NO158466B - Poroes elektrodekonstruksjon for bruk ved horisontale elektrolyseceller. - Google Patents
Poroes elektrodekonstruksjon for bruk ved horisontale elektrolyseceller. Download PDFInfo
- Publication number
- NO158466B NO158466B NO85852913A NO852913A NO158466B NO 158466 B NO158466 B NO 158466B NO 85852913 A NO85852913 A NO 85852913A NO 852913 A NO852913 A NO 852913A NO 158466 B NO158466 B NO 158466B
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- construction
- guide plates
- anode
- porous plate
- electrode
- Prior art date
Links
- 238000010276 construction Methods 0.000 title claims description 42
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 18
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 11
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 7
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 33
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 22
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 20
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 20
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 15
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 10
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N Chlorine Chemical compound ClCl KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 6
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 239000002585 base Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 4
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- -1 platinum group metals Chemical class 0.000 description 3
- 229910000497 Amalgam Inorganic materials 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 229910001514 alkali metal chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001508 alkali metal halide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000008045 alkali metal halides Chemical class 0.000 description 1
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 150000003841 chloride salts Chemical class 0.000 description 1
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000006298 dechlorination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- MJGFBOZCAJSGQW-UHFFFAOYSA-N mercury sodium Chemical compound [Na].[Hg] MJGFBOZCAJSGQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 229910001925 ruthenium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 150000003608 titanium Chemical class 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
Description
Foreliggende oppfinnelse angår porøs elektrodekonstruksjon for bruk ved horisontale elektrolyseceller av den art som angitt i innledningen til krav 1.
Kvikksølv katodeceller for elektrolyse av vandig alkali-metall-halogenidoppløsninger, spesielt natriumklorid, er velkjent. I de siste 10 til 20 årene har de forbrukbare grafittanodene blitt erstattet med dimensjonsstabile metall-elektroder, hvorved ekstremt høye strømtettheter kan bli benyttet. Dimensjonsstabile elektroder er vanligvis en porøs eller stangkonstruksjon fremstilt av et ventilmetall slik som titan, med et ytre belegg av elektrisk ledende, elektrokata-lysatormateriale, slik som platingruppemetaller eller oksyder derav, valgfritt inneholdende andre metalloksyder som beskrevet i US-patent nr. 3 711 385 og nr. 3 632 498, for eksempel. Strømtettheter på omkring 11 til 14 KA/m2 til utragende anodeoverflate kan bli benyttet med et metallanode-kvikksølvkatodegap på 2 til 3 millimeter.
Ved disse betingelsene blir masseoverføringen til anodeoverflaten den bestemmende faktoren, og en tilstrekkelig klorid-ionetilførsel til anoden må bli opprettholdt for å erstatte saltoppløsningstapet i det smale gapet mellom elektrodene. En tilstrekkelig kloridionetilførsel er mulig kun gjennom en diffusjonsmekanisme på grunn av en konsentrasjonsgradient mellom saltoppløsningen i gapet mellom elektrodene og andelen av saltoppløsningen i cellen, i hvilke anoden er nedsenket, eller ved hjelp av en tvunget hydrodynamisk strøm som overfører konsentrert saltoppløsning fra andelen inne i cellen inn i det mellomliggende elektrodegapet.
Gassbobler frembragt ved anodene er aktive i frembringelsen av en viss turbulens og gir strømningsbevegelser i elektrolytten og de porøse metallanodene blir også fra dette standpunktet fordelaktig ovenfor de foreldede grafittanodene. De innførte høye strømtetthetene har ikke desto mindre gitt problemet igjen i hele dets omfang med påfølgende begrensnin-ger ved bruken av stormaskede anodekonstruksjoner, som i og for seg er gunstig ved kloridionetilførselen, men medfører intilererbare ohmiske fall i titankonstruksjonen.
Virkningene av dårlig kloriontilførsel til anoden på grunn av et for sterkt saltoppløsningstap i det mellomliggende elektrodegapet er a) en økning i oksygennivået i kloren utviklet ved deltagende vannelektrolyse, og frem for alt b) en dramatisk avkortning av anodens levetid da det katalytiske belegget blir passivisert og blir vasket ut fra titanbasen. For å overvinne slike ulemper har det blitt utført i de siste årene stadig økende anstrengelser for å forbedre tilførselen av konsentrert saltoppløsning til anoden.
