NO120228B - - Google Patents

Description

Elektrolysecelle for anvendelse ved omdannelse av . organiske halogenider til de tilsvarende hydroksyder.

Foreliggende oppfinnelse angår en elektrolysecelle for utforelse av elektrolytiske reaksjoner, idet cellen i henhold til oppfinnelsen er forsynt med innretninger som muliggjor både fremstilling av produkter med hby grad av renhet og som medforer mindre slitasje på membranen med derav folgende oket membran-levetid.

Foreliggende oppfinnelse angår således en elektrolysecelle

for anvendelse ved omdannelse av organiske halogenider til de tilsvarende hydroksyder, omfattende innretninger som avgrenser en elektrolysecelle med parallelle anoder og katoder i avstand fra Kfr. kl. 12h~3

hverandre og en membranenhet som er beskyttet mot deformasjon og slitasje ved hjelp av et lag av beskyttende duk og som deler cellen i anode- henholdsvis katode-avdelinger, idet membranenheten omfatter en kation-permeabel membran, og det særegne ved elektrolysecellen i henhold til oppfinnelsen er at nevnte lag av

beskyttende duk som er anbragt mellom membranen og anoden og/eller katoden omfatter en beskyttende poros eller finmasket duk anordnet inntil membranen og som ikke har noen fri åpninger med utstrekning storre enn 0.3 cm, samt en derpå anbragt grovmasket nettduk.

Visse typer elektrolyseceller anvender en permselektiv membran for å dele cellen i separate anode- og katode-avdelinger, slik at anolytt og katolytt isoleres fra hverandre. Avhengig av arten av membranen og omgivelsene som den er utsatt for, er membran-levetiden selv om det er anordnet beskyttende tekstilduk i forbindelse med membranen i noen tilfeller utilfredsstillende, et eksempel på strenge omgivelser er ved omdannelsen av kvartære ammoniumhalogenider til kvartære ammoniumhydroksyder.

Det er- fra teknikkens stand kjent en rekke forskjellige membran-anordninger for å skille de forskjellige avdelinger i cellene fra hverandre, samt beskyttende anordninger for membranene for å beskytte disse mot deformasjon og/eller slitasje, for eksempel beskyttende anordninger i form av mer eller mindre grovmasket duk. Rent eksempelvis viser U.S. Patentskrift 3.193A8O en elektro-lytisk celle med anode og katode i avstand fra hverandre og hvor-imellom det er anbragt en membran. Videre viser eksempelvis fransk patentskrift 1.177.97^, U.S. Patentskrift IA90.332 og tysk utlegningsskrift 1.121.036 tekstilduk anvendt for å beskytte diafragmaer i elektrolyseceller. Gjenstanden for den foreliggende oppfinnelse fremgår imidlertid ikke av disse patentskrifter hverken enkeltvis eller i kombinasjon, og elektrolysecellen i henhold til oppfinnelsen muliggjor oppnåelse av fordelaktige resultater som nærmere forklart i det folgende.

Hovedformålet for oppfinnelsen er å fremskaffe en elektrolysecelle hvor den anvendte ione-vekslingsmembran er beskyttet mot erosjon slik at brukstiden for membranen okes og slik at det tillates fremstilling av produkter med hoy renhet i lengere tidsperioder. Oppfinnelsen skal forklares nærmere i den folgende beskrivelse,

i forbindelse med den vedfoyede tegning, hvori

fig. 1 er et skjematisk loddrett snitt av en vanlig anvendt celle-sammensetning, og

fig. 2 er et perspektivriss, delvis gjennombrutt, av katodesiden av elektrolysecellen med en sammensatt membranenhet i henhold til oppfinnelsen.

