aan de elektrische positieve en negatieve uiteinden van de onderstelconstructie 10 aangebracht en worden op hun respectieve klemlijsten 1^ en 16 bevestigd met titaniumschroeven 28.

30 Eindondersteuningsblokken 30 en 32 zijn ieder resp. voorzien van een passende sterk elektrisch geleidende geleider tapbout 3^ en 36, geschikt van koper, dieuLtsteekt door de blinde afdekflenzen om te passen om kleine reels, zoals later beschreven.

35 Elektrode ondersteuningsblokken 26 zijn elektrisch 800 32 98 6 gekoppeld door iedere verdelingsschijf 22 door middel van nauw passende koperen of bronzen geleider Uo. Elektroliet wordt van geleider Ho afgegrendeld door een platte elastomere pakking k2 die aan weerszoden van iedere verdelingswand 22 is aangebracht.

5 Verdelingswanden 22 zijn voorzien van een aantal horizontaal aangebrachte openingen 50 voor de doorgang van elektroliet daardoor en kleinere openingen 52 boven de openingen 50 voor de doorgang van mengsels van elektroliet en gassen die tijdens de elektrolyse van de keukenzoutoplossing zijn gevormd.

Ί0 Moeren 18 zijn elektrisch niet-geleidend teneinde koppeling van de elektrolietstroom daardoor te voorkomen, zoals hieronder besproken, en zijn aangebracht aan het positieve of hoge spanning uiteinde van het elektrolyseapparaat. Moeren 20 zijn elektrisch geleidend om koppeling te bevorderen met titaan 15 veerklem of klemlijst 16, die op zijn beurt elektrisch gekoppeld is met het eindelektrode ondersteuningsblok 32 aan de negatieve kant. Wanneer lekstromen op de trekstaven 12 zouden komen, d.w.z. op een knooppunt waar afstandhouders 2k tegen verdelings-schijven 22 liggen, wordt de stroom onmiddellijk gegrond naar de 20 negatieve of lage spanningkant van het elektrolyse-apparaat om aldus aantastende elektrolytische ontleding van de trekstaven te voorkomen.

Een paar titaniumklemstaven 5^ is vast passend dwars opgesteld door ieder elektrodedragerblok 26 en eind-25 elektrode dragerblokken 30 en 32 voor het dragen van elektrode-platen zoals later beschreven.

In fig. 7 bevat het elektrodesamenstel de onderstel construe tie als hierboven beschreven, zijn de anoden 60 en kathoden 62 op onderlinge afstand verweven met elkaar, 30 klemwassers 6U, klemmoeren 66, kunststofkraalafstandhouders 70 en verschillende bevestigingsmiddelen, aansluitingen en dergelijke. De elektrodeeonstructie kan als een eenheid in een CPVC cylindrisch huis 72 worden geplaatst, die aan ie’der uiteinde daarvan voorzien is van een blinde flens 7^ om een elektrolyse-35 apparaat of elektrolysemoduul 10a te vormen. 0-ringen 76 en 800 3 2 98 7 pakkingen 78 die in aanraking zijn met de blinde flenzen 7^ verschaffen een waterdichte afdichting binnen het elektrolyse-apparaat 10a, wanneer de flenzen op hun plaats worden bevestigd met moeren en bouten {niet weergegeven).

5 Iedere cel van een elektrolyseapparaat 10a is voorzien van een paar series anode en kathodeplaten, als aangeduid in fig. 8 met Nr. 1 en Kr. 2, en deze series dragen bij tot de vorming van een of een aantal werkende cellen aangeduid met de cellen 1, 2, 3 en 1+ in fig. 2 en fig. 6 en met 10 1-16 in fig. 5.

Naast de elektrolietstroming tussen de cellen door de openingen 50 in verdelingswanden 22 en voor het gemak van de samenstelling, wordt een langs de ontrek gelegen ruimte of doorgang 80 verschaft tussen de verdelingswanden 22 en huis 72 15 doordat de eerstgenoemden een middellijn bezitten die iets kleiner is dan de inwendige middellijn van de laatstgenoemde, karakteristiek omstreeks 0,U mm.

Ds elektrodesamenstelling gebruikt anode-platen 60 van een type dat gewoonlijk dimensioneel stabiel wordt 20 geacht, met een titaniumsubstraat, b.v. met een oppervlak- bekleding van een vaste oplossing van tenminste een platina-groep metaaloxyde aan weerszijden daarvan. Het geleidende substraat is bij voorkeur een klep metaal zoals titanium. Tantalium, niobium of zirkonium kunnen echter ook worden 25 gebruikt. De vorm van het substraat kan vlak zijn, niet geperforeerd of geperforeerd, waarbij de voorkeur wordt gegeven aan het vlakke substraat. De bekleding kan bestaan uit een oxyde van platina, palladium, ruthenium, iridium, rhodium of osmium of combinaties daarvan. De juiste samenstelling van de anodeplaten 30 is niet kritisch voor de uitvinding en hiervoor worden ook geen uitsluitende rechten gevraagd ,maar het zal duidelijk zijn, dat dimensioneel stabiele anoden van verschillende samenstellingen bekend zijn en met goed gevolg in de loop der jaren gebruikt zijn.

35 Kathoden 62 kunnen geschikt worden vervaardigd 8003298 8 uit vellen en bestaan karakteristiek uit titanium, nikkel of verschillende ijzer (II) en nikkellegeringen. Net als bij de anodeplaten, zijn kathodeplaten uit vlakke vellen beter gebleken dan ongeperforeerde of geperforeerde vellen ten gebruike voor 5 uitvoeringsvormen volgens de uitvinding.

Alle anodeplaten 60 en kathodeplaten 62 zijn vertikaal opgesteld of georienteerd en worden in-vaste onderling afwisselende positie ten opzichte van elkaar gehouden door middel van klerawassers 6k die gestoken zijn tussen opeenvolgende anode-10 platen en dergelijke wassers die gestoken zijn tussen opeenvolgende kathodeplaten. De elektrodeplaten en klemwassers zijnaangebracht tussen klemtrappen of staven 5b (fig, 1). De speling tussen de platen wordt in het trajekt gehouden van 0,775 mm - 1,55 mm.

Wanneer de spelingen minder dan 0,775 mm bedragen, verhinderen 15 stromingsbelemmering en/of gasbelletjesbruggen een goede stroming van elektroliet en gas alsmede dat het systeem daardoor verstopt raakt door deeltjes en/of afzetting. Wanneer de afstanden tussen de platen overmatig groot zijn of meer dan b.v. 0,25 cm bedragen, worden daardoor langere elektrische banen daartussen veroorzaakt 20 en derhalve treden grotere elektrische verliezen op.

Anodeplaten 60 zijn geklemd aan de positieve of hogere spanninguiteinden van ieder compartiment of celeenheid en de kathodeplaten aan de lagere spanninguiteinden (fig. 3).

De anode en kathodeplaten zijn met elkaar verweven en verschaffen 25 een van te voren bepaalde opening of afstand tussen oppervlakken. Geometrisch tegen over elkaar gelegen anode en kathode oppervlakken bepalen de werkzame oppervlakgebieden of omtrekgebi^en.

Niet tegenover elkaar gelegen oppervlakgebieden en uitwendige gebieden of buitenelektroden zijn in wezen onwerkzaam 30 voor produktiedoeleinden omdat een zeer hoog percentage van de elektrische stroom de korte banen zal overbruggen, d.w.z. tussen tegen over elkaar gelegen anode en kathodeoppervlakken. De buitenste platen kunnen hetzij anoden of kathoden zijn, waarbij de voorkeur wordt gegeven aan laatstgenoemden, omdat het ondoel-35 matige gebruik van éên kant van een anodeplaat een verspilling 8003298 * * 9 van een kostbare deklaag "betekent.