US-patent nr. 3 795 603 beskriver en konstruksjon hvori-gjennom en hul anodestamme og en rekke kanaler saltoppløsnin-gen blir pumpet og matet gjennom flere hull hele veien til det mellomliggende elektrodegapet. Imidlertid er anodekonstruksjonen såvel som saltoppløsningsmatesystemet ifølge denne fremgangsmåten svært komplisert. Dessuten er det blitt iakttatt en bobleeffekt ved anodeoverflaten på grunn av en utilstrekkelig frigjøring av anodegassbobler derfra med en følgelig økning i cellespenningen.
US-patent nr. 3 725 223 beskriver vertikale ledeplater ragende frem fra kanten til noen anoder oppstrøms av saltopp-løsningsstrømmen. Slike ledeplater kutter av saltoppløsnings-strømmen langs cellen, og danner barrierer tvers over cellen som tvinger saltoppløsningen å strømme under den nedre kanten til ledeplatene og siden inn i det mellomliggende elektrodegapet. Den hydrauliske effekten er imidlertid ikke spesielt merkbar da saltoppløsningen tvunget til å passere under ledeplatene øyeblikkelig klatrer opp igjen tett til dem gjennom anodemaskene. Ledeplatene må på en eller annen måte bli begrenset i antallet for å holde pumpekostnadene innenfor et tolererbart område, og saltoppløsningen som strømmer under ledeplatene kolliderer sterkt med kvikksølvet under med mulig brudd i kvikksølv-væskedekket som renner ned bunnhellingen til cellen motstrøms saltoppløsningen.
US-patent nr. 3 035 279 viser bruken av et lokk som heller over en grafittanode, og som derved fanger opp anodegassen som blir frigjort langs den øvre kanten til det hellende lokket. Gassvolumet trekker ut mer elektrolytt gjennom en del av anodeomkretsen. En lignende fremgangsmåte er foreslått i tysk patent nr. 2 327 303 egnet for en porøs metallanode.. Effektiviteten til en slik fremgangsmåte er imidlertid knapt merkbar da elektrolyttstrømmen gått ut gjennom anodedelens omkrets ikke er Jevnt fordelt og tenderer til å involvere kun noen periferiområder av anodeoverflaten med ubalanse av anodestrømtettheten som følge derav. En slik ulempe forårsaker en begynnelseslokalisert deaktivering av det elektro-lytiske belegget og' en hurtig utmattelse av anoden på grunn av at det oppstår en virkelig strømtetthetsøkning på ennå aktive områder av anodeoverflaten. Fremgangsmåten er dessuten ufordelaktig ved at høyden av elektrodekonstruksjonen blir tillagt til hevingen av det hellende lokket som derfor ikke må være svært høy med hensyn til det horisontale planet. Ellers ville lokket delvis komme ut fra saltoppløsningstoppen i cellen med et hovedsakelig tap i virkningsgraden. Hellingen må derfor være i et område på 10-15". Dette begrenser imidlertid i stor grad den tilgjengelige hydrauliske løftin-gen, da mye av den tilgjengelige kinetiske energien er tapt i kollisjonen av hovedsakelig oppoverstrømningen av gass-væskespredningen med lokket ved en vinkel mye større enn 45°.
Det er en hensikt med foreliggende oppfinnelse å frembringe en porøse elektrodekonstruksjon for å forbedre masseover-føringen til anodeoverflaten.
Ovenfornevnte oppnås ved en porøs elektrodekonstruksjon av den innledningsvis nevnte art hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 1.
Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av underkravene.
Disse og andre hensikter og fordeler ved oppfinnelsen vil komme tydeligere frem ved følgende detaljerte beskrivelse.
