NO138151B - Flerelektrolysecelle for fremstilling av kaustisk soda - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en flerelektrolysecelle av typen med vertikalt diafragma for fremstilling av kaustisk soda, og mer spesielt en flerelektrolysecelle laget ved kompakt anordning av et stort antall vertikale celleenheter i en katodetank og koblet elektrisk parallelt med hverandre.

I en av de kjente flerelektrolyseceller av typen med

vertikalt diafragma er en katodeseksjon laget av et stort antall innbyrdes forbundne katodeavdelinger som hver er omgitt av en elektrode av jernduk og diafragma, anordnet mellom et stort antall anodeplater anbragt tett nær hverandre i en enkelt anodetank (se US patentskrifter nr. 2742419 og nr. 2742420). I en annen kjent elektrolysecelle av den ovennevnte type (se britisk patentskrift nr. 1153502) er et enkelt, langstrakt katodekammer ført i siksak gjennom rommene mellom en rekke anodeplater anordnet ved siden av hverandre i en anodetank.

I de ovennevnte vanlige flerceller har anodeplaten i alminnelighet et stort overflateareal med en høyde på 70-80 cm og en bredde på 100-200 cm, og dessuten er anode- og katode-

delene anbragt nær hverandre med en så liten avstand som 1 cm.

Det er derfor meget vanskelig jevnt å opprettholde denne korte avstand i hele cellen. De kjente flerceller er dessuten beheftet med de ulemper at de i disse anvendte foringer av betong eller gummi ikke i tilstrekkelig grad hindrer at anodetankens inner-vegger vil bli korrodert av klorgass som utvikles ved anoden,

og dette nødvendiggjør hyppige reparasjoner av innerveggene. Anodeplatene, jerndukkatoderammen og diafragmaet må også ofte repareres eller byttes ut. Det er meget tids- og arbeidskrevende å demontere de integrert anordnede anode- og katodedeler for reparasjon av disse cg derefter igjen å montere disse, eller å erstatte defekte eller slitte deler av den integrerte anode- og

katodemontasje med nye deler. Det er dessuten meget vanskelig å tilveiebringe et jevnt rom mellom anode- og katodedelene i hele cellen, og dette gjør det nødvendig at den gjennomsnittlige cellespenning i en tank holdes på over 4,0 V.

Det tas derfor ved oppfinnelsen sikte på å tilveiebringe en flerelektrolysecelle av typen med vertikalt diafragma og hvor en jevn avstand kan opprettholdes mellom anode- og katodedelene i hele cellen slik at den gjennomsnittlige c.ellespenning kan reduseres sterkt i forhold til den cellespenning som har vært nødvendig for de kjente elektrolyseceller.

Det tas ved oppfinnelsen dessuten sikte på å tilveiebringe en flerelektrolysecelle av typen med vertikalt diafragma som mulig-gjør hurtig reparasjon.

