Przedmiotem wynalazku jest elektrolizer dla procesów przebiegajacych z wydzielaniem gazu.Jest znane, ze przy elektrolizie chlorku potasowego, napiecie elektrody jest wyzsze na elektrodzie, na której wydziala sie gaz, niz odpowiadaloby to termodynamicznym warunkom równowagi. To zjawisko cze¬ sciowo wywolane napieciem, daje sie wyjasnic w ten sposób, ze pecherze gazowe tworzace sie przy elektrolizie pokrywaja czesci powierzchni górnej elektrody i blokuja przeplyw pradu. Przez to plynie, przy danej wartosci pradu, przez sasiedni odcinek elektrody, odpowiednio wyzszy prad. To czesciowe podwyzszenie gestosci pradu prowadzi nieuchronnie w tym obszarze do podwyzszenia napiecia, przetwarzajacego sie praktycznie ilosciowo w cieplo i wywolujace ogrzewanie powierzchni górnej elektrody. Poniewaz poduszka gazowa na powierzchni górnej elektrody, przeszkadza szybkiej wymianie ciepla z elektrolitem, dlatego tez cieplo jest odprowadzane stosunkowo zle. W koncu tworza sie na powierzchni górnej elektrody nieskonczenie male obszary temperatur, które w przypadku technicznej elektrolizy moga przekraczac zhapznie 100°C i miedzy innymi sa odpowiedzialne za pojawienie sie korozji na elektrodach. W tym celu utworzono liczne rozwiazania, aby ekonomicznie wyeli¬ minowac niepozadane przepiecia i ograniczyc oddzialywanie na powierzchnie górna elektrody.Przykladowo anoda jest zaopatrzona w wieksza ilosc cylindrycznych otworów lub równiez i szczelin, które sluza przy tym do mozliwie szybkiego odprowadzania wytwarzanego chlorku gazowego (np. opisy patentowe RFN DOS nr 1667812; 1792183, opis patentowy brytyjski nr 1229402). Wystepuja przy tym przekroje poprzeczne przelotu gazu w granicach wielkosci 15 = 35%. Wiekszych przekrojów poprzecznych unika sie, po¬ niewaz zwieksza sie przez to efektywna gestosc pradu, a nastepstwem tegojest wzrost przepiecia przejscia.Takie samo znaczenie maja proponowane konstrukcje anod, np. z metalowej siatki jednolitej, blach szcze¬ linowych lub uklady konstrukcyjne w rodzaju kanin. W wymienionych rozwiazaniach gaz unosi sie po najkrót¬ szej drodze, po powierzchni górnej elektrody. Przy tym energia potencjalna zawarta w gazie, z hydrostatycznego cisnienia elektrolitu, zostaje zniszczona lub dokladniej elektrolit jest zawirowany turbulentnie, w niewlasciwy sposób; W koncu nie mozna uniknac odprowadzenia z pecherzykami gazu rozproszonych soli, wpadajacych do przestrzeni elektrodowej.1 108455 Uksztaltowanie kanalów przelotowych dla gazu, wytwarzanego w elektrolicie, jest podane w opisie wzoru uzytkowego RFN nr 7 207 894; Kanaly przelotowe powinny rozszerzac sie co najmniej w poblizu elektrody i w kierunku powierzchni górnej elektrody. Zwlaszcza sa przewidziane kanaly uformowane w rodzaju zwezki Venturf ego. Mimo, ze propozycja ta stanowi juz znaczny postep, nie mozna jednak uniknac docierania gazu, wychodzacego z kanalów przelotowych, do obszaru ssania cieczy, wplywajacej do przestrzeni elektrodowej i jej porywania, Znany jest równiez sposób pracy elektrolizera rteciowego, w którym stosuje sie anody majace zaglebienia w rodzaju kanalików lub rowków, na stronie zwróconej do rteci, a uklad anod i/lub przebieg zaglebien, w ro¬ dzaju kanalu lub rowka, jest tak dobrany, ze pomiedzy anodami powstaja przestrzennie oddzielone obszary, dla wyplywu gazu z przestrzeni elektrodowej i dla doplywu solanki do tej przestrzeni (opis patentowy RFN DOS nr 2 327 303). Przy anodach z niezmiennymi zaglebieniami w rodzaju kanalu lub rowka moga byc pomiedzy sasie¬ dnimi anodami umieszczone scianki dzialowe. To umozliwia miedzy innymi umieszczenie takze anod, w których dna zaglebien w rodzaju kanlau lub rowków sasiednich anod maja w stosunku do poziomu przeciwnie przebiegajace wzniesienia.Mimo, ze ostatnio opisany sposób pracy okazal sie najlepszy i w okresie miesiecy otrzymywano niskie przepiecia elektrolizera, jest niekorzystne to, ze stosowany jest on tylko w nowych ukladach lub w istniejacych ukladach, które z pewnych wzgledów sa wyposazone w nowe anody.