Den nye konstruksjonen ifølge oppfinnelsen innbefatter en hovedsakelig plan og horisontal åpen strukturelektrodeflate valgfritt utført med en elektrokatalytisk ytre overflate, flere lederplater jevnt fordelt omkring den bakre elektrode-flaten, idet ledeplatene vekselvis heller en retning og den motsatte retningen med hensyn til en vertikalakse, idet deres nedre kant definerer på den øvre overflaten til den porøse elektroden et vekslende rekkeområde henholdsvis oppfanget av to tilliggende oppoverkonvergerende overflater av ledeplatene og innretning for jevn leding av strømmen til elektrode-flaten. Konstruksjonen overvinner ulempene med tidligere kjente konstruksjoner, men kan ikke benyttes ved nye celler, men kan bli tilpasset for eksisterende celler.
Den tilgjengelige hydrauliske energien representert av den oppovergående løftebevegelsen frembragt av gassboblene utviklet ved anodeoverflaten, blir .ikke bare utnyttet for best å frembringe en tilbakestrømning av elektrolytten, men fremfor alt for å unngå en ikke jevn tilbakestrømning derav på den aktive overflaten til anoden.
Ledeplaten er fortrinnsvis fremstilt av flate, lett kurvede blad med en lengde på hovedsakelig lik anodens bredde og er plassert med deres kanter parallelt, en viss avstand fra hverandre, vekslende hellende i en retning og i den motsatte retningen med hensyn til den vertikale aksen. Ledeplatenes nedre kant er i kontakt med eller tett tilliggende til den øvre overflaten til anodegitteret. I en vertikal seksjon, trukket normalt på ledeplatenes overflate, kan konstruksjonen innbefattet av anodegitteret og ledeplatene være representert av en rekke inverterte trapésformede figurer, idet anode-gitterseksjonene og ledeplateseksjonene henholdsvis utgjør den nedre basisen og de hellende sidene derav, mens ledeplatenes øvre ende defineres av punktene av den øvre basis. De hellende sidene kan naturligvis anta en kurvet form for å danne Venturi-formede tverrsnitt, eller en brutt linjeform med segmenter som har varierende individuelle hellinger. Anodegitterseksjonen kan fortrinnsvis med fordel være delt i vekslende lange og korte segmenter, som henholdsvis er definert ved a) de nedre endene til to tilliggende oppoverkonvergerende ledeplater og b) de nedre endene til en av ledeplatene og den nedre enden til neste ledeplate tilliggende dertil i rekke, idet de to sistnevnte danner i tur og orden par med oppoverdivergerende ledeplater. De lange og korte segmentene i seksjonen korresponderer med henholdsvis store og små elektrodeområder i planet. Hele anodeoverflaten er således fortrinnsvis delt i en rekke regelmessig vekslende store og små områder'. Dette bidrar i hovedsaken til å øke den medførte resirkulasjonsbevegelsen også med ledeplater med relativ liten effektiv høyde.
I betraktning av at, med jevne tilstandsbetingelser, er mengden av gass utviklet pr. anodeoverflateenhet konstant, idet gassen utviklet ved et anodeområde korresponderer med et stort område definert i anodeplanet ved at et par oppoverkonvergerende ledeplater er avsperret av ledeplatenes overflate og stiger opp gjennom elektrolytten derimellom, mens på samme måten gassutviklingen ved anodeområdet som korresponderer med et mindre område, stiger opp gjennom elektrolytten mellom to oppoverdivergerende ledeplaters overflater.
For enkelhetens skyld, kan en betrakte væskeblandingen dannet av elektrolytten og gassboblene så mye lavere i væsken mellom konvergerende ledeplater enn den er i væsken mellom divergerende ledeplater. En oppovergående bevegelse av elektrolytten blir således etablert inne i hvert par av oppoverkonvergerende ledeplater såvel som en nedovergående bevegelse av elektrolytten inne i hvert par av oppoverdivergerende ledeplater. Som et resultat av disse kombinerte virkningene blir flere resirkulasjonsbevegelser frembragt fra elektrolyttandelen over anodekonstruksjonen til elektrolyttandelen inneholdt mellom anodeoverflaten og katoden under åpningene til den porøse elektrodeplaten.
Resirkulasjonsbevegelsen involverer praktisk talt hele anodeoverflaten, og det unngås således forekomsten av konsen-trasjonsgradienter med anioniske grupper langs anoiieover-flaten med påfølgende ubalanser av anodestrømtettheteL soir; i sin tur fremmer deaktiviseringen av anodene.
