NO176974B - Elektrolysecelle av diafragmatypen - Google Patents

Description

Oppfinnelsens bakgrunn

Det har vært kjent for diafragmaceller å mate strøm

inn i katodene til å begynne med gjennom gitterstenger. Strømmen vandrer fra gitterstengene gjennom sideplater og derefter over flenser gjennom rørfolier som derefter fordeler strøm til katoderørene. I US patent nr. 3390072 er således en diafragmacelle blitt beskrevet som har gitterstenger for fordeling av strøm, idet gitterstengene tilnærmet ved midtseksjonen av den ytre overflate er festet til diafragmacellesideplatene. Slike sideplater danner en del av det ytre hus for diafragmacellen. Strømmen av den elektriske strøm kan derefter fortsettes på den måte som er omtalt ovenfor, dvs. gjennom flenser til rørfoliene.

Det har vært kjent mellom sideplatene og rørfoliene

å anvende pluggsveisede stenger som kan forsterke disse deler av cellen. Slike stenger som er anordnet under de øvre og nedre flenser, kan sveises til rørfoliens ytre flate, strekke seg over spalten mellom sideplate og rørfolie og fortsette gjennom hull i sideplaten. De ytre ender av stengene blir derefter sveiset til sideplaten. Slike stenger som derved er anordnet på en måte parallelt med flensene mellom sideplatene og rørfoliene, kan derfor tilveiebringe supplerende strømflyt samtidig som de tilveiebringer konstruksjonsmessig forsterkende egenskaper.

Det vil ikke desto mindre være ønskelig å oppnå en

mer jevn katodetemperaturfordeling. Dette kunne forbedre økonomien ved katodeoperasjonen såvel som på ønsket måte bidra til strømtetthetsfordeling. Det vil være sterkt ønskelig å oppnå alle disse fordeler samtidig som enhver mulighet for cellespenningskorrosjonssprekkdannelse hemmes inntil eliminering.

Oppsummering av oppfinnelsen

Det er nå blitt tilveiebragt en diafragmacelleside-montasje som gir forbedret katodetemperaturjevnhet. I tillegg vil en slik konstruksjon gi ønsket strømflyt og elektrisk ledningsevne. Alt dette er blitt oppnådd samtidig som ikke bare muligheten for forvridning og spenningskorrosjons-sprekkdannelse i cellesidemontasjen er blitt redusert eller endog eliminert, men også samtidig med at behovet for å perforere cellesideplaten er blitt eliminert. Den foreliggende konstruksjon kan dessuten lett installeres, ikke bare under montering av nye celler, men også ved celle-gjenoppbygning og-utskiftning.

Oppfinnelsen angår generelt en elektrolysecelle av diafragmatypen som kan anvendes for produksjon av klor og kaustisk produkt ved elektrolyse av saltoppløsninger, hvor cellen omfatter et hus som inneholder ytre endeplater og ytre sideplater, idet de nevnte sideplater har en langsgående, ytre gitterstang som et massivt bånd som strekker seg langs en utsideflate av sideplaten, i det vesentlige ved midtseksjonen av denne, og leder elektrisk strøm til sideplaten som på sin side ved hjelp av øvre og nedre innvendige flenser er elektrisk forbundet med en innvendig, strømførende katoderørplate som befinner seg inne i cellehuset, idet de øvre og nedre innvendige flenser strekker seg fra den ytre sideplate til den innvendige rørplate og derved danner en slisse mellom disse.

Innen denne ramme er oppfinnelsen kjennetegnet ved

den forbedring at for å tilveiebringe sideplatetemperaturjevnhet og for å supplere strømflyt til cellen, omfatter denne en øvre fordelingsstang i fast, elektrisk ledende, sveiset forbindelse både med en innvendig flate av sideplaten og en ytre flate av rørplaten, idet den øvre fordelingsstang er anordnet i slissen og under dens øvre flens og befinner seg på linje med gitterstangens øvre kant, og en nedre fordelingsstang med fast, elektrisk ledende sveiset forbindelse med såvel en innvendig flate av sideplaten som en ytre flate av rørplaten inne i slissen, idet den lavere fordelingsstang er anordnet over den nedre flens og på linje med gitterstangens nedre kant.