Zoals boven vermeld bevat ieder compartiment of iedere celeenheid twee op een afstand van elkaar gelegen series verweven elektroden die stevig zijn geklemd op tegenover 5 elkaar gelegen elektrode ondersteuningsblokken 26 met behulp van klemstaven 5b, klemwassers 6b en klemmoeren 66, die allen bovendien fungeren als elektrische geleiders naar de elektroden.

De afstand tussen de elektrodeplaten wordt geregeld door de dikte van zuiver afgewerkte klemwassers 6b, 10 geschikt van titanium, en door plastic kralen of elektrisch niet geleidende afstandhouders of schelders 70, karakteristiek van polytetrafluoretbyleen.

Het onderstel en de celconfiguratie verschaffen, wat in het algemeen wordt aangeduid als een bipolaire opstelling 15 die gekenmerkt wordt door cellen die in serie elektrisch en hydraulisch verbonden zijn binnen het huis voor verbeterde doelmatigheid, eenvoud en kosten.

De huisstrukturen 72 zijn geschikt gecementeerd of gelast CPVC en hebben karakteristiek een middellijn van 20 15 of 20 cm. Keukenzoutoplossing komt het huis 72 binnen bij of nabij een uiteinde daarvan en wordt afgevoerd aan een tegenover gelegen uiteinde. Het kan lopen door standaardverbindingen in een ander elektrolyseapparaat of andere elektrolyseapparaten (fig. 5) die karakteristiek zijn opgesteld in vertikale series, 25 op een wijze die er voor zorgt dat in de serie stroming optreedt door ieder celcompartiment van iedere hydraulisch verbonden elektrolyse-apparaat. Karakteristiek zit de aanvoer 71 in de bodem van een huis en de afvoerpoort aan de bovenkant van een ander huis, wanneer verschillende elektrolyseapparaten vertikaal 30 gestapeld zijn in hydraulische series.

Het nieuwe elektrolyse-apparaat verschaft een module waaruit een brede reeks systeemcapaciteiten kan worden geconstrueerd. Karakteristiek knnnen 1 tot b elektrolyse-apparaten eenvoudig hydraulisch worden verbonden in vertikale stapeling 35 en één of meer stapels kunnen hydraulisch parallel worden verbonden.

8003298 10

Verschillende serie parallelopstellingen van elektrische verbindingen zoals hieronder beschreven worden gebruikt. Gebruikelijke metaalfreems en klemmen worden gebruikt voor het ondersteunen en verankeren van de elektrolyse-apparaten.

5 De bovenste en onderste huisverbindingen maken het mogelijk dat de blinde eindflenzen 7^ onbelast blijven wat betreft vertikale hulpstukken hetgeen een snel inplaatsen en verwijderen van elektrodesamenstellingen vergemakkelijkt. Eenvoudige elektrische geleiders behoren alleen maar te worden ver-10 wijderd om toegang te verlenen tot de dekplaten en onderstel-samenstellingen. Verder zijn vertikale stapelingen doelmatig wat betreft het vloeroppervlak. Het zal duidelijk zijn, dat het aantal cellen per elektrolyseapparaat en het aantal elektrolyseapparaten per stapel als weergegeven en/of hierin 15 beschreven niet als beperking zijn bedoeld.

De openingen 50 en 52 die aanwezig zijn in de verdelingsschijven 22 alsmede de schijven zelf bevorderen het instellen van de stromen van elektroliet en gas en helpen het instellen van het elektroïetgehalte en de snelheden. Verdelings-20 schijven 22 hebben twee aanvullende belangrijke funkties: d.w.z. het verminderen van onderlinge celkoppeling, een parasitair verschijnsel, tot een verwaarloosbaar niveau en het voorkomen van terugmengen van elektroliet tussencellen, een verschijnsel dat de procesdoelmatigheid aantast, zoals de vakman 25 bekend is.

In het geval van natuurlijke keukenzoutoplossing-systernen, komt de elektrolietkarakteristiek in de bodem van het elektrolyseapparaat of de bodem van de onderste module en vult achtereenvolgens de cellen en stroomt uit de afvoer aan de boven-30 kant van het apparaat daartoe gedwongen door de aanvoerdruk. In synthetische systemen worden geconcentreerde keukenzoutoplossing en verdunningswater in het elektrolyse-apparaat gebracht door afzonderlijke verbindingen zoals later beschreven. Het mengsel wordt eveneens naar de afvoeraan de bovenkant van het apparaat 35 gedrukt door de aanvoerdruk.

800 32 98 11

Bij zovel synthetische als natuurlijke keukenzout-oplossingsysternen is de voorkeurshenadering voor hogeëLektrische doelmatigheid een vijze van uitvoering vaarhij de oplossing 1x doorloopt, in tegenstelling tot het recirculeren van de elektro-5 liet. Recirculatie vertoont de neiging om het lage sterkte boven- stroomse produkt te 'Verontreinigen" met de hoge sterkte afvoer, waardoor een ongewenste concurrerende reaktie in de elektrolyse-apparaten wordt "bevorderd, een verschijnsel dat de vakman bekend is. Het grootste deel van de verdelingsschijven 22 dient als keer-10 schotten en voorkomt doelmatig een terugmengen van elektroliet tussen cellen, waardoor ze een bijdrage leveren aan het zo gering mogelijk maken van deze ongewenste concurrerende reaktie.

De een keer doorlopende wijze van uitvoering en de wenselijkheid om een aanzienlijk percentage van de betrekke-15 lijk kostbare synthetische keükenzoutoplossing om te zetten in produkt vereist betrekkelijk lage elektrolietstromen in synthetische systemen. Derhalve is de stroming tussen de cellen traag, met een overeenkomstige lage potentiaal voor hoge straalenergie die uittreedt uit de cpeningen van de verdelingswanden 22 voor 20 het vormen van gunstige turbulentie en elektrode schuurwerking op oppervlakken in de benedenstroomse elektrodeseries om het onderdrukken van de opbouw van onzuiverheden daarop te bevorderen. Dit is geen aanmerkelijk nadeel, omdat synthetische keukenzout-oplossingen gemakkelijk bereid kunnen worden uit keukenzout en 25 water van voldoende kwaliteitvom elektrodeafzettingen en bekleding sterk terug te dringen en de noodzaak voor turbulentie en schuren.

Bij de natuurlijke keukenzoutoplossingsystemen zijn de kosten van de keükenzoutoplossing gering of vrijwel 30 niet bestaand en, zoals de vakman op het gebied van de elektro-lytische processen bekend is, vereist de ekonomie van een dergelijke bewerking een veel hogere keukenzoutoplossingstroom dan bij synthetische systemen in de orde van 5 tot 10x hoger. Verder bevatten zeewateren andere natuurlijke keukzenzoutoplossingen 35 grote hoeveelheden vreemde chemicaliën die neerslaan en uitzakken 8003298 12 en de neiging hebben zich vast te zetten op de elektroden van de cellen, waardoor ze een doelmatige werking storen. De hoge stromen in combinatie met elektrodeseries van nieuwe configuratie, zoals later beschreven, worden gecombineerd om een doelmatige 5 langdurige werking te verkrijgen die niet gestoord wordt door storende aanslag en afzettingen.

Gelijkstroomenergie wordt op de geleidertappen 3U en 36 aangelegd om een positieve e.m.f. aan te leggen van nominaal 3,5 - 6*0 V op het anode uiteinde van iedere cel (ten 10 opzichte van het kathode uiteinde). Iedere elektrolysemodule van vier cellen vergt karakteristiek een totaal opgelegde gelijkstroom-spanning van 1U - 2k V.

De elektroliet stroomt in serie door compartimenten of cellen in hoofdzaak door verbindingen tussen de 15 huizen, openingen 50 in scheidingswanden 22 en in veel geringere mate door randopeningen of doorgangen 80 en openingen 52. Zoals weergegeven in fig. b bestaat er een krachtige convectiestroming vertikaal naar boven tussen de elektrodeplaten in de cel tijdens de elektrolyse, enigermate ten gevolge van verwarmen (ondoel-20 matigheidswarmte) die optreedt tussen elektrodeplaten maar veel doelmatiger door gasvorming, in hoofdzaak waterstof.

