NO138253B - Rektangulaer monteringsramme for anode- eller katodeplate i bipolar elektrode for elektrolysecelle av filterpressetype - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en rektangulær monteringsramme for anode- eller katodeplate som er sammenbygget til en bipolar elektrode for en elektrolysecelle av filterpress-type, særlig for elektrolyse av alkalikloridløsninger, idet monteringsrammen består av en.øvre del som med unntak for et gassutløp ved sin øvre ende, danner et helt lukket, spalteformet kammer for adskillelse av gass og elektrolytt, samt en nedre del, som er utført med et åpent* gjennomgående hulrom dimmensjonert for å motatt og hovedsakelig utfylles av nevnte anode- eller katodeplate, og en tilførselskanal for fordeling av elektrolytt og utformet i rammmens gods under nevnte hulrom, mens det spalteformede kammers bunn dannes av en tverrbjelke anordnet tvers over rammen og utstyrt med et antall gjennomgående hull for strømming av gass og elektrolytt fra den nedre til den øvre del. ;Man har lenge kjent til de fordeler som oppnås ved elektrolyse-celler av filterpresse-typen og spesielt i de tilfeller hvor de enkelte elementærceller er elektrisk seriekoblet. Slike celler opptar, som følge av sin meget kompakte konstruksjon, meget mindre plass enn vanlig i fabrikkanlegg, og det kreves videre mindre rørutstyr for tilførsel og bortføring av gass og væske, samt ;mindre investeringer i kobber eller aluminium idet nødvendige utstyr for energitilførsel til elektrolysecellene. ;Sammenkobling av et stort antall enkeltceller i en stor mekanisk enhet øker imidlertid sterkt risikoen for stans av hele anlegget som følge av feil i bare en enkelt av cellene. Selv om de alminnelige egenskaper ved celler av filterpressetype lenge har vært kjent,har det med de tidligere tilgjengelige materialer for fremstilling av elektroder, pakninger, rammer eller membraner hittil ikke vært mulig å oppnå tilstrekkelig driftssikkerhet. ;Av denne grunn har slike celletyper vært meget lite benyttet, særlig når det gjelder elektrolyse av alkalikloridløsninger for fremstilling av klor eller klorater. ;De tallrike nye materialer som nå er fremkommet har imidlertid ;ikke bare gjort det mulig å øke driftssikkerheten av sammenbygde celleanlegg, men har også gjort det mulig å oppnå ;en vesentlig økning av strømbelastningen pr. overflateenhet av elektrodene. Denne siste fordel er først og fremst oppnådd ved at det som elektroder anvendes metallkonstruksjoner av titan eller av metaller eller legeringer med analoge anodiske egenskaper. De anodisk aktive deler av disse strukturer dekkes da av et ledende lag som ikke angripes i den benyttede elektrolytt. Slike konstruksjoner kan faktisk være anordnet slik at elektrolysegassene utvikler seg hovedsakelig utenfor rommet mellom anode og katode. Dette forhold i kombinasjon med celler av filterpresse-type uten merkbare ohmske tap i elektrodene som følge av strømoverføring direkte vinkelrett mellom de elektrolytisk aktive flater, gjør det mulig på den ;ene side å øke høyden av elektrodene og på den annen side å ;øke strømtettheten pr. overflateenhet uten at det oppstår overopp-varraing. •." ;Slike bipolare elektroder er beskrevet i OB - PS nr. 1.388.008 ;og 1.388.009 som henholdsvis tilsvarer de norske patenansøkninger nr. 4677/72 og 4694/72. ;Bygging av celler av filterpresse-typen for stor produksjonsevne ved bruk av disse elektroder reiser imidlertid andre problemer. Erfaring viser at elektrodenes monteringsrammer med nåværende utførelse ikke egner seg for anvendelse ved bygging av sterkt belastede, elektrolytiske celler, på grunn av de vanskeligheter som oppstår ved adskillelse av gass og væske samt ved sirkulasjon av elektrolytten. I disse sterkt belastede celler er det ;faktisk vanskelig å gjennomføre fjerning av store gassmengder ;som er blandet med relativt store mengder elektrolytt bare ved å anordne tilsvarende store tverrsnitt for de forskjellige kanaler, ;hvilket medfører altfor store strømleWasje som følge av at utstrømmende>.gass og væske fra hver enkelt celle forenes i ...-. • samlekanalene. I slike sterkt belastede celler, må dessuten sirkulasjonen av elektrolytt studeres spesielt for på den ene side å unngå en altfor markert utarming av ioner i den benyttede elektrolytt, da sådan utforming har tendens til å oppstå i mellomrommene mellom anoder og katoder, samt på den annen side å unngå en alt for stor oppsamling av gassbobler i elektrolytten. ;Det er et formål for foreliggende oppfinnelse å overvinne de ovenfor angitte ulemper, og dette oppnås ved bruk av en monteringsramme av innledningsvis angitt art og hvis særtrekk i henhold ;til oppfinnelsen består i at det i rammens gods videre er utformet minst^en tilbakestrømningskanal, som løper ut fra det nedre område.av det spalteformede kammer og er forbundet med det øvre område av rammens nedre del gjennom åpninger samt munner ut i den éléktrolyttførende tilførselskanal. ;Oppfinnelse vil i det følgende bli nærmere forklart ved hjelp av et utførelseseksempel og under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå; Fig. 1 skjematisk viser en monteringsramme for en anodeplaté, og r. Fig. 2 viser en sammensatt elektrolysecelle med flere monterings-rammer og bipolare elektroder innmontert. ' ~ J>*. :■.''■ ..-Rammen som er vist. i fig. 1 er støpt i polyester. Den nedre del 1 av rammen kan motta den ano.-diske del av en bipolar elektrode, som ikke er vist i denne figur., og står i forbindelse med den øvre del av rammen i form av et spalteformet kammer 2 gjennom en rekke åpninger 3. Det fremstilte klor tas ut gjennom røret 4 øverst i den øyxe del 2. Den elektolytt som skilles fra klor-gassen i denne øvre del av rammen, føres tilbaké gjennom kanaler 5 i rammens gods. Innløpet 6 for elektrolytt til rammen er plassert midt under den nedre del 1, og elektrolytten når frem.til det anodiske parti av den bipolare elektrode gjennom åpninger 7. Ved 8 er det vist «t måleuttak for elektrodepotensialet, og ved 9 et uttak for trykkmåling, 10 er en temperaturmåler, 11 er rammebærere og 12 et styringshull. De katodiske rammer, som ikke er vist, er lik de anodiske rammer med unntagelse av høyden,