Fig. 1 illustrerer skjematisk et system av celler hvori elektrisk strom fores gjennom cellene i serie mens anolytt og katolytt fores gjennom cellene i parallell. Systemet inkluderer en sammenstilling av passende rammer som er montert sammen og fastspent under tilstrekkelig trykk til å forhindre væskelekkasje. Systemet i fig. 1 omfatter en anode-enderamme 20 med anode 22 anbragt herpå, en mellomliggende ramme 2h med katode 26 på venstre side som sett i fig. 1, elektrisk forbundet med en anode 28 på dens hoyre side, og en katode-enderamme 30 me(i katode 32 anbragt derpå. Membranenheten 3^ omfatter en perifer ramme 36 som tettende kontakter de perifere deler av de plane flater av rammene 20 og 2h, for med disse å avgrense en forste celle. Membranen 38, som understottes av den perifere ramme 36, deler den forste celle i en anode-avdeling som omgir anoden 22, og i en katodeavdeling som omgir katoden 26. En annen membranenhet hO med sin membran h2 avgrenser tilsvarende med de motstående overflater av rammene 2h og 30 en annen celle med anode- og katodeavdelinger som omgir henhv. anoden 28 og katoden 32. Ved innsetning av ytterligere mellomliggende rammer og membranenheter mellom enderammene 20 og 30 kan antallet celler okes til hvilket som helst onsket antall.

Anolyt.ten pumpes ved hjelp av anolyttpumpen M+ fra forrådstanken h6 og fordeles for parallell sirkulasjon gjennom antallet av anodeavdelinger . På tilsvarende måte pumpes katolytt ved hjelp av katolyttpumpen fra forrådstanken 50 for parallell sirkulasjon gjennom antallet av katodeavdelinger.

Fig. 2, som omtrent har full målestokk, viser den enhet som anvendes i elektrolysecellen i henhold til oppfinnelsen, med en membran-enhet 3^ med rektangulære perifere rammer 52 og ^+ som kan være tildannet av polypropylen, for å understøtte membranen 38 og passende skille elektroderammene 20 og 2h. Som membranmateria1 kan med fordel anvendes en sulfonert styren-divinyl-polymer understottet på et glassfiberduk-underlag.

Enheten 3^ omfatter videre innretninger for å forhindre membranen 38 fra å rore anoden 22 eller katoden 26 i tilfellet av trykksving-ninger inne i cellen, og innretninger for å forsterke rammene 52 og 5^ mot utoverrettet deformasjon på grunn av væsketrykk inne i cellen. Begge disse funksjoner kan anordnes ved hjelp av nettduk 56 og 58 med maskevidde 0,635 cm x 0,635 cm som er smeltet eller på annen måte festet til de indre kanter av rammene 52 henhv. 5^. Andre strukturer med store fri åpninger og hoy strekkfasthet loddrett på' rammesidene kan anvendes, og monofilament nettduk av polypropylen har vist seg vel egriet for formålet..

Med membranenheten beskrevet på denne måte, sammen med passende pakninger for å forhindre væskelekkasje, oppnås en markert bedring i renheten av det fremstilte organiske hydroksyd. Ved å anvende en 25 vektprosent vandig losning av tetraétylammoniumklorid som anolytt, oppnås effektiv omdannelse til tetraetylammoniumhydroksyd i katolytten ved å anvende rustfrie stålkatoder og grafittanoder.

Strømtettheter så hoye som 0,5 ampere pr. cm 2 av katodeflaten er anvendt med hell, og omtrent 7% tetraetylammoniumhydroksydlosning med 10 deler pr. million kloridion eller mindre kan fremstilles, og dette representerer en vesentlig forbedring i sammenligning med tilnærmet 200 deler pr. million kloridion som oppnås ved slike prosesser hvor det anvendes en asbestduk eller lignende istedet for den kation-permeable membran. Den kation-permeable membran tillater passasje av tetraetylammoniumion mens den forhindrer passasje av kloridion. Under drift utvikles klorgass ved anoden og hydrogengass utvikles ved katoden. Disse gasser feies ut av cellene på. grunn av den oppoverrettede væskestrom.

Under drift av celler med grafittanoder eroderer imidlertid

anodene gradvis og innforer slipende partikler i anolyttstrommen.

En vesentlig forbedring i membran-levetiden oppnås ved innsetting

av en poros eller finmasket beskyttende duk 60 mellom membranen 38 og den grovmaskede nettduk 56. Den beskyttende duk 60 forhindrer i vesentlig grad slitasje av membranen 38 på grunn av de faste partikler i anolyttstrommen. En passende poros eller finmasket duk, fremstilt av materialer som er inert overfor anolyttvæsken,

er tilfredsstillende. Ved utforelse av den ovennevnte omsetning virket en vanlig fint vevet glassduk uten noen fri åpninger med utstrekning storre enn 0,3 cm tilfredsstillende.