De dubbele werking van warmte en gasvorming veroorzaakt een krachtige opwaartse stroming (overeenkomend met krachtig koken) van de elektroliet, bevordert door ruimte terugloopbanen voor 25 snelle convectie van de elektroliet, waardoor de elektrische doelmatigheid wordt bevorderd, omdat het gas, een niet geleider voor elektriciteit, snel uit de opwekkingszone wordt verwijderd.

Het is een belangrijk verschijnsel van de uitvinding, dat gas snel verwijderd wordt uit de opwekkingszone naar een gebied 30 onmiddellijk boven de elektrodeseries. Het gas wordt van de elektroliet gescheiden en achtereenvolgens uit de celcomparti-menten gevoerd, zoals hieronder beschreven. Het proces dat plaats vindt in het elektrolyse apparaat is tamelijk ingewikkeld en gebruikelijk en wordt in de literatuur gedocumenteerd. In 35 hoofdzaak worden natriumhypochloriet en niet omgezette keuken- 8003298 13 zoutoplossing gevormd in een mengsel tezamen met gassen, in hoofdzaak waterstof.

In fig. 5 worden de geleiders aangegeven met 81, is de spanning "bij 85 en 87 gelijk aan 16 V hij 89 gelijk 5 aan 32V en hij 91 terwijl hij 83 de opgelegde gelijkstroom- spanning ten hoogste 50 V bedraagt. Bij de pijl begint zich de toevoer voor natuurlijke of geconcentreerde synthetische keukenzoutoplossing terwijl H staat voor waterstofaflaatkleppen.

Fig. 6 laat een bepaalde toepassing zien van het 10 nieuwe elektrolyseapparaat, aangepast voor gebruik met synthetische keukenzoutoplossing met behulp van een enkel elektrolyse-moduul dat werkt bij atmosferische druk. Zoals hierboven beschreven is de stroming door het elektrolyseapparaat 10a zeer gering in synthetische systemen. De stromingsopeningen 50 en 52 zijn 15 groot genoeg, zodat de drukverliezen over de scheidingsschijven 22 onwaarneembaar zijn. Daar degasafvoerpoort 96 en de produkt-afvoerverbinding 90 beide onder atmosferische druk staan, regelt de overloopval 9*+ de hoogte in de gehele elektrolyse-inrichting tot ongeveer het niveau in de afvoerleiding 90.

20 Het verdunningswater wordt bij de pijl ingevoerd.

In andere uitvoeringsvormen van de elektrolyse-inrichting en elektrolyseinrichtingstapelingen zijn de huizen karakteristiek bij een werkdruk die boven de atmosferische druk ligt ten gevolge van vloeistofwrijving in de elektrolyse-25 inrichting en ten gevolge van statische en dynamische hoofd of terugdruk bij de afvoer. Verschillende organen voor het regelen van de hoofddruk in de elektrolyseinrichting en voor het afvoeren van het gas uit de gasgebieden worden gebruikt en worden later beschreven.

30 Het tussen de elektroden gevormde gas heeft een eerste orde invloed op de elektrische weerstand in de elektrode-afstanden van de opwekkingsgebieden en een uitgesproken invloed op de totale energiedoelmatigheid en derhalve op de uitvoeringskosten. In het algemeen is de gasstromingsbaan uit het opwekkings-35 gebied des te korter naarmate de anoden in de vertikale afmeting 8003298

1U

kleiner zijn en is dan de doelmatigheid van de'gasverwijdering des te groter. Zeer smalle elektroden betekenen echter een gering elektrode-oppervlak en hoge elektrolyseinrichtingkosten. Een compromis in aanschafkosten tegenover gasverwijderingsdoelmatig-5 heid, omdat deze betrekking hebben op de afmeting van de verti- kale anode, moet worden getroffen. Op overeenkomstige wijze leiden overmatig lange elektroden tot hoge stroomdichtheden bij de bevestigingseinden τ/an de elektroden hetgeen leidt tot ongewenst hoge elektrische weerstandsverliezen en/of of overmatig ^ massieve elektroden.

Karakteristiek zijn anoden met afmetingen van 0,775 mm x 10 mm x 20 mm van gunstige afmeting gebleken wat betreft de bovengenoemde faktoren. Naast de baanlengteoverweging, worden sterke convectiestromen bevorderd door de drie ruime terugloopbanen (fig. *0 om verder een snelle verwijdering -an gas uit het opwekkingsgebied te bevorderen. Om bij te dragen tot een doelmatige convectie moeten de anoden ondergedompeld zijn om goed het schoorsteeneffekt te kunnen benutten. Om afscheiding van de gasbelletjes te bevorderen en om recirculatie daarvan 20 terug naar de bodem te verrijden en naar boven door de elektrode-series, moet eenaanmerkelijk grensvlak tussen de gaszone en de elektroliet worden gehandhaafd in de vorm van elektroliet-oppervlak. Behoudens voor de synthetische opstelling van fig. 6, wordt dit oppervlak in de elektrolyse-inrichtingen gehand-25 haafd door twee mechanismen: (a) de aanzienlijke hoeveelheid gas die wordt afgescheiden aan de bovenkant van ieder celcompartiment wordt opgevangen door de wanden 72 van het huis, de flenzen 7^ en de scheidingsschijven 22, waardoor het elektrolietniveau naar beneden 30 wordt gedrukt; en (b) wanneer het elektrolietniveau het niveau van de gasopeningen 52bereikt, worden de openingen in voldoende mate niet meer door elektroliet bedekt, zodat gas doorgevoerd kan worden naar het volgende benedenstroomse compartiment Watr- 35 door een verder neerdrukken van het elektrolietniveau wordt voor- 800 3 2 98 15 komen·

Deze niveauregeling heeft de overhand in alle compartimenten behoudens de compartimenten met boven aangebrachte uitlaatpoorten. Gasopeningen 52 zijn betrekkelijk klein, 5 karakteristiek 0,16 - 0,6b cm, en deze grootte is voldoende om al het gevormde gas in een bepaald compartiment plus aanvullend ingevoerd gas uit bovenstroomse cellen plus een ondergeschikte hoeveelheid elektroliet, b.v. 0-5 %» door te laten.

Gas wordt door vloeistofdruk van compartiment 10 naar compartiment gevoerd tot het een ontlucht (of afvoer) compartiment van de elektrolyseinrichtingmoduul bereikt, waar het oppervlak niet wordt ingesteld en neergedrukt. Het gas wordt meegesleept met de elektroliet en gas uit het ontluchte (of afvoer) compartiment en stroomt uit de afvoerpoort naar uitwendige 15 scheidingsorganen of, wanneer een benedenstroomse module bestaat, stroomt het in het eerste compartiment van de-volgende module waar scheiding opnieuw in het compartiment tot stand wordt gebracht. In êên uitvoeringsvorm van meervoudige modulen (fig. 5) loopt het gas geleidelijk in de lengterichting van compartiment 20 naar compartiment tot het een aan de bovenkant aangebrachte gas-afvoer H bereikt, kenmerkend in een voorlaatste compartiment.

Een begrenzende opening 82, karakteristiek 0,16-0,32 cm, heeft een voldoende grootte om het gas en een ondergeschikte stroom elektroliet, karakteristiek 0-2 %, te onttrekken aan de elektro-25 lyseinrichtingserie, waardoor benedenstroomse cellen en modulen worden ontlast van de moeite van het scheiden en hanteren van meegesleept gas.

