NO152705B - Fremgangsmaate for regulering av elektrodeavstanden i en elektrolysecelle - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for regulering av elektrodeavstanden i en elektrolysecelle, inneholdende en elektrolytt som kan dekomponeres ved hjelp av elektrisk strøm. Oppfinnelsen angår særlig en fremgangsmåte for regulering av anode-katodeavstanden i en elektrolysecelle for elektrolyse av alkalimetallklorider, f.eks. natriumklorid.

Mer spesielt angår oppfinnelsen en ny fremgangsmåte for regulering av den nevnte avstand i horisontale kvikksølv-celler.

I elektrolyseceller med regulerbare elektroder er styringen av den interne elektrodeavstand mellom anode og katode av økonomisk betydning. Anode-katodeavstanden skal være så kort som mulig for å holde spenningen så nær ved spaltningsspenningen for det elektrolyserte system som opp-nåelig. Omhyggelig regulering av anode-katodeavstanden betyr en reduksjon av energiforbruket, f.eks. ved utvikling av varme, samt unngåelse av kortslutninger og dermed følgende problemer, f.eks. ødeleggelse av anode-overflaten og forurensning av det elektrolytiske produkt blant annet.

Det er tilveiebrakt tallrike teknologier for justering av anode-katodespalten i elektrolyseceller. F.eks. beskrives det i U.S. 3 574 073 reguleringsanordninger for anodesett i celler hvor organer som reagerer på endringer i det magnetfelt som genereres av elektrisk strøm i en leder som forsyner anodesettene, styrer brytning og slutning av en elektrisk krets som aktiverer hydrauliske motorer som hever eller senker anodesettene. Dessuten blir et cellespenningssignal og et milli-voltsignal matet til inngangen på en analogcomputer som avgir en utgangsavlesning av en motstand ifølge formelen

hvor R er motstanden av ett anodesett, E er cellespenningen,

Er er det reversible potensial av det spesielle elektrode-elektrolyttsystem, og I er strømmen til anodesystemet. Hvert anodesett har en karakteristisk motstand ved optimal yteevne til hvilken dette anodesett innreguleres på passende måte.

U.S. 3 558 454 beskriver spenningsreguleringen av en elektrolysecelle ved måling av cellespenningen og sammenligning av denne med en referansespenning. Spalten mellom elektroden endres i overensstemmelse med avvikelsen mellom den målte spenning og referansespenningen, og alle elektroder i cellen reguleres som en enhet.

På tilsvarende måte gir U.S. 3 627 666 anvisning på å justere alle elektrodene i en elektrolysecelle ved anvendelse av apparat som måler cellespenningen og -strømmen i en serie kretser som regulerer anode-katodespalten ved å tilveiebringe en spenning proporsjonal med U-RI hvor U er cellespenningen,

I cellestrømmen og R den forutbestemte motstand i cellen.■

En fremgangsmåte for regulering av elektroder ved måling av strømmene til hver enkelt av disse i syklisk rekke-følge, og justering av avstanden for de anoder hvis målte strømmer avviker fra et utvalgt område av strømstyrker, blir beskrevet i U.S. 3 531 392. Alle elektroder reguleres til det samme strømstyrke-område, og det utføres ingen spenningsmålinger.

En fremgangsmåte for detektering av begynnende kort-slutning beskrives i U.S. 3 361 654 ved å nærme anoden vilkårlig til katodene og stanse bevegelsen når cellestrømmen viser en hurtig økning som er uforholdsmessig sammenlignet med anodens bevegelseshastighet, hvoretter anodebevegelsen reverseres en bestemt distanse. Her reguleres anoden på basis av cellestrømmen.

Mens de ovenfor omtalte fremgangsmåter skaper mulighet for å regulere anode-katodeavstanden i en elektrolysecelle, er det kjent at i en celle med et flertall elektroder vil den optimale avstand for en spesiell elektrode avhenge av dens plas-sering i cellen og av dens alder eller funksjonstid blant andre faktorer. F.eks. er i en horisontal kvikksølvcelle for elektrolyse av alkalimetallklorider den optimale anode-katodeavstand for en anode med beliggenhet nær inngangen til cellen for-skjellig fra avstanden for en anode som ligger nær celle-utgangen. Dessuten kan en ny anode holde en tettere avstand enn en anode som har vært i cellen i en bestemt tid. Det er også nødvendig å vite om anode-katodeavstanden er for kort etter en senkning av anoden slik at det kan oppstå en kort-slutning. Fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en regulering av anode-katodeavstanden for individuelle anodesett i en elektrolysecelle hvor den optimale avstand kan variere for alle settene i en celle. Dessuten kan utvelgelsen av celler og anodesett i en celle for mulig regulering utføres på vilkårlig eller tilfeldig måte.

Det finnes idag et behov for en forbedret fremgangsmåte og utrustning for regulering av spalten mellom en juster-bar anode og en katode, som bygger på strøm- og/eller spenningsmålinger for å tilveiebringe en regulering av elektrodeavstanden for individuelle anodesett under de skiftende betingelser som forekommer i den før nevnte elektrolysecelle. ,

Det er et formål med oppfinnelsen å gi anvisning på en forbedret fremgangsmåte for regulering av anode-katode-avstand, som overvinner ulemper ved den hittil kjente teknikk for anode-justering.