Membran-effektiviteten forbedres ytterligere ved anordning av en ytterligere poros eller finmasket beskyttende duk 62 mellom membranen 38 og den grovmaskede duk 58. Selv om katolyttvæsken i det ovennevnte eksempel ikke inneholder slipende bestanddeler hadde ion-vekslings-harpiksen på membranen tendens til å gå i stykker og skille seg fra membranunderlaget. Den beskyttende duk 62, når den er anbragt inntil membranen 38, holder oyensynlig fast på ione-vekslings-harpikspartikler som losner, slik at de i virkeligheten omdanner duken 62 til en ny kationpermeabel membran. De beste resultater oppnås når duken 62 har tilstrekkelig lav porositet til å gi en luftpermeabilitet (Frasier-metoden) på mindre enn 3>H m pr. minutt når den utsettes for en trykkforskjell på 1.27 cm vannsoyle. Det foretrukkede område for luftpermeabiliteten er i henhold til oppfinnelsen mellom 0.233 og 3)Hm^ pr. minutt ved nevnte trykkforskjell. Duken 62 bor være rimelig inert overfor katolytten, og en finmasket vevet duk .av polytetrafluoretylen har vist seg tilfredsstillende.

Anordningen av dukene 60 og 62 oket den gjennomsnittlige brukstid for membranen 38 med en faktor på omtrent 5 til 15 ganger.

For å forhindre væskelekkasje kan passende pakninger 6h og 66 anordnes nær omkretsene av de beskyttende dukstykker 60 og 62 for å stenge mot de motstående flater av rammene 52 og 5^ når membranenheten 3<*>+ er stilt sammen og holdes sammen med skruer 68.

Passende pakninger kan anordnes for å tette enheten 3^ m°t omkretsene av enderammene 20 og 2h.

Trykket i anodeavdelingen holdes fortrinnsvis noe hoyere enn i katodeavdelingen for å redusere den osmotiske diffusjon av katolyttvann til den mer konsentrerte anolytt. En trykkforskjell på omtrent kg er vanlig tilfredsstillende.

Betegnelsen duk som anvendt heri omfatter vevede, strikkede, filtede og andre porose tekstilstoff-typer.,

Oppfinnelsen er forklart med spesifikk henvisning til omdannelse av tetraetylammoniumklorid til tetraetylammoniumhydroksyd, men det er klart at den er anvendelig ved omdannelse av andre organiske halogenider til de tilsvarende organiske hydroksyder. Prosessen er således særlig anvendelig for kvartære ammoniumhalogenider hvori de fire organiske substituenter er radikaler med mindre enn fem karbona tomer.

Claims (2)

1. Elektrolysecelle for anvendelse ved omdannelse av organiske halogenider. til de tilsvarende hydroksyder, omfattende innretninger som avgrenser en elektrolysecelle med parallelle anoder og katoder i avstand fra hverandre og en membranenhet som er beskyttet mot deformasjon og slitasje ved hjelp av et lag av beskyttende duk og som deler cellen i anode- henhv. katode-avdelinger, idet membranenheten G^AO) omfatter en kation-permeabel membran (38, <>> +2), karakterisert ved at nevnte lag av beskyttende duk som er anbragt mellom membranen (38,^2) og anoden (22,28) og/eller katoden (26,32) omfatter en beskyttende poros eller finmasket duk (60,62) anordnet inntil membranen (38,^-2) og som ikke har noen fri åpninger med utstrekning storre enn 0,3 cm, samt en derpå anbragt grovmasket nettduk (56,58).

2. Elektorlysecelle som angitt i krav 1, karakterisert ved at den porose eller finmaskede duk (60,62) har en luft-permeab0.itet på mellom 0.233° g 3-H ^ pr. minutt når den utsettes for en trykkforskjell tilsvarende 1.27 cm vannsoyle.