Oppfinnelsen angår således en flerelektrolysecelle av typen med vertikalt diafragma for fremstilling av kaustisk soda, og flerelektrolysecellen er særpreget ved at den omfatter flere celleenheter kompakt anordnet i en katodetank og koblet elektrisk parallelt til hverandre, idet hver av celleenhetene omfatter to anodeplater som er sveiset fast til minst to elektrisk ledende bærestenger som på sin side er koblet til hver sin utvendige strøm-skinne, en jerndukkatoderamme som er foret med et asbestdiafragma som omgir de festede anodeplater i en på forhånd bestemt avstand fra disse, en hette av korrosjonsmotstandsdyktig materiale på jerndukkatoderammen, en skålskive ført inn i denne, og en anordning for å understøtte anodeplatenes ytre, øvre sidevegger, idet anordningen omfatter en rekke settskruer som er elektrisk isolerte og holdes gasstette ved hjelp av en pakning for derved å hindre den øvre del av anodeplatene fra å svaie.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet under henvisning til tegningene, hvora\^ Figix1 viser '^t vertikalsnitt tatt langs linjen A-A gjennom en celleenhet ifolge Fiy* 2\>g samtidig den måte hvorpå celleenheten er festet til enXstor kat\de"tank, og Fig. 2 skjematisk\iser delvis avdekket en utforelsesform ifolge ,oppf innelsen av flerelektKqlyseceller av typen med vertikalt diafragma katodetanken. visV, snitt. ;Ifolge-Fig. 1 består eV celleenhet 1 av et sett av to opprettstående anodeplater av titan^ med en tykkelse på 2.-3 mm og galvanisk belagt med f.eks. et metall 3 ^ifra platinagruppen, en jerndukkatoderamme h foret med et asbestdiaf^agma 5 og.således anordnet at den omgir hvert par av anodeplatene 2 ^ en fast avstand fra.disse av ca. ;6 mm, en hette 6 av et materiale \som er motstandsdyktig overfor korrosjonsangrep av klorgass og en va-nllg saltopplosning og som er anordnet i den ovre del av katoderammen h\ og en skål 7 av et lignende korrosjonsmotstandsdyktig materiale og ^innsatt i åen nedre del av katoderammen h. Det korrosjonsmotstands^yktige materiale kan -f.eksc bestå ;av gummi, polyvinylklorid eller poljrvinylidenfluorid. Bunnskalens 7 omkretsdel 8 dekker fullstendig en j^ernramme 11. De nedre deler av diafragmaet 5 og jerndukkatoderammen k- er presset mot omkretsdelen '8' ' ved hjelp av flenser 12 som på sin side er festet til en bunnplate 9 ;av jern ved hjelp av settskruer 13, hvorved jer ndukkatoder ammen Ut-bringes i elektrisk forbindelse med en stor katodetank 10 (Fig. 2) som på sån side er koblet til en katodestromskinne (ikke vist). ;De to opprettstående anodeplater 2 er sveiset fast til minst to lignende opprettstående titanbelagte kobber stenger l<1>* med en diameter på ca. 30 mm. Den nedre del av kobber stangen lh er fort inn i bunnplaten 9 av jern og rager nedad fra denne og er festet til en til-svarende anodestromskinne 16 ved hjelp av skruer og muttere 17» Et gummi-pakningsror 19 er. fort inn i et mellomrom mellom et gjennomløpende hull l8 i bunnsk.ålen 7 og bunnplaten 9 av jern og den ytre omkrets av kobber stangen l^f, hvorved fås en isolering mellom anode- og katodedelene og også en hindring av utlekking av anodevæske. For å holde avstanden mellom anodeplaten og katoderammens sidevegg konstant er de ytre, ovre sidevegger, av paret av anodeplater 2 stottet av en rekke

settskruer 20 som er elektrisk isolert og gasstett innskrudd ved hjelp

av en pakning 21 slik at den ovre del av paret av anodeplater 2 hindres

fra å bevege seg.

Om onsket for å gjore montasjen av anodeplatene 2 og kobber-stangen lh enklere kan begge deler være dannet i ett stykke av grafitt. Da imidlertid grafitt smuldres opp når det formes på plass i montasjen eller under drift av elektrolysecellen, kan det ikke anbefales for industriell fremstilling av kaustisk soda å benytte en anodedel av grafitt.

Et stort antall celleanheter 1 laget som beskrevet ovenfor er ifolge Fig. 2 vist•anordnet i katodetanken 10 i en på forhånd bestemt avstand av 10 mm og koblet elektrisk parallelt med hverandre. Et overfor korrosjonsangrep av fluida motstandsdyktig ror 22 er fort gasstett .gjennom den ovre overflate av celleenhetens 1 hette 6 for gjennomstrømning av saltopplosning eller klorgass. Dette ror 22 er fort gasstett gjennom katodetankens 10 ovre lokk 23 og rager oppad fra dette slik at det står i forbindelse med et korrosjonsmotstandsdyktig fellesror 2h som strekker seg horisontalt over katodetanken 10. Fellesrbret 2h er ved sin ene ende koblet til et tilforselsror 25 for. saltopplosning. Et opprettstående trykkror 26 er koblet til den ovre side av fellesroret 2^, og trykkrorets ovre ende er forsynt med et utlopsror 27 for klorgass. Trykkroret 26 er forsynt med en væske-nivåindikator (ikke vist). Katodetankens 10 ovre lokk 23.er forsynt med et utlopsror 28 for hydrogengass, og en av katodetankens 10 sidevegger 29 er forsynt med et utlopsror 30 for opplosning av kaustisk soda på et sted i det vesentlige på samme nivå som celleenhetens 1 hette 6.