Oppfinnelsen tar utgangspunkt i at det anvendes en elektrolysecelle inneholdende en elektrolytt som kan dekomponeres ved hjelp av elektrisk strøm og som er i kontakt med elektrodene, hvilke elektroder omfatter i det minste ett regulerbart anodesett og en væskeformig katode i avstand fra hverandre, hvor en spenning påtrykkes mellom katoden og anodesettet for å frembringe en elektrisk strømgjennomgang i elektrolytten for å bevirke dekomponering av denne. Det nye og særegne ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen består i første rekke i: a. at det regulerbare anodesett under drift forbindes med en motordrivanordning innrettet til å heve og senke anodesettet etter mottagning av elektriske signaler fra en datamaskin, b. at det ved oppstarting beregnes en standard-spenningskoeffisient S for anodesettet plassert med en avstand på minst 3 mm mellom anoden og katoden, i overensstemmelse med formelen

hvor:

V er spenningen over anodesettet,

D er elektrolyttens dekomponeringsspenning,

KA er strømmen til anodesettet, og

M 2er overflatearealet av katoden under anodesettet, c. at den nevnte størrelse S innføres i datamaskinens program sammen med forutbestemt avviksgrense k for S,

d. at anodesettet senkes med en forutbestemt distanse,

e. at spenningen over anodesettet måles,

f. at strømmen til anodesettet måles,

g. at spenningskoeffisienten Vc beregnes i henhold til den

nevnte formel,

h. at størrelsen Vc sammenlignes med størrelsen S,

i. at avstanden mellom anodesettet og katoden reguleres når differansen mellom størrelsen Vc og størrelsen S faller utenfor den nevnte avviksgrense k, hvor den nevnte regulering omfatter

la. økning av avstanden mellom anodesettet og katoden

med en forutbestemt distanse når Vc ligger under S med en størrelse som overskrider awiksgrensen k,

Ib. reduksjon av avstanden mellom anodesettet og katoden med en forutbestemt distanse når Vc er høyere enn S med en størrelse som overskrider awiksgrensen k, og

Ic• gjentagelse av trinnene e. til Ib. etter at avstanden mellom anodesettet og katoden er endret.

Apparatutstyr som brukes i forbindelse med denne nye fremgangsmåte omfatter en digital datamaskin eller computer som er funksjonsmessig tilsluttet motordrivanordninger innrettet til å heve og senke anoder ved passende signaler fra computeren.

Fremgangsmåten og utrustningen er særlig anvendbar for styring av kommersielle elektrolyseceller hvor store antall celler er forbundet i serie og hver celle inneholder et flertall anodesett.

Oppfinnelsen blir nærmere forklart nedenfor med hen-visning til de skjematiske figurer, hvor

Fig. 1 er et blokkdiagram over den generelle sammen-setning av en utførelsesform for utrustningen ifølge oppfinnelsen

og

Fig. 2 et blokkdiagram over en signalvelger- og kon-dis joneringskrets i denne utrustning. Fig. 1 illustrerer i form av et blokkdiagram en ut-førelsesform for oppfinnelsen i hvilken strøm- og spenningssignaler 1 fra hvert anodesett (ikke vist) i hver elektrolysecelle 2 kan utvelges via en cellevelgerenhet 3. En anodesett-velgerenhet 4 kan utvelge strøm- og spenningssignalene fra ethvert av anodesettene i den elektrolysecelle som er utvalgt av velgerenheten 3. En manuell styreenhet 5 og en automatisk styreenhet 6 kan uavhengig av hverandre utvelge strøm- og spenningssignaler fra velgerenheten 3 og 4 og utføre de krevede beregninger. En motorreguleringsenhet (7) for økning eller reduksjon av anode-katodeavstanden for hvert anodesett i en celle 2 styres manuelt eller automatisk fra styreenheten 5, 6. Fig. 2 representerer signalutvelgelsen og kondisjonerings-systemet for to korresponderende anodesett i to tilgrensende elektrolyseceller i serie. En leder 8 fører strøm til et anodesett 9 i en celle 10, og en andre leder 11 fører strøm til et anodesett 12 i en celle 13. Forbindelsen 14 og 15 langs lederen 8 avgir et signal som representerer strømforløpet til anodesettet 9. På tilsvarende måte avgir forbindelser 17, 18 langs lederen 11 et signal som representerer strømforløpet til anodesettet 12. Termistorkretsene 16 og 19 tilveiebringer temperaturkompenserte strømsignaler mellom henholdsvis forbindelsene 14, 15 og 17, 18. Spenningssignaler over anodesettene 9 og 12 genereres henholdsvis mellom forbindelsene 14, 17 og 18, 20.

En forsterker 27 mottar strømsignaler fra anodesettet 9 via relékretser 21, 22 og fra anodesettet 12 via relékretser 24,

25. En forsterker 28 mottar spenningssignaler for anodesettet

9 via relékretser 21, 2 3 og for anodesettet 12 via relékretser 24, 26. En brytermekanisme (chopper) mottar strømsignalet fra forsterkeren 27 og en andre brytermekanisme 30 mottar spenningssignalet fra forsterkeren 28, og disse signaler omdannes deretter fra likestrøm til vekselstrøm. Transformatorene 31, 32 mottar de omdannede signaler og isolerer disse, tilveiebringende ett på jordpotensial og ett på cellepotensial. To detektorer 33, 34 omdanner de isolerte strøm- og spenningssignaler fra veksel- til likestrøm. Integrerte portkretser 35, 36 mottar disse signaler fra detektoren 33, 34 og utelukker elektrisk støy, særlig den som genereres av den likeretter som leverer strøm til elektrolysecellene. Dé støyfUtrerte strøm- og spenningssignaler blir overført til holdeenheter 37, 38 for å avvente utvelgelse i en velger 39. Etter utvelgelsen blir signalene omformet fra analog til binær type i en omdanner 40 og fra denne overført til en automatisk reguleringsenhet

6 for endelig behandling.