In gestapelde series met meervoudige ontluchtings-punten zijn de meervoudige gasonttrekkingsleidingen karakteristiek 3° verbonden met een gemeenschappelijk spruitstuk in de nabijheid van de afvoer van het laatste of bovenste elektrolyseinrichting-module. Het spruitstuk staat in verbinding met de produktafvoer-leiding en voert de gassen terug in een mengsel met het produkt, dat een combinatie is van natriumhypochloriet, niet omgezette 35 keukenzoutoplossing en resterend gas. Het mengsel wordt dan naar 800 3 2 98 16 uitwendige scheidingsorganen gevoerd waarin een werkelijk 100 %-ige scheiding gewoonlijk tot stand wordt gebracht.

Fig. 5 laat een vier modulen eiektrolyse-inrichtingserie zien die samen met fig. h de hoofdzaken als 5 hierboven beschreven laat zien. De leidingen 10U van aflaatklep H naar spruitstuk 106 geven leidingen aan, b.v. kunststofbuizen, die het gas-elektrolietmengsel voeren naar het elektrolyse-inrichtingserie spruitstuk 106 en afvoer 108. Openingen 82 belemmeren de stroming om overmatig omlopen van niet omgezette 10 elektroliet te voorkomen. In het geval van de enkele module analysator in fig. 6 die werkt bij atmosferische druk, wordt waterstof afgescheiden uit de elektroliet aan het oppervlak daarvan in de vier celcompartimenten en stroomt dit naar de afvoer 96 van beide uiteinden van de elektrolyseinrichting, 15 en vandaar wordt het afgelaten aan de atmosfeer. Gas en elektroliet-zonen zijn weergegeven als resp. 98 en 100. In een enkele elektrolyseinrichting van het ingesloten type (niet atmosferisch) worden de gassen karakteristiek afgescheiden in de bovenstroomse compartimenten, stromen door de openingen 52 aan de bovenkant 20 tot ze het afvoercompartiment bereiken, waarin ze mengen met de vloeistoffen van dat compartiment en uit de elektrolietpoort stromen. Met de gassen die aan de bovenkant van het afvoer-compartiment binnenkomen in de buurt van de afvoerpoort wordt zo weinig gas opnieuw in de elektroliet gesleept om het 25 opwekproces in het afvoercelcompartiment te storen.

De hoeveelheid gas die ontwikkeld wordt is voorspelbaar uit de verwante elektrochemie. De doorgang van elektroliet wordt karakteristiek op een vaste snelheid ingesteld. Drukverliezen door elektrolietopeningen en doorgangen en gas-30 openingen en doorgangen zijn vrijwel gelijk, omdat parallele banen gebruikt worden. Zo kunnen de openingen en doorgangen gemakkelijk door de vakman in grootte worden ingesteld om de hierboven beschreven verdelingen te verschaffen.

Zoals hierboven vermeld leiden verontreinigingen 35 in zee-water tot de vorming van afzettingen of inwendige cel- 8003298 17 oppervlakken, die, indien ze niet verwijderd worden, de elektrolyse storen. Deze afzettingen, in hoofdzaak calcium en magnesium-hydroxyden en carbonaten, kunnen met een dramatische snelheid •worden gevormd, in het bijzonder op kathode-oppervlakken en 5 randen. Bij gebruik van gebruikelijke rechthoekige elektrode-platen bleken elektrodeoppervlakken tamelijk afzettingvrij te blijven, d.w.z. dat slechts films met een dikte van maar 0,1-0,25mm gevormd werden in een tijdbestek van 6 maanden of meer met een zeewater van gemiddelde kwaliteit, d.w.z zeewater uit een 10 getijde kanaal dat gelegen is in een matig opgebouwd gebied met een mengsel van industrie en handel. liet zeewater was 85 % van volle sterkte, en de verdunning was het gevolg van lokale afvoer.

De afzetting in de elektrolysegebieden beïnvloedde de werking niet noemenswaard. Buiten gelegen kathodeoppervlakken, d.w.z.

15 de oppervlakken die niet tegenover anodeoppervlakken staan, namen dikkere en taaiere deklagen op van omstreeks 0,76-1,52 mm ' in hetzelfde tijdsbestek, maar met een afnemende snelheid die een stabiele omstandigheid benadert. De plaats van de deklagen .stoorde niet voor de elektrolietstroom of energiestroom of voor 20 de doelmatigheid in enige meetbare mate. Br trad echter een aanzienlijke aangroei van zachte neerslagen op aan zowel de bovenste als onderste elektroderanden van de vertikaal opgestelde elektrodeseries die een overbrugging vormen van de ene elektrode-wand naar aangrenzende randen. Bovendien trad, in die gebieden 25 tussen anodeplaten waar kathodeplaten niet direkt daartegenover staan, d.w.z. aan de positieve bevestigingsuiteinden van anode-series, vaste brugvorming op in een kwestie van uren en deze bleef zelfs intact in aanwezigheid van elektrolietsnelheden van 3 m/sec. of meer die uit de stroomopeningen 50 treden. Dit 30 verschijnsel van vaste brugvorming of pak-king van neerslagen tussen anodeplaten treedt op overeenkomstige wijze op tussen kathodeplaten die niet tegenover anodeplaten liggen aan hun bevestigingsuiteinden maar in een geringere mate. Ook bleken de verst gelegen 0,16 cm van de anodeplaten overbrugd te zijn aan 35 hun ongebonden uiteinden.

8003298 18

In vezen verd ieder van de vier zijden van alle elektrodeseries, voorzien van gebruikelijke rechthoekige platen, in ernstige mate afgedicht door de aangroei van vaste onzuiverheden die neerslaan uit de oplossing. Deze pakking en 5 brugvorming belemmerde de circulatie van de elektroliet tussen de platen, waardoor een doelmatige elektrolyse werd gestoord.

Om dit ongewenste verschijnsel in hoofdzaak te doen verdwijnen wordt iedere plaat 6Ö voorzien van een vrijwel rechthoekige inkeping 112 en iedere kathodeplaat 62 wordt op overeenkomstige 10 wijze ingekeept bij 11^ (fig. 7). Iedere inkeping is centraal gelegen tussen de elektrodeplaat bevestigingspunten en neemt omstreeks 50 % in van de vertikale hoogte van de plaat in zijn vertikale afmeting. Het resterende 'eindgebied van iedere plaat dient om stroom te geleiden en de vrijdragende pfaat te onder-15 steunen. De diepte van de anode inkeping 112 is zodanig, dat zijn vertikale rand samenvalt met het vrije of onbevestigde uiteinde van kathodeplaat 62 en omgekeerd is de diepte van kathode inkeping 11^zodanig, dat zijn vertikale rand samenvalt met het onbevestigde uiteinde van anodeplaat 60. Inkepingen zijn 20 karakteristiek 2,5 x 5 cm voor elektroden van 0,775 mm x 10 cm x 20 cm. Wegens de inkepingen worden oppervlakken zonder tegen-oppervlakken in het gebied van ondergedompelde stralen die komen uit de scheidingsopeningen 50 worden doelmatig vermeden en er wordt een gladde serie elektroderanden verschaft. Er werd gevonden, 25 dat een aantal openingen 50 op geschikte grootte en gelijkmatig verdeeld kon worden opgesteld voor het vormen van botsende snelheden aan de vertikaal gerichte bovenstroomse elektroderanden om storende aanslag en aangroei af te schuren en om voldoende stroming en turbulentie te veroorzaken en door de openingen tussen de 30 elektroden om aangroei in en aanslagen aan de andere drie randen van de elektrodeseries te vermijden.

Door het reguleren van de elektrolietdoorvoer naar de elektrolyse-inrichtingen met gebruikelijke uitwendige stroomregelende organen en door de afmetingen van de openingen 35 50 juist te kiezen, worden de uittreedsnelheden gemakkelijk vast- 800 3 2 98 19 gelegd. Snelheden van 1,5-6 m/sec., karakteristiek 3 m/sec, zijn doelmatig gebleken. De openingen 50 hebben karakteristiek een middellijn van 0,6h - 0,96 cm en de doorvoer van de keuken-zoutoplossing bedraagt karakteristiek 30 - 120 C-.P.M. in series 5 huizen van vier cellen elektrolyse-inrichtingen met een middellijn van 15 cm of 20 cm.