Det har blitt eksperimentelt vist at forholdet skulle være større enn 1 for å oppnå en sterk resirkulasjon også med relativt liten effektiv høyde av lederplatene, og at det er å foretrekke at den skulle være lik eller høyere enn 2 for å gi en sterk tilbakestrømning med en ledeplates virksomme høyde på kun omkring 50 mm. Forholdet kan imidlertid også være likt eller også mindre enn 1, skjønt i dette tilfellet er det nødvendig å gjøre høyden av ledeplaten mye høyere for å frembringe en tilstrekkelig resirkulasjon. På den andre siden, når et slikt forhold blir hevet til verdier mellom 7 og 10, blir gassboblene utviklet ved det lille området til anoden dratt for energisk nedover, dvs. mot katoden, som er resultat av den høye nedovergående hastigheten til elektrolytten gjennom anodegitréne mellom de nedre kantene til hvert par med oppoverdivergerende ledeplater. I kvikksølvkatode-celler for natriumklorid-saltoppløsningselektrolyser skulle sammenstøtet av klorgass og amalgam bli begrenset eller unngått. I slike tilfeller skulle derfor forholdet stort til lite område bli holdt mellom 2 og 5. Innenfor slike foretrukne grenser, kan forholdet bli fordelaktig variert avhengig av strømtettheten og anodekonstruksjonens karakteri-stikker for å oppnå de beste resultatene. Data i forhold til spesielle anodekonstruksjoner og typiske driftsparametre blir vist i eksemplene beskrevet nærmere senere i beskrivelsen. Ledeplatene kan anta en rett, kurvet eller brutt profil, fortrinnsvis danner de, for en hovedsakelig del av deres virksomme høyde, en vinkel lik eller større enn 45°, og ofte mellom 45° og 75°, med den porøse konstruksjonen på tross av at andre profiler kan også være egnet. Ledeplatene kan være fremstilt av ethvert materiale motstandsdyktig de hårdeste betingelsene møtt ved en elektrolysecelle. Titan, polyvinyl-klorid eller polyester er egnet for bruk i elektrolysen av en> alkalimetallklorid-saltoppløsning.
Mens derimot for enkelhetens skyld har beskrivelsen og forklaringen av den hydrauliske hydrodynamiske innretningen blitt beskrevet tidligere som ensrettet og representert ved deres langstrakte ledeplater med deres kanter i et parallelt forhold, er det klart, som forøvrig vil være innlysende for fagmannen på området', at samme fremgangsmåten med resirkulasjon kan bli utført like godt ved å benytte flerrettede eller cellekonstruksjoner som innbefatter celler i form av avkort-ede kjegler eller pyramider i vekslende forhold med normal og oppned-stillinger.
Denne typen med birettet konstruksjon kan bli sammenlignet med de velkjente veggbeholderne hvor kjegletoppen er avkortet på begge sidene. Ved å plassere en slik konstruksjon på anodegitteret, blir den samme virkningen frembragt som ovenfor beskrevet i tilfelle med en ensrettet konstruksjon. Når uttrykket "ledeplate" er benyttet er det derfor underfor-stått dette omfatter både langstrakte og retningsbestemte konstruksjoner og enhver annen type av konstruksjoner med en sammenlignbar form, idet de i tverrsnitt kan ha enhver orientering til systemet beskrevet med henvisning til de langstrakte ledeplatene med deres kanter parallelt.
Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere med henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et perspektivriss av en anodekonstruksjon i alminnelighet benyttet i kvikksølvkatodeceller innbefattende den hydrodynamiske innretningen ifølge oppfinnelsen,
fig. 2 viser en forstørret detalj av et tverrsnitt av konstruksjonen på fig. 1,
fig. 3 viser et perspektivriss av en ytterligere utførelses-form av oppfinnelsen,
fig. 4 viser et langsgående tverrsnitt av en kvikksølvkatode elektrolysecelle utstyrt med hydrodynamisk innretning ifølge foreliggende oppfinnelse.