I en foretrukket utførelsesform ifølge oppfinnelsen, hvor elektrolysecellen er én av et flertall seriekoblede elektrolyseceller med kvikksølvkatode og hver av cellene har et flertall anodesett, blir elektrodeavstanden regulert ved: a. detektering av spenningssignaler av analog type frembragt

av hver leder som fører strøm til hvert anodesett,

b. kompensering av de nevnte signaler for temperaturvariasjo-ner i lederne, for å frembringe temperaturkompenserte signaler som er proporsjonale med den strøm som flyter i lederen , c. detektering av analoge spenningssignaler som er proporsjonale med spenningen mellom hver av lederne og den tilsvarende leder i den neste celle i rekken, d. utvelgning fra de kompenserte signaler av et sett signaler generert ut fra de ledere som fører strøm til en utvalgt celle,

e. forsterkning av det nevnte sett signaler,

f. transformering av det således forsterkede signalsett ved cellepotensial til proporsjonale signaler ved datamaskinpotensial,

g. behandling av de proporsjonale signaler for å fjerne likerettergenerert støy,

h. omdanning av de således behandlede signaler av analog type

til separerte signaler av digital type,

i. utvelgning fra de digitale signaler av et sett signaler generert fra et par ledere som fører strøm til ett anodesett, j. beregning av den nevnte spenningskoeffisient og sammenligning av denne med den nevnte størrelse S, k. sammenligning av de således beregnede koeffisienter med en forutbestemt koeffisient for det nevnte anodesett i cellen og bestemmelse av differansen mellom den beregnede og den forutbestemte koeffisient, 1. aktivering av et relée for å igangsette en motor som vir-ker til å heve det nevnte anodesett med en forutbestemt størrelse, hvilket anodesett mates med den leder i hvilken det nevnte sett signaler ble generert når den nevnte stør-relse Vc ligger under den nevnte størrelse S med en stør-relse som overskrider awiksgrensen k, m. aktivering av et relée for å igangsette en motor som tje-ner til å senke det nevnte anodesett med en forutbestemt størrelse, hvilket anodesett mates med den leder i hvilket signalsettet ble generert, når størrelsen Vc ligger over størrelsen S med mer enn den nevnte avviksgrense k,

n. gjentagelse av trinnene a-h umiddelbart etter senkningen av anodesettet og sammenligning av de nye signaler som er proporsjonale med den strøm som flyter i den leder som ma-ter det nevnte anodesett, med signaler som er proporsjonale med den strøm som flyter til anodesettet forut for senkningen av anodesettet,

o. hevning av anodesettet med en forutbestemt størrelse når

økningen i strøm overskrider en forutbestemt størrelse,

p. gjentagelse av trinnene a-h inntil strømmen overskrider en annen forutbestemt grense og deretter hevning av anodesettet med en forutbestemt størrelse,

q. når den nevnte gjentagelse av trinnene a-h fortsetter lengre enn en forutbestemt tidsperiode, hevning av anodesettet med en forutbestemt størrelse,

r. etter hver senkning av anodesettet, gjentagelse av trinnene a-h, sammenligning av hvert digitalt signal som er proporsjonalt med den strøm som flyter, med det foregående digitale signal som er proporsjonalt med strømmen, og når

fluktuasjoner i et flertall av de digitale signaler overskrider en forutbestemt grense, hevning av anodesettet med en forutbestemt størrelse og gjentagelse av trinnene a-h, sammenligning og hevning av anodesettet inntil de nevnte fluktuasjoner er fjernet, og

s. gjentagelse av trinnene a - r med alle de utvalgte anodesett i samtlige av et utvalgt antall celler i det nevnte flertall celler.

Fremgangsmåte ifølge den foreliggende oppfinnelse til-later bruken av anodesett som fremstilles av materialer som avviker fra hverandre, i den samme celle. Dessuten medfører denne fremgangsmåte en nøyaktig regulering av mellomrommet fra anodesettene til katoden når anode-katodeavstanden for et anodesett blir endret.

Den omhandlende fremgangsmåte kan benyttes i forbindelse med et flertall typer elektrolyseceller som anvendes i ulike elekrolysesystemer. Den er særlig fordelaktig ved elektrolysen av alkalimetallklorider, for fremstilling av klor og av alkalimetallhydroksyder. Den er især egnet for horisontale elektrolyseceller med en væskeformig metallkatode, f.eks. av kvikksølv, som det er beskrevet i U.S. 3 390 070

og 3 574 073, som herved i deres helhet inkorporeres som re-feranse .

Som angitt i U.S. 3 574 073, består horisontale kvikk-sølvdeler av en overdekket, langstrakt beholder som skråner lett mot den ene ende. Katoden er et flytende skikt av kvikk-sølv som ledes inn ved den høyere ende av cellen og strømmer langs bunnen av denne mot den lavere ende. Anodene er vanlig sammensatt av rektangulære blokker av grafitt, eller av metall-oksydbekledte titanstaver, og de er opphengt i ledende inn-føringer, f.eks. grafittstaver eller beskyttende kobberrør eller -stenger. Den nedre ende av anodene befinner seg i kort avstand over den væskeformige kvikksølvkatode. Elektrolytten, som vanlig er en saltoppløsning, strømmer over kvikksølvkatoden i kontakt med anoden. I hvert anodesett er den ene anodeinn-føring festet til en leder, og den andre innføring er festet til en andre leder, og begge disse ledere er ved endene jus-terbart fiksert på en bæresøyle. Disse søyler er utstyrt med drivemekanismer, f.eks. et kjedehjul som drives ved hjelp av en rem eller en kjede eller direkte av en motor, f.eks. en elektromotor, en hydraulisk motor eller en vilkårlig annen motor som er i stand til å reagere overfor elektriske signaler.