og tjener til sammensetning av en membrancelle hvis endeseksjon er skjematisk vist i lengdesnitt i fig. 2. De bipolare elektroder 15 som benyttes i denne celle er beskrevet i britisk patentskrift nr. 1.388.008 som tilsvarer norsk patentansøkning nr. 4677/72.

I fig. 2 angir 13 anof-diske monteringsrammer og 14 katodiske monteringsrammer. De førstnevnte er høyere enn de sistnevnte for å oppnå det nødvendig elektrolytt nivå for å kompensere&rdetJadnLngs-tap som forårsakes av elektrolyttens passasje gjennom membranene 24. De bipolare elektroder er vist ved 15, mens 16 angir anodiske dd.er dannet av folier av titan som er dekket med platina, og 17 angir de katodiske daler som utgjøres av gitter av mykt stål. De anodiske og katodiske deler av hver elektrode er forbundet ved sveising til en midtre metallplate 18 frem-

stilt ved eksplosjonsforming og bestående av titan og mykt stål, idet denne plate tjener som elektrisk forbindelse samt skille-

vegg for separasjon av katolytt og anolytt. 19 angir en enkel endeelektrode i cellen og som her består av et gitter av mykt stål forbundet med en tykk plate som er forsynt med ribber og består av mykt stål. De elektriske uttak er skjematisk vist ved 20. Ved 21 er det angitt en av endestøttene for cellen og 22 betegner en spesiell innstillingsramme. Pakninger er angitt med henvisningstallet 23, og 24 står for membraner av asbestduk. Alle klorutløp fra anoderammene forenes i utløpskanalen 25,

mens hydrogenutløpene munner ut i kanalen 26. Tilførsel av elektrolytt foregår gjennom en kanal 27 og all bortføring foregår gjennom en kanal 28. Ved montering av de forskjellige elementer settes de sammen på en slik måte at elektrodenes katode- og anodedeler innpasses i hulrommene i de nedre deler av de respektive monteringrammer, idet katodedelene kommer i kontakt med membranene.

En slik filterpresse-celle med aktive elektrodeflater på 60 dm<2>

og som drives ved en temperatur på 90°C med en strømtetthet på

30 A/dm og tilføres en natriumkloridløsning med en konsentrasjon på 310 g/l, krever bare en spenning lik 3,2 volt pr. elementær-celle.

Claims (2)

1. Rektangulær monteringsramme for anode- eller katodeplate som er sammenbygget til en bipolar elektrode for en elektrolysecelle av filterpresse-type, særlig for elektrolyse av alkali-kloridløsninger, idet monteringsrammen består av en øvre del (2) som med unntak for et gassutløp (4) ved sin øvre ende, danner et helt lukket, spalteformet kammer for adskillelse av gass og elektrolytt, samt en nedre del (1), som er utført med et åpent, gjennomgående hulrom, dimensjonert for. å motta og hovedsakelig utfylles av nevnte anode- eller katodeplate, og en tilførsels-kanal (6) for fordeling av elektrolytter og utformet i rammens gods under nevnte hulrom, mens det spalteformede kammers bunn dannes av en tverrbjelke (3a) anordnet tvers over rammen og utstyrt med et antall gjennomgående hull for strømming av gass og elektrolytt fra den nedre til den Øvre del, karakterisert ved at det i rammens gods videre er utformet minst en tilbakestrømningskanal (5), som løper ut fra det nedre område av det spalteformede kammer (2) og er forbundet med det øvre område av rammens nedre del gjennom åpninger samt munner ut i den eléktrolyttførende tilførselskanal (6) .

2. Monteringsramme som angitt i krav 1, karakt e r. i s e r t v e d at deri øvre del (13) av rammen for montering av en anodeplate (16) er høyere enn den øvre del (14) av rammen for montering av en katodeplate (17) (Fig. 2) . ' "./.'_ -'-"<v