Fig. 1 viser en typisk anodekonstruksjon for kvikksølvkatode-celler som beskrevet i detaljer I italiensk patent nr. 894 567. Konstruksjonen er fremstilt av titan, og den aktive overflaten til anoden innbefatter en plan, porøs tltankon-struksjon 1, dekket med et lag av katalytisk, ledende oksyd fra gruppen med platinametaller. Strømmen blir fordelt til anoden ved hjelp av fire ledende kopperstammer 2, som er skrudd på titanbøssinger 3, sveiset til titanprimærfor-delingsskinnene 4. Åtte titansekundærfordellngsskinner 5 er sveiset til de to primærskinnene 4, og titangltteret 1 utført med elektrokatalytisk belegg er sveiset til den nedre kanten av sekundærskinnene 5. Titanhylser 6 sveiset på titanbøssin-gene 3 forhindrer kopperledende stammer fra å komme i kontakt med elektrolytten og den utviklede klorgassen.
Den hydrodynamiske innretningen består av titanledeplater i form av forlengede plater 7 på egnet måte sveiset eller festet med klemmer på hver av de sekundære fordelingsskinnene 5. De nedre kantene av ledeplatene 7, som vekselvis heller i en retning og i den motsatte retningen i forhold til en vertikal akse, definerer et vekslende forhold med store områder A og små områder B på overflaten til anodegitter 1, mens derimot væsken som omgir anodekonstruksjonen på lignende måte er delt av ledeplatene 7 1 en rekke volumer hver definert av overflaten til to tilliggende ledeplater.
Fig. 2 viser en forstørret detalj av et tverrsnitt av konstruksjonen på fig. 1. For enkelhetens skyld er tilsva-rende deler på fig. 1 betegnet med samme henvisningstallet og fig. 2 innbefatter dessuten også kvikksølvkatoden 8 som går langs cellebunnen 9.
Som antydet på fig. 2 blir klorgassboblene utviklet ved det store området A til anoden 1 på fig. 1 oppfanget av oppoverkonvergerende overflater til to tilliggende ledeplater 7. Bobletettheten i elektrolytten tenderer mot å vokse høyere og høyere opp mot de øvre kantene til ledeplatene på grunn av avsmalningen av seksjonen normal på boblenes oppovergående bevegelse. Klorgassboblene utviklet ved det lille området til anoden 1 på fig. 1 stiger gjennom elektrolyttandelen mellom den oppoverdivergerende overflaten til to tilliggende ledeplater 7.
Væsken som innbefatter elektrolytten og klorgassboblene spredt deri, og henholdsvis inkludert mellom to oppover konvergerende overflater og to oppover divergerende overflater kan bli derfor tenkt som å ha forskjellige tetthets-verdier, hvorved den oppovergående bevegelse blir etablert inn i væsken mellom den konvergerende overflaten såvel som en nedovergående bevegelse inne i væsken mellom de divergerende overflatene. En slik bevegelse, som skjematisk er vist med piler på fig. 2, er virksom for overføring av konsentrert saltoppløsning fra ovenfor det mellomliggende elektrodegapet, og for å redusere etableringen av en høy konsentrasjonsgradient mellom saltoppløsningen inne i elektrodegapet og saltoppløsningen over anodekonstruksJonen på grunn av kloranionenes tap som et resultat av elektrolyse. Tilbake-strømningsbevegelsen av saltoppløsningen forårsaker den samme kraftige bevegelsen gjennom anodegitteret, hvorved den strømmende masseoverføringen (dvs. kloridene) til anodeoverflaten er svært forbedret. En slik effekt er praktisk talt Jevn over hele anodeoverflaten, og konsentrasjonsgradlenten er virksom forhindret fra å forekomme langs anodeoverflate-planet.
Ledeplatenes effektive høyde er vanligvis mellom 30 og 100 mm og de kan være festet til skinnene 5 eller anodekonstruksjonen 1, såvel som til begge. Når nødvendig eller mulig er det imidlertid mer ønskelig å feste dem kun langs deres øvre eller nedre kant, slik at deres virkning kan bli variert, som ønsket ved å Justere deres helning eller ved å variere forholdet mellom det store området A og det lille området B på fig. 1, i samsvar med kravene til en spesiell elektrolysecelle. Ledeplatenes effektive høyde kan også bli øket ved vertikal forlengelse av deres øvre kanter.
