NO138152B - Anordning ved bipolare, elektrolytiske celler av filterpressetypen for fremstilling av klor fra vandige alkalikloridopploesninger - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en anordning ved elektrolytiske celler for fremstilling av klor og alkali, hvilke er al-minnelig kjent som filterpresse-varianter av diafragmacellen. Oppfinnelsen tilveiebringer et nytt to-punkts tetningssystem for sammenbolting av katode og anode gjennom skilleveggen, idet boltehullet samtidig tettes så elektrolytt ikke kan trenge inn.

Som det fremgår av boken Chlorine, ACS Monograph 154, J.S. Sconce, Editor, Reinhold Publishing Company, New York, N.y., 1962, har celler av diafragmatypen vært vanlig anvendt i mange år ved fremstilling av klor og alkali ut. fra vandige alkaliklorid-oppløsninger. Filterpressevarianten av diafragmacellen vinner terreng innen klorindustrien. Imidlertid er det stadig interesse for tilfredsstillende elektriske forbindelser mellom de enkelte celle-enheter som både er kompakte og lekkasjefrie. For noen celler er ytre elektriske forbindelser fra en enkeltcelle til den .neste ikke tilfredsstillende. Ved andre celler, se f.eks. US-patent 3 242 059, anvendes kostbare deler av titanmetall både som celleskille og til elektriske forbindelser. For å oppnå tilfredsstillende kompakthet og økonomi ved filterpresseceller ønsker man en effektiv lekkasjefri elektrisk forbindelse som muliggjør bruk av skillevegger av plast.

Den foreliggende oppfinnelse angår en anordning ved bipolare, elektrolytiske celler av filtérpressetypen for fremstilling av klor fra vandige alkalimetallkloridoppløsninger, hvor metallanoden (1) og metallkatbden (3) i naboceller er i direkte elektrisk forbindelse med hverandre ved en gjenget inngrepsanordning, og anoden og katoden holdes i avstand fra hverandre ved en mellomliggende.elektrisk inaktiv skillevegg (2), karakterisert ved en uavhengig opprettholdelse av egnede elektriske og mekaniske forbindelser mellom anoden (1) og katoden (3) i naboceller, idet elektrolytt- og gass-strømning gjennom skilleveggforbindelsen mellom anode og katode hindres ved følgende trekk i kombinasjon: (1) et fremspring er festet til hver anode og katode og er anordnet slik at de møtes, hvilke fremspring (4,5) har hovedsakelig samme materialsammensetning som den elektrode til hvilken de respektive fremspring er festet, og er forsynt med en O-ring (6,6a,7,7a) på den side av hvert anode- og katode-fremspring som er i kontakt med skilleveggen (2), hvilken O-ring omgir den gjengede inngrepsanordning i hvert fremspring og holdes på plass ved en kanal (14,16) anordnet i fremspringet (4,5), hvilken kanal har en dybde som er 0,5-0,9 av O-ringens tverrsnittsdiameter i ukomprimert tilstand, hvorved O-ringen kommer under kompresjonstrykk når anoden og katoden er i elektrisk forbindelse med hverandre, og (2) hvert fremspring (4,5) har en trykkopptakende flate (12,13) som passer sammen med det andre fremspringet og omgir den gjengede inngrepsanordning, et fremspring (5) har en åpning (22) for en bolt (20) som går gjennom fremspringet og inn i det andre fremspringet (4), hvilken bolt har hovedsakelig samme materialsammensetning som det fremspring gjennom hvilket den er lagt, og det førstnevnte fremspring (5) har også en trykkopptakende flate (10) som tilsvarer og passer sammen med den trykkopptakende flate (9<1>) på bolten. En foretrukken utførelsesform går ut på at de møtende overflater (12,13) på fremspringene (4,5) er plane. En annen foretrukken utførelsesform går ut på at de møtende overflater (12,13) på fremspringene (4,5) er koniske.

De nevnte O-ringer og trykkopptakende flater er slik anordnet at når bolten (20) stikkes gjennom det førstnevnte fremspring (5) og forbindes med det andre fremspringet (4), så vil både O-ringene og de nevnte trykkopptakende flater komme under kompresjonstrykk hovedsakelig på samme tid, men kompresjonstrykket på O-ringene er likevel uavhengig av kompresjonstrykket mellom de nevnte trykkopptakende metallflater, og kompresjonstrykket mellom disse trykkopptakende metallflater på fremspringet vil være hovedsakelig uavhengig av de forandringer i kompresjonstrykk i O-ringen som skyldes forandringer i ringens fysiske egenskaper, idet 0-ringen virker som en pakning.

