NO144026B

NO144026B - ELECTRO-OPTICAL MONITORING SYSTEM.

Info

Publication number: NO144026B
Application number: NO763930A
Authority: NO
Inventors: Richard L Stratton
Original assignee: Kockums Automation
Priority date: 1975-11-21
Filing date: 1976-11-18
Publication date: 1981-02-23
Also published as: SE7611567L; FI73522B; SE406825B; FI763296A; NO144026C; AU508268B2; FI73522C; NO763930L; CA1080324A; DE2648181A1; AU1985676A

Description

Anordning ved celler for smelte-elektrolytisk fremstilling av natrium. Device at cells for the melt-electrolytic production of sodium.

Denne oppfinnelse vedrører en anordning ved celler for smelteelektrolyse av This invention relates to a device for cells for melting electrolysis of

natrium. sodium.

I tidligere fremgangsmåter på områ-det inneholder celletaadet vanligvis en stor In prior methods in the art, the cell tray usually contains a large

del kalsiumklorid for å redusere smelte-punktet av natriumklorid og en uønsket part calcium chloride to lower the melting point of sodium chloride and an undesirable

mengde av kalsiummetall frembringes amount of calcium metal is produced

sammen med natriumet. Da den spesifike together with the sodium. Then the specific

vekt av cellebadet er større enn av natrium weight of the cell bath is greater than that of sodium

stiger metallet til badets overflate og ut the metal rises to the surface of the bath and out

av cellen gjennom et rør eller ledning kjent of the cell through a tube or wire known

som stigeledning. Under oppstigning i stigeledningen kjøles den flytende natrium as a ladder. During ascent in the riser, the liquid sodium is cooled

med det i samme oppløste kalsium og derved utfelles fast kalsium som fortrinnsvis with the calcium dissolved in the same and thereby solid calcium is precipitated as preferable

har tilbøyelighet til å synke til det indre has a tendency to sink to the interior

av det smeltede metall-cellebad hvor det of the molten metal cell bath where it

kan reagere med natriumkloriden for å can react with the sodium chloride to

danne kalsiumklorid. Når kalsium utfelles form calcium chloride. When calcium is precipitated

størkner det uheldigvis i små partikler som it unfortunately solidifies into small particles which

synker sagte og hefter seg til de indre overflater av stigeledningen. Hvis trykk påføres sinks gently and adheres to the inner surfaces of the riser. If pressure is applied

vil det avsatte kalsium klumpe seg sammen the deposited calcium will clump together

og feste seg mere og mere fast. Under for-søk på å løse dette problem har et antall and stick more and more firmly. During for-searches to solve this problem have a number

anordninger vært foreslått, f. eks. en stigeledning med stor diameter, øket kjøling devices have been proposed, e.g. a large diameter riser, increased cooling

eller opphetning av den del av stigeledningen som rager utenfor cellebadet, forskjel-lige rørverk drevet kontinuerlig eller period-isk, men ingen av disse har vært så effek-tive som er nødvendig for kontinuerlig drift or heating of the part of the riser that protrudes outside the cell bath, various piping operated continuously or periodically, but none of these have been as effective as is necessary for continuous operation

og enten kreves der gjentatt møysommelig and either is required to be painstakingly repeated there

og farlig brotsj ing av innsiden av stigeledningens vegger ved hjelp av stenger eller and dangerous reaming of the inside of the riser walls using rods or

staker for å hindre gjentetning, eller føres opphetet natrium ut av cellen, hvilket da, nødvendiggjør kostbare separeringsbehand-linger utenfor cellen, hvilket på sin side resulterer i hurtigere tømming av kalsium-kloridfluksen i cellebadet og dette forstyr-rer vedlikeholdelsen av riktig elektrolyse-sammensetning. stakes to prevent resealing, or heated sodium is led out of the cell, which then necessitates expensive separation treatments outside the cell, which in turn results in faster emptying of the calcium chloride flux in the cell bath and this disrupts the maintenance of the correct electrolysis composition .

