PL128849B1 - Electrolyser for generation of chloride,iodine,bromineor astatine by electrolysis of halogen containing aqueous solution - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest elektrolizer do wy¬ twarzania chlorowca przez elektrolize wodnego roztworu zawierajacego halogenek takiego jak kwas solny i/Uub chlorek metali alkalicznych albo inny odpowiedni ulegajacy elekitrolizie halogenek.Dotychczas chlor produkuje sie przez elektrolize w elektrolizerze, w którym anoda i katoda sa od¬ dzielone od siebie za pomoca memibrany lub prze¬ pony przepuszcajacej jony oraz w elektrolizerach majacych przepone przepuszczajaca ciecz, przy czym chlorek metali alkalicznych lub inny haloge¬ nek krazy w komorze anolitu a jego czesc prze¬ plywa przez przepone do katolitu.Podczas elektrolizy roztworu chlorku metaJi al¬ kalicznych chlor wydziela sie na anodzie a lug, którym moze byc weglan lub dwuweglan metali alkalicznych lecz czesciej roztwór wodorotlenku metali alkalicznych, wydziela sie na katodzie.Ten alkaliczny rozijwór zawiera takze chlorek metali alkalicznych, który nalezy oddzielic od lu¬ gu w nastepnej operacji. Roztwór ten jest stosun¬ kowo rozcienczony, rzadko zawiera wiecej niz 12— 15*/o wagowych lugu. Poniewaz stezenie gotowego do uzytku wodorotlenku sodu wynosi okolo 50°/o wagowych lub wiecej wiec nalezy odparowac wo¬ de z tego rozcienczonego roztworu dla uzyskania pozadanego stezenia.Ostatnio prowadzono powazne prace nad zasto¬ sowaniem zywic lub polimerów jonitowych do wy¬ konania przepony przepuszczajacej jony, przy czym 10 15 20 25 maja one postac cienkich arkuszy lub membran.Ogólnie rzecz biorac nie sa one perforowane i nie pozwalaja na przeplyw anolitu do komory katodo¬ wej lecz dopuszcza sie takze do wykonywania te¬ go typu membran z malymi otworkami, które umo¬ zliwiaja niewielki przeplyw przez nie anolitu, cho¬ ciaz glówny kierunek prac byl skierowany na sto¬ sowanie membran nie perforowanych.Jako typowe polimery do tego celu stosuje sie polimery fluoropochodnych weglowodorów, zwla¬ szcza polimery nienasyconych fluoropochod¬ nych weglowodorów, na przyklad polimery lub ko¬ polimery trójflluoroetyilenu albo czterofluoroetyle- nu, które zawieraja grupy jono-wytmienne stoso¬ wane do tego celu.Jako grupy jono-wymienne zwykle stosuje sie grupy kationowe, takie jak kwas sulfonowy, sul¬ fonamid, kwas karboksylowy, kwas ortofosforowy itp., które sa podlaczone do lancucha polimeru fliu- oroweglowodorowego poprzez atom wegla i które wymieniaja kationy. Jednakze moga one zawierac takze gruipy aniono-Jwymienne. Tak wiec maja one ogólny wzór strukturalny oznaczony symbolem 1 lub 2. . Przepony tego typu sa znane z opisów patento¬ wych: Wielkiej Brytanii nr 1184 3GD. i Stanów Zjednoczonych nr nr: 32H2'875 i 40T75 4O5.Przepony te przepuszczaja jony lecz nie pozwa¬ laja na przeplyw przez nie anolitu wiec w nie¬ wielkich ilosciach lub wcale jony halogenku prze^ 128 8493 128 849 4 dostaja sie przez przeppne z opisanego materialu do komory z chlorkiem metali alkalicznych i dla¬ tego wytwarzany w ten sposób lug zawiera nie¬ wielkie ilosci jonów chloru albo nie zawiera ich wcale.Ponadto mozliwe jest wytwarzanie bardziej ste¬ zonego wodorotlenku metali alkalicznych tak, ze wytwarzany katolik moze zawierac od 15 do 45P/o wagowych NaOH lub nawet wiecej. Proces ten opisany, jest przykladowo w opisach patentowych $taaów Zjednoczonych nr nr 4/111/17719 i 411010 050.Membrana jono-wymienna jest stosowana jako przepona przepuszczajaca jony takze i do innych celów, na przyklad do elektrolizy wody.Znane jest takze prowadzenie tego typu elek¬ trolizy pomiedzy anoda i katoda, które sa oddzie¬ lone przepona, korzystnie membrana jono-wymien- na, przy czym anoda lub katoda albo oba biegu¬ ny maja postac cienkiej .porowatej warstwy mate¬ rialu przewodzacego prad i odpornego na dziala¬ nia chemikailii i prajdu elektrycznego, która jest polaczona lub inaczej nalozona na powierzchnie przepony.Podobne zespoly elektrodowo-przeponowe byly stosowane przez dlugi okres czasu w ogniwach pa¬ liwowych, które nazywano takze ogniwami ze sta¬ lym elektrolitem polimerowym. Tego typu ogniwa stosowano przez dlugi okres czasu jako ogniwa gazowo-ipaliwowe i dopiero efektywnie ostatnio przystosowano je do elektrolitycznego wytwarzania chloru z kwasu solnego lub roztworu chlorku me¬ tali alkalicznych.Io wytwarzania chloru w elektrolizerze ze sta¬ lym elektrolitem polimerowym stosuje sie zwykle elektrody w postaci cienkiej, porowatej warstwy materialu elektrokaitalitycznego przewodzacego prad, która jest na trwale przymocowana do po¬ wierzchni przepony jono^wyimiennej za pomoca srodka wiazacego, zwykle z polimeru fluorowane¬ go, na przyklad policzterofluoroetyienu.Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych nr 3 297 484 znane jest wytwarzanie elektrod przepu¬ szczajacych gaz, polegajace na tym, ze proszek z materialu elekitrokateliiltycznego i przewodzacego prad miesza sie z wodna zawiesina czajstek poli- czterofluorowejglowodoru otrzymujac cialstowata mieszanine zawierajaca 2 do 20 g proszku nagram policzlteTofluoroetylenu. Rozcienczona w razie po¬ trzeby mieszanine rozprowadza sie wówczas na ar¬ kuszu metalu podkladowego i suszy sie, po czym warstwe proszkowa pokrywa sie folia glinowa i sprasowuje sie w temperaturze wystarczajacej do spieczenia czastek policaterofluoroetylenu otrzymu¬ jac cienka spoista warstwe.Po usunieciu folii glinowej za pomoca kausty¬ cznego lugowania wstepnie uformowana elektrode naklada sie na powierzchnie przepony i sprasOwu- je w temperaturze wystarczajacej do spieczenia policzterofluoroetylenu na przeponie. Po szybkim ochlodzeniu zdejmuje sie podkladowy arkusz me¬ talowy a elektroda pozostaje przytwierdzona do przepony.Po jednorazowym zlaczeniu elektrod elektrolizera z przepona po jej obu stronach, która oddziela przestrzenie anodowa i katodowa, sa one razem zlaczone i dzieki temu nie musza byc montowane na osobnych metalowych konstrukcjach.Okazalo sie, ze najbardziej efektywny sposób do¬ prowadzenia i rozprowadzenia pradu do elektrod 5 polega na doprowadzeniu go do wielu styków jed¬ nolicie rozmieszczonych na calej powierzchni elek¬ trody za pomoca elementów przewodzacych prad zaopatrzonych w szereg wystepów lub zeberek, które podczas montazu ogniwa stykaja sie z po¬ no wierzchnia elektrody w wielu równomiernie roz¬ mieszczonych punktach. Wówczas przepone z elek¬ trodami na obu jej powierzchniach trzeba scisnac pomiedzy dwoma elementami lub kolektorami prze¬ wodzacymi prad: anodowym i katodowym. 15 W przeciwienstwie do zjawisk zachodzacych w ogniwach paliwowych, w których reagenty sa ga¬ zowe, gestosci pradu sa male i praktycznie nie za¬ chodza zadne reakcje uboczne na elektrodach.Elektrolizery ze stalym elektrolitem stosowane do 20 elektrolizy roztworów, zwlaszcza roztworu chlorku sodu stwarzaja problemy zwiazane ze slaba zdol¬ noscia rozdzielcza.W elektrolizerze do elektrolizy roztworu chlorku sodu w róznych czesciach elektrolizera zachodza 25 nastepujace reakcje: — glówna reakcja anodowa SCI- - Cl2+i2e- — przenikanie przez przepone 2Na++!H20 30 — reakcja katodowa 2HzO+2e- - 20H-+H2 — uboczna reakcja anodowa 20H- - 0*+2ILO+4e- — glówna reakcja ogólna 35 SNaO+fzHaOl -* aNaOH+C'l2+H2 Tak wiec na anodzie obok pozadanej glównej re¬ akcji polegajacej na wydzielaniu chloru odbywa sie takze czesciowe utlenianie wody, w konsek¬ wencji czego wydziela sie tlen chociaz jego ilosc utrzymuje sie na mozliwie niskim poziomie. Ta tendencja do wydzielania tlenu zwieksza sie szcze¬ gólnie w srodowisku alkalicznym w aktywnych miejscach anody stanowiacych czastki katalizato¬ ra stykajace sie z przepona. W rzeczywistosci prze- 45 pony kationowo-wymienne nadajace sie do elek¬ trolizy halogenków metali alkalicznych maja licz¬ be przenoszenia rózniaca sie od liczby przenosze¬ nia calego urzadzenia i w warunkach wysoko al¬ kalicznych istniejacych w katolicie niektóre prze- 50 pony umozliwiaja czesciowe przenoszenie anionów hydroksylowych poprzez nia z katolitu do anolitu.Ponadto warunki potrzebne do efektywnego prze¬ noszenia cieklych elektrolitów do aktywnych po¬ wierzchni elektrod oraz do wydzielania tam gazu 55 w przestrzeni anodowej i katodowej charaktery¬ zuja sie przekrojem strumienia elektrolitu i ga¬ zów znacznie wiekszym w stosunku do warunków przyjetych' w elekitrolizerach paliwowych.[Natomiast elektrody musza miec minimalna gru- 60 bósc, zwykle w granicach 40—1150 \im dla umozli¬ wienia efektywnej wymiany masy z zasadnicza czescia cieklego elektrolitu. Z uwagi na te wyma¬ gania jak równiez biorac pod uwage fakt, ze ma¬ terialy elektrokatalityczne i elektroprzewodzace 65 stanowiace elektrody, zwlaszcza anody, stanowia128 849 czesto mieszany tlenek zawierajacy tlenek metalu z grupa platynowa lub sproszkowany metal zwia¬ zany za pomoca srodka wiazacego o malej elek- froprzewodnosci albo nie majacy jej w ogóle, elek¬ trody rzadko przewodiza praid w kierunku ich naj¬ wiekszego wymiaru.Tak wiec wymagana jest duza gestosc styków z kolektorem jak równiez jednolity nacisk stykowy dla ograniczenia spadku omowego w ogniwie oraz dla zapewnienia jednolitej gestosci pradu na calej aktywnej powierzchni tego ogniwa.Te wymagania sa trudne do spelnienia, zwlasz¬ cza w elektrolizerach o duzych powierzchniach, takich jakie stosuje sie w przemysle do produkcji chloru o zdolnosci produkcyjnej zwykle przekra¬ czajacej 100 ton chloru na dobe. Ze wzgjledów eko¬ nomicznych elektrolizery przemyslowe musza miec powierzchnie elektrod wynoszace co najmniej 0,5, korzystnie 1 do 3 m2 lub wiecej.Elektrolizery te sa czesto polaczone elektrycz¬ nie szeregowo tworzac elektrolizery zawierajace do kilkudziesieciu dwubiegunowych ogniw zmontowa¬ nych wspólnie za pomoca sciagaczy albo hydrau¬ licznych lub pneumatycznych pras w ukladzie ty¬ pu prasy filtracyjnej.Elektrolizery o tych rozmiarach stwarzaja duze trudnosci technologiczne przy wykonywaniu, ele¬ mentów przewodzajcych praid, to jest. pradowych kolektorów o wyjatkowo malej tolerancji plasko¬ sci styków oraz pod wzgledem zapewnienia jedno¬ litego nacisku na stykach na calej powierzchni elektrod po zmontowaniu elektrolizera.Ponadto stosowana w tego typu elektrolizerach przepona musi byc bardzo cienka dla ogranicze¬ nia spadku omowego na stalym elektrolicie. Gru¬ bosc przepony wynosi czesto ponizej 0,2 mm a rzad¬ ko powyzej 2 mm i dlatego przepona moze byc latwo przerwana lub pocieniana w punktach, w których przylozony jest nadmierny nacisk podczas zamykania elektrolizera. Tak wiec zarówno anodo¬ wy jak i katodowy kolektor niezaleznie od prawie doskonalej plaskosci musza byc takze prawie do¬ skonale równolegle. iW elektrolizerach o niewielkich gabarytach duzy stopien plaskosci i równoleglosci moze byc zacho¬ wany przez zapewnienie pewnej podatnosci kolek¬ torów, co pozwala na dopuszczenie malych od¬ chylek od dokladnej plaskosci i równoleglosci.Znany jest elektrolizer jednobiegunowy ze sta¬ lym elektrolitem do elektrolizy chlorku sodu, w którym zarówno anodowy jak i katodowy kolektor pradowy stanowia siatki luib rozciagniete arkusze, które sa przyspawane do odpowiednich rzedów pio¬ nowych metalowych zeberek, które sa odsuniete od siebie umozliwiajac pewne zagiecie siatek pod¬ czas montazu elektrolizera oraz dzieki temu wy¬ wieranie bardziej jednolitego nacisku na powierz- ohnie przepony.Znamy jest takze elektrolizer dwubiegunowy ze stalym elektrolitem do elektrolizy chlorku sodu, w którym znajduja sie dwubiegunowe przegrody po obu stronach majace w obszarze odpowiadaja¬ cym elektrodom szereg zeberek lub wystepów. Dla umozliwienia niewielkich odchylek od plaskosci i równoleglosci zastosowano elastyczny element skla¬ dajacy sie z dwóch lub wiejkszej ilosci siatek lub rozciagnietych arkuszy z brazu zaworowego, przy czym ten podatny element jest scisniety pomiedzy zeberkami od strony anody i anoda polaczona z 5 anodowa strona przepony.Jednakze zaobserwowano, ze obydwa powyzej omówione rozwiazania maja szereg powaznych o- graniczen i wad w elektrolizerach o duzej powie¬ rzchni elektrod. W pierwszym przypadku nie osia- iio ga sie pozadanej jednolitosci dociskania styków powodujac tym samym koncentracje przeplywu pradu w punktach o wiekszym dociskaniu styków, w wyniku czego wystepuje zjawisko polaryzacji oraz odpowiednia deaktywacja przepony i katali- 15 tycznych elektrod. W tej sytuacji podczas monta¬ zu elektrolizera czesto powstaja miejscowe pek¬ niecia przepony oraz miejscowe ubytki katalitycz¬ nego materdalu. W drugim przypadku trzeba za¬ pewnic bardzo duzy stopien plaskosci i równole- 20 glosci powierzchni dwubiegunowej przegrody, co stwarza koniecznosc zastosowania dokladnej i skomplikowanej obróbki zeberek i uszczelniajacej powierzchni dwubiegunowej przegrody.Ponadto duza sztywnosc elementów powoduje 25 wystepowanie koncentracji nacisków, które maja tendencje do grupowania sie szeregowo ogranicza¬ jac przez to liczbe mozliwych do zmontowania ele¬ mentów w pojedynczym ukladzie typu prasy fil¬ tracyjnej. 