Kortfattet beskrivelse av tegningene

Av tegningene viser

Fig. 1 et frontperspektivoppriss, delvis avdekket, av en sidemontasje for en diafragmacelle konstruert i henhold til den foreliggende oppfinnelse, Fig. IA en del av en sidemontasje i henhold til teknikkens stand, vist i form av et frontperspektivoppriss og delvis avdekket, med konstruksjonsmessig forsterkende sveisede stenger, og Fig. 2 et frontperspektivoppriss av en del av en sidemontasje delvis avdekket og med overlappende fordelingsstenger i henhold til den foreliggende oppfinnelse.

Beskrivelse av de foretrukne utførelsesformer

Montasjen for anvendelsen ifølge oppfinnelsen vil være en celle, som en klor-alkalicelle som ofte henvises til som en diafragmacelle. Denne celle vil ha et diafragma anordnet mellom anode og katode såvel som at den for til-førsel av strøm til katoden har en ytre kilde som leverer strøm til en cellegitterstang. Selv om en annen ytre strøm-førende kilde kan anvendes, vil denne når en gitterstang anvendes, typisk være pakket rundt alle sider av cellen, som regel tilnærmet ved midtpunktet for hver cellesideplate og

-endeplate.

For nærmere å forklare oppfinnelsen vil denne nå bli beskrevet under henvisning til figurene. På hver figur er de samme elementer gitt de samme henvisningstall der dette er mulig. På Fig. 1 er en del av en side av en celle 1 vist delvis avdekket. På yttersiden av cellen 1 finnes en strømførende gitterstang 2. Gitterstangen 2 fører strøm til en cellesideplate 3. Gjennom en toppflens 4 og en bunnflens 5 overføres strøm fra sideplaten 3 til en rør-plate 6. På siden av rørplaten 6 motstående i forhold til flensene 4,5 finnes katoderørene 7. Hvert katoderør 7 er anordnet utenfor en rørplateåpning 8. På den nære side av rørplaten 6 åpner disse åpninger til en sideslisse 9 som er dannet mellom cellesideplaten 3, rørplaten 6 og flensene 4, 5.

En strømførende øvre stang 11 er festet inne i sideslissen 9. Denne øvre stang 11 er ved hjelp av sveiser 12 festet både til sideplaten 3 og rørplaten 6. Denne strøm-førende øvre stang 11 er anordnet inne i sideslissen 9 slik at dens nedre overflate befinner seg i et felles plan med gitterstangens 2 øvre kant. Under den strømførende øvre stang 11 og også i sideslissen 9 finnes en strømførende nedre stang 13. Denne strømførende nedre stang 13 er likeledes festet til sideplaten 3 og rørplaten 6 ved hjelp av sveiser 14. Den strømførende nedre stang 13 er anordnet i sideslissen 9 slik at dens Øvre overflate befinner seg i et plan parallelt med gitterstangens 2 nedre overflate.

I henhold til Fig. IA som viser en montasje ifølge teknikkens stand, har en celle 1 en gitterstang 2, en cellesideplate 3 og en toppflens 4 og bunnflens 5 som fra denne er forbundet med en rørplate 6. Rørplaten 6 har åpninger som danner perforeringer gjennom platen 6 til katoderør 7. Dessuten har sideplaten 3 åpninger 15 som strekker seg fra en sideslisse 9 gjennom sideplaten 3. Øvre og nedre støtte-stenger 16A og 16B strekker seg over sideslissen 9 fra rør-platen 6 gjennom sideplatens 3 åpninger 15. Den øvre støttestang 16A er festet til sideplaten 3 og rørplaten 6 ved hjelp av sveiser 18. Ved anbringelsen på plass blir støttestengene 16A og 16B anordnet i det vesentlige midt mellom gitterstangen 2 og den nærmeste flensdel.