Ifølge foreliggende oppfinnelse er der skaffet en anordning ved en celle for smelteelektrolytisk fremstilling av natrium fra smeltede salter, hvor en vertikal rør-formet stigeledning med en skraper i denne tjener til å rense natriumet som fjernes fra cellen og å hindre at utfelt kalsium kleber til stigeledningens avkjølte vegg, og anordningen utmerker seg ved at skraperen er bevegelig uavhengig av resten av cellen og aksialt sentrert og vertikalt plasert i stigeledningen og omfatter ett eller flere horisontalt dreibare knivblad, idet hvert blad er utstyrt med minst en hovedsakelig vertikal, skarp skjæreegg nær inntil stigeledningens indre vegg i den lengde gjennom hvilken der er betydningsfull temperaturforandring i det stigende natrium, og skjæreeggen eller skjæreeggene er rettet i skraperens omdreiningsretning. According to the present invention, a device has been provided at a cell for the melting electrolytic production of sodium from molten salts, where a vertical pipe-shaped riser with a scraper in it serves to clean the sodium that is removed from the cell and to prevent precipitated calcium from sticking to the riser cooled wall, and the device is distinguished by the fact that the scraper is movable independently of the rest of the cell and axially centered and vertically placed in the riser and comprises one or more horizontally rotatable knife blades, each blade being equipped with at least one mainly vertical, sharp cutting edge close to the riser inner wall in the length through which there is a significant temperature change in the rising sodium, and the cutting edge or cutting edges are directed in the direction of rotation of the scraper.

Fig. 1 er et vertikalt tverrsnitt av en celle for elektrolyse av en smeltet salt-blanding, fig. 2 er et planriss av en skraper for bruk av cellens stigeledning, og fig. 3 er et horisontalt tverrsnitt av stigeledningen og skraperen ved A—A i fig. 1. Fig. 1 is a vertical cross-section of a cell for electrolysis of a molten salt mixture, fig. 2 is a plan view of a scraper for use in the cell's riser, and fig. 3 is a horizontal cross-section of the riser and the scraper at A—A in fig. 1.

Cellen i fig. 1 består av en sylindrisk mantel 1 foret med ildfast stein 2. Fra undersiden er ført inn i en sylindrisk gra-fittanode 3 omsluttet av en sylindrisk ringformet stålkatode 4 som har forbindelser 5 til mantelens utside. Anoden og katoden er adskilt ved en porøs (vanligvis metall-trådduk) sylindrisk metallmembran 6 som er opphengt i en ringformet konstruksjon 7 betegnet kollektorring» som er et ringformet omvendt traug for oppsamling av flytende natrium frembragt ved katoden. Klorgass som stiger opp fra anoden 3 sam-les i klorkuppelen 10 og trekkes bort fra cellen ved røret 11. Kollektorringen 7 og kuppelen 10 understøttes i cellen ved ikke viste anordninger. Ved et egnet punkt stiger en vertikal ledning 8, 9 fra kollektorringen 7 for å lede flytende natrium vertikalt ut av cellen ved virkningen av forskjellen i hydrostatisk trykk mellom den smeltede celleelektrolyt og natrium. Natrium strøm-mer ut av ledningen 8, 9 over et overløp 12 til mottageren 13. The cell in fig. 1 consists of a cylindrical mantle 1 lined with refractory stone 2. From the underside is led into a cylindrical graphite anode 3 enclosed by a cylindrical ring-shaped steel cathode 4 which has connections 5 to the outside of the mantle. The anode and cathode are separated by a porous (usually metal wire cloth) cylindrical metal membrane 6 which is suspended in an annular structure 7 called the collector ring, which is an annular inverted trough for collecting liquid sodium produced at the cathode. Chlorine gas rising from the anode 3 is collected in the chlorine dome 10 and drawn away from the cell by the pipe 11. The collector ring 7 and the dome 10 are supported in the cell by devices not shown. At a suitable point a vertical conduit 8, 9 rises from the collector ring 7 to conduct liquid sodium vertically out of the cell by the action of the difference in hydrostatic pressure between the molten cell electrolyte and sodium. Sodium flows out of the line 8, 9 over an overflow 12 to the receiver 13.