30 W wyniku tych niedogodnosci swatka do rozpiro- wadzania pradu po docisnieciu do elektrody moze nawet pozostawic czesc nie dotknietych obszarów elektrody lub tak lekko dotknietych, ze zasadni¬ czo nie spelniaja swojej roli. Przeprowadzono po- 35 równawcze testy przez dociskanie siatki rozpro¬ wadzajacej prad do papieru czulego na naciski; który dal widoczny obraz, ze od okolo lWo do okolo 3Q—40»/t obszaru siatki nie riózostawia sla¬ dów na papierze co potwierdza, ze te tak duze 40 obszary pozostaja nie dotkniete. Stosujac te ob¬ serwacje do elektrod okazuje sie, ze znaczne ob¬ szary elektrod nie dzialaja luib dzialaja niedosta¬ tecznie.Oelem wynalazku bylo opracowanie elektrolize- 45 ra do prowadzenia' elektrolizy chlorku metali al¬ kalicznych zawierajacego elektrode stykajaca sie bezposrednio z przepona, która to elektroda lub jej czesc latwo ulega sciskaniu oraz jest bardzo elastyczna i moze efektywnie rozprowadzac napre- 50 zenia sciskajace zasadniczo równomiernie na calej powierzchni elektrody.Cel wynalazku zostal osiagniety przez to, ze elek¬ trolizer do wytwarzania chlorowca przez elektro¬ lize wodnego roztworu zawierajacego halogenek na 55 anodzie oddzielonej od katody za pomoca jono- -iprzepuszczalnej przepony, sklada sie z Obudowy w której jest ulozony co najmniej jeden komplet elektrod zlozony z anody i katody, oddzielonych od siebie przepona przepuszczalna dla jonów, zele- 60 mentów do wprowadzania elektrolitu poddawanego elektrolizie, elementów do odprowadzania produk¬ tów elektrolizy i elementów do doprowadzania pra¬ du elekrolisujacego a co najmniej jedna z elektrod jest docisnieta za pomoca elastycznie scisliwej war- 65 stwy, której rozmiary odpowiadaja powierzchni7 eleiktrody zas elastycznie scisliwa warstwa jest ze¬ tknieta z elektroda w wieki równomiernie rozmie¬ szczonych punktach stycznych i ma struktulre prze¬ puszczalna dla gazu -i elektrolitu. Elastycznie sci¬ sliwa warstwa jest warstwa metalowa, utworzona z tkaniny z dtrutu metalowego, uksztaltowanej przez zaginanie, karbowanie albo faldowanie.Korzystnie, ta elastycznie7 scisliwa warstwa skla¬ da sie z szeregu sruibopodobnyeh zwojów drutu metalowego, a co najmniej jedna z elektrod ogni¬ wa ma porowata strukture przepuszczalna dla elektrolitu i gazu'oraz edektroprzewodzaca powie¬ rzchnie- stykajaca sie w wielu punktach z powie¬ rzchnia przepony. Elektroda, której powierzchnia jest w wielu punktach zatknieta z powierzchnia przepony, jeist;utworzona z porowatej i przepusz¬ czalnej warstwy czactecze1k, elektroprze materialu odpornego na korozje, naniesionych na powierzchnie przepony; D© j powierzchni elektrody stykajacej sie w wielu punktach z powierzchnia przepony, przylega gietka siatka z elektroprzewo- dzacego materialu, ulozona suwliwie na powierz¬ chni elektrody. Obie elektrody maja jedmsakowa bu¬ dowe i, tworza powierzchnie stykajace sie w wielu punktach .z powierzchnia przepony, do której sa elastycznie i równomiernie, docisniete.Dogodnie jest gdy powierzchnia przepony jest zetknieta w wielu punktach, z twarda przeciwelek- troda ogniwa.W eJekfroJfeerzfi wedlug wynalazku osiaga sie efektywny styk elektryczny pomiedzy porowata powierzchnia elektrody i przepona oraz latwo przyklada sie w nim napiecie baz wywolywania nadmiernych miejscowych nacisków przez docis¬ kanie powierzchni doprowadjzajacej lub rozprowa¬ dzajacej prald elektryczny do elektrodowej war¬ stwy,, za pocpoca latwo ulegajacej elastycznemu sciskaniu warstwy, albo maty, albo arkusza, które w przewazajacej czesci a zwykle zasadniczo cale stykaja sie bezposrednio z przepona. scisliwa warstwa ma wlasnosci podobne do spre¬ zyny i moze byc scisnieta, o GOtyt lufo wiecej w stosunku do grubosci warstwy w stanie niescisnie- tym podczas jej dociskania do przepony utrzy¬ mujacej elektrode w postaci warstwy przez wy¬ warcie nacisku za pomoca koncowej plyty lub dociskowej plyty. Warstwa ta po zwolnieniu do¬ cisku moze rozprezac sie z powrotem zasadniczo do swej poczatkowej grufooscu Tak wiec dziejei mozliwosci powracania do po¬ czatkowego stanu Warstwa ta wywiera zasadniczo równomiernie rozlozony nacisk na przepone z elek¬ trodowa warstwa, poniewaz moze ona powodowac równomierne rozkladanie sil dociskowych oraz mo¬ ze kompensowac nierównomiernoEci powierzchni, z którynn sie styika. Scisliwe warstwy powinny takze zapewniac latwy dostep elektrolitu do elek¬ trody oraz latwy odplyw produktów elektrolizy a wiec zarówno gazu jak i cieczy od elektrody.Tak wiec warstwa-ta nia otwarta budowe i ogranicza duza swobodna przestrzen. Przewodzi ona prad elektryczny i ogólnie wykonana jest z me¬ talu odpornego na korozje elektrochemiczna wy¬ wolana przez elektrolit, z którym sie styka. W ten sposób rozprowadza biegunowosc oraz prad na 849 8 cala elektrode w pf&taci warstwy. Moze ona sty¬ kac sie z elektrodami bezposrednio lecz alterna¬ tywnie i korzystnie poniiejdzy te warstwe i prze¬ pone wstawia sier|xxfejtna elektroprzewodzaca siat- 5 ke z niklu, tytanu, niobu lub innego odpornego metalu.(Siatke te stanowi cienki i perforowany arkusz, który latwo daje sie odksztalcac i przyjmuje ksztalt nieregularnosci wystepujacych w powierzch- io ni elektrody. Moze to byc sialfca o drobnych ocz¬ kach lub perforowana Wacha. Zwykle otwory w niej sa mniejsze niz w scisliwej warstwie. Siaftka ta jest mniej scisliwa lub zasadniczo niescisliwa.W kazdym przypadku warstwa w postaci siatki 15 jest sciskana opierajac sie o przepone z przecdiw- elektroda lub co najmniej jej powierzchnia prze¬ puszczajaca gaz i elektrolit po drugiej stronie prze¬ pony. Ze wzgledu na to, ze scisliwa warstwa i w razie zastosowania drobnooczkowa siatka nie sa 20 polaczone z przepona, wiec sa one przesuwnie (suwliwie) ustawione wobec przepony i dlatego moga latwo przyjmowac ksztalt przepony i prze- ciwelektrody.W korzystnym przykladzie wykonania elektroda 25 lub elastyczny pradowy kolektor ma postac zasad- . niczo plaskiej, elektroprzewodzacej siatki z drutu metalowego o otwartej budowie i zawierajacej druciana tkanine odporna na dzialanie ejektrollitu i produktów elektrolizy. Czesc albo wszystkie dru^ 30 ty innych pofaldowan, których srednica ewentu¬ alnie amplituda sa zasadniczo wieksze od grubo¬ sci drutu i korzystnie odpowiadaja grubosci cale¬ go elementu wzdluz co najmniej jednej linii wo¬ dzacej równoleglej do plaszczyzny tego elementu. 35 Oczywiscie tego typu karby lub faldy sa usta¬ wione w kierunku szerokosci siatki.Te pofaldowania w postaci kanbów, zwojów, fali itp. maja boczne czesci, które sa nachylone lub zakrzywione wzgledem osi prostopadlej do grubo- 40 sci tkaniny tak, ze po zacisnieciu kolektora pewne przesuniecia i naciski sa poprzecznie rozprowadza¬ ne tak aby umozliwiac bardziej równomierny roz¬ klad nacisków na powierzchni elektrody. Czesc zwojów lub petli ze wzgledu na nieregularnosci 45 w plaskosci i równoleglosci powierzchni sciskaja* cych tkanine moze byc poddawana dzialaniu sil sciskajacych wiekszych od dzialajacych w sasied¬ nich obszarach i moga przejmowac oraz rozpro¬ wadzac nadmiar sily sciskajacej do sasiednich dru- 50 cianych zwoi lub petli.Tak wiec tkanina efektywnie powoduje w znacz¬ nym stopniu wyrównywanie nacisków oraz zabez¬ piecza przed przekroczeniem pewnej granicy sily reakcji dzialajacej na pojedynczy punkt styku, 55 przy której nastepuje nadmierne wygiecie lub przedziurawienie przepony. Oczywiscie ta zdolnosc samoustawiania sie elastycznego kolektora jest wykorzystywana do dobrego i równomiernego roz¬ lozenia punktów styku na calej powierzchni elek- 60 trody.W jednym bardzo korzystnym przykladzie wy¬ konania pradowy kolektor stosuje sie w postaci szeregu cylindrycznych spiral drucianych, których zwoje sa wzajemnie nawiniete na siebie dla sa- g5 siednich spiral. Spirale maja dlugosc zasadniczo128 849 9 10 odpowiadajaca wysokosci lub szerokosci komory elektrodowej luib co najmniej » albo wiecej cen¬ tymetrów a liczba polaczonych ze»soba spiral jest wystarczajaca do pokrycia cale; szerokosci komory a srednica spliral jest 5 do 10 iub wiecej razy wieksza od srednicy druitu, z którego wykonane sa spirale. Wedlug tego korzystnego przykladu wy¬ konania sama spirala drutu reprezentuje bardzo mala czesc przekroju elektrodowej komory ograni¬ czonej przez te spirale i dlatego spirala jest otwar¬ ta ze wszystkich stron umozliwiajac utworzenie wewnetrznego kanalu, przez który odbywa sie cyr¬ kulacja elektrolitu oraz unoszenie pecherzy gazu wzdluz komory.Jednakze nie ma potrzeby nawijania na siebie sasiednich spiral, tak jak opisano powyzej, i ko¬ lektor moze byc zbudowany z pojedynczych ulo¬ zonych obok siebie spiral z drutu metalowego.W tym przypadku spirale sa zestawione obok sie¬ bie, przy czym ich odlpowiednie zwoje stykaja sie tylko na przemian. W ten sposób moze byc osiag¬ nieta wieksza gestosc punktów styku ze wspól¬ pracujacymi plaszczyznami reprezentowanymi przez przeciwelektrode luib drugi pradowy kolektor i kon¬ cowa plyte.W nastepnym przykladzie wykonania pradowy kolektor lub dystrybutor ma postac karfbikowanej tkaniny luib dzianiny z drutu metalowego, dzieki czemu pojedynczy drut ma ksztalt szeregu fal o arniplituidzie odpowiadajacej maksymalnej wyso¬ kosci tkaniny luib dzianiny.Tak wiec kazdy drut metalowy na przemian styka sie z koncowa plyta sluzaca do wywierania nacisku oraz z porowata elektrodowa warstwa przytwierdzona do powierzchni przepony luib z posrednim elastycznym sitem wstawionym pomie¬ dzy elektrodowa warstwa luib przepona a scisliwa warstwa. Co najmniej czesc oczek ustawionych jest wzdluz grubosci tkaniny i sa one otwarte dla przeplywu elektrolitu przez ustawienie krawedzia