• Z reguly nie stosuje sie dopasowania lub przezbrojenia ukladów, które nie wymagaja unieruchomienia.Niedogodnoscia, stosunkowo niewielka wspomnianego sposobu pracy, w przykladzie wykonania z wzno¬ szacymi sie zaglebieniami w rodzaju kanalu lub rowka, jest nieekonomiczny sposób wytwarzania anody.Zadaniem wynalazku jest usuniecie znanych niedogodnosci, zwlaszcza wstepnie wspomnianych i opraco¬ wanie elektrolizera, który moze byc montowany nie tylko w nowych ukladach lub wyposazonych w nowe anody, ale takze w ukladach sprawnie pracujacych, z krótkotrwala przerwa w ich pracy i z reguly bez zasadni¬ czych zmian elektrolizera.Zadanie zostalo rozwiazane dzieki temu, ze elektrolizer ma co najmniej jedno kolpakowe przykrycie, umieszczone powyzej jednej lub szeregu elektrod, z wylotem dla zawiesiny elektrolit-gaz, lezacym ponizej zwier¬ ciadla elektrolitu, oraz przestrzen przeplywu wstecznego dla elektrolitu, lezaca poza obrysem przykrycia, wolna od wytwarzanego gazu, która oddziela przeplyw zwrotny gazu od wylotu: Przez kolpakowe przykrycie, które musi byc calkowicie zanurzone w elektrolicie uzyskuje sie ukierunkowany przeplyw zawiesiny elektrolit-gaz.Przez przestrzen przeplywu zwrotnego lub przestrzenie oddalone dostatecznie od przelotu, nastepuje intensywny przeplyw elektrolitu do przestrzeni elektrodowej. Przeplyw jakichkolwiek pecherzyków gazu jest praktycznie wykluczony.Elektrolizer zgodny z wynalazkiem, moze byc wyposazony w pionowe lub poziome elektrody. Elektrolizer moze byc zastosowany dla elektrolizy roztworów chlorku sodowego, wedlug sposobu przeponowego lub rtecio¬ wego, albo moze sluzyc do elektrolitycznego rozkladania wody, elektrolitycznego uzyskiwania chloranu lub nadtlenku siarczanu, jak równiez otrzymywania elektrolitycznego metalu.Jako material na elektrody stosuje sie znane materialy, jak zelazo (nikiel przy rozkladzie wody, zelazo) aktywny tytan przy wytwarzaniu chloranu, olów/ platyne przy wytwarzaniu nadtlenku siarczanu i grafit lub aktywne metale, np. tytan przy elektrolizie roztworu chlorku sodowego. Przykrycie w rodzaju kolpaka, moze byc z kazdego dowolnego materialu stalego, zaleznego od elektrolizy. Szczególnie odpowiednie, dla elektrolizy roztworu chlorku sodowego, sa materialy, np. tytan, twarde PCV, szklo lub poliester wzmocniony wlóknem szklanym. Dla rozkladu wody jest odpowiedni, przykladowo takze nikiel. W uprzywilejowanym wykonaniu wynalazku przykrycie w rodzaju kopuly, wznosi sie w kierunku przelotu zawiesiny elektrolit-gaz. Zaleznie od wylotu kolpakowe przykrycie moze byc w postaci pulpitu lub dwóch przeciwleglych pulpitów, skierowanych wzniesieniami do srodka.Wylot moze byc uksztaltowany, w pierwszym przypadku przez brakujaca strone czolowa, w drugim przypadku przez szczeline, zachowana pomiedzy wzajemnie wznoszacymi sie przykryciami pulpitu; Wzniesienie pokrywy wynosi okolo 1°— 20°. Elektrolizer zgodny z wynalazkiem, moze powstac równiez przez wbudowanie kolpakowego przykrycia do istniejacego elektrolizera.W przypadku elektrolizerów