Den øvre ende av ledningen 8, 9 som kan betegnes som stigeledningen» kan være utstyrt med et antall ribber 14 for å be-virke kjøling. En anordning 15, kalt «skraperen» er ført ned i stigeledningen 8, 9 fra den øvre ende og er dreibar for å skrape den indre vegg av stigeledningen ved hjelp av håndtaket 16. Skraperen 15 omfatter i dette tilfelle tre buede knivblad sveiset sammen ved 18 for å danne en konstruk-sjonsmessig sterk enhet som er dreibar i retning av kniveggene 19 som er avpasset til å skrape alle kalsiumavsetninger fra stigeledningens 8, 9 indre vegg. Skraperen er ved den øvre ende sentrert i lagre 20 og krever fortrinnsvis ingen lagre ved andre punkter fordi de tre knivegger av skraperbladene er adskilt ved vinkler på omkring 120° og har en liten klaring inne i stigerøret anordnet for riktig sentrering. Over-drevet varmetap fra overflaten 21 av de smeltede salter hindres ved lokket 22. Skraperen kan ved hjelp av håndtaket løftes innen grensene som bestemmes av lagrene 20 og hvis da håndtaket slippes vil skraperen falle ned med tilstrekkelig kraft til å løsne ethvert materiale som kan ha festet seg til skraperbladene. The upper end of the line 8, 9 which can be referred to as the "riser line" can be equipped with a number of ribs 14 to effect cooling. A device 15, called the "scraper" is led down into the riser 8, 9 from the upper end and is rotatable to scrape the inner wall of the riser by means of the handle 16. The scraper 15 in this case comprises three curved knife blades welded together at 18 to form a structurally strong unit which is rotatable in the direction of the knife edges 19 which are adapted to scrape all calcium deposits from the inner wall of the riser 8, 9. The scraper is centered at the upper end in bearings 20 and preferably requires no bearings at other points because the three knife edges of the scraper blades are separated at angles of about 120° and have a small clearance inside the riser arranged for proper centering. Excessive heat loss from the surface 21 of the molten salts is prevented by the lid 22. The scraper can be lifted by means of the handle within the limits determined by the bearings 20 and if the handle is then released the scraper will fall down with sufficient force to dislodge any material that may have stuck to the scraper blades.

På grunn av det utfelte kalsiums tendens til å hefte seg til faste overflater under påføring av selv meget svakt trykk, utøvet enten mekanisk eller ved tyngden, er det viktig at der ikke finnes noen hori-sontale arealer eller kanter i stigeledningen hvorpå kalsium kan bunnfelle eller avsette seg. Due to the tendency of the precipitated calcium to adhere to solid surfaces under the application of even very slight pressure, exerted either mechanically or by weight, it is important that there are no horizontal areas or edges in the riser on which calcium can settle or set aside.