Vertikale convectiestroming die wordt veroorzaakt door de temperatuurstijging ten gevolge van de ondoelmatigheden van elektrolytische omzetting en door gasopstijging bevorderen de 10 turbulentie en de totale daardoor veroorzaakte stroming. De totale veroorzaakte stroming is het prodükt van zowel horizontale opening 50 stroming als vertikale convectiestroming. De produktstroming houdt de elektroderand openingen doelmatig voor 90 % vrij van aangroei in vergelijking met 25 % of minder bij 15 gebruikelijke elektroden bij langdurig gebruik. Gas -wordt uit het opwekgebied met grote snelheid verwijderd.

Sommige neerslagen hebben de neiging om uit te zakken op de bodem van de elektrolyse-inrichting huizen. Een maanvormige inkeping 12^ in het onderste gedeelte van de scheidings-20 wanden 22 (fig. 1 en fig. b) werken als een reinigingsstraal om deze neerslagen voor daaropvolgende afvoer mee te slepen.

Omdat er geen scheidingsschijf 22 zit voor het eerste bovenstroonse compartiment of cel no. 1, d.w.z. geen openingen 50 om stralen van hoge snelheid te veroorzaken om deze 25 te richten op de randen van de elektroden, veroorzaakt invoer-sproeischijf 120, gesteund door de onderste trekstaaf 12 en een glijdbaar contact met het onderste wandgedeelte van huis 72, veroorzaakt hoge snelheidstralen, karakteristiek met een snelheid van 1,66 - 6,66 m/sec die gericht worden op de onderste randen 30 van de elektrodeplaten wanneer elektroliet onder druk door de inlaatsproeischijf 120 stroomt.

Inlaatsproeischijf 120 is weergegeven in fig. 3 en fig. 9 en ook in de elektrolyseinrichtingsamenstelling fig. 2. Inlaatsproeischijf 120 wordt alleen maar gebruikt bij de elektro-35 lyse van zeewater en is aangebracht in cel no. 1, of die cel of 80032 98 20 dat compartiment dat voorzien is van het keukenzout inlaatorgaan, wanneer slechts een enkele elektrolyseapparaat gebruikt wordt of in iedere inlaatcel van ieder elektrolyse-apparaatmodule van gestapelde of meervoudige elektrolyseapparaatsystemen.

5 Wanneer synthetische keukenzoutoplossing geelektrolyseerd wordt, worden geen inlaatsproeischijven gebruikt.

Schijf 120 is voorzien van een cylindrisch gevormde inlaatholte 130 en een symmetrisch lichaamsgedeelte dat voorzien is van een aantal op een afstand van elkaar gelegen ΙΟ openingen 132, 13Ven 136 die gericht zijn op de onderranden van de elektrodeseries daarboven en assen hebben met toenemend grotere hoeken met een vertikale as naarmate de rand van de sproeischijf wordt benaderd. Elektroliet komt in inlaatholte 130 en wordt door de openingen 132, 13^ en 136 geperst om stoten , 15 op de onderranden van serie no. 1 en serie no. 2 om de vereiste hoge snelheden en turbulentie in de cel te vormen om daardoor aangroei van ongewenste neerslagen te voorkomen.

Omdat de kostbare deklagen van de anoden bij verre de kostbaarste bestanddelen zijn van hypochloriet vormings-2Q apparaten, is iedere redelijke maatregel om bij te dragen tot een langere levensduur van de deklaag te rechtvaardigen. De nieuwe keukenzoutoplossingtoevoermethode als hieronder beschreven verzekert matige temperaturen voor synthetische keukenzoutoplossing-systemen voor koud watertoevoeren zonder dat daarbij het gebruik 25 van uitwendige verwarmers, warmteuitwisselaars en dergelijke nodig zijn en derhalve een grotere anodelevensduur.

Met betrekking tot fig. 6 bevat het systeem een geconcentreerde keukenzoutoplossing aansluiting 205 in het eerste compartiment van de elektrolyseapparaatserie van compartimenten.

20 De totale verdunningswaterstroom is karakteristiek 10x zo groot ah de geconcentreerde keükenzoutoplossingstroom teneinde de uiteindelijke zoutgraad tot omstreeks 2,3 % te verlagen.

De verdunningsstroom wordt gespitst in twee of meer stromen karakteristiek vier gelijke stromen, en in de 25 elektrolyse-apparaatcellenreeks gevoerd met ongeveer gelijke 800 3 2 98 21 tussenpozen over de lengte van de cellenreeks. Als gevolg daarvan worden gegradeerde zoutheidsgraden verschaft over de cellenreeks, karakteristiek 8,5; 5,0; 3,6 en 2,8 %, alsmede betrekkelijk lage axiale gemiddelde elektrolietstroomsnelheden 5 in de hovenstroomse cellen met toenemende snelheden naarmate verdunningswater wordt toegevoegd. Dienovereenkomstig is de verblijftijd oorspronkelijk van langere duur maar wordt korter naarmate ieder gedeelte verdunningswater wordt toegevoegd. Een langere verblijftijd leidt tot meer verwarmen (door elektrische 10 verliezen) en meer produktvorming in de bovenstroomse compartimenten in vergelijking tot eenvoudige systemen zonder opsplitsing van het verdunningswater.

Karakteristieke gegevens voor een in vieren gesplitst systeem en voor een gebruikelijk systeem (waarin de ' 15 geconcentreerde keukenzoutoplossing en verdunningswater worden gecombineerd voordat ze in het elektrolyse-apparaat worden gevoerd) zijn de volgende: 1 ste 2 de 3 de U de kwart kwart kwart kwart trap trap trap trap 20 -

Met opsplitsing temp. stijging, °C 11,1 0,55 1,1 2,8 chlor. sterkte, g/1 8,7 9»1 8,9 9,0

Gebruikelijk 25 (zonder opsplitsing) temp. stijging, °C 3,3 3,9 3,9 ^ chlor. sterkte, g/1 2,5 H,6 7,0 9,0

De bovenstaande gegevens zijn bij benadering voor het einde van de trap (einde van de viercelsreeks).

temperatuurstijging is de totale stijging van de temperatuur aan het begin van de trap tot de temperatuur aan het eind van de trap. De chloorsterkte is de sterkte aan het einde van de trap.

Bovendien is de spanning geheel verschillend voor de twee systemen ten gevolge van de zoutgraad en de tempera- y. tuur. De spanningsvereisten nemen af bij een toename van de zout- 800 3 2 98 22 graad en/of de temperatuur. Karakteristiek is de spanning die nodig is voor de in vieren gesplitste vorm voor vier cellen omstreeks 1V minder dan zonder splitsingen; d.v.z. 1^,1 V tegen 15,1 V.

5 De nettoresultaten van de twee systemen kunnen als volgt worden samengevat: a. de hogere gemiddelde zoutgraad van het gesplitste systeem verlaagt het totale spanningsvereiste en bevordert het elektrolytische omzettingsproces als gevolg van de 10 grotere gemiddelde dichtheid aan chloorionen.

b. De hogere gemiddelde temperatuur van het gesplitste systeem kan het elektrochemische proces bevorderen of hinderen, afhankelijk van de temperatuur van de ingevoerde keukenzoutoplossing, het verdunningswater en de totale tempera- 15 tuurstijging. In de praktijk is meestal de elektrochemische omzetting waarin het gesplitste systeem wordt gebruikt doelmatiger ten gevolge van de hogere gemiddelde elektroliettemperatuur als gevolg van verlaagde spanningsvereiste.

c. Een hogere gemiddelde hypochlorietsterkte 20 doet aanzienlijk af aan de doelmatigheid ten gevolge van het benadrukken van de concurrerende reaktie.. Derhalve is het gesplitste systeem in een nadelige positie als gevolg van dit verschijnsel.