På Fig. 2 er vist en celle 1 som har en gitterstang 2 som med strømførende kontakt er festet til en cellesideplate 3. Sideplaten 3 befinner seg på lignende måte i strøm-førende kontakt med en toppflens 4 og bunnflens 5 for å til-føre strøm til en rørplate 6. Rørplaten 6 inneholder rør-plateåpninger 8, og bak hver av disse finnes et katoderør 7. Sideplaten 3, topp- og bunnflensene 4, 5 og rørplaten

6 danner en sideslisse 9.

Nær sonen på toppen av gitterstangen 2 og inne i sideslissen 9 befinner seg en strømførende øvre stangmontasje 11 som er sammensatt av en toppstang 11A, en bunnstang 11B og en gjenget forbindelsesinnretning 21. Toppstangen 11A er festet til sideplaten 3 ved hjelp av sveiser 12. Bunnstangen 11B er festet til rørplaten 6 ved hjelp av sveiser 22. Den gjengede forbindelsesinnretning 21 virker da slik at den fester toppstangen 11A til bunnstangen 11B. På lignende måte finnes i den nedre del av sideslissen 9 nær sonen for gitterstangens 2 nedre overflate en strømførende nedre stangmontasje 13 som er sammensatt av en toppstang 13A, bunnstang 13B og gjenget forbindelsesinnretning 23. For denne nedre stangmontasje 13 er toppstangen 13A festet ved hjelp av sveiser 14 til rørplaten 6, mens bunnstangen 13B ved hjelp av sveiser 24 er festet til sideplaten 3. Topp-og bunnstengene 13A, 13B er da festet til hverandre ved hjelp av den gjengede forbindelsesinnretning 23.

Igjen under mer spesiell henvisning til Fig. 1 kan ved montering av diafragmacellen katoderørene 7 anordnes inne i den indre del av cellen som er avgrenset av rørplaten 6. Derefter blir de strømførende øvre og nedre stenger 11 og 13 festet til rørplaten 6 ved hjelp av sveising 12, 14. Gitterstangen 2 kan festes til cellesideplaten for eksempel ved sveising eller slaglodding. Derefter blir cellesideplaten 3 anordnet opp mot de strømførende øvre og nedre stenger 11, 13, korrekt på linje, og stengene 11, 13 sveises til cellesiden ved hjelp av sveisene 12, 14. Til slutt blir topp- og bunnflensene 4, 5 anordnet på toppen og bunnen av cellesideslissen 9. Disse flenser 4, 5 kan festes både til cellesiden og rørplaten, for eksempel ved sveising.

Som vist på Fig. 1 og 2 kan stengene 11 og 13 iia avskrådde kanter, og disse kan være avskrådd henimot enten toppf lensen 4 eller bunnf lensen 5. I tillegg til åpningene for forbindelsesinnretningene 21, 23 kan stengene 11, 11A, 11B, 13, 13A og 13B inneholde åpninger, for eksempel for

passering av hydrogengass dersom en slik sidemontasje anvendes i en klor-alkalicelle. På lignende måte kan stengene 11, 11A, 11B, 13, 13A og 13B være forsynt med slisser for å muliggjøre en slik gasspassering. Generelt vil tverrsnitts-formen til disse stenger være en hvilken som helst form som vil muliggjøre lett og sikker fastgjøring på ønsket strøm-førende måte både til sideplaten 3 og rørplaten 6. Det foretrekkes at sideplatene 3 og rørplatene 6 er anordnet i parallelle plan skilt fra hverandre ved hjelp av sideslissen 9 selv om det vil forstås at et annet avstandsforhold vil kunne anvendes. På lignende måte befinner de øvre og nedre

stenger 11, 13 seg fortrinnsvis på linje parallelt med gitterstengene 2. Dessuten vil disse øvre og nedre stenger 11, 13 i alminnelighet strekke seg langs den fullstendige lengde av rørplaten 6 selv om spalter kan være anordnet for å lette strøm av gass.