På tross av at ledeplatene har blitt vist i hovedsaken flate, kan de også anta en kurvet form, dvs. at helningsvinkelen kan variere kontinuerlig langs høyden av ledeplaten for å forme en variabel tverrsnittspassasje av Venturi-form for den oppstigende væsken mellom oppoverkonvergerende ledeplateover-flate eller helningsvinkelen kan bli variert trinnvis for å frembringe en ledeplateprofil I form av en brutt linje. Helningsvinkelen til ledeplatene i forhold til den plane, porøse elektrodekonstruksjonen antar fortrinnsvis en verdi lik eller større enn 45" i det minste for en hovedsakelig del av den effektive høyden til ledeplatene.
Fig. 3 viser en annen utførelsesform av den hydrodynamiske innretningen, hvor den hydrodynamiske innretningen er i ett stykke med den anodestrømfordelende konstruksjonen og er virksomt erstattet av sekundær skinne r 5 på fig. 1 og 2. En titan eller annen ventilmetallplate 10 er bøyd for å gi trapésformede bølger.
De øvre og nedre basisene av trapésbølgene er åpne langs nesten hele deres lengde, med unntak av en liten strekning 11 ved sideendene og et eller flere punkt langs bølgene. Dette kan bli utført etter å ha bøyd platen eller før bøyning av denne, I sistnevnte tilfelle anbringes egnede slisser i platen før bøyingen.
En eller flere primære fordelingsskinner 12, fremstilt av titan, er i alminnelighet sveiset til de trapésformede bølgene og er forbundet til en eller flere ledende stammer 13. Normalt på basis av de trapésformede bølgene til platen 10 blir så sveiset en rekke titanstenger 14 belagt med et lag med elektrokatalytisk materiale for å danne anoden 15. En ekspandert plate av titan eller annet ventilmetall, på lignende måte utført med et elektrokatalytisk belegg, kan ta plassen til rekken med stenger 14. De hellende sidene til de trapésformede bølgene til platen 10 utfører den samme funksjonen som ledeplaten 7 på fig. 1 og 2, såvel som den til sekundærstengene 5 vist på fig. 1 og 2.
Med konstruksjonen på fig. 3, er muligheten for å justere hellingen av ledeplatene etter sammensetning av anodekon-struks j onen ikke lenger mulig. Formen av de trapésformede bølgene må således på forhånd bli tilskåret for å passe betingelsene til en spesiell celle. Dessuten kan den hydrodynamiske innretningen i dette tilfellet ikke bli fremstilt av et plastisk materiale. Konstruksjonen på fig. 3 medfører ytterligere fordeler ved økning av antall sveisepunkter mellom platen 10 og den porøse anodekonstruksjonen 15 ved samme titanvekt og samme strømførende metalltverrsnitt. Dette reduserer det ohmske fallet gjennom den porøse konstruksjonen 15.
Fig. 4 viser et langsgående tverrsnitt av en moderne kvikk-sølvkatodecelle for elektrolyse av natriumklorid utført med hydrodynamisk innretning ifølge oppfinnelsen for saltoppløs-ningsresirkulasjon inne i det mellomliggende elektrodegapet. Cellen består i det vesentlige av en flat stålbunn 16, lett hellet i lengderetningen og forbundet med den negative polen til en elektrisk kilde. Kvikksølvet ble matet gjennom innløpet 17 og strømmen danner et kontinuerlig og jevnt væskelag på cellebunnen. En gummiplate 18, forseglbar festet til celleveggene virker som et deksel for elektrolysecellen 1 og en rekke anoder 19, som henger fra åk over platen 18, ikke vist på figuren, og som er plassert parallelt med den strømmende kvikksølvkatoden ved en avstand på noen millimeter. Anoden er på egnet måte forbundet med den positive polen til den elektriske kilden. Den mettede saltoppløsningen blir matet til cellen gjennom innløpet 20, og den uttømte saltoppløsningen sammen med den utviklede kloren blir trukket ut fra utløpet 21.
I løpet av driften av cellen blir kloridioner frigjort ved anodene 19's overflater for å gi molekylær klor, mens natriumioner blir redusert ved kvikksølvkatoden for å danne et natriumkvikksølvamalgam som blir kontinuerlig utført gjennom utløpet 23. Amalgamet blir så ført gjennom en dekomposeringsinnretning hvor kvikksølvet blir bragt tilbake til dets metalltilstand ved dannelse av natriumhydroksyd og utvikling av hydrogen.