Samengevat is gevonden, dat doelmatigheden op 25 elektrisch en zoutgebied in combinatie voor de twee wijzen van uitvoering ongeveer gelijk zijn. Onder dezelfde omstandigheden verschaft het gesplitste systeem ietwat betere resultaten terwijl het andere systeem doelmatiger is voor anderen. In het gesplitste systeem is er echter de grotere oorspronkelijke temperatuur-30 stijging dan in de eerste cel of cellen, waardoor anoden in de bovenstroomse cellen worden blootgesteld aan hogere gunstige temperatuur dan in het gebruikelijke systeem. In een viercels-reeks met vier splitsingen zal b.v. wanneer de temperatuur van het toegevoerde water 1,1°C bedraagt, de temperatuur van het mengsel 33 incis eerste cel 12,3°C bedragen vergeleken met een temperatuur 8003298 23 van voor het gebruikelijke systeem. De kostbare anode- deklagen worden daardoor beter beschermd tegen passivering ten gevolge van overmaat zuurstofvorming door blootstelling aan koude elektroliet zoals de vakman op het gebied van de elektro-5 chemie bekend is.

De verdunningsstromen voor het gesplitste systeem behoeven niet nauwkeuriger te zijn, karakteristiek binnen + 10 % van elkaar, en worden ingesteld door eenvoudige stroombeperkers 2θβ in de verdunningswatertoevoerleiding 207 10 waardoor parallelbanen worden verschaft voor de verdunde stromen.

Het zal duidelijk zijn dat het onderhavige splitsingsorgaan voor het verdunningswater nietbeperkt behoeft te blijven tot vier splitsingen, gelijke verdunningswater-splitsingen, gelijke onderlinge afstand van toevoegen van 15 ' verdunningswater of viercelselektrolyseapparaten. Gunstige temperatuurresultaten worden verkregen met verschillende combinaties van de bovengenoemde variabelen waarbij de verkregen omstandigheden slechts met mate gewijzigd worden.

Lange reeksen cellen die verbonden zijn in 20 hydraulische reeksen zijn gewenst voor het verschaffen van maximumprocesdoelmatigheid omdat in wezen terugmengen (stroming van het type zonder stop) met het bijbehorende verlies aan doelmatigheid, aan de vakman bekend, doelmatig wordt verminderd.

Hoe groter het aantal cellen en en celverdeelplaten, hoe dichter 25 de resultaten van stroming van het type met stop worden benaderd.

16 of meer cellen in hydraulische reeksen zijn wenselijk gebleken om volledig het principe van de stopstroombehandeling met eenmalige doorstroming te benutten.

Eenvoudige reeksen elektrische verbindingen voor 30 de cellen en modulen voor reeksen cellen van een dergelijke lengte zijn ongewenst wegens de hoge spanningen die ontstaan.

Een totaal aangelegde gelijkspanning van ten hoogste 50 V wordt veilig geacht wat betreft blootstelling van de mens aan niet geïsoleerde geleiders in industriële elektro-35 lyse= apparaten, Wanneer hoge stromen gebruikt worden, zoals 8003298 2h in het onderhavige apparaat, van karakteristiek 500 - 10 000 A, zijn niet geïsoleerde reels met hun vermogen om warmte te verstrooien, gewenst. Zo bevatten 8 cellen in elektrische reeks een praktisch maximum omdat het gewenst kan zijn om per cel tot 5 6V aan te leggen. Wanneer 16 cellen hydraulisch verbonden zijn in serie (fig. 5), is een elektrische serie-parallel opstelling wenselijk. Gebruikelijk is de benedenstroomse 50 % van de cellenreeks in serie verbonden en de bovenstroomse 50 % van de cellenreeks in serie verbonden. Deze cellenreeksen worden dan T0 parallel gekoppeld met een uitwendige krachtbron. In een systeem van fig. 5 waarin acht bovenstroomse cellen in elektrische serie zijn verbonden en acht benedenstroomse cellen in elektrische serie, en de twee verkregen elektrische reeksen parallel gekoppeld zijn, zou een gebruikelijke oplossing verschaffen, maar een 15 onevenwichtig elektrisch stroomverloop in het systeem, dat zou kunnen leiden tot aantasting van de anoden ten gevolge van overmatige stroomdichtheid. In een gebruikelijk systeem waarin geen gesplitste waterverdunningsorganen worden gebruikt, wordt de stroom overmatig in de benedenstroomse cellen ten gevolge van 20 hogere éLektroliettemperatu-ren daarin, die leiden tot lagere elektrische weerstand. In een gesplitst verdunningswatersysteem zoals hierboven besproken veroorzaakt hogere zoutgraad in de bovenstroomse cellen een lagere elektrische weerstand en een overmaat stroom die daardoor moet worden afgetakt.Hogere stroom 25 in "been” van de cellenreeks doet afbreuk aan de stroom die door het andere been gaat, waardoor de onevenwichtigheid daartussen wordt beklemtoond en leidt tot onvolmaakte anodeslijtage met de daarmee gepaard gaande ekonomische verliezen.

Een meer bevredigende levensduur over een 30 breed trajekt van uitvoeringsomstandigheden wordt verkregen wanneer de opstelling als diagrammatisch weergegeven in fig. 5 gebruikt wordt,waarbij verschillen in de elektrische weerstand ten gevolge van veranderingen van temperatuur en/of zoutgraad van de elektroliet als deze voortschrijdt door de compartimenten, 35 in deze opstelling in evenwicht wordt gehouden.

800 3 2 98 25

In overeenstemming daarmee worden symmetrische groepen cellen of modules, deelbaar door vier, in groepen opgesteld voor energiestroming zodanig dat 25 % van de meest . bovenstroomse cellen elektrisch in series gekoppeld zijn met 5 25 % van de meest benedenstroomse cellen. De overige 50 % (tussengelegen stroom) cellen zijn eveneens in series gekoppeld, zodat twee seriegroepen (bovenstrooms- benedenstrooms en tussen-strooms) nagenoeg gelijkelijk overeenstemmen wat betreft weerstand waardoor een in wezen evenwichtige stroomdoorgang wordt 10 verkregen wanneer uit dezelfde bron energie wordt geleverd. Het zal duidelijk zijn dat de hierboven beschreven opstelling van toepassing is op celreeksen met een ander aantal dan 16 cellen en in de praktijk of cellen van verschillende geometrie bij andere opstellingen dan met een symmetrisch aantal parallel 15 geschakeld.

In het voorgaande wordt een apparatuur weergegeven en beschreven, die in staat is natuurlijke en synthetische keükenzoutoplossingen te elektrolyseren teneinde natriumhypo-chloriet te bereiden. Het apparaat gebruikt een meercelsvorm 20 van elektrolietstroom met eenmalige doorgang in tegenstelling tot de recirculatie. De apparatuur wordt gemakkelijk uiteengenomen en weer in elkaar gezet voor onderhoud, d.w.z. voor inspectie, reiniging of vervanging van onderdelen. Op een onderstel opgestelde elektrodesamenstellen van tot 20 cm in middellijn 25 bij een lengte van 90 cm kunnen geschikt door een persoon worden opgetild en gehanteerd en in een huis geplaatst om een elektrolyseapparaat of elektrolysemodule te verschaffen. Het onderstel samenstel kan worden gekenmerkt door zijn eenvoud, bipolariteit en modulariteit. De elektrolyseapparaatconfiguratie 30 is zodanig dat de waterstofverwijdering snel geschiedt om bij te dragen tot de hoge elektrische doelmatigheid van het apparaat.