Tegningen viser et snitt gjennom elektrodeforbindelsen og tetningen tatt på langs gjennom midten av bolten som forbin-der anoden og katoden.

I den på tegningen viste utførelsesform er en typisk bipolar elektrolysecelle for fremstilling av klor og alkali forsynt med en metallanode 1, en skillevegg 2 av plast mellom naboceller i elektrolysøren og en metallkatode 3 tilhørende nabo-cellen. For å lette sammenboltingen av anoden 1 og katoden 3

har anoden 1 et anodefremspring 4, og et tilsvarende katodefrem-spring 5 er festet til katoden 3 på en slik måte at det gjengede boltehull 18 i anodefremspringet 4, hullet 22 i katodefremspringet og katoden 3 vil være på linje med hverandre, slik at bolten 20 kan stikkes inn og bringes i inngrep uten vanskelighet. Den mekaniske og elektriske forbindelse tilveiebringes ved at man stikker bolten 20 gjennom en elektrode (for illustrasjonsformål er bolten 20 vist lagt gjennom katoden 3, men man kunne selvsagt velge og stikke bolten inn fra den andre siden gjennom anoden 1) og fremspringet på denne elektrode og videre inn i det gjengede hull 18

i det andre fremspringet 4, slik at den gjengede bolt 20 kommer i inngrep med gjengene 11 i anodefremspringet. Bolten 20 skrues helt inn inntil kontakt oppnås ved (A) den trykkopptakende flate 9' på bolteholdet 9 og den trykkopptakende flate 10 på katodefremspringet og (B) den trykkopptakende flate 12 på katodefremspringet 5 og den trykkopptakende flate 13 på anodefremspringet 4. De nevnte trykkopptakende flater, som på tegningen er vist som plane flater, kan godt være skrå eller koniske, idet formen er av sekundær betydning bare de forskjellige deler kommer i god kontakt med hverandre, som forklart ovenfor, under dannelse av en sterk mekanisk forbindelse og en god elektrisk kontakt. For fullstendighetens skyld (skjønt det er selvinnlysende) nevnes at skilleveggen 2 har en åpning eller et hull gjennom hvilket en del av et fremspring rager fram til kontakt med det andre fremspringet. Hullet er imidlertid vesentlig mindre enn fremspringet. Det foretrekkes at anodefremspringet.4 og katodefremspringet 5 har i det vesentlige de samme radiale dimensjoner.

Et annet hovedtrekk ifølge oppfinnelsen er tetningen. Plastskilleveggen 2 er mekanisk fastklemt mellom anodefremspringet 4 og katodefremspringet 5 ved den ovenfor beskrevne sammenbolting. For oppnåelse av den ønskede tetning på hvert fremspring er det utskåret eller på annen måte tilveiebragt et kammer 14, 16 for opptakelse av en O-ring (6 og 6a eller 7 og 7a), hvilket kammer omgir (fortrinnsvis konsentrisk) boltehullet 22, 18 og er anordnet på den del av fremspringet som vender mot det andre fremspringet og som ellers ville være i kontakt med skilleveggen 2. I hvert kammer 14, 16 er det anbragt en O-ring (6 og 6a eller 7 og 7a). Dybden av kamrene 14, 16 er 0,5-0,9 av tverrsnitts-diameteren av den usammenpressede O-ring. Trykket på 0-ringen 6, 7 er i det vesentlige uavhengig av trykket mot de ovennevnte trykkopptakende flater (ved 9' og 10, 12 og 13), selv om de alle kommer under kompresjonstrykk på tilnærmet samme tid. O-ringens fysiske egenskaper gjør at den virker som en pakning.

Anodefremspringet kan festet til anoden 1 ved sveising, f.eks. ved punktsveising til et anodeunderlag av ekspandert tråd-duk av titan om så ønskes, og er hensiktsmessig av et ventilmetall eller en legering derav. Med ventilmetaller menes metallene wolfram, titan, zirkonium, tantal og niob. Fortrinnsvis anvendes titan eller tantal, normalt i en i handelen forekommende ren kvalitet, f.eks. elektrolytisk metall. Legeringer av titan kan brukes forutsatt at legeringen tilfredsstiller passivitets-kriteriet; metall-legeringer som blir passivert når de polariseres anodisk kan forbli passive godt forbi det anodepotensialet som er nødvendig for å omdanne kloridion til klor. Passivitetsfenomenet er beskrevet i en artikkel av Greene i Corrosion av april 1962, side 136-t til 142-t, hvor fig. 1 beskriver typisk aktiv-passiv-transisjon av et metall overfor et korrosivt medium. Legeringer - av titan og aluminium, vanadium, palladium, krom eller tinn kan brukes når de sistnevnte metaller utgjør mindre enn 10% av legeringen.