w kierunku przeplywu.Alternatywnie dwie lutb wieksza ilosc tkanin albo dzianin ,po indywidualnym karbikowaniu przez prasowanie mozna ulozyc jedna na drugiej iw ten sposób otrzymuje sie kolekitor ó pozadanej gru¬ bosci; ' Karbikowanie metalowej tkaniny lub dzianiny nadaje kolektorowi wieksza scisliwosc i bardzo dobra podatnosc na sciskanie pod naciskiem, które moze wynosic co najmniej okolo 50 do 2000 Gton2 powierzohni naciskajacej, to jest powierzchni kon¬ cowej plyty.Elektroda wedlug wynalazku po zmontowaniu elektrolizera ma grubosc korzystnie odpowiadajaca glebokosci elektrodowej komory lecz glebokosc tej komory moze byc korzystnie wieksza. W tym przy¬ padku perforowana i zasadniczo sztywna siatka lub plyta oddalona od powierzchni tylnej sciany komory moze dzialac jako powierzchnia nacieka¬ jaca na scisliwy kolektor w postaci maty. W takim przypadku przestrzen poza co najmniej stosunko¬ wo sztywna siatka jest wolna i stanowi kanal, przez który moze przeplywac wydzielany gaz i elektrolit.Mata ma mozliwosc sciskania do duzo mniej¬ szej grubosci i objetosci. Na przyklad moze byc ona scisnieta do okolo 50 do 9Kfk a nawet wiecej w stosunku do poczatkowej objetosci i/lub gru¬ bosci i dlatego jest scisnieta pomiiedzy przepona 5 i tylna koncowa plyta elektrolizera .przez docisnie¬ cie tych elementów do siebie. Scisliwy arkusz lub mata jest ruchoma, to znaczy nie jest przyspawa- na lub inaczej przytwierdzona do koncowej plyty elektrolizera ajbo do wstawionej siatki. Przewodzi 10 ona prad zasadniczo poprzez mechaniczne punkty styku pomiedzy nia i elektroda gdy jest odpowied¬ nio podlaczona do zródla pradu elektrycznego.Mata jest ruchoma luib suwliwie zestawiona z sasiednimi powierzchniami elementów, z którymi 15 siie stylka. Po scisnieciu elektrolizera druciane petle lub zwoje tworzace mate moga sie odchylac i ze¬ slizgiwac poprzecznie rozkladajac nacisk równo¬ miernie na calej powierzchni, z która sie stykaja.W ten sposób mata dziala lepiej od sprezyn poje- 20 dynczo rozmdeszczonych na powierzchni elektrody, poniewaz sprezyny sa przytwierdzone na stale i nie ma wspóldzialania pomiedzy punktami nacisku dla zrekompensowania riieregularnosci powierzchni dociskanych. 25 Duza czesc energii sprezystosci po scisnieciu elektrolizera zostaje zachowana w kazdym poje¬ dynczym zwoju lub petli drutu metalowego, które tworza pradowy kolektor. Dzieki róznicowej ela¬ stycznej deformacji jednego lub wiekszej ilosci 30 jednych zwojów luib petli kolektora w stosunku do drugich sasiednich zwojów luib petli nie po¬ wstaja zasadniczo zadne powazne mechaniczne na¬ prezenia i elastyczny kolektor wedlug wynalazku moze efektywnie przeciwdzialac mozliwosci prze- 35 dziurawienia lub niepozadanego pocierania prze¬ pony w bardziej naciskanych punktach lub obsza¬ rach podczas montazu ogmiw. W ten sposób moz¬ na dopuszczac dosc duze odchylenia od plaskosci elementu przewodzacego prad jak równiez odchyl- 40 ki od równoleglosci tego elementu wzgledem kon¬ cowej plyty luib tylnej dociskowej plyty.Elastyczna elektroda wedlug wynalazku jest ko¬ rzystnie katoda, której towarzyszy ustawiona po drugiej stronie anoda bedaca bardziej sztywna, co 45 oznacza, ze elektroda po stronie anodowej moze byc podparta bardziej lub mniej sztywno. W ele¬ ktrolizie roztworu chlorku sodu katodowa mata lub scisliwy arkusz korzystnie wykonane sa z dru¬ tu niklowego albo ze stopu niklu albo ze stali 50 nierdzewnej z uwagi na duza odpornosc tych ma¬ terialów na korozje kaustyczna i wodorowa. Mata moze byc powleczona metalem lub tlenkami me¬ talu z grupy platynowców, kobaltem lub jego tlen¬ kami albo innymi eleOttrokatallzatorami dla zmniej- 55 szenia nadpotencjalu wodorowego.Mozna stosowac jeszcze inne metale zachowu¬ jace elastycznosc przy ich stosowaniu, na przy¬ klad tytan ewentualnie powleczony nie ulegajaca pasywacji powloka wykonana na przyklad z me¬ so tadu grupy platynowców albo z jego tlenków. Te ostatnie sa szczególnie uzyteczne przy zetknieciu z kwasowymi anoliitami.Jak zaznaczono powyzej do przepony moze byc przytwierdzona elektrodowa warstwa z czastek 85 metalu grupy platynowców albo jego tlenków albo11 tez z innego odpornego elektrodowego materialu.Grubosc tej .warstwy wynosi zwykle co najmniej okolo 40 do 11510 mikronów i moze byc- ona wy¬ twarzana zasadniczo jak opasano w opisie patento¬ wym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 207 484 i w razie, potrzeby warstwe taka mozna nalozyc na obie .strony przepony lub membrany.Dzieki temu, ze warstwa ta jest zasadniczo ciag¬ la, 'chociaz przepuszcza gaz i elektrolit, wiec osla¬ nia scisliwa mate i odpowiednio Wieksza czesc, jezeli nie calosc/ elektrolizy odbywa sie na tej warstwie, przy czym' niewielka czesc jezeli w ogó¬ le, elektrolizy w formie wydzielania gazu odbywa sie ria scisnietej macie, która styka sie z tylna strona warstwy.- Szczególne znaczenie' to ma wówczas, gdy czas¬ teczki warstwy maja riiziszy wodorowy lub chlo¬ rowy nadpotencjal od powierzchni maty. W tym przypadku^ mata sluzy w wiekszosci jako pradowy dystrybutor luib kolektor rozprowadzajacy prad na warstwie w mniejszym stopniu przewodzacej prad.W przeciwienistwie do tego gdy scisliwa mata bezposrednio styka sie z przepona lub membrana albo nawet gdy pomiedzy mata i przepona wsta¬ wiona jest perforowana elektroprzewodzaca siatka albo inny perforowany przewodnik, otwarta kon¬ strukcja maity zapewnia istnienie kanalów dla przeplywu bez przeszkód elektrolitu do tylnych obszarów oddalonych od przepony, obejmujacych obszary, znajdujace sie na przedniej, w srodkowej i w tylnej czesci scisliwej tkaniny. Scisliwa mata jest otwarta i nie, jest calkowicie oslonieta. Moze wiec tworzyc aktywna powierzchnie elektrodowa, która jest 2 tort 4 razy wieksza od calkowitej wy¬ stajacej , powierzchni bezposrednio stykajacej sie z przepona.Wedlug wynalazku zostalo stwierdzone, ze dzie¬ ki zastosowaniu scisliwej maty uzyskuje sie nizsze napiecie. Mata na skutek karbikowania, pofaldo¬ wania, pofalowania lub innego podobnego uksztal¬ towania ma zasadnicza czesc drutów lub przewod¬ ników, które wystaja poprzecznie poza powierzch¬ nie maty na odleglosc równa co najmniej czesci grubosci maty.Zwykle druty, te sa zakrzywione tak, zeby w stanie scisnietym maty byly one elastycznie poza- ginane rozprowadzajac równomiernie naciski i ze¬ by te poprzeczne druty przekazywaly zasadniczo ten sam potencjal do drutów usytuowanych z tylu stykajacych sie z przepona.Gdy mata jest przycisnieta do- przepony z wsta¬ wiona, miedzy nimi siatka lub tez bez tej siatki mozna osiagnac napiecie o 5 do 1'50 mV przy tym samym natezeniu, przeplywu pradu w porównaniu z przypadkiem, gdy mata lub wstawiona siatka wprost dotykaja przepony.Stanowi to znaczne zmniejszenie zapotrzebowa¬ nia energii na tone wytwarzanego chloru. Gdy mata jest scisnieta, wówczas jej czesci oddalone od przepony zostaja ¦¦* zblizone do przepony lecz pozostaja nadal w mniejszej odleglosci od niej i prawdopodobna oraz rzeczywista, wydajnosc elek¬ trolizy odbywajacej sie na niej wzrasta i wzrost ten w obszarze powierzchni pozwala na wieksza 849 12 wydajnosc elektrolizy bez nadmiernego wzrostu napiecia.Istnieje takze dalsza korzysc nawet wtedy, gdy niewielka czesc elektrolizy odbywa sie na tylnych 1 czesciach maty, poniewaz .mata jest lepiej spolary¬ zowana przeciw korozji. Na przyklad gdy niklowa scisliwa mata jest docisnieta do ciaglej warstwy z elektrodowych czastek o wysokiej przewodnosci przytwierdzonej na stale do przepony, wówczas * elektryczne osloniecie maty moze byc tak duze, ze niewielka czesc elektrolizy odbywa sie na niej albo tez wcale nie ma na niej elektrolizy.W takim przypadku zaobserwowano, ze niklowa mata ma tendencje do korodowania, zwlaszcza gdy 5 w roztworze znajduje sie ponad 15V§ wagowych wodorotlenku metali alkalicznych praz troche chlor¬ ków. Przy zastosowaniu otwartego perforowanego elementu bezposrednio stykajacego sie z przepona zapewniony jest wystarczajaco otwarty dostep do ) oddalonych czesci nawet z samego tylu maty tak, ze jej wystajace powierzchnie zostaja co najmniej negatywnie spolaryzowane albo katodowo ochro¬ nione przed korozja.Ma to zastosowanie nawet do powierzchni, gdy 25 nie odbywa sie zadne wydzielanie gazu lub inna reakcja elektrolizy. Zalety te sa szczególnie wy¬ razne przy gestosciach pradu powyzej 1000 A na metr kwadratowy powierzchni elektrody wyrazo¬ nej przez calkowita powierzchnie ograniczona przez 30 zewnetrzne czesci elektrody.Korzystnie scisliwa mata jest scisnieta do okolo aOP/o do 30p/o poczatkowej grubosci w stanie nie scisnietym pod naciskiem od 50 do 2000 G/cm2 wy¬ stajacej powierzchni. Nawet w stanie scisnietym 35 elastyczna mata musi byc wysoce porowata, gdyz stosunek objetosci pustej przestrzeni do objetosci pozornej scisnietej maty wyrazony procentowo wy¬ nosi korzystnie co najmniej 75P/o (rzadko ponizej 50M) a szczególnie korzystnie od 85 do 96%. Sto- 40 sunek ten oblicza sie przez pomiar objetosci zaj¬ mowanej przez mate scisnieta do pozadanego stop¬ nia oraz przez wazenie maty.Znajac mase wlasciwa metalu maty jej stala objetosc mozna obliczyc dzielac obijetosc przez ma- 45 se wlasciwa;, w wyniku czego otrzymuje sie obje¬ tosc stalych elementów maty oraz objetosc pustych przestrzeni oblicza sie wówczas odejmujac ostatnio otrzymana wielkosc od calkowitej objetosci.Zostalo stwierdzone, ze gdy stosunek ten staje 50 sie nadmiernie niski, na przyklad przez nadmier¬ ne scisniecie elastycznej maty ponizej ao^/o pier¬ wotnej grubosci w stanie niescisnietym, wówczas napiecie elektrolizy zaczyna wzrastac prawdopo¬ dobnie czesciowo na. skutek zmniejszenia sie 56 wspólczynnika przenikania masy do aktywnych powierzchni elektrody Vlub zdolnosci elektrodo¬ wego ukladu do odpowiedniego umozliwienia od¬ prowadzania wydzielonego gazu.Typowa zaleznosc napiecia elektrolizera w fun- 60 kcji stopnia scisniecia maty oraz stosunku okresla¬ jacego udzial pustych przestrzeni w macie opisano ponizej w przykladach.Srednica zastosowanego drutu moze sie zmie¬ niac w szerokim zakresie i zalezy od rodzaju pra- 65 sowania lub teksturowania lecz w kazdym przy-128 849 13 padku jest dostatecznie mala dla osiagniecia po¬ zadanych charakterystyk elastycznosci i odksztal¬ cania przy zmontowaniu i sciagnieciu elektrolize- ra. Normalnie wymagany jest nacisk montazowy odpowiadajacy naciskowi od 50 do 500 G/cm2 elek- 5 trodowej powierzchni dla osiagniecia dobrego elek¬ trycznego kontaktu pomiedzy elektrodami przy¬ twierdzonymi do przepony oraz odpowiednimi ele¬ mentami lub kolektorami, przez które plynie prad elektryczny, chociaz wyzsze naciski moga byc sto- 10 sowame zwykle do 2000 G/cm2.Zostalo stwierdzone, ze przez odksztalcenie scis¬ liwej elektrody wedlug wynalazku o okolo Lj5 do 3 mm, co odpowiada scisnieciu nie przekraczaja¬ cym 80?