Under driften av cellen har kalsium en tendens til å dannes på eller nær stigeledningsveggen og hvis det tillates å samle seg eller presse mot veggen, vil det feste seg og danne motstandsbevirkende belegg som blir mer og mer vanskelig å fjerne. Ved hjelp av dreiningen av skraperen med dens skarpe egger ifølge foreliggende oppfinnelse er det imidlertid mulig å skrape bort det ansamlede kalsium fra stigeledningsveggen. Det er foretrukket at skraperbladene danner en så rimelig spiss vinkel som mulig med hensyn til overflaten som skal skrapes, at skraperen dreies bare i retningen av den førende skarpe skraper - egg og at alle egger vender i samme retning. Hvis skraperen dreies i retningen motsatt den førende skraperegg kan kalsium bli smørt eller pakket hårdt mot stigeledningsveggen og kalsium vil da istedet hurtig bli så hårdt at dets avskrapning faktisk blir umulig og stigeledningen må da brotsjes rent ved hjelp av en skarp, som en meisel spisset, stang som med kraft føres inn fra stigeledningens øvre ende, og derved utsettes stigeledningens innhold for luft. Alt dette er kostbart, vågelig og tids-ødende, men kan i stor utstrekning unn-gåes ved riktig drift av skraperen ifølge foreliggende oppfinnelse. During the operation of the cell, calcium tends to form on or near the riser wall and if allowed to accumulate or press against the wall, it will adhere and form a resistive coating that becomes increasingly difficult to remove. By means of the rotation of the scraper with its sharp edges according to the present invention, it is, however, possible to scrape away the accumulated calcium from the riser wall. It is preferred that the scraper blades form as reasonably acute an angle as possible with regard to the surface to be scraped, that the scraper is turned only in the direction of the leading sharp scraper - egg and that all eggs face the same direction. If the scraper is turned in the direction opposite to the leading scraper egg, calcium can be smeared or packed hard against the riser wall and the calcium will instead quickly become so hard that its scraping actually becomes impossible and the riser must then be reamed clean with the help of a sharp, like a chisel-pointed, rod which is forcefully inserted from the upper end of the riser, thereby exposing the contents of the riser to air. All this is expensive, risky and time-consuming, but can be avoided to a large extent by correct operation of the scraper according to the present invention.

Hvis skraperen er utstyrt med mindre enn tre skraperblader kan det være nød-vendig å anordne et passende lager et eller annet sted nede i stigeledningen for å holde eggen i riktig stilling for å skrape den indre overflate av stigeledningen. Hvis der er anordnet tre eller flere skrapekniver vil det ikke være nødvendig med andre lagre enn de ved stigeledningens øvre ende. Der kan brukes flere enn tre skraperblader men tre er det foretrukne antall. Det er foretrukket at skraperbladene er buet som vist i fig. 3, men de kan være rette i hvilket tilfelle større omsorgsfullhet i konstruk-sjoner vil være nødvendig. Skrapeeggene må være rettet i en vinkel i retning av skraperens omdreiningsretning for å skjære eller skrape bort enhver avsetning dannet på stigeledningsveggen uten samtidig å få en tendens til å smøre avsetningen mot veggen og derved bringe avsetningen til å herdne. På grunn av temperaturvirknin-ger vil det i alminnelighet være nødvendig å tilveiebringe en liten klaring mellom den skarpe skraperegg og den indre vegg av stigeledningen men denne skal fortrinnsvis ikke være større enn ca. 4,8 mm og kan være så liten som 1,6 mm. Stigeledningen må fortrinnsvis nærme seg så langt som mulig en nøyaktig sylindrisk form. Ledningen kan ha et nedre segment med en mindre diameter enn det øvre segment. Hvis den øvre del av stigeledningen således er 200 mm i diameter, kan den nedre del være 150 mm i diameter og skraperen kan være tilsvarende formet for at alle indre overflater av stigeledningen som er i kontakt med natrium kan bli skrapet. Størrelsen av diameteren vil delvis være en funksjon av cellestørrelsen. For en celle som produserer omkring 454 kg Na/dag vil en diameter på 150—250 mm være passende. If the scraper is equipped with less than three scraper blades, it may be necessary to provide a suitable bearing somewhere down the riser to hold the egg in the correct position to scrape the inner surface of the riser. If three or more scraper knives are arranged, no bearings other than those at the upper end of the riser will be necessary. More than three scraper blades can be used, but three is the preferred number. It is preferred that the scraper blades are curved as shown in fig. 3, but they may be correct in which case greater care in construction will be necessary. The scraper edges must be directed at an angle to the direction of rotation of the scraper to cut or scrape away any deposit formed on the riser wall without at the same time tending to smear the deposit against the wall and thereby cause the deposit to harden. Due to temperature effects, it will generally be necessary to provide a small clearance between the sharp scraper edge and the inner wall of the riser, but this should preferably not be greater than approx. 4.8 mm and can be as small as 1.6 mm. The riser must preferably approach as far as possible an exact cylindrical shape. The wire may have a lower segment with a smaller diameter than the upper segment. Thus, if the upper part of the riser is 200 mm in diameter, the lower part can be 150 mm in diameter and the scraper can be similarly shaped so that all internal surfaces of the riser that are in contact with sodium can be scraped. The size of the diameter will be partly a function of the cell size. For a cell that produces around 454 kg Na/day, a diameter of 150-250 mm would be suitable.