De elektrodeconfiguratie en de ingestelde stroming van de elektroliet dragen bij tot de vrijwel volledige uitschakeling van aanslag en neerslagaangroei. Haast de hierboven genoemde 35 arbeid en energie-besparende eigenschappen, verschaffen de uit- 8003298 26 zonderlijke en verbeterde verdunningswaterverdelingsorganen een elektrische geleider-opstelling een verminderde slijtage van kritische en kostbare anoden.

800 3 2 98

Claims (22)

1. Slektrolyseapparaat voor de elektrolyse van synthetische en natuurlijke keukenzoutoplossingen voor het "bereiden van hypochloriet daaruit, met het kenmerk, dat dit 5 bestaat uit (a) een langwerpig elektrisch niet geleidend huis met een horizontaal opgestelde longitudinale as, waarbij het huis aan beide uiteinden daarvan voorzien is van onbelemmerde openingen, (b) verwijderbare afsluitorganen die zijn vast-10 gezet op elk van de open uiteinden van het huis, en elk van deze afsluitorganen voorzien is van een opening daardoor die in verbinding staat met het inwendige van het huis vanaf de buitenkant daarvan, (c) pakkingen die zijn aangebracht tussen de 15 afsluitorganen en de open uiteinden van het huis, (a) een eerste vloeistofstroombaan door een wand van het huis in de nabijheid van êên uiteinde ervan en een tweede vloeistofstroomdoorgang door een wand van het huis in de buurt van het andere uiteinde, 20 (e) een op zichzelf staande bipolaire elektrode- samenstelling van een aantal van tenminste twee cellen die in het huis zitten, zodanig dat de longitudenale as van de elektrode-samenstelling vrijwel overeenkomt met de longitudenale as van het huis, en deze cel bestaat uit een reeks tussengeschoten elektrode-25 platen die bestaan uit anodeplaten afwisselend met kathodeplaten, die gedragen worden op een onderstel dat bestaat uit (i) tenminste êên elektrisch niet geleidend gedeelte dat loodrecht staat op de longitudinale as van het huis en op een afstand tussen de uiteinden van de elektrodesamenstelling, 30 waarbij deze verdelingen dienen als keerschotten tussen de cellen en celcompartimenten verschaffen, (ii) een geleidende tap die aan ieder uiteinde van het onderstel is aangebracht om te passen in de opening die in ieder afdekorgaan is voorzien om een uitstekende positieve 35 verbindingskolom en een uitstekende negatieve verbindingskolom te 800 3 2 98 verschaffen en (iii) pakkingorganen die tussen de geleidende tappen en deze afdekorganen zijn geplaatst.

2. Apparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, tj dat de scheidingswanden voorzien zijn van elektrisch geleidende elektrode ondersteunende blokken aan weerszijden daarvan, organen voor elektrisch koppelen van de elektrode ondersteunende blokken door elk van deze scheidingswanden, een elektrode eind-ondersteuningsblok dat bevestigd is aan ieder van de geleidende IQ tappen, een paar klemorganen, waarvan tenminste een elektrisch niet geleidend is, en aan ieder eindondersteuningsblok één van de klemorganen bevestigd is, tenminste twee longitudinaal geplaatst op een afstand van elkaar gelegen trekstaven die aan iedere klem bevestigd zijn en door deze scheidingswanden lopen, elektrisch niet geleidende afstandhouders die de trekstaven omhullen tussen de scheidingswanden en tussen iedere klem en zijn aangrenzende scheidingswand, waarbij deze trekstaven en afstandhouders een vrijwel gelijke afstand verschaffen tussen de scheidingswanden en tussen iedere klem met de meest nabij gelegen 2q scheidingswand, gecombineerde klem en elektrische koppelings-organen die behoren bij ieder elektrode ondersteunend blok een elektrodeeindondersteuningsblok voor het vastzetten en koppelen van de anodeplaten en kathodeplaten in onderling verweven series en met de dragerblokken.

3. Apparaat volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat elk van het aantal cellen praktisch zowel elektrisch als hydraulisch geïsoleerd is door de elektrisch niet geleidende scheidingswanden, waarbij deze scheidingswanden een totale speling bezitten van 0,0*1 cm eromheen wanneer ze in het 3Q huis zijn geplaatst, waar deze scheidingswanden vloeistofstroom-doorgangen bevatten voor het regelen van de vloeistofstroom van elektroliet daardoorheen. H. Apparaat volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het huis cylindrisch van vorm is 35 en bestaat uit een kunststofbuis en kunststofbuisflenzen. 800 3 2 98

5. Apparaat volgens êên of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk,dat het elektrode eind ondersteuningshiok dat verbonden is met de uitstekende positieve verbindingspool en de elektrode ondersteuningsblokken aan de zij- 5 kanten van de verdeelschotten die gekeerd zijn naar de negatieve verbindingspooldrager en de anodeplaten elektrisch koppelen, en het elektrode einddragerblok verbonden is met de uitstekende negatieve verbindingspool en de elektrodedragerblokken aan weerszijden van de verdelingsschotten die gekeerd zijn naar de posi- 10 tieve verbindingspooldrager en kathodeplaten elektrisch verbonden, waarbij deze anode en kathodeplaten elkaar afwisselen in een verweven verband onder vorming van tenminste êên elektrodeserie per cel.

6. Apparaat volgens conclusie 5, waarin de 15 anodeplaten en de kathodeplaten rechthoekig gevormd zijn, en de lange as van de anodeplaten en kathodeplaten langer is dan een korte as, waarbij de lange as van de platen evenwijdig zijn opgesteld in het elektrische apparaat met de lange as van het huis, en de anodeplaten en kathodeplaten hun hoofdelektrodeoppervlakken 20 vertikaal georienteerd hebben.

7. Apparaat volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de verdelingswanden voorzien zijn van gas-elektroliet doorstroomopeningen daarin die zijn aangebracht onmiddellijk boven de celelektrodeserie onmiddellijk bovenstrooms van de 25 keerschotten, en deze gas-elektroliet stroomopeningen voldoende in afmeting zijn om daardoor alle gas te kunnen voeren dat gevormd wordt in het celcompartiment onmiddellijk bovenstrooms van de van openingen voorziene scheidingswand plus gas dat in het celcompartiment komt uit andere bovenstroomse celcomparti- 30 menten plus elektroliet dat in een van de vloeistofstroomdoor-gangen van het huis komt.

8. Apparaat volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de scheidingswanden gas-elektroliet stroomopeningen bevatten die hoger gelegen zijn in de verdeelschotten onmiddellijk boven 35 de celelektrodeserie onmiddellijk bovenstrooms van de verdeel 800 32 98 schotten en deze gas-elektroliet stroomopeningen voldoende van afmeting zijn om gas daardoor te leiden dat gevormd wordt in de cel onmiddellijk bovenstrooms van deze verdeelschotten plus aanvullend gas dat in de cellen komt uit bovenstroomse cellen 5 plus een ondergeschikte hoeveelheid elektrolietstroom, waarbij deze keerschotten ook voorzien zijn van tenminste een elektroliet stroomopening beneden de bovenkant van de celelektrodeserie om de hoofdstroom en elektroliet door te laten die in éên van de vloeistofstroomdoorgangen van het huis binnentreedt. 10 9· Apparaat volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat tenminste êên van de elektrolietstroomopeningen voor het opnemen van deze hoofdstroom aan elektroliet is aangebracht zo dicht mogelijk bij de onderkant van het verdeelschot.

10. Apparaat volgens conclusie 2, met het kenmerk, t 15 dat gasafvoerdoorgangen zijn aangebracht in de bovenste gedeelten van het huis om gevormd gas met de buitenkant daarvan te kunnen afvoeren.

11. Apparaat volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat elk van deze gasafvoerdoorgangen voorzien is van een be- 2o grenzende opening, waarbij de afmeting van deze begrenzende openingen voldoende is om alle gasstroom die daarbij aankomt door te laten alsmede een ondergeschikte stroom elektroliet.