z pionowymi elektrodami przykrycie to zamocowane jest, na zewnatrz ele¬ ktrod wytwarzajacych gaz, przez przykrecenie lub przyspawanie. Celowe uksztaltowanie elektrolizera wedlug wynalazku polega na uksztaltowaniu elektrolizera, z praktycznie poziomymi anodami, zaopatrzonymi w otwory przelotowe, które maja kolpakowe przykrycie obejmujace co najmniej jedna krawedz górna, korzystnie trzy krawedzie górne anody.108455 3 Pewne umieszczenie przykrycia, jest przy tym mozliwe, np. prze/ umieszczenie blisko dolnego obrzeza profilu, ciagnionych lub wgniatanych zaglebien, które zapewniaja pewne przyleganie. Przez odpowiednie wybrania w przykryciu wychodza uchwyty lub stojaki elektrod.Dalszy korzystny przyklad wykonania wynalazku, zwlaszcza przy stosowaniu czynnej anody metalowej polega na tym, ze anody tworza jedna calosc konstrukcyjna z kolpakowym przykryciem. Elementy sa np. miedzy soba przykrecone lub przyspawane. W przypadku stosowania siarki jednolitej jako anody metalowej, która jest w zwykly sposób mocowana do ramy, mozna stosowac kolpakowe przykrycie jako konstrukcje nosna dla listw podpierajacych.Jesli elektrolizer pracuje z poziomymi anodami grafitowymi, jest korzystne przy elektrolicie roztworów chlorku sodowego za pomoca katody przelotowej, rteciowej zaopatrzenie strony dolnej, a wiec strony anody zwróconej do katody rteciowej, w zaglebienia podobne do zlobków lub rowków. Aby wytworzony chlor ga¬ zowy, mozna bylo szybko odprowadzic przez otwory przelotowe znajdujace sie w anodach, a sole wprowadzic do szczelin elektrodowych jest sczególnie celowe, w przypadku kolpakowych przykryc ze wznoszaca sie po¬ krywa, gdy zaglebienia w ksztalcie zlobków lub rowków, przebiegaja prostopadle do wzniesienia pokrywy.Wpizypadku elektrolizerów, które maja wiele poziomych anod, mozna stworzyc, przez ustalony uklad kolpako¬ wych przykryc róznego rodzaju kierunki przeplywu, a przez to odpowiednie warunki przeplywu. W przypadku anod sasiednich, patrzac przykladowo w kierunku wzdluznym elektrolizera, mozna uzyskac przeplyw zawiesiny elektrolit-gaz pod kolpakowym przykryciem w jednakowym lub przeciwnym kierunku.Przy przeplywie zawiesiny elektrolit—gaz w jednakowym kierunku jest celowe przewidzenie pomiedzy anodami scianek dzialowych. Dzieki temu wznoszace sie pecherze gazu nie sa zasysane przez przeplywajacy elektrolit, do sasiedniej przestrzeni elektrod. Jezeli przeplyw zawiesiny elektrolit-gaz odbywa sie w przeciwnym kierunku, sciany dzialowe sa zbedne. Dwie sasiednie anody maja wtedy wspólny obszar wylotowy elektrolit-gaz, a przeplyw elektrolitu dla obydwu anod jest przestawiony o okolo jedna dlugosc anody. Aby przy elektrolizerze z poziomymi anodami zapewnic odpowiednie powierzchnie przeplywu dla elektrolitu, w przestrzeni lub przes¬ trzeniach elektrod, odleglosc dwóch sasiednich anod, w kierunku wzdluznym elektrolizera, powinna wynosic okolo 5-15% dlugosci anody.Zasadniczymi zaletami wynalazku, sa, niezaleznie od rodzaju i dlugosc elektrod, dobre krazenie elektrolitu, dobre chlodzenie elektrod, wysoka wydajnosc elektrolitu, nieznaczne przepiecie elektrolizera i bardzo dobre odprowadzenie gazu. Dalsze zalety, w odniesieniu do anod, w przypadku anod grafitowych polegaja na tym, ze ugar ajednoczesnie zawartosc dwutlenku wegla w wytworzonym gazie zwlaszcza w gazie chlorowym, znacznie jest zredukowana i ze przy czynnych anodach metalowych moózna uzyskac znacznie dluzsza trwalosc warstwy tlenku metalu szlachetnego, a przez to dluzsze odstepy czasu, miedzy dzialaniem reaktywujacym.