Selv om oppfinnelsen er særlig fordelaktig ved driften av horisontale kvikksølvceller som benyttes ved elektrolysen av saltoppløsninger, er den generelt også nyttig i forbindelse med enhver elektrolysecelle med en væskeformig katode i hvilken en justering av anode-katodeavstanden er nødvendig.

Det antall elektrolyseceller som kan styres ved hjelp av fremgangsmåten ifølge denne oppfinnelse, er ikke kritisk. Skjønt bare én celle kan reguleres, kan kommersielle anlegg omfatte fra én til ca. 200 celler og bli regulert med positivt resultat.

Hver elektrolysecelle kan omfatte bare en anode, men

det er å foretrekke å anvende fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen i forbindelse med celler som inneholder et flertall anoder. Således kan antallet av anoder pr. celle variere fra

1 til ca. 200, fortrinnsvis fra 2 til ca. 100 anoder.

Det er å foretrekke, særlig på det kommersielle område,

å benytte anodesett ved justeringen av katodeanodeavstanden i elektrolyseceller. Et anodesett kan omfatte bare én anode, men det foretrekkes at det inkluderer fra 2 til ca. 20 anoder og fortrinnsvis fra ca. 3 til ca. 12 anoder pr. sett. Spennings-og strømmålinger oppnås for hvert individuelt anodesett i hver celle.

For å tilveiebringe innstillingen av anode-katodeavstanden ved fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse, genereres og måles det elektriske signaler for hvert anodesett. Det ene samsvarer med strømforløpet i lederen for anodesettet, og kan oppnås ved en måling av spenningsfallet mellom et flertall klemmeforbindelser, fortrinnsvis to med en passende inn-byrdes avstand langs den nevnte leder. Denne avstand kan passende varieres mellom ca. 7,5 og 250 cm O^-IOO''), f.eks. ca.

75 cm (30<11>), men bør være den samme for alle ledere. Det er ønskelig at klemmeforbindelsene anordnes i et ledersegment

med enartede dimensjoner. Strømmålingene kan også oppnås ved bruk av andre velkjente metoder, f.eks. via Hall-effekten

eller ved hjelp av andre magnetiske detekteringsanordninger.

Strømsignalet blir kompensert for temperaturendringer

i anodelederen ved hjelp av en termisk resistor, som er inn-leiret i eller på annen måte festet på den lederseksjon som blir benyttet som kilde for dette signal.

Spenningssignalet genereres og måles mellom tilsvarende klemmeforbindelser på lederne for korresponderende anodesett i to naboceller når det reguleres et flertall celler.

En utførelsesform for fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse for innstilling av anode-katodeavstanden i en elektrolysecelle omfatter måling av spenningsfallet mellom et flertall klemmeforbindelser langs en seksjon av hver leder som fører strøm til anodesettet. Dette elektriske signal representerer strømforløpet i lederen for anodesettet. Et spen-ningssignal måles over anodesettet generelt mellom korresponderende klemmeforbindelser på lederne for to nabo-anodesett i celler med et flertall av disse. Disse signaler blir bearbeidet og benyttet for beregning av en spenningskoeffisient Vc ifølge formelen:

i hvilken V er den målte spenning for elektrolyseenheten, D dekomponeringsspenningen for den utførte elektrolyse og KA/m 2 er strømtettheten i kiloampere pr. kvadratmeter katode-overflate under anodesettet. Den beregnede spenningskoeffisient Vc blir sammenlignet med en forutbestemt spenningskoeffisient

S for enheten, og det utføres en justering av anode-katodeavstanden når differansen mellom Vc og S faller utenfor k som er den tillatte avvikelse fra koeffisienten S for enheten. Verdien av S ligger generelt i området fra omkring 0,09 til omkring 0,18 og k ligger i området fra omkring 0,1% til omkring 10%. Hvis differansen mellom Vc og S er under den tillatelige avvikelse k, består justeringen i en økning av anode-katodeavstanden i et forutbestemt omfang. Hvis differansen mellom Vc og S er større enn k, består justeringen av en reduksjon av anode-katodeavstanden.

Strøm- og spenningssignalene som blir benyttet i anode-justeringsmetoden ved sammenligning av beregnede og standard spenningskoeffisienter, er gjennomsnittsverdier av avlesninger foretatt i et utvalgt tidsintervall med et bestemt antall pr. tidsenhet.

Hver gang anode-katodeavstanden er blitt justert for

et anodesett, f.eks. ved å redusere en fiksert avstand, blir strømsignalet analysert for å bestemme hvorvidt anoden er for nær ved katoden. Denne bestemmelse utføres ved hjelp av en eller flere av de følgende analyser. En første analyse indiserer om strømmens økning fra den verdi som ble målt direkte før, til den som ble målt umiddelbart etter reduksjonen av anode-katodeavstanden, er større enn en tillatelig grenseverdi. Hvis dette er tilfellet, blir anodesettet straks hevet en bestemt avstand, f.eks. til den opprinnelige posisjon. En neste analyse bestemmer størrelsen av strømvariasjonene, og hvor disse overstiger en bestemt grenseverdi, heves anodesettet straks en fast avstand. Den tredje analyse bestemmer hvorvidt strømmen fortsetter å

øke i mere enn et forutbestemt tidsintervall og hvis dette er tilfellet, heves anodesettet også straks en fast avstand. En fjerde analyse bestemmer om den totale strømøkning overstiger en tillatelig grenseverdi, og hvis dette er tilfellet, heves anodesettet også straks en fast avstand.