/o grubosci elementu w stanie nie scisnie- 15 tym pod naciskiem okolo 400 G/m2 wystajacej po¬ wierzchni, nacisk w punktach styku z elektrodami moze byc takze osiagniety w powyzej podanym zakresie w ogniwach przy bardzo rozwinietej po¬ wierzchni oraz przy odchylkach od plaiskosci do 20 2 mmi/m.Srednica metalowego drutu wynosi korzystnie od 0,1 a nawet mniej do 0,7 mm, podczas gdy grubosc nie scisnietego elementu, to jest albo sred¬ nica zwojów albo amplituda karbikowania sa 5 25 albo wiecej razy wieksze od srednicy drutu, ko¬ rzystnie w granicach od 4 do 20 mm. Tak wiec oczywista jest sprawa, ze scisliwy element ogra¬ nicza duza swobodna przestrzen, to jest oznacza¬ jaca udzial calej zajmowanej objetosci, która jest 3p swobodna i otwarta dla przeplywu elektrolitu i gazu. W pofaldowanych opisanych, powyzej tkani¬ nach lub dzianinach, które zawieraja scisliwe dru¬ ciane spirale ten procentowy udzial pustych prze¬ strzeni wynosi powyzej 75M calkowitej objetosci 35 zajmowanej przez tkanine. Ten udzial rzadko po¬ winien byc mniejszy od 25l°/» a korzystnie nie, po¬ winien byc mniejszy od 50M, poniewaz spadek cisnienia podczas przeplywu gazu i elektrolitu przez tkanine jest pomijalnie maly. 40 Gdy nie stosuje sie czasteczkowych elektrod lub innych porowatych elektrodowych warstw nalozo¬ nych na powierzchnie przepony, wówczas elastycz¬ na mata lub tkanina styka sie bezposrednio z przepona i dziala jak elektroda. Jak obecnie nie- 4^ spodziewanie stwierdzono przez zapewnienie do¬ statecznie duzej gestosci elastycznie utworzonych punktów styku, pomiedzy powierzchnia elektrody i przepona osiaga sie zaledwie zasadniczo pomi- jalna strate napiecia. Gestosc punktów styku po- 50 winna wynosic co najmniej okolo 30 punktów na 1 cm2 powierzchni przepony a bardziej korzystnie okolo 50 punktówi/cm2. Przeciwnie pole powierzch¬ ni styku pojedynczych punktów styku powinno byc mozliwie male a stosunek pola calkowitej po- 55 wierzchni styku do pola powierzchni przepony powinien byc mniejszy od 0,6 a korzystnie mniej¬ szy od 0,4.W.* praktyce okazalo sie, ze wygodnie stosuje sie podatna siatke o. wymiarze oczek najwyzej 2,00 ^ mm, korzystnie ponizej 0,84 mm a zwykle w gra¬ nicach od 0,149 do 0;84 mm lub siatke dmbno- oczkowa z rozciagnietej blachy metalowej o po¬ dobnych wlasnosciach wstawiona pomiedzy ela¬ stycznie scisnieta mata i przepona. 85 Udowodniono, ze w tych warunkach bardzo ma¬ lych i gesto rozmieszczonych styków elastycznie utworzonych pomiedzy elektrodowa siatka i po¬ wierzchnia przepony, wieksza czesc reakcji na ele¬ ktrodzie odbywa sie na plaszczyznie styku pomie¬ dzy elektroda i grupami jono-wymiennymi zawar¬ tymi w materiale .przepony, przy czym wieksza czesc przewodnictwa jonowego odbywa sie w prze¬ ponie a bardzo mala jego czesc odbywa sie w cieklym elektrolicie w stycznosci z elektroda, gdzie moze nie byc w ogóle przewodnictwa. Na przyklad elektrolize czystej, dwukrotnie destylowanej wody o opornosci ponad 2,000 000 £Vcm przeprowadzono z pozytywnym skutkiem w tego typu elektrolize-, rze wyposazonym w kationo^wymienna przepone przy zaskakujaco niskim napieciu elektrolizy.Ponadto gdy elektroliza roztworu chlorku me¬ tali alkalicznych prowadzona jest w tym samym elektrolizerze nie obserwuje sie zadnych widocz¬ nych zmian napiecia elektrolizera przy zmianie polozenia elektrolizera od poziomego do pionowe¬ go, wskazujac, ze wplyw barbotazu na spadek na¬ piecia elektrolizera jest pomijalnie maly.Dzialanie to jest takie samo jak w elektrolize- raoh ze stalym elektrolitem majacym czasteczko¬ we elektrody nalozone na przepone, co kontrastu¬ je z dzialaniem tradycyjnych elektroliizerów prze¬ ponowych z grubooczkowymi perforowanymi elek¬ trodami ailbo bedacymi w stycznosci z przepona albo nieco oddalonymi od niej, gdlzie barbotaz ma duzy wplyw na napiecie elektrolizera, które nor¬ malnie jest mniejsze gdy porowata elektroda, na której wydzielany jest gaz, jest ustawiona pozio¬ mo ponizej pewnego poziomu slupa elektrolitu i jest maksymalne gdy elektroda jest ustawiona pionowo ze wzgledu na zmniejszenie natezenia przeplywu gazu oddzielajacego sie od elektrody i ze wzgledu na stopniowe zwiekszenie sie ilosci pecherzy gazu wzdluz wysokosci elektrody na sku¬ tek ich gromadzenia sie.Wystepowanie tych niespodziewanych warunków pracy jest z pewnoscia spowodowane faktem, ze elektrolizer zachowuje sie zasadniczo jak ogniwo ze stalym elektrolitem, poniewaz wieksza czesc przewodnictwa jonowego odbywa sie w przeponie i takze na skutek tego, ze elastycznie utworzone punkty styku o wyjatkowo ; malych polach po¬ wierzchni pomiedzy waTstwa elektrodowa w po¬ staci siatki drobnooczkowej i przepona maja moz¬ liwosc latwego uwalniania nieskonczenie duzych ilosci gazu wydzielanego na powierzchni styku i natychmiastowego .ponownego utworzenia punktów styku po zmniejszeniu cisnienia gazu. Elastycznie scisnieta elektrodowa mata zapewnia zasadniczo równomierny nacisk w punktach styiku oraz jedno¬ lite i zasadniczo calkowite pokrycie punktami sty¬ ku o duzej gestosci pomiedzy powierzchnia elek¬ trody i przepona oraz efektywnie powoduje zwal¬ nianie gazu utrzymujac zasadniczo staly kontakt pomiedzy powierzchnia elektrody i funkcjonalny¬ mi grupamii jono-wymiennymi na powierzchni przepony, która dziala w elektrolizerze jak elek¬ trolit.Obie elektrody elektrolizera moga zawierac ela¬ stycznie scisliwa mate i drobnooczkowa siatke za-tó 128 849 16 pewniajac ponad 3(0 punktów styku na 1 m2, które sa wykonane z materialów odpowiednio odpornych na dzialanie anolitu i katolitu. Bardziej korzyst¬ nie tylko jedna elektroda zawiera elastycznie scis¬ liwa mate wedlug wynalazku, której towarzyszy drobnooczkowa elektrodowa siatka, podczas gdy druga elektroda jest zasadniczo sztywna i perfo¬ rowana a korzystnie pomiedzy grubooczkowytm sztywnym elementem oraz przepona korzystnie wstawiona jest takze drobnooczkowa siatka.Wynalazek jest blizej wyjasniony w przykladach wykonania uwidocznionych na rysunku, na któ¬ rym fig. 1 przedstawia typowa elastycznie scisliwa mate wedlug wynalazku, fig. 2 — drugi przyklad wykonania elastycznie scisliwej maty, fig. 3 — dalszy przyklad wykonania elastycznie scisliwej maty, fig. 4 — elektrolizer ze stalym elektrolitem z typowymi scisliwymi elementami elektrodowymi w przekroju poprzecznym z rozstawionymi ele¬ mentami, w którym zastosowano spirale druciane, fig. 5 — elektrolizer z fig. 4 w stanie zlozonym w przekroju poprzecznym, fig. 6 — drugi korzyst¬ ny przyklad wykonania pradowego kolektora dla elektrolizera z fig. 4 w perspektywicznym widoku z rozlozonymi elementami, fig. 7 — nastepny przy¬ klad wykonania pradowego kolektora dla elektro¬ lizera z fig. 4 w perspektywicznym widoku z roz¬ lozonymi elementami, fig. 8 — drugi przyklad wy¬ konania elektrolizera w przekroju poprzecznym ukazujacym rozstawione elementy, fig. 9 — elek¬ trolizer z fig. & w stanie zlozonym w przekroju poprzecznym, fig. 10 — jeszcze inny przyklad wy¬ konania elektrolizera w przekroju poziomym, fig. 11 — elektrolizer z fig. 10 w schematycznym frag¬ mentarycznym' przekroju pionowym, fig. 12 — schemat ukladu krazenia elektrolitu stosowany dla elektrolizera, fig. 13 — wykres ukazujacy zalez¬ nosc spadku napiecia od wzrostu nacisku pomie¬ dzy elektroda i przepona.Pokazana na fig. 1 scisliwa elektroda lub jej sekcja, zbudowana jest z szeregu poprzeplatanych ze soba helikoidalnych cylindrycznych spiral wy¬ konanych z drutu niklowego o srednicy 0,6 mim lub mniejszej, przy czym ich zwoje sa wzajemnie odpowiednio nawiniete na siebie i maja srednice 15 mm.Typowy przyklad elektrody pokazano na fig. 2.Sklada sie ona z zasadniczo helikoidalnych spiral 2 o przekroju splaszczonym lub eliptycznym, wy¬ konanych z,niklowego drutu o srednicy 0,5 mm, przy czym zwoje sa wzajemnie nakrecone na sie¬ bie a mniejsza os spirali wynosi 8 mm.Konstrukcja pokazana na fig. 3 sklada Sie z tkaniny lub dzianiny z drutu niklowego o sredni¬ cy 0rl'5 mm karbikowanego za pomoca prasowania, w której amplituda lub wysokosc albo glebokosc karbikowania wynosi 5 mm, przy czym podzialka pomiedzy falami wynosi 5 mm. Po karbikowaniu tkanina moze byc zlozona z przecinajacych sie, równoleglych zespolów karbowanych drutów w ksztalcie jodelki, jak pokazano na fig. 3.Na fig. 4 jest pokazany elektrolizer ze stalym elektrolitem, który nadaje sie szczególnie do elek¬ trolizy roztworu chlorku sodu i ma pradowy ko¬ lektor wedlug wynalazku, zawiera pionowa ano¬ dowa koncowa plyte 3 majaca na calym obwodzie uszczelniajaca powierzchnie 4 przeznaczona do szczelnego styku z obwodowa krawedzia przepony 5 wraz z zastosowana w razie potrzeby nie poka- 5 zana wklaidka izolacyjna nie przepuszczajaca cie¬ czy. Anodowa koncowa plyta 3 jest takze zaopa¬ trzona w srodkowa wglebiona strefe 6 o powierzch¬ ni usytuowanej naprzeciwko anody 7, która jest przytwierdzona do powierzchni przepony 5. Kon- !0 cowa plyta 3 moze byc wykonana ze stali a od strony anolitu powierzchnia jej jest wykonana z tytanu lub innego pasywujacego metalu zaworo¬ wego albo moze byc wykonana z grafitu lub od^ lewanych mieszanin grafitu i ehemicznie odpor- 15 nego zywicznego srodka wiazacego.Jako anodowy kolektor 8 korzystnie stosuje sie siatke lub rozciagniety arkusz z tytanu, niobu lub innego zaworowego metalu pokryty niepasywuja- cym i odpornym na elektrolize materialem, takim 20 jak metale szlachetne L/lub tlenki i mieszane tlen¬ ki metali grupy platynowców. Siatka kolektora 8 jest przyspawana lub prosciej spoczywa na szere¬ gu wystepów albo zeberek 9 z tytanu lub innego metalu zaworowego umieszczonych na powierzchni 25 srodkowej wglebionej strefy 6 koncowej plyty 3 tak, ze plaszczyzna siatki jest równolegla a ko¬ rzystnie wspólplaszczyznowo ustawiona z plasz¬ czyzna uszczelniajacej powierzchni 4 koncowej plyty 3. 30 Pionowa katodowa koncowa plyta 10 ma od we¬ wnetrznej strony srodkowa wglebiona strefe 11 w stosunku do obwodowej uszczelniajacej po¬ wierzchni 12, przy czyni powierzchnia wglebionej strefy 11 jest zasadniczo plaska, to znaczy jest 35 pozbawiona zeberek i jest równolegla do uszczel¬ niajacych powierzchni. Wewnatrz wglebionej stre¬ fy 11 katodowej koncowej plyty 10 jest umiesz¬ czony elastyczny scisliwy pradowy kolektor 13 wedlug wynalazku, korzystnie wykonany ze stopu 40 niklu.Grubosc nie scisnietego elastycznego kolektora 13 jest korzystnie od 10 do 60tyo wieksza od gle¬ bokosci srodkowej wglebionej strefy 11 w stosun¬ ku do plaszczyzny uszczelniajacych powierzchni. 