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykladach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedsta¬ wia widok perspektywiczny anody poziomej z kolpakowymprzykryciem, fig. 2 - widok perspektywiczny anody poziomej z innym, kolpakowym przykryciem, fig. 3 — uklad kolpakowych przykryc sasiednich anod, wido¬ cznych w kierunku wzdluznym elektrolizera, w widoku perspektywicznym, fig. 4 - inny uklad kolpakowych przykryc sasiednich anod, widocznych w kierunku wzdluznym elektrolizera, w widoku perspektywicznym, fig. 5 - elektrolizer z poziomymi elektrodami, w przekroju wzdluznym, a fig. 6 i 7 — schemat mozliwych kie¬ runków przeplywu. Na przykladzie elektrolizy chlorku potasowego z katoda przeplywowa rteciowa sa przed¬ stawione na fig. 1 i 2 poziome grafitowe anody 1 z otworami przelotowymi 2 i uchwytem 3. Cyfra 4 oznacza katode rteciowa. Na stronie górnej anod 1 znajduja sie kolpakowe przykrycia 5 w postaci pulpitu wznoszacego sie na fig. 1 wjednym kierunku. Doplyw solanki do przestrzeni elektrodowej pomiedzy anoda 1 a katoda 4 nastepuje w przestrzeni 7 przeplywu zwrotnego, lezacej po przeciwleglej stronie do wylotu 6.Przedstawiony na fig. 2 elektrolizer rózni sie tylko tym od elektrolizera z fig. 1, ze jest wyobrazalnie tak zestawiony z dwóch elektrolizerów, ze przykrycia 5 wznosza sie do siebie do srodka z tym, ze zawiera jeden wylot 6, znajdujacy sie po srodku, a po obydwu stronach przeciwleglych znajduje sie przestrzen 7 przeplywu* zwrotnego. Równiez w przykladzie elektrolizy chlorku potasowego za pomoca katody przeplywowej, rteciowej na fig. 3 sa przedstawione anody 1 wykonane z tytanu aktywowanego tlenkiem metalu szlachetnego. Na stronie górnej anod 1 sa wykonane kolpakowe przykrycia 5 w rodzaju pulpitu, wznoszace sie w jednym kierunku z tym, ze pomiedzy sasiednimi anodami 1 jest scianka dzialowa 8 tak umieszczona, ze odstepy pomiedzy nimi odpo¬ wiadaja w przyblizeniu dlugosci anody, a scianka dzialowa 8 oddziela z jednej strony wylot 6 dla zawiesiny sól-chlor jednej anody od przestrzeni 7 przeplywu zwrotnego soli sasiedniej anody. Sciana dzialowa 8 przeszka¬ dza cofaniu sie pecherzyków chloru, do przestrzeni 7 przeplywu zwrotnego sasiednich anod.W przypadku ukladu zgodnego z fig. 4, który obrazuje wynalazek w przykladzie z grafitowymi ano¬ dami 1, majacymi kolpakowe przykrycie 5, wznoszace sie w kierunku do siebie. Pomiedzy sasiednimi anodami4 108455 znajduje sie wspólny obszar wylotu 6 dla zawiesiny sól-chlor, tworzacej sie pod obydwoma przykryciami 5.W tym przypadku wyplyw zawiesiny sól-chlor i wplyw soli nastepuje kazdorazowo w odstepie okolo dwóch dlugosci anody. Sciana dzialowa jest wtedy zbyteczna.Na fig. 5 jest przedstawiony elektrolizer z pionowo umieszczonymi anodami 9 wzglednie katodami 10.Elektrody wytwarzajace gaz sa zaopatrzone w kolpakowe przykrycie 5. Zawiesina elektrolit-gaz, utworzona pod¬ czas elektrolizy, wyplywa przez wspólny wylot 6, lezacy powyzej powierzchni górnej elektrody 11. Poza przykryciami 5 lezy przestrzen 7 przeplywu zwrotnego.Na fig. 6 i 7 sa przedstawione róznorodne techniczne mozliwosci ukladu kolpakowych przykryc, w przykladzie z szescioma anodami, tworzacymi grupy anod ja, b i c. Przy tym na fig. 6 sa przedstawione prze¬ biegi krótszych boków, a na fig. 7 dluzszych boków anod prostopadlych do kierunku wzdluznego elektrolizera.Strzalki przedstawiaja kierunek przeplywu zawiesiny elektrolit-gaz.Przyklad. Elektrolizer z katoda rteciowa o powierzchni 12 m2 wyposazono w 64 anody