12. Apparaat volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat tenminste twee van deze elektrolyseapparaten worden ondersteund 25 in vertikale rij, zodat deze elektrolyseapparaten zich onmiddellijk boven elkaar bevinden en met elkaar in verbinding staan met de meest bovenstroomse cel daarvan in de onderste positie en met de meest benedenstroomse cel daarvan in een bovenste positie, waarbij deze elektrolyseapparaten voorzien zijn van inwendige vloeistof- 30 verbindingen en uitwendige onderlinge verbindingen die geschikt zijn om seriestroming door elk van de cellen te verschaffen, waarbij deze elektrolyseapparaten uitwendige elektrische geleiders daaraan bevestigd hebben voor elektrisch onderling verbindenvan de elektrodesamenstellingen in elk van de elektrolyse-apparaten 35 via deze geleidende tappen. 800 3 2 98

13. Apparaat volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat daarin acht cellen zijn ondergehracht, gelijkelijk verdeeld •in vier elektrolyseapparaten net vrijwel identieke geometrie, waarin 25 % van de meest bovenstroomse cellen in serie gekoppeld 5 zijn met 25 % van de meest benedenstroomse cellen om een boven- strooms-benedenstroomse cellenreeks te vormen, en de resterende cellen van deze elektrolyseapparaten elektrisch in serie gekoppeld zijn, en een enkele spanningsbron wordt aangelegd over deze bovenstroom- benedenstroomse series en de resterende celseries. 10 1^. Apparaat volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat meer dan acht cellen gelijkelijk verdeeld zijn in vier elektrolyseapparaten.

15· Apparaat volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat meer dan acht cellen gelijkelijk verdeeld zijn in meer dan 15 vier elektrolyseapparaten.

16. Elektrolytische cel voor de elektrolyse van natuurlijke keukenzoutoplossingen overeenkomstig conclusie 8, met het kenmerk, dat deze voorzien is van de vertikaal georiënteerde anodeplaten en kathodeplaten die ieder voorzien zijn van 20 een paar vertikale randen en een paar horizontale randen, waarin de dragerblokken en combinatie van klem en elektrische koppelingorganen deze anodeplaten en deze kathodeplaten bevestigen en elektrisch koppelen aan hun betreffende ondersteuningsranden, en deze ondersteunende rand een van de vertikale randen is, 25 om daardoor onondersteunde vertikale elektroderanden te verschaffen, waarbij deze niet ondersteunde vertikale elektroderanden en de ondersteunde vertikale randen van direkt onder en boven gelegen elektrodeplaten zijdelings versprongen zijn om een afstand te verschaffen tussen de niet ondersteunde randen en de ondersteunde 30 organen, inkervingen die zijn aangebracht in de vertikaal ondersteunde randen in tenminste de anodeplaten, waarbij de diepte van de inkervingen overeenkomt met de niet ondersteunde vertikale rand van onmiddellijk boven en onder gelegen platen, tenminste één toevoeropening in de scheidingswand bovenstrooms van het 35 celcompartiment die bestemd is voor het richten van inkomende 800 32 98 elektrolietstroom in de inkervingen en tegen gelijklopende randen van de anode en kathodeplaten.

17. Apparaat volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat de kathodeplaten op overeenkomstige wijze als de anodeplaten 5 zijn ingekerfd.

18. Apparaat volgens conclusie 16 of 17» met het kenmerk» dat daarin meervoudige afvoerorganen zijn aangebracht nabij de bovenkant van ieder celcompartiment voor het aflaten van elektroliet en gas daardoor. 10 19· Apparaat volgens conclusie 16 of 17» met het kenmerk, dat de inkervingen rechthoekig gevormd zijn en de vertikale afmeting van de inkervingen omstreeks 50 % uitmaakt van de afmetingen van de vertikale rand waarlangs deze inkerving is aangebracht. #

20. Apparaat volgens conclusie 16 of 17, met het kenmerk, dat onderling verweven anode en kathodeplaten zodanig zijn aangebracht, dat de onderranden daarvan samenvallen, een inlaatsproeischijf die in het huis is aangebracht cm de inlaatstroom uit één van de vloeistofstroomdoorgangen van het 20 huis te onderbreken en waarin deze inlaatsproeischijf inkomende elektrolietstroom richt naar de randen aan de andere kant.

21. Elektrolyseapparaat volgens conclusie 1 voor d.e elektrolyse . van synthetische keukenzout oplos sing, met het kenmerk, dat de celcompartimenten hydraulisch in serie 25 verbonden zijn, waarbij één van de vloeistofstroomdoorgangen van het huis een verbinding verschaft naar het meest boven-stroomse celcompartiment voor het inleiden van geconcentreerde keukenzoutoplossing , een andere vloeistofstrooradoorgang door het huis in dit meest bovenstroomse celcompartiment een aansluiting 30 verschaft wordt inleiden van een eerste gedeelte verdunnings-water, aanvullende vloeistofstroom-doorgangen door het huis aanwezig zijn in verdere benedenstrooms? celcompartimenten die aansluitingen verschaffen voor het inleiden van de overige gedeelten van het verdunningswater, waarbij deze tweede vloeistof-35 stroomdoorgang van het huis een afvoerbaan verschaft voor de 800 3 2 98 geconcentreerde keükenzoutoplossing en verdunni ngswat er stroom.

22, Ulektrolyseapparaat volgens conclusie 21 voor de elektrolyse van synthetische keükenzoutoplossing, met het kenmerk, dat tenminste twee van dergelijke elektrolyse-5 inrichtingen in vertikale rij zijn opgesteld en waarin deze celcompartimenten hydraulisch in serie verbonden zijn, waarbij één van de vloeistofstroomdoorgangen van het bovenstroomse huis een verbinding verschaft in het meest bovenstrooms gelegen celcompartiment voor het inleiden van geconcentreerde keuken-10 zoutoplossing, een andere vloeistofstroomdoorgang door het bovenstroomse huis in het meest bovenstroomse celcompartiment een verbinding verschaft voor het inleiden van een eerste gedeelte verdunningswater, aanvullende vloeistofstroomdoorgangen door de huizen in aanvullende benedenstroomse celcompartimenten verbindingen verschaffen voor het inleiden van de overige 15 gedeelten van het verdunningswater, een van deze vloeistof- stroomdoorgangen van het benedenstroomse huis een afvoerbaan verschaft voor de geconcentreerde keükenzoutoplossing en verdunningswaterstroom.

23. Apparaat volgens conclusie 21 of 22, met het kenmerk, dat de geconcentreerde keükenzoutoplossing 26,!+ gew.% natriumchloride bevat en de totale verdunningswater-stroomsnelheid ongeveer 10x de geconcentreerde keukenzout-oplossingstroomsnelheid bedraagt. 2k. Apparaat volgens conclusie 21 of 22, met het kenmerk, dat de geconcentreerde keükenzoutoplossing en het eerste gedeelte van het verdunningswater vermengd worden voordat ze in het bovenstroomse compartiment komen.

25. Apparaat volgens conclusie 21 of 22, ^ met het kenmerk, dat ieder gedeelte van het verdunningswater ongeveer gelijk is aan de anderen en deze gelijke frakties afzonderlijk worden ingevoerd op zodanige wijze dat een gelijk aantal hydraulische in serie verbonden cellen bestaat tussen celcompartimenten waarin dit verdunningswater wordt ingeleid en ^ tussen het celcompartiment van het laatst toegevoegde gedeelte 800 3 2 98 3¾ en het celcompartiment met de afvoerverbinding.

26. Apparaat volgens conclusie 21 of 22, met het kenmerk, dat daarin openingen zijn voorzien in de verdunningswaterinvoeraansluitingen om deze verdunning^tromen ^ in te stellen en te verdelen tot van te voren vastgestelde snelheden en hoeveelheden.

27. Elektrolyseapparaat, zoals hierin beschreven, 80 0 3 2 98