En mettet opplosning av natriumklorid tilfores til fellesroret 2h gjennom innlopsroret 25 og innfores kontinuerlig i hver celleenhet 1 gjennom det overfor fluida korrosjonsmotstandsdyktige ror 22 (herefter kalt fludiumror). Saltopplosningens stromningshastighet reguleres i overensstemmelse med avlesninger på væskenivåindikatoren. Saltopplbsningen elektrolyseres ved påtrykking av en egnet spenning over anoden og katoden. Klorgass som avgis rundt anodeplatene 2, bobler opp gjennom saltopplosningen i celleenheten 1, fluidumroret

22^ fellesroret 2h og trykkrbret 26 og slippes ut gjennom utlopsroret-27 og inn i en beholder for klorgass (ikke vist). Den elektrolytisk fremstilte opplosning av kaustisk soda og hydrogengassen som- opp-samles i katodetanken, fjernes gjennom utlopsrorene 30 og 28 og over-fores til en tank for oppbevaring av en opplosning av kaustisk soda hhv. til en oppsamlingsbeholder for hydrogengass (ikke vist).

Den ovennevnte elektrolysecelle kan forandres derved at begge endeflater-av jerndukkatoderammen h erstattes med en jernplate belagt med et korrosjonsmotstandsdyktig materiale for derved I hindre at de virker som katode.

Ifolge en ytterligere utforelsesform av oppfinnelsen kan et enkelt fellesror for samtidig transport av saltopplosning og klorgass erstattes med to fellesror for separat transport av disse materialer.

Den foreliggende elektrolysecelle kan ytterligere forandres ved å reversere den vertikale anordning av celleenhetene og anodestromskinnen ifolge den på Fig. 1 viste utforelsesform, dvs. ved å anordne anodestromskinnen horisontalt over katodetanken og fra denne å henge ned hvert par med anodeplater gjennom lokket 23. Denne sistnevnte utforelsesform er ikke antydet på tegningene.

I de kjente flerelektrolyseceller av typen med vertikalt diafragma er fleranoden hhv. flerkatoden anordnet i form av ett stykke, som beskrevet ovenfor. Hvis en del av denne anode- og katodemontasje beskadiges, må hele den beskadigede del fjernes fra anodetanken og erstattes med en ny ubeskadiget. del.. Denne utskifting er meget tids-og arbeidskrevende. Dessuten er det meget vanskelig å reparere den beskadigede del på grunn av dens kompliserte utformning. Dersom en erstatningsdel anordnes i anodetanken, er det meget vanskelig å opprettholde en jevn avstand mellom .jerndukkatoderammen og anodeplatene i cellen.

I motsetning hertil har flerelektrolysecellen ifolge oppfinnelsen et stort antall celleenheter med enkel konstruksjon og separat anordnet i katodetanken. Hvis derfor en hvilken som helst av celleenhetene blir beskadiget, er det bare nodvendig å åpne katodetanken og fjerne bare den beskadigede celle og erstatte denne med en ny celle slik at gjenoppbygningen av flerelektrolysecellen hurtig kan ut-fores. Det fremgår av Fig. 1 at anodeplaten og jerndukkatoderammen lett kan holdes i en bestemt avstand fra hverandre, og derved ned-settes den tid og den arbeidsinnsats som er nodvendig for reparasjon av cellen, til et minimum. En pålitelig opprettholdelse av en på forhånd bestemt kort avstand mellom anode- og katodedelene gjor det mulig elektrlytisk å fremstille en vandig opplosning av kaustisk soda-med på forhånd bestemt konsentrasjon på en mer effektiv måte under bruk av en lavere cellespenning enn i de kjente flerceller.

Som et eksempel på de fordeler som den foreliggende elektrolyse-

celle .byr på, kan det nevnes at en utskiftning av anode- eller katode-delen i de kjente flerelektrolyseceller tok minst 5 timer, mens en utskiftning av en celleenhet i en katodetank i den foreliggende elektrolysecelle bare. tok ca. en halv time. For ytterligere, å vise for-delene ved den foreliggende elektrolysecelle kan det nevnes at i en kjent flercelle hvori anode- og katodedelene ble holdt i en avstand fra hverandre på gjennomsnittlig ca. 10 mm, var det nødvendig med en gjennomsnittlig cellespenning på over <>>+,0 V for å kunne fremstille en vandig opplosning av kaustisk soda med en konsentrasjon på 11%, mens det i en elektrolysecelle"ifolge oppfinnelsen, hvori anode-og katodedelene ble holdt, i en avstand fra hverandre av f.eks. noy-aktig 6 mm, bare var„nodvendig med en gjennomsnittlig cellespenning på under 3,8 V for den samme fremstilling. For disse sammenlignende frem-stillinger var den gjennomsnittlige strømtetthet på ca. 25 A/dm 2 og elektrolyttemperaturen .ca. 90°C.