grafitowe o gru¬ bosci 20 cm. Na stronie anody lezacej naprzeciwko rteii wyfrezowane sa zaglebienia podobne do zlobków, o szerokosci 5 mm i grubosci 16 cm. Powstale z tej obróbki zebra maja szerokosc równiez 5 mm. Przez otwory przelotowe o szerokosci przelotu 5 mm, wywiercone w dnie zaglebien w rodzaju zlobków wyplywac ma za¬ wiesina sól-chlor.Jako elektrolit sluzy roztwór soli kuchennej o 300 g/l Nad, wartosci pH = 7 i temperaturze wlotowej 60°C.Elektrolizer pracuje bez przykrycia w rodzaju kolpaka z powierzchnia anod 8,5 kA/m2, a srednie napiecie, wlasciwosci elektrolitu i temperatury ustala sie przez dluzszy czas pracy. Nastepnie elektrolizer zabudowuje sie kolpakowym przykryciem. Przykrycie sklada sie z twardego PCV i ma postac podobna do pulpitu. Wzniesienie pokrywy pulpitu wynosi 10°. Przykrycia sasiednich anod maja przeciwne wzniosy (odpowiadaja fig. 4).Srednie wartosci przez dluzszy czas pracy podane w tablicy sa skonfrontowane z pierwsza seria doswiad¬ czen.Wartosc pomiaru Napiecie elektrolizera Temperaturasoli na wylocie Wartosc pH soli na wylocie Zawartosc CL2 + CO2 w gazie Zawartosc CO2 w gazie Zawartosc H2 w gazie Elektrolizer bez przykrycia 4,47 Volt 70 - 75°C 8-9 97-97% objet. 1,2% obje t. 0,6% objet.Elektrolizer z przykryciem I 4,15 Volt 1 65 - 70°C 3-4 98-99,9/objet. 0,8% objet. 0,3% objet. 1 | Ustalone wartosci pomiarów pokazuja, ze przy uzyciu elektrolizera zgodnego z wynalazkiem, napijcie elektrolizera lezy o 0,32 Volt"ponizej napiecia znanego elektrolizera bez przykrycia.Tofównanie zawartosc CO'2 w gazie pokazuje zwlaszcza, ze redukuje sie znacznie odpad grafitu uzyskany dzieki lepszemu obiegowi elektro¬ litu. Zawartosc H2 w gazie i wartosc pH soli na wylocie elektrolizera sa interesujace ze wzgledu na wystepuja¬ ce w elektrolizerze niepozadane podrzedne reakcje. Osadzenie rteci, prowadzace do tworzenia sie wodoru i lugu sodowego (wartosc pH) jest silnie wstrzymywane. Wartosc pH slabego kwasu tlumaczy sie tworzeniem kwasu podchlorowego.Zastrzezeniapatentowe 1. Elektrolizer dla procesów przebiegajacych z wydzielaniem gazów, znamienny t y m * ze ma co naj - mniej jedno kolpakowe przykrycie (5), umieszczone powyzej jednej lub szeregu elektrod (1,9,10) z wylotem (6) dla zawiesiny elektrolk-gaz, lezacym ponizej zwierciadla elektrolitu oraz zawiera przestrzen (7) przeplywu zwrov : tnego dla elektrolity, lezaca poza obrysem przykrycia (5), wolna od wytwarzanego gazu, do oddzielania przeplywu zwrotnego gazu od wylotu (6). 2.Elektrolizer wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze kolpakowe przykrycie (5) ma pokrywe, wznoszaca sie w kierunku wylotu (6). 3. Elektrolizer wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze poziome anody (1), zaopatrzone w otwory przelotowe (2), maja kolpakowe przykrycie (5), obejmujace co najmniej jedna krawedz górna, korzystnie trzy krawedzie górne anody (1). 4. Elektrolizer wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze anody (1) tworza z kolpakowym przykryciem (5) jedna jednostke konstrukcyjna. 5. Elektrolizer wedlug zastrz. 4, znamienny tym, ze anody (1) na dolnej stronie zaopatrzone sa w zaglebienia podobne do zlobków lub rowków o mniej wiecej stalej glebokosci. 6. Elektrolizer wedlug zastrz. 5, znamienny tym, ze zaglebienia podobne do zlobków lub rowków przebiegaja prawie prostopadle do wzniesienia pokrywy kolpakowegoprzykrycia (5).108 455 Fig.1 Fig.2 Fig.3 Fig.4108 455 Fig.5 Fig 6 HU UD III Fig7 Prac. Poligraf. UP PRL naklad 120+18 Cena 45 zl PL PL PL PL PL PL PL PL