45 Podczas montazu elektrolizera kolektor 13 jest sciskany o 10 do ©0P/o swej poczatkowej grubosci wywierajac przez to elastyczna sile reakcji, ko^ rzystnie w zakresie od 80 do 600 G/cm8 wystaja¬ cej powierzchni. Katodowa koncowa plyta 10 moze 50 byc wykonana ze stali hub innego przewodzacego prad elektryczny materialu odpornego na dziala¬ nie lugu i wodoru.Przepona 5 jest korzystnie nieprzepuszczalna dla plynu, jono^wymienna i selektywnie przepuszcza- 55 jaca kationy. Na przyklad moze to byc przepona o grubosci 0,3 mim w postaci polimerowej warstwy z kopolimeru czterofluoroetylenu i eteru naidfluo- rosulfbnyloetoktsywinylowego majacego grupy jono- -wymienne, takie jak grupa sulfonowa, karboksy- 60 Iowa lub sulfonamidowa. Z uwagi na gru/bosc przepona jest stosunkowo elastyczna i w stanie nie podpartym ma tendencje do zwisania, pelza¬ nia lub odksztalcania w inny sposób. Tego typu przepony sa produkowane przez firme E. I. Du 65 Pont de Nomours pod nazwa handlowa Nafion.128 849 17 1S Od anodowej strony do przepony 5 jest przy¬ twierdzona anoda 7 stanowiaca porowata warstwe o grubosci 20—150 jjum z czastek materialu elek- trokatalitycznego i przewodzacego prad elektrycz¬ ny, korzystnie z tlenków i mieszanych tlenków co najmniej jednego metalu z grupy platynowców.Od strony katodowej do przepony jest przytwier¬ dzona katoda 14 stanowiaca porowata warstwe o grubosci 20—11510 ^m wykonana z czasteczek ma¬ terialu przewodzacego prad o niskim przepieciu wodorowym, korzystnie z grafitu i czerni platy¬ nowej w stosunku wagowym od 1:1 do 5:1.Srodkiem wiazacym stosowanym do wiazania czastek z powierzchnia przepony jest korzystnie poliiczterofluoroetylan PTFE a elektrody wykonuje sie przez spiekanie mieszaniny PTFE i czastek materialu katalitycznego przewodzacego prad two¬ rzac warstwe porowata, która nastepnie spraso- wuje sie z przepona w temperaturze dostatecznie wysokiej dla zrealizowania wiazania.Wiazanie to realizuje sie przez zlozenie ze soba elektrodowych arkuszy z przepona pomiedzy nimi oraz sprasowanie calego zestawu powodujac prze¬ nikanie czastek elektrod do przepony.Zwykle przepone uwodnia sie przez poddawanie jej wrzeniu w wodnym elektrolicie, takim jak roz¬ twór soli, kwas lub roztwór wodorotlenku metali alkalicznych. W ten sposób przepona jest w wy¬ sokim stopniu uwodniona i zawiera znaczna ilosc wody wynoszaca 10 do 20°/o wagowych a nawet wiecej. Woda ta wystepuje albo w postaci zwia¬ zanej jako wodzian albo po prostu jest w formie zaabsorbowanej. W tym przypadku nalezy uwa¬ zac, zeby podczas laminowania nie nastapi! zbytni ubytek wody.Z uwagi na to, ze podczas laminowania do la¬ minatu doprowadza sie cieplo jak równiez zapew¬ nia sie wysokie cisnienie woda ma tendencje do odparowywania, co doprowadza sie do minimum stosujac jedna z ponizszych metod: 1. zamykajac laminat w nieprzepuszczalnej ko¬ percie, to jest pomiedzy sprasowanymi lub zgrzanymi ze soba na krawedziach metalowy¬ mi foliami utrzymujac wokól laminatu atmo¬ sfere nasyconawoda, 45 2. odpowiednio konstruujac forme powodujac szybkie zawracanie wody do laminatu, 3. formujac w atmosferze pary wodnej.Elektrody przytwierdzone do powierzchni prze¬ pony maja wystajace powierzchnie praktycznie od- 50 powiadajace srodkowym strefom wglebienia 6 i 11 obydwu koncowych plyt 3 i 10.Na fig. 5 przedstawiono elektrolizer z fig. 4 w stanie zlozonym, w którym poszczególne elementy zostaly oznaczone tymi samymi odnosnikami cy- 55 frowymi co na fig. 4. Koncowe plyty 3 i 10 sa docisniete do siebie powodujac docisniecie kolek¬ tora 13 w postaci arkusza lub maty ze spiral do katody 14.Podczas pracy elektrolizera anolit stanowiacy na 60 przyklad nasycony roztwór chlorku sodu krazy w anodowej komorze, przy czym korzystniej dopro¬ wadza sie swiezy anolit poprzez nie pokazana rure wlotowa w poblizu dna komory i odprowadza sie zuzyty anolit poprzez nie pokazana wylotowa rure fi5 10 15 25 30 35 40 w poblizu wierzcholka komory WTaz z wydzielo¬ nym chlorem.Do katodowej komory jest doprowadzana woda lub rozcienczony lug poprzez nie pokazana wloto¬ wa rure w poblizu dna tej komory, podczas gdy wytworzony lug jest odprowadzony jako stezony roztwór poprzez nie pokazana wylotowa rure w górnej czesci katodowej komory. Wodór wydzie¬ lany na katodzie moze byc odprowadzany z kato¬ dowej komory albo razem ze stezonym roztworem lugu albo przez inna wylotowa rure u góry ko¬ mory.Poniewaz elastyczny kolektor 13 jest otwarty, wiec istnieje niewielki opór dla przeplywu przez ten kolektor gazu lub elekitrolitu albo nie stawia on w ogóle oporu. Zarówno anodowa jak i kato¬ dowa koncowa plyta 3 i 10 sa odpowiednio pod¬ laczone do zewnetrznego zródla pradu elektrycz¬ nego i prad plynie poprzez szereg zeberek 9 do anodowego pradowego kolektora 8, skad jest roz¬ prowadzany do anody 7 poprzez wiele punktów styku anody 7 z kolektorem 8 w postaci rozciag¬ nietego arkusza.Przewodnictwo jonowe zasadniczo odbywa sie poprzez jono-wymienna przepone 5, przy czym prad jest przenoszony zasadniczo za pomoca jo¬ nów sodu przenikajacych przez kationowa prze¬ pone 5 z anody 7 do katody 14. Pradowy kolektor 13 odbiera prad z katody 14 poprzez wiele pun¬ któw styku pomiedzy niklowym drutem oraz ka¬ toda 14 a nastepnie przekazuje do katodowej kon¬ cowej plyty 10 poprzez wiele punktów styku.Po zmontowaniu elektrolizera pradowy kolektor 13 w stanie scisnietym, w którym ulega odksztal¬ ceniu korzystnie o 10 do 80tyo poczaitkowej jego grubosci, to jest grubosci jego pojedynczych zwo¬ jów lub karbików, wywiera elastyczna sile na powierzchnie katody 14 i na ograniczajaca po¬ wierzchnie utworzona przez zasadniczo nie od¬ ksztalcamy anodowy pradowy kolektor 8. Wspom¬ niana sila reakcji utrzymuje pozadane dociskanie w punktach styku katodowego kolektora 13 do katody 14 i anodowego kolektora 8 do anody 7.Brak mechanicznych ograniczen w stosunku do wzajemnych elastycznych odksiztalcen sasiednich spiral lub karbików w pradowym kolektorze po¬ zwala na przystopowanie go do nieuniknionych lekkich odchylen od plaskosci lub równoleglosci wsipólpracujacych ze soba plaszczyzn reprezento¬ wanych odpowiednio przez anodowy kolektor 8 i powierzchnie strefy wglebienia 11 w katodowej komorze. Tak wiec tego typu lekkie odchylki zda¬ rzajace sie w normalnych warunkach produkcyj¬ nych moga byc w znacznym stopniu zrekompenso¬ wane. iNa figurze 6 i 7 przedstawiony jest elastycznie scisliwy pradowy kolektor 13 z elektrolizera po¬ kazanego na fig. 4 i 5. Dla uproszczenia przed¬ stawiono tylko odpowiednie elementy, które sa oznaczone tymi samymi odnosnikami cyfrowymi na fig. 4 i 5. Kolektor pokazany na fig. 6 stanowi elastycznie scisliwa mate zlozona z szeregu cylin¬ drycznych spiral z drutu niklowego o srednicy 0,6 mm, które sa ze soba skrecone, co jest lepiej widoczne na fig. 1, przy czym srednica zwoi wy-128 849 19 20 nosi 10 mm. Pomiedzy elastyczna warstwa 13a oraz przepona 5, na powierzchni której znajduje sie warstwa katody 14, umieszczona jest cienka perforowana warstwa 13b, która korzystnie jest rozciagniety arkusz blachy niklowej o grubosci 0,3 mm.Warstwa 13b daje sia latwo odksztalcac i stwa¬ rza pomijamy opór na zginanie i odchylanie pod dzialaniem elastycznych sil wywieranych przez spirale warstwy 13a po docisnieciu do przepony 5. Na fig. 7 pokazano podobny przyklad wykona¬ nia co na fig. 6 lecz w którym elastycznie scisli¬ wa Warstwe 13a stanowi karbikowana tkanina lub dzianina z drutu niklowego o grubosci 0^15 mm, taka jak pokazano na fig. 3.Na figurze 8 przedstawiono inny przyklad wy¬ konania elektroiizera, który nadaje sie szczególnie do elektrolizy roztworu chlorku sodu. Zawiera on scisliwa elektrode lub pradowy kolektor oraz ma plionowa anodowa koncowa plyte 3 zaopaitrzona w uszczelniajaca powierzchnie 4 na calym jej obwo¬ dzie przeznaczona do szczeflnego styku z obwodo¬ wa krawedzia przepony 5 wraz z zastosowana w razie potrzeby nie pokazana wkladka izolacyjna nie przepuszczajaca cieczy.Anodowa koncowa plyta 3 jest takze zaopa¬ trzona w srodkowa wglebiona strefe 6 o po¬ wierzchni usytuowanej od dolnej przestrzeni, do której wprowadzany jest roztwór az do górnej przestrzeni, gdzie wydalany jest zuzyty lub czes¬ ciowo zuzyty roztwór oraz wydzielony chlor, przy czym obszary te zwykle sa polaczone z zewnetrzna przestrzenia u góry i u dolu. Koncowa plyta moze byc wykonana ze stali, przy czym jej bok styka¬ jacy sie z anolltem wykonany jest z tytanu lub innego ulegajacego pasywacji metalu zaworowego albo plyta ta moze byc wykonana: z grafitu albo dajacych sie formowac mieszanin grafitu z che¬ micznie odpornymi zywicznymi srodkami wiaza¬ cymi albo z innego anodowo odpornego materialu.Jako anode korzystnie stosuje sie siatke lub rozciagniety arkusz blachy z tytanu, niobii lub innego metalu zaworowego, który przepuszcza gaz i elektrolit oraz który jest pokryty matefialem nie ulegajacym pasywacji i odpornym na dziala¬ nie elektrolizy, takim jak metale szlachetne Mub tlenki oraz mieszane tlenki metali grupy platy¬ nowców albo pokryty inna powloka elekltrokata- lityczna, która tworzy powierzchnie anodowa po umieszczeniu siatki na, podlozu przewodzacym prad. , Anoda jelst zasadniczo sztywna a siatka jest Wystarczajaco gruba tak aby przewodzic prad elektrolizy od zeberek 9 bez nadmiernych strat omowych. Szczególnie korzystnie na zasadniczej siatce O; duzych oczkach umieszczona jest siatka o drobnych r oczkach, która moze byc wykonana z tego samego materialu co siatka o duzych ocz¬ kach i sluzy don zapewnienia duzej ilosci punktów sfcyiku z przelpona, przy czym gestosc punktów sty¬ ku wynosi 310 lub wiecej, korzystnie 60 do 10-0 punktów styfeu na 1 cm2 powierzclini przepony.Siatka o drobnych oczkach moze byc przymo¬ cowana' do siatka o duzych oczkach za pomoca zgrzewania £punktowego albo po prostu moze byc wstawiona pomiedzy zasadnicza siatka o duzych oczkach a przepona. Siatka o drobnych oczkach jest pokryta powloka z metali szlachetnych albo tlenków przewodzacych prad, które sa odporne na 5 dzialanie anolitu.Pionowa katodowa koncowa plyta 10 ma od wewnetrznej strony srodkowa wglebiona strefe 11 w stosunku do obwodowej uszczelniajacej po¬ wierzchni 12, przy czym powierzchnia Wglebionej strefy 11 jest zasadniczo plaska, to znaczy jest pozbawiona zeberek i jest równolegla do uszczel¬ niajacej powierzchni. Wewnatrz wglebionej strefy 11 plyty 10 jest umieszczony elastyczny scisliwy pradowy kolektor 13, który korzystnie jest wyko¬ nany ze stopu niklu.W przykladzie wykonania pokazanym na fig. 8 kolektor 13 sluzy jako katoda i ma postac spirali wykonanej z drutu albo jest wykonany z wielu zaczepionych o siebie spirala przy: czym spirale te moga opierac sie o przepone bezposrednio. Jed¬ nakze pomiedzy spiralnym kolektorem a przeriona korzystnie jest umieszczona katodowa siatka 15 tak, ze kolektor i siatka sa przesuwne wzgledem siebie oraz wzgledem przepony.Przestrzenie pomiedzy sasiednimi spiralami ko¬ lektora powinny byc dostatecznie duze taik aby zapewnic swobodny przeplyw gazu i elektrolitu pomiedzy spiralami, na przyklad do i z srodko¬ wych obszarów ograniczonych przez ten kolektor.Przestrzenie te ogólnie sa zasadniczo bardzo duze, czesto 3—5 razy albo nawet wieksze od srednicy drutu. Grubosc nie scisnietego spiralnego kolekto¬ ra jest korzystnie od 10 do GOP/o wieksza od gle¬ bokosci srodkowej wglebionej strefy 11 w stosun¬ ku do plaszczyzny uszczelniajacych powierzchni.Podczas montazu elektroiizera spiralny kolektor jest sciskany od 10 do ftO^/o swej poczatkowej grubosci, dzieki czemu wywiera on elastyczna sile reakcji, korzystnie w granicach od 80 do 100 G/cm? wystajacej powierzchni." Katodowa koncowa plyta 10 moze byc wykona¬ na ze stali albo innego materialu przewodzacego prad elektryczny, który jest odporny na dzialanie lugu i wodoru. Przepona 5 jest korzystnie nie przepuszczalna dla plynu, jonowymienna i selek¬ tywnie przepuszczajaca kationy, jak wspomniano powyzej. Siatka 15 jest korzystnie wykonana z drutu niklowego albo innego materialu odpornego na korozje w warunkach katodowych.. Chociaz siatka moze byc sztywna, to korzystnie powinna byc ona elastyczna tak, zeby mogla latwo uginac sie w celu przystosowania swego ksztaltu do nieregularnosci katodowej powierzchni przepo¬ ny. Te nieregularnosci moga wystepowac na samej powierzchni przepony lecz co zdarza sie czesciej nieregularnosci dotycza bardziej sztywnej anody o która opiera sie przepona. Ogólnie rzecz biorac siatka jest bardziej elastyczna od spiralnego ko¬ lektora.W wiekszosci przypadków rozmiar oczek siatki powinien byc mniejszy od rozmiaru otworów po¬ miedzy spiralami kolektora, przy czym mozna sto¬ sowac siatki z otworami o wymiarach od 0,5 