De nevnte analyser kan gjentas et utvalgt antall ganger, og når dette skjer, kan anodesettet bli senket en brøkdel av den tidligere faste avstand, f.eks. halvdelen eller en tredje-del.

Hver gang anode-katodeavstanden blir endret for et anodesett, blir spenningskoeffisienten Vc omregnet og sammenlignet med standardkoeffisienten S.

Celler og anodesett i en celle kan til justeringsformål velges tilfeldig eller i rekkefølge, og utvelgelsen kan utføres manuelt eller ved hjelp av automatikk. Etter utvelgelsen av en bestemt celle for justering blir alle strøm- og spenningssignaler for anodesettet i cellen målt og bearbeidet samtidig for å gi avlesninger som er reelt sammenlignelige. I samsvar hermed kan celler og anodesett utelates fra justeringsmetoden.

I en utførelsesform for fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse blir hyppigheten av regulering av elektrodeavstanden tellet over en forutbestemt periode, og når denne hyppighet overskrider et forutbestemt antall, økes elektrodeavstanden og den nevnte anodesett tas ut fra automatisk regulering.

Strøm- og spenningssignalene for alle anodesett i en celle kan overvåkes ved hjelp av et enkelt relé pr. celle.

Når en celle skal utvelges, enten manuelt eller automatisk for å bestemme hvorvidt noen eller alle anodesettene i cellen krever justering, velger en avsøkerenhet releet for den angjeldende celle og alle strøm- og spenningssignalene fra denne celle opptas av avsøkeren og sendes gjennom en forsterker-enhet for signalene.

For automatisk justering via forsterkeren blir signalene kondisjonert for bruk i en computer. Dette kan f.eks. skje ved å lede signalene gjennom en brytermekanisme som omdanner likestrømsignaler til vekselstrømsignaler og fra denne til en transformator som isolerer signalene ved å tilveiebringe ett med jordpotensial og et annet med cellepotensial, hvoretter signalene går til en detektor som omdanner vekselstrømsignalene tilbake til likestrømsignaler. Disse sendes til en portkrets-integrator som avviser elektrisk støy, særlig den som genereres av likeretteren. Den støyfrekvens som avvises, er avhengig av strømfrekvens som anvendes i celleanlegget. Hvis det f.eks. benyttes 60Hz, vil integratoren avvise støy med et periode-tall på 60 og alle de harmoniske. De støykondisjonerte signaler føres til en holde-enhet (kondensator) for å bli tilbakeholdt inntil de er nødvendige til bruk ved ulike beregninger. Når disse skal foretas ved hjelp av en digital computer, kreves det en omdannelse av signalene fra analog til digital form.

Når en celle eller anodesett blir utvalgt for justering, genereres det samtidig en serie strøm- og spenningssignaler innenfor et bestemt tidsintervall, f.eks. fra ca. 0,25 sek.

til ca. 5 sekunder i et antall fra ca. 20 til ca. 60 pr. sekund. Ethvert passende tidsintervall og antall kan benyttes. Strøm-og spenningsavlesningene fra cellen eller det valgte anodesett gjennomsnittsbestemmes, og spenningskoeffisienten beregnes ved hjelp av formelen:

hvor V, D og KA/m<2> er definert ovenfor. F.eks. er størrelsen av D ca. 3,1 ved elektrolysen av natriumklorid i en kvikksølv-celle til fremstilling av klor.

Den beregnede spenningskoeffisient blir deretter som nevnt sammenlignet med en forutbestemt spenningskoeffisient S som av operatøren eller av en computer kan velges individuelt for hvert anodesett, idet dels anodens konstruksjonsmateriale (grafitt eller metall), dels formen og tilstanden av anodene (grafittblokker som er oppslisset eller boret, metallgitter eller -stenger kledt med et edelt metall eller oksyd), dels anodesettets beliggenhet i cellen, må tas i betraktning blant andre faktorer. Denne koeffisient økes eller reduseres passende, idet anodesettets tilstand endres, og den kan lagres i en com-puters hukommelseskjerne og bli sammenlignet med Vc når det er ønsket.

Etter sammenligning av en beregnet koeffisient Vc med den forutbestemte koeffisient S for et utvalgt anodesett foretas det en justering av anode-katodeavstanden hvis differansen faller utenfor k som angir det tillatelige awikelsesområde i forhold til S. Størrelsen av k kan variere fra ca. 0,1% til ca. 10%, fortrinnsvis fra ca. 2% til ca. 8%. Hvor forskjellen mellom Vc og S er under k, økes anode-katodeavstanden i et forutbestemt omfang. Anodesettet heves i reaksjon på et signal som avgis, f.eks. fra en computer, til et relé som aktiverer en motor i et forutvalgt tidsrom og i samsvar med dette hever anodesettet til en bestemt høyde.

Etter å ha øket anode-katodeavstanden, kan det opptas et nytt sett strøm- og spenningssignaler for dette anodesett, og en ny spenningskoeffisient kan beregnes og sammenlignes med S. Denne fremgangsmåte kan gjentas et tilstrekkelig antall ganger for å tilveiebringe en tilfredsstillende anode-katode-avstand.

Hvis differansen mellom Vc og S er større enn k, blir anode-katodeavstanden for det utvalgte anodesett redusert med forutbestemt lengde, og med den endrede avstand beregnes Vc og sammenlignes med S, og avstanden justeres ytterligere hvis det viser seg nødvendig.