Den hydrodynamiske innretningen for saltoppløsningsresirkula-sjonen i det mellomliggende elektrodegapet er betegnet med 24 på fig. 4. Ledeplatenes 24 orientering er betegnet som normal på cellelengden, men de kan også være parallelle med cellelengden da en slik orientering ikke har noen merkbar virkning på ledeplatenes funksjon, spesielt når saltoppløsningstoppen over ledeplatene er mye høyere enn deres høyde.
I det følgende eksempel er der beskrevet flere foretrukne utførelsesformer for å vise oppfinnelsen. Det skal imidlertid være klart at foreliggende oppfinnelse ikke er tenkt å være begrenset til de spesielle utførelsesformene.
Eksempel.
En kvikksølvkatodeelektrolysecelle med et område på 15 kvadratmeter ble utført med 28 dimensjonsstabile anoder med konstruksjon ifølge figur 1. Anoden ble fremstilt av titan og anodeflaten ble belagt med et blandet krystallmateriale av rutheniumoksyd og titanoksyd som beskrevet i US-patent nr. 3 778 307. Anodeflaten hadde et overflateområde på 690 mm x 790 mm og anodene var utstyrt med 16 ledeplater fremstilt av titanbelegg med en tykkelse på 0,5 mm og en høyde på 40 mm. Stort område A til lite område B forholdet på fig. 1 var 3,2, og vinkelen mellom ledeplaten og anodeflaten var 58".
Cellene ble benyttet til elektrolyse av i et forlenget forløp en saltoppløsning inneholdende 300 g/l med natriumklorid og som hadde en pH på 4. Temperaturen til den tilførte saltopp-løsningen var 70°C og strømtettheten, som henvist til anodeområdet, var 11 KA/m2 . For sammenligningens skyld ble en lignende celle i samme anlegg utstyrt med samme anodene, men uten ledeplatene, og denne ble drevet under samme betingelse, og resultatet er vist i tabell I.
Resultatene 1 tabell I viser klart den uventede fordelen med cellen som ifølge oppfinnelsen var utstyrt med ledeplater, som da resulterte i en merkbar reduksjon i cellespenningen såvel som en reduksjon i oksygenet og hydrogennivået i klorproduktjet som forbedret virkningsgraden. Den lavere pH-verdien til utløpssaltoppløsningen hadde dessuten den ytterligere fordelen at mindre syre var nødvendig å bli tilført til saltoppløsningen i dekloreringstrinnet før 5 restaureringen derav.
Claims (4)
1.
Elektrodekonstruksjon for bruk ved horisontale elektrolyseceller i et parallelt forhold til en plan, horisontal samvirkende, nedenfor anordnet elektrode (8) og opphengt i en viss avstand fra denne, hvilken konstruksjon har hydrodynamiske innretninger (7) for å frembringe multippelresirkula-sjonsbevegelse av elektrolytten over nevnte elektrodekonstruksjon og elektrolytten inne i gapet mellom elektrodene (19), idet elektrodekonstruksjonen innbefatter en i hovedsaken horisontal porøs plate (1) opphengt over den samvirkende elektroden (8) og forbundet med en anodestrømfor-de"t ingskonstruksjon, karakterisert ved at elektrodekonstruksjonen innbefatter en rekke ledeplater (7) som har overflater hellende vekselvis i den ene og den andre re eningen i forhold til en vertikal akse, idet disse hellende fi" er på den porøse platen (1), som er tilsluttet til de nedre kantene av nevnte ledeplater (7) definerer omvekslende rekker med arealer, der to tilliggende arealer dannes av oppoverkonvergerende hhv. nedoverdivergerende flater av nevnte ledeplater (7).
2.
Konstruksjon ifølge krav 1, karakterisert ved at forholdet mellom to tilliggende områder av den porøse platen (1), som avgrenses av to oppoverkonvergerende flater hhv. to oppoverdivergerende flater hos ledeplatene, er større enn 1.
3.