do 3 mm, chociaz siatlki o drobniejszych oczkach sa szczególnie korzystne. Siatka moze pelnic wiele 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60funkcji. Po pierwsze ze wzgledu na przewodnosc pradu moze stanowic aktywna powierzchnie elek¬ trodowa. Po drugie przeciwdziala miejscowemu wycieraniu, wnikaniu lub zlobieniu przepony przez spiralny kolektor lub inny scisliwy element elek¬ trodowy. Gdy scisniety elektrodowy kolektor na¬ ciska na siatke w pewnym punkcie, wówczas siat¬ ka ta ulatwia rozlozenie nacisku dzialajacego na powierzchnie przepony na sasiednie punkty na¬ cisku a takze uniemozliiwia wnikanie lub wycie¬ ranie przepony przez uszkodzona sekcje spirali.W czasie elektrolizy wodór i wodorotlenek me¬ tali alkalicznych wydzielaja sie na siatce i ogól¬ nie na czesci lub nawet na calosci spiralnego ko¬ lektora. Podczas sciskania spiral ich tylne po¬ wierzchnie, to znaczy powierzchnie oddalone od powierzchni przepony, stykaja sie z siatka oraz przepona i oczywiscie im wiejkszy jest stopien scisniecia tym mniejsza jest srednia odleglosc spi¬ ral od przepony i w wiekszym stopniu wystepuje elektroliza. .Jub co najmniej katodowa polaryzacja na spiralnej powierzchni., Tak wiec wynikiem scis¬ niecia jest zwiekszenie ogólnej efektywnej po¬ wierzchni katody.Okazalo sie, ze scisniecie elektrody efektywnie zmniejsza ogólne zapotrzebowanie napiecia po¬ trzebnego do utrzymania przeplywu pradu o ges¬ tosci 1'000 A na 1 m2 czynnej powierzchni prze¬ pony albo nawet wiekszej. Równoczesnie sciskanie to powinno byc ograniczone tak, zeby scisliwa elektroda pozostawala otwarta dla przeplywu elek¬ trolitu i gazu.. Tak wiec jak pokazano na fig. '9 spirale pozostaja otwarte tworzac srodkowe pio¬ nowe kanaly, przez które moze plynac do góry elektrolit jak równiez gaz.Ponadto przestrzenie pomiedzy spiralami pozo¬ staja otwarte umozliwiajac dostep katolitu do przepony oraz do boków spiral. Srednica drutu spiral jest ogólnie rzecz biorac mala i wynosi od 0,05 do 0,5 mm. Chociaz grubsze druty sa dopusz¬ czalne, to maja one tendencje do tego ze sa bar¬ dziej sztywne i mniej ulegaja sciskaniu i dlatego rzadko srednica drutu przekracza 1,5 mm.Na figurze 9 przedstawiono elektrolizer pokazany na fig. 4 w stanie zlozonym, w którym odpowied¬ nie elementy zostaly oznaczone tymi samymi od¬ nosnikami liczbowymi. Jak pokazano na rysunku koncowe plyty 3 i 10 sa docisniete do siebie po¬ wodujac docisniecie kolektora 13 w postaci arkusza lub maty ze spiral do katody 14. Podczas, pracy elektrolizera anolit stanowiacy na przyklad nasy¬ cony roztwór chlorku sodu krazy w anodowej ko¬ morze, przy czym korzystniej doprowadza sie swie¬ zy anolit poprzez nie pokazana wlotowa rure w poblizu dna komory i odprowadza sie zuzyty ano¬ lit poprzez nie pokazana wylotowa rure znajdu¬ jaca sie w poblizu wierzcholka tej komory wraz z wydzielonym chlorem.Do katodowej komory jest doprowadzana woda lub rozcienczony wodny luig poprzez nie pokazana rure w poblizu dna tej komory, podczas gdy wy¬ tworzony lug jest odprowadzany jako stezony roz¬ twór poprzez nie pokazana wylotowa rure w gór¬ nej czesci katodowej komory. Wodór wydzielany na katodzie, moze byc odprowadzany z katodowej 849 22 komory albo razem ze stezonym roztworem lugu albo przez inna wylotowa rure u góry komory.Zarówno anodowa jak i katodowa koncowa ply¬ ta 3 i 10 sa odpowiednio podlaczone do zewnetrz- 5 nego zródla pradu elektrycznego i prad ' plynie poprzez szereg zeberek 9 do anodowego pradowego kolektora 8. Przewodnictwo jonowe zasadniczo od¬ bywa sie poprzez jono-wymienna przepone 5j przy czym prad jest przenoszony za pomoca jonów sodu 0 przenikajacych przez kationowa przepone 5 ,.z ko¬ lektora 8 do katody 14. Elektrody zapewniaja, wie¬ le punktów styku z przepona co powoduje, ze prad plynie do katodowej koncowej plyty 10 po¬ przez wiele punktów styku. ..:,,. 5 Po zmontowaniu elektrolizera pradowy kolektor 13 w stanie scisnietym, w którym ulega odksztal¬ ceniu korzystnie o 10 do 6'Otyo poczatkowej jego grubosci, to jest grubosci jego pojedynczych zwo¬ jów lub karbików, wywiera; elastyczna sile reak- 20 cji na powierzchnie katody 14 i na ograniczajaca powierzchnie utworzona przez zasadniczo nie od¬ ksztalcony, anodowy pradowy kolektor 8. Wspom¬ niana sila reakcji utrzymuje pozadany nacisk w punktach styku?: pomiedzy katoda'i przepona jak 25 równiez, pomiedzy spiralnym kolektorem a katoda 14. .. .;; , .; ' / ,Z.uwagi na. to, ze spiralny kolektor oraz siatka sa usytuowane przesuwnie wzgledem siebie oraz wzgledem przepony. ..Jak wz£ledern tylnej scianki 30 oporowej, brak mechanicznych ograniczen w sto¬ sunku do wzajemnych elastycznych odksztalcen sa¬ siednich spiral lub karbików, w podatnym prado¬ wym kolektorze pozwala na poprzeczne jego do¬ stosowywanie do nieuniknionych, lekkich odchylen 35 od plaskosci lub równoleglosci pomiedzy wspól¬ pracujacymi ze soba plaszczyznami reprezentowa¬ nymi odpowiednio przez anodowy kolektor 8 i oporowa powierzchnie 11 katodowej kómpry. Tego typu lekkie odchylki normalnie wystepuja w ty- 40 powych warunkach produkcyjnych i dlatego w znacznym stopniu musza byc kompensowane.Zalety stosowania podatnego kolektora katodo¬ wego w pelni widac w przemyslowych elektroli- zerach typu prasy, filtracyjnej, w których znaj- 45 duje sie wiele elementarnych ogniw polaczonych ze soba w ukladzie szeregowym tworzac moduly o duzej zdolnosci produkcyjnej.W tym przypadku koncowe plyty posrednich ogniw sa reprezentowane przez powierzchnie dwu- 50 biegunowych przegród majacych po obu stronach odpowiednio powierzchnie anodowa oraz katodo¬ wy pradowy, kolektor. Tak wiec dwubiegunowe przegrody oprócz dzialania jako scianki ogranicza¬ jace odpowiednie elektrodowe komory takze sze- 55 regowo lacza anode jednego ogniwa z katoda sa¬ siedniego ogniwa.Z uwagi na podwyzszona odksztalcalnosc podat¬ ne scisliwe katodowe kolektory umozliwiaja bar¬ dziej równomierne rozlozenie sil sciagajacych mo- 60 dul typu prasy filtracyjnej na poszczególne ogni¬ wa, co ma znaczenie zwlaszcza gdy przeciwleigla strona przepona opiera sie o stosunkowo sztywny anodowy kolektor 8. W takich, szeregowych ogni¬ wach, zastosowanie elastycznych . uszczelek na 05 uszczelniajacych powierzchniach poszczególnych128 849 23 24 30 ogniw jest szczególnie zalecane aby uniknac ogra¬ niczenia podatnosci scisnietego modulu tylko do podatnosci przepon. Tak wiec w wiekszym stop¬ niu mozna wykorzystac elastyczna odksztalcalmosc podatnych kolektorów wewnatrz kazdego ogniwa 5 w calym szeregu ogniw.Na figurze 10 przedstawiono dalszy przyklad wykonania elektrolizera, w którym jako scisliwy element katodowy zastosowano karbikowana tka¬ nine z przeplatanych drutów zamiast spiral zasto- 10 sowanych w poprzednim przykladzie wykonania.Ponadto w elektrolizerize znajduje sie dodatkowy kanal do elektrolitu sluzacy do jego cyrkulacji wewnatrz tego kanalu. Elektrolizer zawiera ano¬ dowa koncowa plyte 103 i katodowa koncowa ply- 15 te 110, przy czym obie zamontowane sa w plasz¬ czyznie pionowej a kazda koncowa plyta ma kjsz'talt ceownika, którego boczne scianki otaczaja przestrzen anodowa 106 i przestrzen katodowa 111.Kazda koncowa plyta ma takze obwodowa uszczel- 20 niajaca powierzchnie na bocznej sciance wystaja¬ cej z plaszczyzny odpowiedniej koncowej plyty, przy czym anodowa uszczelniajaca powierzchnia oznaczona zostala odnosnikiem 104 a katodowa uszczelniajaca powierzchnia zostala oznaczona od- 25 nosnikiem 1112. Powierzchnie te opieraja sie o prze¬ pone 105, która usytuowana jest pomiedzy tymi bocznymi sciankami.Anoda 108 zawiera stosunkowo sztywny nie scis¬ liwy rozciagniety arkusz z tytanu ailbo inna per¬ forowana warstwe podkladowa odporna anodowo, korzystnie powleczona powloka nie ulegajaca pa¬ sywacji z metalu albo tlenku albo mieszanego tlenku metalu grupy platynowców. Arkusz ten ma wymiary potrzebne do umieszczenia go we- 3j wnatrz bocznych scianek anodowej plyty i jest podparty sztywno za pomoca przewodzacych prad zeberek 109 z metalu lub grafitu, które sa przy¬ mocowane i wystaja z podstawy anodowej kon¬ cowej plyty 103. Przestrzenie pomiedzy zeberkami 40 umozliwiaja swobodny przeplyw anolitu, który jest doprowadzany do dna a odprowadzany jest od góry tych przestrzeni.Cala koncowa plyta wraz z zeberkami moze byc wykonana z grafitu lecz alternatywnie moze byc 4o wykonana ze stali z nakladka tytanowa albo z innego odpowiedniego materialu. Koncówki zebe¬ rek opierajace sie o anode 108 w ksztalcie arku¬ sza moga byc powleczone na przyklad platyna w celu poprawienia wlasnosci stykowych dla prze- 50 plywu pradu elektrycznego lecz nie musza byc powlekane w ogóle. Arkusz anody 108 moze byc takze przyspawany do. zeberek 109. Anodowy sztywny porowaty arkusz jest utrzymywany sztyw¬ no w polozeniu pionowym. Arkusz ten moze byc 53 wykonany z metalu i moze byc rozciagniety, przy czym zawiera otwory skierowane ukosnie do góry w kierunku od przepony (patrz fig. 11) w celu odchylania .strumienia unoszacego sie gazu w kie¬ runku przestrzeni anodowej 106. 60 Pomiedzy sztywna porowata siatkowa anoda 108 a przepona 105 korzystnie wstawiona jest podatna siatka 108a o drobnych oczkach z tytanu lub in¬ nego metalu zaworowego powleczona warstwa nie ulegajaca pasywacji, która korzystnie jest wytiro- 65 nana z metalu szlachetnego lub przewodzacych prad tlenków o malyim nadnaipieciu wobec reakcji anodowej (np. wydzielanie chloru).Siatka 108a zapewnia duza gestosc rozmieszcze¬ nia punktów styku z przepona o wyjatkowo malej powierzchni wynoszaca powyzej 30' punktów styku na 1 cm2 powierzchni przepony. Siatka ta moze byc punktowo zgrzewana lub nie ze zgrubna siat¬ kowa anoda 108.Po stronie katodowej zeberka 120 wystaja na zewnatrz z podstawy katodowej koncowej plyty 110 na dlugosci równej czesci glebokosci przestrzeni katodowej 111. zeberka te sa oddalone od siebie w poprzecznym przekroju, tworzac równolegle iprzestrzenie dla przeplywu elektrolitu. Jak w po¬ wyzej opisanym przykladzie wykonania katodowa koncowa plyta 110 oraz zeberka 120 sa wykonane ze stalli lub stopu stalowo-nwiklowego albo innego materialu odjpormego katodowo. Na. przewodzacych prad zeberkach 120 jest przyspawana stosunkowo sztywna dociskowa plyta 122, która jest perforo¬ wana i umozliwia swobodne krazenie elektrolitu z jednej jej strony na druga.Ogólnie rzecz biorac te otwory sa nachylone ukosnie do góry i w kierunku od przepony lub scisliwej elektrody w kierunku przestrzeni katodo¬ wej lilii, jak widac takze na fig. 11. Dociskowa ply¬ ta przewodzi prad i sluzy do nadania bieguno¬ wosci elektrodzie i do dociskania jej. Moze ona byc wykonana z rozciagnietej metalowej blachy lub siatki ze stali, niklu, miedzi albo ich stopów.Stosunkowo elastyczna siatka 114 o drobnych oczkach opiera sie od katodowej strony o aktyw¬ na powierzchnie przepony 105 i z uwagi na swa elastycznosc oraz cienkosc przyjmuje ksztalt prze¬ pony i co za tym idzie ksztalt anody 108. Siatka 114 zasadniczo sluzy jako katoda i dlatego przewo¬ dzi prad. Jest ona wykonana na przyklad z drutu niklowego lub innego katodowo odpornego drutu.Jej powierzchnia ma male nadnapiecie wodorowe.Siatka ta zapewnia duza gestosc rozmieszczenia punktów styku z irzepona 105 o wyjatkowo malej powierzchni wynoszaca powyzej 3i0 punktów sty¬ ku na 1 cm2 powierzchni. Pomiedzy katodowa siatka 114 i