Hver gang et anodesett blir senket, er det fordelaktig å analysere for strømforhold som indikerer at anoden er for nær katoden. Etter en reduksjon av anode-katodeavstanden foretas det en rekke strømmålinger i et bestemt tidsintervall, og hver måling sammenlignes med den forutgående måling for å bestemme omfanget av strømøkningen, og hvis denne overstiger en av et flertall forutbestemte grenseverdier, da straks å øke avstanden. Hvis strømmen ved den første analyse som målt umiddelbart før og etter reduksjonen av anode-katodeavstanden, er vokset med mere enn en bestemt grenseverdi, blir avstanden straks øket. Hvis f.eks. anodesettet blir senket 0,3 mm, vil endring på

over 5% i strømøkningen bevirke at anode-katodeavstanden straks ble gjort lengre. Hvis reduksjonen av avstanden var større enn 0,3 mm, kan en proporsjonalt større strømøkning tolereres.

Hvis den øyeblikkelige strømøkning ikke er større enn den forutbestemte grenseverdi ved den første analyse, foretas det en rekke på N målinger. Det utføres så en annen analyse for å bestemme størrelsen av strømfluktasjonene over et bestemt tidsintervall, og den gjennomsnittlige størrelse av disse bestemmes ved hjelp av en vilkårlig passende metode forut for en sammenligning med en bestemt middeldifferanse-grenseverdi. Betegnelsen "middeldifferanse", som den brukes i beskrivelsen og kravene, har som hensikt å inkludere enhver kjent metode for gjennomsnittsbestemmelse av differanser. F.eks. utføre^

det i en foretrukket utførelsesform en beregning av I A , hvor A er differansen i strøm mellom hver suksessiv Avlesning, og N er det totale antall foretatte strømavlesninger. Hvis det beregnede tall er større enn en forutbestemt middel-dif f eransegrenseverdi , f.eks. større enn 1,5, økes anode-katodeavstanden umiddelbart. Som e t alternativ kan middeldifferansen

J £ a

oppnås ved en beregning av —^— eller ved en vilkårlig annen tilsvarende statistisk teknikk.

En tredje analyse bestemmer hvorvidt strømmen fortsetter å øke i mer enn et bestemt tidsintervall, f.eks. 4 sek., og hvis dette er tilfellet, blir anode-katodeavstanden straks øket.

En fjerde analyse bestemmer om den totale strømøkning er større enn en bestemt grenseverdi, f.eks. en økning på ca. 6 - 8%, og hvis dette er tilfellet, blir avstanden straks øket.

En fjerde analyse bestemmer om den totale strømøkning er større enn en bestemt grenseverdi, f.eks. en økning på ca. 6 - 8%, og hvis dette er tilfellet, blir avstanden straks øket. Fremgangsmåten for å indikere hvorvidt anode-katodeavstanden er for kort for et utvalgt anodesett, kan gjentas et begrenset antall ganger, hvor hver gang den gjentas den .forutbestemte lengde som anode-katodeavstanden blir endret med og/eller tidsintervallet for avlesningene kan bli redusert. F.eks. hvis den forutbestemte lengde for endring av anode-katodeavstanden er (r) ved den første bestemmelse, kan denne lengde være(j) ved den etterfølgende bestemmelse.

Alle anodesett i en utvalgt celle kan bli samtidig justert ved anvendelse av ovennevnte metode. Denne annen analyse-metode kan også benyttes for å lokalisere den celle som har det største omfang av strømfluktasjoner i rekke naboceller.

Ved en hensiktsmessig utførelsesform av fremgangsmåten som her beskrevet blir alle anodesett i alle i drift værende celler avsøkt periodisk i rekkefølge, og strøm- og spenningsavlesningene for hvert anodesett blir sammenlignet med dets forutbestemte grense verdier. Hvor strømavlesningene overstiger forutbestemte grenseverdier, blir anode-katodeavstanden økt. Denne periodiske- avsøkning detekterer strømoverbelastninger for ethvert anodesett på en fortløpende basis. Det krever ca. 3 sek, for en gruppe på 58 celler hver inneholdende ca. 580 anodesett, og et vilkårlig passende tidsrom mellom hver av-søkning kan velges, f.eks. 1 min. Såfremt anode-katodeavstanden for et anodesett blir økt under en avsøkning, gjentas avsøkningen for alle anodesett i alle.i drift værende celler.

En særlig utførelsesform av denne metode kan omfatte telling av endringsfrekvensen i anode-katodeavstanden for et spesielt anodesett innenfor et bestemt tidsintervall, og hvor denne frekvens overstiger en bestemt grenseverdi, blir dette anodesett fjernet fra den automatiske styring. Dette kan f.eks. indikeres ved at det frembringes et hørbart alarmsignal, ved at det aktiveres en lyskilde i et kontrollpanel, eller ved at det utskrives en melding i en lese-skriveenhet som er til-knyttet computeren.

EKSEMPEL 1

En horisontal kvikksølvkatodecelle for elektrolyse av vandig natriumklorid og fremstilling av klor inneholdende 12 anodesett med 8 grafittanoder pr. sett ble utvalgt av en celleavsøkerenhet. Strøm- og spenningssignaler for alle 12 anodesett ble mottatt samtidig i ca. 5 sek. inntil ca. 180 avlesninger av strøm og spenning var avgitt fra hvert anodesett. Gjennomsnittet av spenning, strøm og differansen mellom hver strømavlesning og den forutgående strømavlesning ble bestemt ved hjelp av en digital-computer for avlesningsrekken. Spenningskoeffisienten ble beregnet for hvert anodesett ifølge formelen:

Anodesettet 2 med et katodeoverflateareal på 2,4 m 2viste seg

å ha en Vc på 0,128 basert på middelverdispenning på 4,38 og en middelstrømavlesning på 7,53 KA. Når Vc ble sammenlignet med sin standardkoeffisient S på 0,115, viste den seg å ha en stør-relse over deviasjonsområdet k som var - 0,06. Da koeffisient-sammenligningen bestemte at størrelsen av Vc var over C med en verdi større enn k, aktiverte et signal fra computeren et relé som energiserte en hydraulisk motor til å senke en anode å redusere anodekatodeavstanden med 0,3 mm. Etter denne avstands-reduksjon ble det utført følgende serie operasjoner:

1) Et nytt sett strømavlesninger på ca. 15 ble foretatt bare for anodesettet 2, og differansen mellom hver avlesning ble bestemt. 2) Den første analyse sammenlignet den begynnende strøm-økning etter reduksjonen av anode-katodeavtanden med den maksi-male økning før reguleringen, og den viste seg å være innenfor den forutbestemte grense 20%. 3) Et annet sett på 15 strømavlesninger ble foretatt, og den annen analyse for strømfluktasjonen bestemt ved bruk av formelen I A <2>. Fluktasjonene viste seg å falle innenfor den forutbestemme grense på 0,5%. 4) En tredje analyse viste at tidsrommet etter senkning av anoden ikke hadde overskredet en fast grense. 5) En fjerde analyse viste at den totale strømøkning ikke oversteg en grense på 7%. 6) Den foreliggende avlesning viste seg å være større enn den forutgående avlesning og stadiene 3), 4) og 5) ble gjentatt med det samme resultat. Den siste avlesning viste seg da å være mindre enn den forutgående indikerende at strømmen til anodesettet hadde stoppet å øke. Deretter ble det foretatt avlesninger for alle anodesett i cellen, og den Vc som ble beregnet for hvert av disse viste seg å være av en størrelse innenfor 5% av den lagrede verdi S. Det ble ikke utført ytterligere regulering, og den neste celle som skulle justeres, ble valgt.

EKSEMPEL 2

Det ble anvendt en horisontal kvikksølvkatodecelle for elektrolyse av natriumklorid inneholdende 10 anodesett med hver 5 anoder. Anodene var fremstilt av titanmetall og var del-vis kledt med en edelmetallsammensetning. Hvert anodesett ble strømforsynt via to ledere. Etter valget av denne celle for en mulig regulering av anode-katodeavstanden ble det samtidig foretatt en serie på 180 avlesninger for alle anodesett i cellen over en periode på ca. 5 sek. Strømmålinger ble rew" presentert ved spenningstallet mellom to klemmeforbindelsér i en avstand på ca. 75 cm fra hverandre (30")på hver leder,

og spenningsmålingen ble utført mellom to tilsvarende klemmeforbindelser på hver av de ledere som førte strøm til det korresponderende anodesett i den etterfølgende nabocelle. På

denne måte ble det oppnådd en gruppe på 180 strøm- og 180 spenningsmålinger for hver av de to ledere som forsynte et anodesett og for alle 10 sett i cellen. Hver gruppe avlesninger ble signalkondisjonert og omdannet fra analog til digital form og avgitt til en computer hvor den gjennomsnittlige strøm- og spenningsmåling ble kalkulert og gjennomsnitt-lig totalstøy bestemt ved summasjon av en kvadrering av differansen mellom suksessive avlesninger for hver leder med en etterfølgende gjennomsnittsberegning av de 20 verdier for cellen. Spenningskoeffisienten ble beregnet ut fra de oppnådde gjennomsnittlige strøm- og spenningsavlesninger og deretter sammenlignet

med en forutbestemt standard individuelt valgt for hver gruppe avlesninger. Målinger av strøm og spenning utført for hvert anodesett sammen med det beregnede Vc og det forutbestemte standard S finnes i tabell I. Av disse resultater kan det ses at ingen av anodesettene faller innenfor k-området, og at en justering av anode-katodeavstanden ikke ble nødvendig.

EKSEMPEL 3

Eksempel 2 ble gjentatt under anvendelse av en horisontal kvikksølvkatodecelle med grafittanoder. Tabell II viser strøm-og spenningsmålingene og de beregnede Vo- og standard S-spennings koeffisientene. Deviasjonsområdet k er - 10. Disse resultater viser at ingen regulering av anodeavstanden for noen av de 10 anoder var nødvendig.