Skraperen er fortrinnsvis utstyrt i et eller flere blader, men ikke alle blader, med en eller flere åpninger eller hull som vist ved 17 i fig 2. Disse åpninger, som må ha et areal på minst l,59cm<2>, vil tillate en svak pumpevirkning i de vertikale avdelinger, som dannes av bladene og dette med-virker til å bryte opp f. eks. gelelignende, men dårlig avgrensede masser dannet ved utfelt kalsium i natriumen ved visse tem-peraturområder gjennom hvilke natriumen passerer på sin vei opp røret. The scraper is preferably provided in one or more blades, but not all blades, with one or more openings or holes as shown at 17 in Fig. 2. These openings, which must have an area of at least 1.59cm<2>, will allow a weak pumping effect in the vertical sections, which are formed by the leaves and this helps to break up e.g. gel-like, but poorly defined masses formed by precipitated calcium in the sodium at certain temperature ranges through which the sodium passes on its way up the pipe.

Det er funnet fordelaktig å drive skraperen ved periodiske intervaller såsom hvert trettiende minutt. Denne virksomhet vil i alminnelighet omfatte fra 1-10 om-dreininger av skraperen med et eller flere innskutte fall eller skakinger utført ved å løfte skraperen omkring 75 til 100 mm og tillate den å falle tilbake ved sin egen vekt for å løsne alle faste stoffer som kan ha samlet seg på bladene. Slik skaking kan utføres ved en hvilken som helst anordning som vil utføre en hurtig vertikal bevegelse. Utstrekningen av den vertikale bevegelse vil vanligvis ikke være større enn diameteren av stigeledningen, og den kan være meget kortere, idet kravet er at skakingen er skarp nok til å fjerne all kalsium som kan ha festet seg på skraperbladenes overflater. It has been found advantageous to operate the scraper at periodic intervals such as every thirty minutes. This operation will generally include from 1-10 revolutions of the scraper with one or more cut-in falls or shakes carried out by lifting the scraper about 75 to 100 mm and allowing it to fall back under its own weight to loosen any solids that may have collected on the leaves. Such shaking can be performed by any device that will perform a rapid vertical movement. The extent of the vertical movement will not usually be greater than the diameter of the riser, and it can be much shorter, as the requirement is that the shaking is sharp enough to remove all calcium that may have stuck to the surfaces of the scraper blades.

Skraperen kan drives manuelt eller den kan drives ved automatiske anordninger innstillet til å virke ved forutbestemte intervaller både for å dreie skraperen og for å skake den ved et fall på et passende antall cm. The scraper may be operated manually or it may be operated by automatic devices set to operate at predetermined intervals both to rotate the scraper and to shake it upon a drop of a suitable number of cm.

Claims

1. Devices for cells for the smelting electrolytic production of sodium, where a tubular vertical riser with a scraper in it serves to clean the sodium that is removed from the cell and to prevent precipitated calcium from sticking to the cooled wall of the riser, characterized in that the scraper (15 ) is movable independently and the rest of the cell and axially centered and vertically placed in the riser (8, 9) and comprises one or more horizontally rotatable knife blades, each blade being equipped with at least one mainly vertical, sharp cutting edge (19) close to the inside of the riser wall in the length through which there is a significant temperature change in the rising sodium and the cutting edge or cutting edges are aligned in the scraper's rotating device.

2. Device according to claim ^characterized in that the scraper consists of at least three knife blades so constructed and positioned that they form practically separate vertical sections in the riser.

3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that the scraper is constructed and arranged in such a way that it gets a vertical movement.

4. Device according to one of the claims 1-3, characterized in that one or more openings for pumping action are arranged in at least one, but not in every knife blade.