Gitterstangen 2 er laget av et materiale med utmerket strømførende evne, f.eks. et metall som kobber eller alu-minium. For å oppnå god strømførende egenskap samtidig med ønsket motstandsdyktighet overfor cellemiljø vil cellesideplaten 3 og topp- og bunnflensene 4, 5 som regel være laget av et materiale som bløtt stål. Inne i cellen er rørplaten 6 som likeledes må være motstandsdyktig overfor cellemiljøet og dessuten gi god strømførende egenskap, som regel også laget av bløtt stål. Katoderøret 7 kan være laget av et porøst stål, som en trådmaskeduk eller perforert plate. For de strømførende øvre og nedre stenger 11, 11A, 11B, 13, 13A og 13B vil et materiale som bløtt stål typisk bli anvendt. Sveising av disse stenger 11, 11A, 11B, 13, 13A og 13B til sideplaten 3 såvel som til rørplaten 6 kan oppnås ved sveising som for eksempel lysbuesveising. Foruten sveising, eller sammen med sveising, tas det også sikte på at de øvre og nedre stenger 11, 11A, 11B, 13, 13A og 13B kan festes mellom sideplaten 3 og rørplaten 6 ved hjelp av andre midler, som sølvlodding. Dersom slike stenger omfatter en stang-montas je, som vist på Fig. 2, tas det også sikte på at topp-og bunnstengene 11A, 11B og 13A, 13B kan være festet til hverandre ved hjelp av et hvilket som helst middel som typisk anvendes for å bringe metaller sammen med ønsket strømførende kontakt. Et slikt middel innbefatter sveising, slaglodding, sammenklemming og festing ved hjelp av feste-anordninger, som gjengede bolter.

Eksempel

En diafragmaelektrolysecelle for fremstilling av natriumhydroxyd og klor fra en saltelektrolytt og som vist i US patent nr. 3390072 ble anvendt. Den valgte celle var ån av flere celler i et cellerom som krevde en sideplate-utskiftning. Under utskiftningen av sideplaten ble den strømførende side skåret gjennom topp- og bunnflensene, og siden ble fjernet. Derefter ble øvre og nedre stålleder-stenger med et tverrsnitt som vist på Fig. 1, dvs. med avskrådde sveisespor, sveiset til den nye sideplate. Cellesideplaten som allerede hadde en kobbergitterstang, ble derefter satt tilbake på plass på linje med rørplaten, og de øvre og nedre stenger ble sveiset til rørplaten. All sveising ble utført som lysbuesveising. Derefter ble de øvre og nedre stålflenser på ny sveiset til rørplaten og sideplaten. Sveisingen ble igjen utført ved elektrisk lysbuesveising. Anbringelsen av de strømførende øvre og nedre lede-rstenger var ved toppsonen og bunnsonen av kobber-gitter stangen, som vist på Fig. 1.

Denne celle som var modifisert i henhold til den foreliggende oppfinnelse, ble derefter igjen tatt i bruk.

Cellen ble overvåket i seks måneder for å gi ønsket kon-tinuerlig 'drift . Ved slutten av seks måneder ble temperatur-, spenning- og katolyttnivåavlesninger foretatt, ikke bare for cellen som var blitt modifisert i henhold til den foreliggende oppfinnelse, men også for en lignende celle som også befant seg i drift i kretsen, men som ikke var blitt modifisert, dvs. at den var en sammenligningscelle. Resultatene av slike målinger er vist i den nedenstående tabell. For cellene er katolyttnivået det nivå som ble målt, i cm, under toppflensen.

Tl-temperaturavlesningene ble foretatt på én sideplate over gitterstangen. T2-temperaturen ble målt på den samme sideplate under gitterstangen. T3 ble målt på den motsatte cellesideplate over gitterstangen, og T4 ble målt på den motsatte cellesideplate under gitterstangen. Tw-temperaturen gjaldt gitterstangen ved enden av cellen. Temperaturområder er vist på grunn av at temperaturavlesninger ble foretatt over en periode på tre timer. Alle temperaturavlesninger er i grader Celcius.