Konstruksjon ifølge krav 1, karakterisert ved at både strømfordeleren og den porøse platen er fremstilt av ventilmetall og den porøse platen er i det minste delvis belagt med et ikke-passiverbart elektrolytisk belegg.
4.
Konstruksjon ifølge krav 1, karakterisert ved at forholdet mellom det lille og store området, hvorved områdene som avgrenses på overflaten av den i hovedsaken horisontale, porøse platen (1) ved oppoverkonvergerende og oppoverdivergerende flater til nevnte hellende ledeplater (7) ligger mellom 2 og 10, hvorved vinkelen mellom de hellende flatene og den porøse platen (1) ligger mellom 45<*> og 75° i det minste på en vesentlig del av de hellende ledeplaters (7) høyde.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NO852913A NO158466C (no) | 1979-05-03 | 1985-07-22 | Poroes elektrodekonstruksjon for bruk ved horisontale elektrolyseceller. |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
IT22318/79A IT1165047B (it) | 1979-05-03 | 1979-05-03 | Procedimento per migliorare il trasporto di materia ad un elettrodo e mezzi idrodinamici relativi |
NO801266A NO156834C (no) | 1979-05-03 | 1980-04-30 | Hydrodynamisk innretning for forbedring av stroemningsmasseoverfoeringen til en hovedsaklig plan, poroes elektrode. |
NO852913A NO158466C (no) | 1979-05-03 | 1985-07-22 | Poroes elektrodekonstruksjon for bruk ved horisontale elektrolyseceller. |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO852913L NO852913L (no) | 1980-11-04 |
NO158466B true NO158466B (no) | 1988-06-06 |
NO158466C NO158466C (no) | 1988-09-14 |
Family
ID=27273270
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO852913A NO158466C (no) | 1979-05-03 | 1985-07-22 | Poroes elektrodekonstruksjon for bruk ved horisontale elektrolyseceller. |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
NO (1) | NO158466C (no) |
-
1985
- 1985-07-22 NO NO852913A patent/NO158466C/no unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NO852913L (no) | 1980-11-04 |
NO158466C (no) | 1988-09-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3707778B2 (ja) | 塩化アルカリ金属水溶液電解槽用の単位セル | |
JPS6137355B2 (no) | ||
JP2003041388A (ja) | イオン交換膜電解槽および電解方法 | |
CA1338933C (en) | Method for improving mass transfer in a chlor-alkali diaphragm electrolyzer and relevant hydrodynamic means | |
US5660698A (en) | Electrode configuration for gas-forming electrolytic processes in membrane cells or diapragm cells | |
US4263107A (en) | Electrolytic apparatus and process | |
CA1062659A (en) | Titanium blankets and anode constructions for diaphragm cells | |
JP2740787B2 (ja) | 電気化学槽に使用するための抗変動出口装置 | |
US4075077A (en) | Electrolytic cell | |
JPS5943885A (ja) | ガス発生電解槽用の電極装置 | |
US3451914A (en) | Bipolar electrolytic cell | |
NO158466B (no) | Poroes elektrodekonstruksjon for bruk ved horisontale elektrolyseceller. | |
CA2348394A1 (en) | Membrane electrolytic cell with active gas/liquid separation | |
KR880000708B1 (ko) | 환원전해조 | |
JPS6120635B2 (no) | ||
JPS6342710B2 (no) | ||
RU2698162C2 (ru) | Перфорированный металлический инертный анод для получения алюминия электролизом расплава | |
EP2162568B1 (en) | Cathode for electrolysis cell | |
BR0212832B1 (pt) | célula para eletrólise de diafragma para a produção eletrolìtica de cloro e soda cáustica, método para a produção de cloro e soda cáustica em uma célula e método para incrementar a superfìcie eletrolìtica de uma célula de eletrólise de diafragma. | |
JP3204322B2 (ja) | 塩化アルカリの電解方法 | |
EP4053307A1 (en) | Electrolysis cell, electrolysis device for chlor-alkali electrolysis and use of an electrolysis cell for chlor-alkali electrolysis | |
KR790000975B1 (ko) | 전극 | |
JPS599632B2 (ja) | 電解槽 | |
SU1135810A1 (ru) | Диафрагменный электролизер с верхним токоподводом | |
JPH0216389B2 (no) |