Det er kjent å belegge anoden 1 med i det minste ett metall fra platinagruppen eller en forbindelse herav, eksempelvis et oksyd. Platinagruppemetallene innbefatter platina, ruthenium, osmium, rhodium, iridium og palladium og legeringer av to eller flere av disse metaller. Denne gruppe betegnes bekvemt som platina da platina er det foretrukne metall i gruppen.

Katoden 3 og katodefremspringet 5 kan også hensiktsmessig forbindes ved sveising og er hensiktsmessig laget av et jernbasert metall, som i og for seg kjent, fortrinnsvis jern eller stål.

Bolten "20 er fortrinnsvis av det samme eller et lig-nende metall som den elektrode gjennom hvilken den er lagt. Den på tegningen viste bolt 20 er hensiktsmessig av jern eller stål.

O-ringene 6, 7 og plastskilleveggen 2 kan være av hvilken som helst i og for seg kjent, egnet materiale, f.eks. gummi, klorerte plastmaterialer, polypropylen og polymerer og kopolymerer av trifluorkloretylen, tetrakloretylen og tetrafluor-etylen, eksempelvis "Teflon" og "Kel-F". Det vil umiddelbart være klart at skilleveggen 2 kan inneholde forsterkningsmaterialer, eksempelvis fyllstoffer som kjønrøk eller asbest for oppnåelse av visse strukturelle egenskaper og kjemisk motstandsdyktighet som ellers ikke er nødvendige for en O-ring.

Det -vil forstås at hver anode og katode selvsagt kan

ha mer enn ett fremspring 4, 5 med tilbehør som beskrevet.

Claims (3)

1. Anordning ved bipolare, elektrolytiske celler av filterpressetypen for fremstilling av klor fra vandige alkali-kloridoppløsninger, hvor metallanoden (1) og metallkatoden (3) i naboceller ér i direkte elektrisk forbindelse med hverandre ved en gjenget inngrepsanordning., og anoden og katoden holdes i avstand fra hverandre ved en mellomliggende elektrisk inaktiv skillevegg (2), karakterisert ved en uavhengig opprettholdelse av egnede elektriske og mekaniske forbindelser mellom anoden (1) og katoden (3) i naboceller, idet elektrolytt-og gass-strømning gjennom skilleveggforbindelsen mellom anode og katode hindres ved følgende trekk i kombinasjon: (1) et fremspring er festet til hver anode og katode og er anordnet slik at de møtes, hvilke fremspring (4,5) har hovedsakelig samme materialsammensetning som den elektrode til hvilken de respektive fremspring er festet, og er forsynt med en O-ring (6, 6a, 7, 7a) på den side av hvert anode- og katode-fremspring som er i kontakt med skilleveggen (2), hvilken O-ring omgir den gjengede inngrepsanordning i hvert fremspring og holdes på plass ved en kanal (14,16) anordnet i fremspringet (4,5), hvilken kanal har en dybde som er 0,5-0,9 av O-ringens tverrsnittsdiameter i ukomprimert tilstand., hvorved O-ringen kommer under kompresjonstrykk når anoden og katoden er i elektrisk forbindelse méd hverandre, og (2) hvert fremspring (4,5) har en trykkopptakende flate (12,13) som passer sammen med det andre fremspringet og omgir den gjengede inngrepsanordning, et fremspring (5) har en åpning (22) for en bolt (20) som går gjennom fremspringet og inn i det andre fremspringet (4), hvilken bolt har hovedsakelig samme materialsammensetning som det fremspring gjennom hvilket den er lagt, og det først-nevnte fremspring (5) har også en trykkopptakende flate (10) som tilsvarer og passer sammen med den trykkopptakende flate (9<1>) på bolten.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at de møtende overflater (12,13) på fremspringene (4,5) er plane."

3. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at de møtende overflater (12,13) på fremspringene (4,5) er koniske.