katodowa dociskowa plyta 122 jest umieszczona scisliwa niata 113.Jak widac na fig 10 rraaite stanowi tkanina z karbilkowanego lub pofaldowanego drutu, która ko¬ rzystnie jest otwarta jak pokazano na fig. 3, gdzie wlókna drutowe sa tkane lub dziane w stosunkowo plaska tkanine lub dzianine z przeplatanymi ocz¬ kami.Nastepnie tkanine sie karbikuje lub marszczy do formy pofalowanej Julb pofaldowanej, przy czym fale znajduja sie blisko siebie, na przyklad w od¬ leglosci 0,3 do 2 mm a calkowita grubosc scisli¬ wej tkaniny wynosi 5 do 10 mm. Karbiki moga miec wzór zygzakowy lub jodelkowy, jak pokaza¬ no na fig. 3 i siatka z tej tkaniny ma pory o wiekszych rozmiarach niz siatka 114.Jak pokazano na fig. HO mata 113 z pofaldowa¬ nej tkaniny jest umieszczona w przestrzeni po¬ miedzy siatka 114 o drobnych oczkach a bardziej sztywna dociskowa plyta 122 z rozciagnietej blachy metalowej. Faldy wznosza sie poprzecznie w tej128 849 25 2« przestrzeni a wskaznik porowatosci scisnietej tka¬ niny stale korzystnie wynosi powyzej 75%, szcze¬ gólnie korzystnie od 85 do 96*/o pozornej objeto¬ sci zajmowanej przez tkanine.Fale sa skierowane pionowo luib ukosnie tak, ze zapewnione sa kanaly dla swobodnego przeplywu do góry gazu i elektrolitu, w których drut tkani¬ ny zasadniczo nie stanowi przeszkody dla przeply¬ wu. Nastepuje to takze wówczas, gdy fale usta¬ wione sa poprzecznie w ogniwie od jednego boku 1€ do drugiego, poniewaz otwory w bokach fal umo¬ zliwiaja swobodny przeplyw plynów.Tak jak opisano w przypadku innych przykla¬ dów wykonania koncowe plyty 110" i 108 sa do- 15 cisniete do siebie poprzez przepone 105 albo po¬ przez uszczelke umieszczona pomiedzy koncowymi sciankami oslaniajac przepone 105 od zewnetrznej atmosfery. Nacisk ten powoduje dociskanie pofal¬ dowanej maty 113 do siatki 114, która z kolei do- 20 ciska przepone 105 do anodowej siatki 108a.Okazuje sie, ze nacisk ten pozwala na zmniej¬ szenie stosowanego ogólnego napiecia. Przeprowa¬ dzono jeden eksperyment, w którym zastosowano nie scisnieta mate 113 o ogólnej grubosci 6 mm i 25 okazalo sie, ze przy gestosci pradu 9000 A na m2 wystajacej powierzchni elektrodowej Osiagnieto zmniejszenie napiecia o okolo 150 mV gdy scisli¬ wa siatke scisnieto do grubosci 4 mm a takze do 2,0 mim w stosunku- do grubosci odpowiadajacej tej 30 samej gestosci pradu przy scisnieciu równyim zero.Pomiedzy scisnieciem równym zero i scisnieciem do grubosci 4 mm zaobserwowano porównywalny spadek napiecia od 5 do 1510 miV. Napiecie na ogniwie pozostawalo praktycznie stale po seisnie- 35 ciu siatki do okolo 2,0 mm a nastepnie zaczelo wzrastac przy scisnieciu- ponizej 2,0 mm, to znaczy przy osiagnieciu okolo SO^/o poczatkowej grubosci siatki. Oznacza to znaczna oszczednosc energii, któ¬ ra moze siegac 5P/0 lub wiecej w procesie elektro- 40 lizy roztworu chlorku sodu.Podczas pracy elektrOlizera wedlug tego przy¬ kladu wykonania zasadniczo nasycony wodny roz¬ twór chlorku sodu doprowadza sie od dolu do elek- trolizera. Przeplywa on do góry kanalami lub ^ przestrzeniami 106 pomiedzy zeberkami 109 a wy¬ czerpany roztwór oraz wydzielony chlor odprowa¬ dza sie u góry eleiktrolizera. Wode lub rozcienczo¬ ny wodorotlenek sodu doprowadza sie do dolnej czesci katodowych komór. Przeplywaja one kana- 50 lamd 111 jak równiez- poprzez pory w scisnietej macie 113. Wydzielony wodór oraz lug odprowadza sie u góry elektrolizera. Elektrolize zapoczatkowu¬ je sie przez przylozenie napiecia pradu stalego po¬ miedzy anodowa koncowa plyta 103 i katodowa 55 koncowa plyta 110.Na figurze 1.1 ukazano drogi i kierunki przeply¬ wu czynników w elektrolizerze, w którym co naj¬ mniej górne otwory w dociskowej plycie 122 sa przysloniete tworzac ukosny wylot skierowany do 60 góry od scisnietej maty 113, przez co czesc wydzie¬ lonego wodoru i/lub elektrolitu przecieka do tyl¬ nych kanalów 111 elektrolitu (fig. 10). Tak wiec pionowe przestrzenie z tylu dociskowej plyty 122 oraz przestrzenie zajmowane przez, scisnieta mate «5 113 sluza do umozliwienia przeplywu do góry ka- tolitu i gazu.Dzieki wykorzystaniu tych dwóch komór mozli¬ we jest zmniejszenie szczeliny pomiedzy docisko¬ wa plyta 122 i przepona 105 i zwiekszenie scisnie¬ cia maty 113 pozostawiajac ja nadal otwarta dla przeplywu plynów. Powoduje to zwiekszenie ogól¬ nej powierzchni czynnej aktywnych czesci katody.Na figurze 12 przedstawiono zasade dzialania przedmiotowego eleiktrolizera w instalacji do- pro¬ dukcji chloru. Pionowy elektrolizer 20 typu poka¬ zanego na fig. 5, 9 i 10 jest zaopatrzony we wlo¬ towy przewód 22 doprowadzajacy# anolit, który wprowadzony jest od dolu do komory anolitowej (przestrzen anodowa) elektrolizera oraz w wylo¬ towy przewód 24 odprowadzajacy anolit u góry przestrzeni anodowej. Podobnie katolitowy wloto¬ wy przewód 26 jest doprowadzony do; dolu komo¬ ry katolitu elektrolizera 20 a u góry przestrzeni katodowej usytuowany jest wylotowy przewód 28.Przestrzen anodowa jest oddzielona od przestrzeni katodowej za pomoca przepony 5, która zawiera z jednej strony docisnieta anode 8 oraz z drugiej strony docisniejta katode 14. Elektrodo-przepona jest ustawiona pionowo i ogólnie jej wysokosc wy¬ nosi od okolo 0,4 do 1 m albo nawet wiecej. ¦•¦.: Anodowa komora lub przestrzen anodowa jest ograniczona przez przepone 5 i anode 8 z jednej strony i anodowa koncowa scianke 6 (fig. 5, 9 lub 10) z drugiej strony, podczas gdy przestrzen kato¬ dowa jest ograniczona przez przepone 5 i katode 14 z jednej strony i pionowa katodowa koncowa scianke z drugiej strony.Podczas pracy instalacji wodny roztwór chlor¬ ku sodu doprowadza sie z zasilajacego zbiornika 30 do przewodu 22 poprzez przewód 32 z zawo- rem. Przewód ten biegnie od zbiornika 30 do prze¬ wodu 22. Z dolnej czesci recyrkulacyjnego zbior¬ nika 34 roztwór wyplywa przewodem 5. Stezenie roztworu chlorku sodu wplywajacego dó dolnej czesci przestrzeni anodowej reguluje sie tak, zeby bylo ono bliskie stanu nasycenia przez ustalanie proporcji wzglednego'natezenia przeplywu rozwto.-^ ru w przewodzie 32.Roztwór wplywajacy do dolnej czesci przestrze¬ ni anodowej plynie do góry stykajac sie z anoda.W konJsekwencjii wydziela sie chlor, który uno¬ si sie do góry wraz z ainolitem i jest wraz z nim odprowadzany przewodem 24 do zbiornika 34. Na¬ stepnie chlor jest w tym zbiorniku oddzielany 1 unosi sie wylotowym otworem 36 a roztwór chlor¬ ku sodu zbiera sie w zbiorniku 34 i zawraca dó obiegu. Czesc tego roztworu odprowadza sie na zewnatrz w postaci wyczerpanego roztworu po¬ przez przelewowy przewód 40. Roztwór ten na¬ stepnie przesyla sie do zródla stalego halogenku metali alkalicznych w celu jego zregenerowania i oczyszczenia. Stosuje sie metal ziem alkalicznych w postaci halogenku lub innego zwiazku w bar¬ dzo malej ilosci, znacznie ponizej 1 czesci wago¬ wej na milion czesci wagowych halogenku metali alkalicznych a czesto 50 do 100 czesci wagowych metalu ziem alkalicznych na bilion czesci wago¬ wych halogenku metali alkalicznych.Po stronie katodowej woda jest doprowadzana128 849 27 28 przewodem 26 ze zbiornika 42 lub innego zródla poprzez przewód 44, który jest doprowadzony, do recyrkulacyjnego przewodu 26, gdzie woda miesza sie z recyrkulujacym wodorotlenkiem metali al¬ kalicznych (NaOH) doplywajacym przewodem 26 z 5 recyrkulacyjnego zibornika. Mieszanina wody i wo¬ dorotlenku metali alkalicznych wplywa do dolnej czesci przestrzeni katodowej i w niej plynie do góry poprzez przepuszczajaca gaz. scisnieta mate lub prajdowy kolektor 13 (fig. 5, 9 lub 10). M Podczas przeplywu mieszanina ta .styka sie z ka¬ toda i w wyniku tego wydziela sie gazowy wodór jak ijówniez wodorotlenek metali alkalicznych. Ka- toUt - wyplywa ^przewodem 28 do zbiornika 46, w którym wodór jest, oddzielany i odprowadzany o- 15 tworem 48. Roztwór wodorotlenku metali alkali¬ cznych odprowadzany jest przewodem 50 a doplyw wody poprzez przewód 44 jest regulowany dla utrzymywania stezenia NaOH lub innego lugu na pozajdanym poziomie. Zawartosc lugu moze wyno- ?o sic tylko, 5-^-10^/0 wagowych lecz, normalnie za¬ wartosc ta wynosi powyzej okolo l^/o, korzystnie w granicach od 15 do 4(M wag^ych.Z uwagi na wydzielania, gazu na obu elektro¬ dach mozliwe i korzystne jest wykorzystanie wla- 25 snosci gazu polegajacych na zdolnosci unoszenia innych substancji, co odbywa sie przy prowadze¬ niu elektrolizy w warunkach, zalahia oraz przy stosowaniu waskich komór dla elektrolitu zarów¬ no anodowej jak i katodowej, na rzyklad o szero- 3° kosci 0,5 do 8 cm. W tych warunkach wydzielany gaz gwaltownie unosi sie porywajac ze soba elek¬ trolit a mieszanina elektrolitu „ i gazu odprowa¬ dzana jest poprzez wylotowe przewody do recyr¬ kulacyjnych zbiorników a w razie potrzeby cyr- 35 kulacje moina pobudzac za pomoca-npomp.Metalowa /dzianine, która nadaje sie do stoso¬ wania jako pradowy kolektor wedlug wynalazku Wytwarza firma Rniitmesn Llmited, Wielka Bry¬ tania! Moga byc stosowane dzianiny rózniace sie 40 gruiboscia i wielkoscia oczek. Korzystnie stosuje sie grujaosc drutu od 0,1 do 0,7 mm, chociaz moga byc stgsowane grubsze lub ciensze druty. Z drutów tych wykonuje sie dzia- * nme o 1 do 4. oczek na centynietr, korzystnie o 2 f do 4 oczek na centymetr. Oczywiscie nalezy zazna¬ czyc, ze mozliwe sa w szerokim zakresie odmiany iw zwiazku z tym moga byc stosowane pofaldo¬ wane siatki druciane o- wymiarach oczek od 0,149 do 4,00 mm. r . 50 Tkane, przeplatane lub dziane siatki metalowe karbikuje sie tworzac powtarzajacy sie ialifety wzór lub siatki z drutu swobodnie zwijanego albo jesz¬ cze inaczej uksztaltowanej siatki tak, zeby gru¬ bosc dzianiny byla od 5 do 200 albo i wiecej razy 55 wieksza od serednicy drutu. W ten sposób siatka jest scisliwa. Jednakze ze wzgledu na to, ze ele¬ ment siatkowy , wstawia sie pomiedzy inne ele¬ menty wiec zapewnia sie elastycznosc dzianiny.Zwlaszcza wystepuje to wtedy, gdy karbikuje sie eoi ja hub pofaidowuje w zwyklym ukladzie oddalo¬ nych od 7-siebie fald, tak jak we wzorze jodelko¬ wym W razie potrzeby mozna nakladac Mika Warstw dzianiny, na siebie. - : ' ©dfy stosuje sie konstrukcje spiralna pokazana w na fig. 3, wówczas druciane spirale powinny byc elastycznie scisliwe. Srednica drutu i srednica spi¬ ral sa tak dobierane aby zapewnic potrzebna spre¬ zystosc i podatnosc. Srednica spirali jest ogólnie 1:0 lub wiecej razy wieksza od srednicy drutu w stanie nie scisnietym. Na przyklad zadowalajace wyniki daje stosowanie drutu niklowego o sredni¬ cy 0,6 mm zwinietego w spirale o srednicy okolo 10 mm.Drut niklowy nadaje sie do stosowania na siat¬ ke katodowa jak opisano powyzej i pokazano na rysunku. Jednakze moga byc stosowane i inne metale, które sa odporne na korozje katodowa wy¬ wolywana przez elektrolit lub wodór. Metalami tyini sa stal nierdzewna, miedz, srebro, miedz po¬ wleczona innym metalem itp. Podczas gdy w opi¬ sanych przykladach wykonania scisliwy kolektor jest zastosowany 'jako kolektor katodowy, to na¬ lezy podkreslic, ze biegunowosc ogniw elektroli- zera mozna zmieniac tak, ze scisliwy kolektor mo¬ ze stac sie anodowym. Oczywiscie w tym przy¬ padku material siatki musi byc odporny na dzia¬ lanie chloru i korozje anodowa.Tak wiec stosuje, sie druty z metalu zaworowe¬ go, takiego jak tytan lub niob, korzystnie powle¬ czone elektroprzewodzaca nie ulegajaca pasywacji warstwa