Når den foreliggende elektrolysecelle skal settes igang, er det' fordelaktig at den elektriske kraft tilfores når katodetanken er fullstendig fylt med saltopplosning og at væskenivået gradvis synker med okende volum av hydrogengass utviklet på grunn av elektrolysen, for derved å hindre at'blandingen av hydrogen og oxygen i katodetanken vil eksplodere. Utlopsroret 30 for oppløsningen av kaustisk, soda bor være festet til katodetankens 10 sidevegg 29 på et slikt nivå at væskenivået. i katodetanken vil opprettholdes i det vesentlige like hoyt som toppen av celleeniieten under normal drift. Det er dessuten nødven-dig at celleenheten alltid.er fullstendig fylt med saltopplosning og at saltopplbsningens nivå begrenses til inne i trykkroret 26.

Ved overholdelse'av de ovenfor beskrevne forholdsregler ble høydeforskjellen mellom katode- og anodevæskeoverflåtene under den begynnende driftsperiode holdt på ca. 30 cm, og efter. 6 måneder ble • forskjellen oket til ca. 150 cm for å motvirke den okede motstand mot gjennomtrengning av diafragmaet.

Claims (7)

1. Flerelektrolysecelle av typen med vertikalt diafragma for fremstilling av kaustisk soda, karakterisert ved at den omfatter flere celleenheter (1) kompakt anordnet i en katodetank (10) og koblet elektrisk parallelt til hverandre, idet hver av celleenhetene omfatter to anodeplater (2) som er sveiset fast til minst to elektrisk ledende bærestenger (14) som på sin side er koblet til hver sin utvendige strømskinne (16), en jerndukkatoderamme (4) som er foret med et asbestdiafragma (5) som omgir de festede anodeplater i en på forhånd bestemt avstand fra disse, en hette (6) av korrosjonsmotståndsdyktig materiale på jerndukkatoderammen, en bunnskål 17)ført inn i denne', og en anordning for å understøtte anodeplatenes ytre, øvre sidevegger, idet anordningen omfatter en rekke settskruer (20) som er elektrisk isolerte og holdes gasstette ved hjelp av en pakning (21) for derved å hindre den øvre del av anodeplatene fra å svaie.

2. Elektrolysecelle ifølge krav 1, karakterisert ved at avstanden mellom anodeplatene (2) og asbestdiafragmaet (5) er ca. 6 mm.

3. Elektrolysecelle ifølge krav 1 eller 2,karakterisert ved at jerndukkatoderammen (4) er festet til katodetankens (10) bunnplate (9) ved hjelp av flenser (12) og bolter-muttere (13) .

4. Elektrolysecelle ifølge krav 1-3, karakterisert ved at jerndukkatoderammens (4). smale sidevegger er dannet av jernplater og foret med et korrosjonsmotståndsdyktig materiale.

5. Elektrolysecelle ifølge krav 1-4, karakterisert ved at katodetanken (10) har et utløpsrør (30) for en vandig oppløsning av kaustisk soda.

6. Elektrolysecelle ifølge krav 1-5, karakterisert ved at celleenheten (1) har et korrosjonsmotståndsdyktig rør (22) for saltoppløsning og klorgass som står i forbindelse med toppen av hetten (6) på jerndukkatoderammen (4), og også et fellesrør (24) som strekker seg horisontalt over katodetanken (10) og som ved sin ene ende står i forbindelse med et tilførsels-rør (25) for saltoppløsning og på sin øvre side står i forbindelse med et opprettstående trykkrør (26) som er forsynt med et utløpsrør (27) for klorgass.

7. Elektrolysecelle ifølge krav 1-5, karakterisert ved at celleenheten (1) har to fluidumrør av korrosjonsmotståndsdyktig materiale og som står i forbindelse med toppen av hetten (6) på jerndukkatoderammen (4), idet ett av fluidumrørene er beregnet for fjernelse av klorgass utviklet rundt anodeplatene (2) og står i forbindelse med ett fellesrør for klorgass, og det annet-av fluidumrørene er beregnet for tilførsel av saltoppløsning til cellen og står i forbindelse med et annet fellesrør for saltopp-løsning, idet begge fellesrør strekker seg horisontalt over katodetanken (10) . '