Det fremgår av resultatene i Tabellen at cellen modifisert i henhold til den foreliggende oppfinnelse ikke bare har en ønsket lavere spenning, men også en ekstremt jevn temperatur på begge sider. Temperaturene på den modifiserte strømførende side er blitt redusert til det samme nivå som på cellebaksiden. En slik temperatur er ikke bare en ønsket jevn temperatur, men er også en betydelig senket arbeidstemperatur sammenlignet med sammenligningscellen.

For hver sone av temperaturmåling har sammenligningscellen en mer forhøyet driftstemperatur.,nesten alltid et sprang opp i temperaturnivå. Under registreringen av dataene ble ingen, hot spots lokalisert langs noen celleside for den modifiserte celle. Ved visuell undersøkelse viste det seg at ingen sideplate hadde sprekker hva gjaldt den modifiserte celle.

Claims (6)

1. Elektrolysecelle av diafragmatypen som kan anvendes for produksjon av klor og kaustisk produkt ved elektrolyse av saltoppløsninger, hvor cellen omfatter et hus som inneholder ytre endeplater og ytre sideplater, idet sideplatene (3) har en langsgående, ytre gitterstang (2) som et massivt bånd som strekker seg langs en utsideflate av sideplaten, i det vesentlige ved dens midtseksjon, og leder elektrisk strøm til sideplaten, og idet sideplaten (3) på sin side ved hjelp av øvre og nedre innvendige flenser (4, 5) befinner seg i elektrisk forbindelse med en innvendig strømførende katoderørplate (6) som er anordnet inne i cellehuset, idet de øvre og nedre innvendige flenser (4, 5) strekker seg fra den ytre sideplate (3) til den innvendige rørplate (6) og derved danner en slisse (9) mellom disse, karakterisert ved at for å tilveiebringe sideplatetemperaturjevnhet og for å supplere strømflyt til cellen omfatter denne en øvre fordelingsstang (11) i fast, elektrisk ledende, sveiset forbindelse med såvel en innvendig flate av sideplaten (3) som en utvendig flate av rørplaten (6), idet den øvre fordelingsstang (11) er anordnet inne i slissen (9) under den øvre flens (4) og på linje med gitterstangens (2) øvre kant, og en lavere fordelingsstang (13) som befinner seg i fast, elektrisk ledende, sveiset forbindelse med såvel en innvendig flate av sideplaten (3) som en utvendig flate av rørplaten (6) inne i slissen (9), idet den lavere fordelingsstang (13) er anordnet over den lavere flens (5) og på linje med gitterstangens (2) lavere kant.

2. Celle ifølge krav 1, karakterisert ved at minst én fordelingsstang (11, 13) omfatter en overlappet øvre plate (11A;13A) og lavere plate (11B;13B), idet platene er fast bun-det til hverandre og én plate (11A;13B)befinner seg i elektrisk ledende, sveiset forbindelse med sideplaten (3), og den annen plate (11B;13A) på samme måte er forbundet med rør-platen (6).

3. Celle ifølge krav 1, karakterisert ved at rørplaten (6) er slis-set og at minst én fordelingsstang (11) er anordnet i avstand mellom slissene.

4. Celle ifølge krav 1, karakterisert ved at sideplaten (3) og rør-platen (6) befinner seg i parallelle plan som er separert av slissen (9).

5. Celle ifølge krav 1, karakterisert ved at fordelingsstengene (11, 13) er massive, langsgående stenger som strekker seg langs slissen (9) parallelt i forhold til gitterstangen (2).

6. Celle ifølge krav 1, karakterisert ved at de øvre og lavere fordelingsstenger (11, 13) har i det vesentlige rektangulært tverrsnitt, men med avskrådde sveisespor, og at stengene er sveiset langs sveisesporene til sideplatens (3) innvendige flate og rørplatens (6) utvendige flate.