I eksemplene 2 og 3 ble det benyttet elektromotorer som drivorganer som mottok signaler fra digital-computeren for justering av anodene om nødvendig.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for regulering av elektrodeavstanden i en elektrolysecelle inneholdende en elektrolytt som kan dekompone res ved hjelp av elektrisk strøm og som er i kontakt med elek trodene, hvilke elektroder omfatter i det minste ett reguler bart anodesett og en væskeformig katode i avstand fra hverandre, hvor en spenning påtrykkes mellom katoden og anodesettet for å frembringe en elektrisk strømgjennomgang i elektrolytten for å bevirke dekomponering av denne, karakterisert ved: a. at det regulerbare anodesett under drift forbindes med en motordrivanordning innrettet til å heve og senke anodeset tet etter mottagning av elektriske signaler fra en datama skin, b. at det ved oppstarting beregnes en standard-spenningskoef fisient S for anodesettet plassert med en avstand på minst 3 mm mellom anoden og katoden, i overensstemmelse med for- melen hvor: V er spenningen over anodesettet, D er elektrolyttens dekomponeringsspenning, KA er strømmen til anodesettet, og M 2er overflatearealet av katoden under anodesettet, c. at den nevnte størrelse S innføres i datamaskinens program sammen med forutbestemt avviksgrense k for S, d. at anodesettet senkes med en forutbestemt distanse, e. at spenningen over anodesettet måles, f. at strømmen til anodesettet måles, g. at spenningskoeffisienten V"c beregnes i henhold til den nevnte formel, h. at størrelsen Vc sammenlignes med størrelsen S, i. at avstanden mellom anodesettet og katoden reguleres hår differansen mellom størrelsen Vc og størrelsen S faller utenfor den nevnte avviksgrense k, hvor den nevnte regulering omfatter Ia. økning av avstanden mellom anodesettet og katoden med en forutbestemt distanse når Vc ligger under S med en størrelse som overskrider awiksgrensen k, Ib. reduksjon av avstanden mellom anodesettet og katoden med en forutbestemt distanse når Vc er høyere enn S med en størrelse som overskrider awiksgrensen k, og Ic. gjentagelse av trinnene e. til Ib. etter at av standen mellom anodesettet og katoden er endret.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved innregulering av størrelsen S til å bli liggende i området fra omkring 0,0 9 til omkring 0,18.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at det benyttes en avviksgrense k som ligger i området fra omkring 0,1% til omkring 10%.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor elektrolysecellen er én av et flertall seriekoblede elektrolyseceller med kvikksølvkatode og hver av cellene har et flertall anodesett, karakterisert ved at elektrodeavstanden reguleres ved: a. detektering av spenningssignaler av analog type frembragt av hver leder som fører strøm til hvert anodesett, b. kompensering av de nevnte signaler for temperaturvariasjo-ner i lederne, for å frembringe temperaturkompenserte signaler som er proporsjonale med den strøm som flyter i lederen , c. detektering av analoge spenningssignaler som er proporsjonale med spenningen mellom hver av lederne og den tilsvarende leder i den neste celle i rekken, d. utvelgning fra de kompenserte signaler av et sett signaler generert ut fra de ledere som fører strøm til en utvalgt celle, e. forsterkning av det nevnte sett signaler, f. transformering av det således forsterkede signalsett ved cellepotensial til proporsjonale signaler ved datamaskinpotensial, g. behandling av de proporsjonale signaler for å fjerne likerettergenerert støy, h. omdanning av de således behandlede signaler av analog type til separerte signaler av digital type, i. utvelgning fra de digitale signaler av et sett signaler generert fra et par ledere som fører strøm til ett anodesett, j. beregning av den nevnte spenningskoeffisient og sammenligning av denne med den nevnte størrelse S, k. sammenligning av de således beregnede koeffisienter med en forutbestemt koeffisient for det nevnte anodesett i cellen og bestemmelse av differansen mellom den beregnede og den forutbestemte koeffisient, 1. aktivering av et relée for å igangsette en motor som vir-ker til å heve det nevnte anodesett med en forutbestemt størrelse, hvilket anodesett mates med den leder i hvilken det nevnte sett signaler ble generert når den nevnte stør-relse Vc ligger under den nevnte størrelse S med en stør-relse som overskrider awiksgrensen k, m. aktivering av et relée for å igangsette en motor som tje-ner til å senke det nevnte anodesett med en forutbestemt størrelse, hvilket anodesett mates med den leder i hvilket signalsettet ble generert, når størrelsen Vc ligger over størrelsen S med mer enn den nevnte avviksgrense k, n. gjentagelse av trinnene a-h umiddelbart etter senkningen av anodesettet og sammenligning av de nye signaler som er proporsjonale med den strøm som flyter i den leder som ma-ter det nevnte anodesett, med signaler som er proporsjonale med den strøm som flyter til anodesettet forut for senkningen av anodesettet, o. hevning av anodesettet med en forutbestemt størrelse når økningen i strøm overskrider en forutbestemt størrelse, p. gjentagelse av trinnene a-h inntil strømmen overskrider en annen forutbestemt grense og deretter hevning av anodesettet med en forutbestemt størrelse, q. når den nevnte gjentagelse av trinnene a-h fortsetter lengre enn en forutbestemt tidsperiode, hevning av anodesettet med en forutbestemt størrelse, r. etter hver senkning av anodesettet, gjentagelse av trinnene a-h, sammenligning av hvert digitalt signal som er proporsjonalt med den strøm som flyter, med det foregående digitale signal som er proporsjonalt med strømmen, og når fluktuasjoner i et flertall av de digitale signaler overskrider en forutbestemt grense, hevning av anodesettet med en forutbestemt størrelse og gjentagelse av trinnene a-h, sammenligning og hevning av anodesettet inntil de nevnte fluktuasjoner er fjernet, og s. gjentagelse av trinnene a - r med alle de utvalgte anodesett i samtlige av et utvalgt antall celler i det nevnte flertall celler.

5. Fremgangsmåte ifølge krav lf karakterisert ved at hyppigheten av regulering av elektrodeavstanden blir tellet over en forutbestemt periode, og når denne hyppighet overskrider et forutbestemt antall, økes elektrodeavstanden og det nevnte anodesett tas ut fra automatisk regulering.

<6>' Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at forsterkersignalene fra den nevnte forsterker holdes på cellepotensial, og at de er a. behandlet for å fjerne likerettergenerert støy, b. omdannet fra analoge signaler til separate eller isolerte signaler av digital type, og c. overført fra cellepotensial til datamaskinpotensial ved fremføring gjennom en optisk, isolator forut for utvelgnin-gen i trinn i.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes en elektrolysecelle som er koblet i serie med fra 1 til omkring 200 ytterligere elektrolyseceller, og at strømmålingene blir foretatt med forutbestemte intervaller på hvert anodesett i hver elektrolysecelle etter mottagning av et signal fra datamaskinen.