materialu odpornego na korozje anodowa takiego jak metal lub tlenek metalu grupy platy¬ nowców, bimetaliczny spinel, perowskit itp.W pewnych przypadkach zastosowanie scisliwe¬ go elementu po stronie anodowej moze stanowic problem, gdyz moze zostac ograniczony dostep elek¬ trolitu halogenkowego do powierzchni styku elek¬ trody z przeipona. Gdy w przestrzeni anodowej nie ma dostatecznie duzo miesjca dla anolitu przeply¬ wajacego przez ogniwo, wówczas w niektórych miejscach stezenia halogenku spada w wyniku elektrolizy i gdy spadnie za duzo, wówczas w wy¬ niku elektrolizy wody istnieje tendencja do wy¬ dzielania tlenu a nie chlorowca. Unika sie tego stosujac mala powierzchnie punktów zetkniecia elektrody z przepona to jest szerokosc rzadko wy¬ nosi powyzej .1,0 mm a czesto ponizej 0,5 mm a takze unika sie tego efektywnie stosujac pomiecjzy scisliwa mata i powierzchnia przepony siatke o stosunkowo drobnych oczkach, o wymiarze oczka 2 ram lub mniej.Chociaz problemy te maja znaczenie takze na katodzie, to mniejsze trudnosci sa w prowadzeniu elektrolizy, gdyz w wyniku reakcji katodowej wy¬ dziela sie wodór i nie ma reakcji ubocznych apror dukty wytwarzane sa nawet w przypadku ;stosun- kowo duzej .powierzchni styku, poniewaz woda i jo¬ ny metali ailkalicznych przenikaja przez przepone tak, ze nawet jezeli sama katoda sprawia pewne ograniczenia, to formowanie ubocznych produktów jest malo prawdopodobne. Tak wiec korzystnie stosuje sie scisliwa mate po stronie katodowej.W ponizszych przykladach opisano kila korzyst¬ nych przykladów wykonania dla lepszego zilustro¬ wania wynalazku. Jednakze nalezy podkreslic, ze Wynalazek nie ogranicza sie tylko do konkretnych przykladów wykonania.Przyklad I. Pierwszy próbny elektrolizer jed- noogniowy A skonstruowano wedlug fig. 10 i 1U128 849 29 30 Elektrody mialy nastepujace wymiary: szerokosc 5i00 mm, wysokosc 5010 mm. Katodowa koncowa plyta 110, katodowe zeberka 120 i katodowa per¬ forowana dociskowa plyta 122 zostaly wykonane ze stali i byly galwanicznie powleczone warstwa ni^ klu. Perforowana dociskowa plyte 122 wykonano przez dziurkowanie plyty stalowej o grubosci 1,5 mm formujac otwory rombowe i wiekszych prze*- katnych 12 i 6 mm. Anodowa koncowa plyta 103 zostala wykonana ze stali z nakladka tytanowa, zas anodowe zeberka 109 zostaly wykonane z ty¬ tanu.Anoda 108 w postaci grubooczkowej zasadniczo sztywnej rozciagnietej siatki z tytanu zostala wy¬ konana z tytanowej plyty o grubosci 1,5 mim, która poddano operacji dziurkowania formujac rombowe otwory o przekatnych HOi i 5 mm zas drobnooczko- wa siatka 108a z tytanu zostala wykonana przez dziurkowanie tytanowej plytki o grubosci 0,20 mm formujac rombowe otwory o przekatnych 1,75 i 3,00 mm. Zostala ona zgrzana punktowo z wew¬ netrzna powierzchnia grubooczkowej siatki. Obie siatki zostaly powleczone warstwa mieszanych tlen¬ ków rutenu i tytanu tak aby 12 gramów rutenu (jako metalu) przypadalo na metr kwadratowy wy¬ stajacej powierzchni.Katoda skladala sie z 3 warstw karbikowanej dzianiny tworzac podatna mate 113. Dzianina zo¬ stala wykonana, z drutu niklowego o srednicy 0,15 mm. Karbikowaniie mialo wzór jodelkowy a ampli¬ tuda fal wynosila 4,'5 mm zas podzialka pomiedzy sasiednimi grzbietami fal wynosila 5,0 mm. Po wstepnym ulozeniu tych 3 warstw karbikowanej dzianiny w ten sposób, ze nalozono na siebie te warstwy i przylozono do zestawu warstw tworza¬ cego mate sredni nacisk rzedu 100 do 200 G/om2.Wówczas mata w stanie nie scisnietym przyjela grubosc okolo 5^6 mim.Oznacza to, ze po zwolnieniu nacisku mata ela¬ stycznie powracala do stanu, w którym jej gru¬ bosc wynosila 5,6 mm. Katode takze stanowila siatka 114 o wymiarze oczka 0,84 mm wykonana z drutu niklowego o srednicy 0,15 mm, dzieki cze¬ mu siatka zapewniala 64 punkty styku z 1 cm2 powierzchni przepony 105, co zostalo sprawdzone przez nacisk siatki do papieru czulego na naciski.Przepone stanowila uwodniona warstwa o grubosci 0,6 mm wykonana z Nafionu al5. kationo-wymien- nego, to jest z kwasu nadfluoroweglowodorosulfo- nowego.-Przepony takie wytwarza firma Du Pont de Nemours.Wykonano elektrolizer jednoogniwowy B o tych samych wymiarach, w którym elektrody zostaly uformowane zgodnie z normalna praktyka i który stanowil punkt odniesienia dla oceny wynalazku.W elektrolizerze tym dwie grubooczkowe sztywne siatki 108 i 122, które zostaly opisane powyzej, opieraly sie bezposrednio o przeciwlegle powierz¬ chnie przepony 105 bez stosowania drobnooczko- wych siatek 108a i 114 i bez równomiernego do¬ ciskania elastycznego do przepony (to jest scisliwa mata 113). Badane obwody elektryczne byly podob¬ ne do obwodu pokazanego na fig. 8.Warunki procesu byly nastepujace: .• . —.stezenie roztworu na wlocie 300 g/1 NaCl — stezenie roztworu na wylocie 18K g/1 NaCl 10 15 20 25 35 — temperatura anolitu — pH anolitu — stezenie lugu w katolicie — gestosc pradu »0'°C 4 ltftyo wagowych NaOH 3000 Al/hi* ^Elektrolizer A uruchomiono i podatna mate stop¬ niowo przyciskano coraz mocniej badajac parame¬ try pracy elektrolizera, mianowicie napiecie elek¬ trolizera, sprawnosc pradu w zaleznosci od stopnia scisniecia. Na fig. 13 krzywa 1 przedstawia zalez¬ nosc napiecia elektrolizera od stopnia scisniecia lub od odpowiedniego przylozonego nacisku. Zaobser¬ wowano, ze napiecie zmniejszalo sie wraz ze wzro¬ stem scisniecia podatnej maty az. do jej grubosci odpowiadajacej okolo 3(0l°/o poczatkowej grubosci maty w stanie nie scisnietym. Po przekroczeniu tego stopnia scisniecia napiecie elektrolizera miald tendencje do lekkiego wzrostu.Zmniejszajac; stopien scisniecia do grubosci ma¬ ty wynoszacej 3 mm porównania pracy elektroli¬ zera A z równolegle pracujacym elektrolizerem B odniesienia dalo wyniki .podane w tablicy 1.Tablica 1 Elektrolizer A Elektrolizer B Napiecie elektro¬ lizera . V 3,3 5,7 Sprawnosc pradu ka¬ todowego D/o .85 85 o2 w cv °/o obj. "' 4,<5 4,5 • Dla dokonania oceny wplywu zjawiska barbotazu na napiecie elektrolizera oba elektrolizery obróco¬ no najpierw o kat 45° a w koncu o kat 90° w stosunku do pionu, przy czym anoda pozostawala poziomo ustawiona na wierzchu -przepony. Para¬ metry pracy elektrolizerów zostaly podane w ta¬ blicy 2. ¦'¦' ¦•¦'.'•' Tablica 2 Elektrolizer A Elektrolizer B Elektrolizer A Elektrolizer B Pochyle¬ nie w stopniach 45 45 poziomo poziomo Napiecie. elektro¬ lizera V 3,3 3,65 3,3* 3,6** Spra¬ wnosc pra¬ du kato¬ dowe¬ go °/o ffi m 86 m O2 W Cl2 % 4,4 4.4. .4,3 j .« 1 * napiecie eiektrolizera zaczelo powoli»rosnac i ustalilo sie na wartosci 3,6 V, ** napiecie elektrolizera wzroslo gwaltownie duzo ponad 12 V i dlatego elektroliza zostala przer- Poniizej podano interpretacje otrzymanych wyni¬ ków. Przez odchylenie elektrolizerów od pionu w 65 kierunku poziomu w elektrolizerze B zmniejszyl .'sie-128 * 31 wplyw barbotazu na napiecie elektrolizera, pod¬ czas gdy w elektrolizerze A Wzgledna czulosc wy¬ nika ze wzgledu na pomijamy efekt barbotazu, co czesciowo wyjasnia duzo mniejsze napiecie elek- trolizera A w stosunku do elektrolizera B. 5 Po osiagnieciu polozenia poziomego przez elektro- lizery wodór gazowy zaczyna gromadzic sie pod przepona i stopniowo zaczyna coraz bardziej izolo¬ wac aktywna powierzchnie katodowej siatki dla przewodzenia jonowego przez katolilt w elektroili- no zerze B, podczas gdy ten sam efekt jest znacznie mniejszy w elektrolizerze A. Mozna to wytluma¬ czyc tylko tym, ze wieksza czesc jonowego prze¬ wodnictwa jest ograniczona do grubosci przepony a katoda zapewnia dostateczna ilosc punktów sty- 15 ku z grupami jono-wymiennymi na powierzchni przepony efektywnie pobudzajac przewodnictwo pradu w elektrolizerze wedlug wynalazku.Stwierdzono, ze przez stopniowe zmniejszanie gestosci i zwiekszanie powierzchni punktów styku 20 pomiedzy elektrodami i przepona dziejki zastapie¬ niu drobnooczkowych siatek 108a i 114 coraz bar¬ dziej gruibooczkowymi siatkami! dzialanie elektro- lizera A coraz bardziej upodabnia sie do dziala¬ nia elektrolizeraB. 25 Ponadto podatnie scisliwa katodowa mata 113 za¬ pewnia pokrycie powierzchni przepony gesto roz¬ mieszczonymi malymi punktami styku zasadniczo powyzej 90% a czesciej ponad &8P/0 calkowitej po¬ wierzchni nawet w przypadku istnienia znacznych & odchylen od plaskosci i równoleglosci dociskowych plyt 108 i 120.Przyklad II. Dla celów porównawczych elek¬ trolizer A zostal otworzony i przepona 105 zostala zastapiona podobna przepona z nalozonymi na nia 35 anoda i- katoda. Anode stanowila porowata war¬ stwa-czastek mieszanych tlenków rutenu i tytanu o stosunku wagowym Ru/Ti 4)51: 5i5 i ) grubosci 80 nmv przy czym warstwa ta zostala przytwierdzona do powierzchni pnzepony za pomoca policzteroflu- 40 oroetylenui Katode stanowila porowata warstwa czastek czerni platynowej i grafitu w stosunku wagowym 1:1 o grubosci 510 jum, przy czym zostala ona przytwierdzona do przeciwleglej powierzchni przepony za pomoca policzterofluoroetylenu. 45 Elektrolizer pracowal dokaldnie w takich samych wartinkach jak i w przykladzie I a zaleznosc po¬ miedzy napieciem elektrolizera a stopniem scisnie¬ cia podatnego katodowego kolektora pradowego w postaci maty 113 zostala pokazana za pomoca krzy- 50 wej 2 na wykresie na fig. 13. Nalezy zaznaczyc, ze napiecie tego elektrolizera ze stalym elektroli¬ tem/bylo tylko okolo 100 do 200 mV nizsze od na¬ piecia w elektrolizerze A pracujacym w tych sa¬ mych warunkach. 55 Przyklad III. Dla zweryfikowania tych nie¬ spodziewanych wyników elektrolizer A zostal zmo¬ dyfikowany przez zastapienie wszystkich anodo¬ wych elementów wykonanych z tytanu porówny¬ walnymi elementami wykonanymi ze stali i po- 80 wleczonymi niklem (anodowa koncowa plyta 103 i anodowe zeberka 109) i z czystego niklu (grufoo- oczkowa siatka w postaci anody 108 i drobnoocz- kowa siatka 108a). Przepone stanowila przepona kattijomo^wymienria o grubosci 0,3 mm wykona- 6$ 32 na z Naifionu 120 przez firme Du Pont de Nemours.W obu komorach anodowej i katodowej krazy¬ la czysta dwukrotnie destylowana woda o oporno¬ sci ponad 20O000 cm. Zwiekszono róznice poten¬ cjalów przylozonych do dwóch koncowych plyt elektrolizera i zaczal plynac prad elektrolizy, przy czym na niklowej anodowej siatce 108a zaczal wy¬ dzielac sie tlen a na niklowej katodowej siatce 114 zaczal wydzielac sie wodór. Po kilku godzinach pracy w tablicy 3 stwierdzono nastepujace para¬ metry.Tablica 3 Gestosc pradu A/rn* 1 . a 00(0 5 0100 110000 Napiecie elektrolizera V 2,7 3,5 5,1 Tempera¬ tura pracy 65 65 65 Przewodnosc elektrolitów byla nieznaczna a elek¬ trolizer pracowal w rzeczywistosci ja kw ukladlzie ze stalym elektrolitem.Przez zastapienie drobooczkowych elektrodowych siatek 108a i 114 siatkami o wiekszych oczkach i dziejki temu przez zmniejszenie gestosci punktów styku pomiedzy elektrodami i powierzchnia elek¬ trody od 100 punktów na 1 cm2 do 16 punktów na .1 cm2 nastajpil gwaltowny wzrost napiecia! elek¬ trolizera co wykazano ponizej w tablicy 4.Tablica 4 Gestosc pradu A/m2 3000 5000 ,10000 Napiecie elektrolizera 3,8 i!2,2 Tempera¬ tura pracy <65 ... 65 Oczywista dla fachowca sprawa jest mozliwosc zwiekszenia gestosci punktów styku pomiedzy elektrodami i przepona za pomoca róznych metod.Na przyklad drobnooczkowa siatke mozna natrys¬ kiwac plazmowo czastkami metalu lub drut meta¬ lowy tworzacy powierzchnie styku z przepona mo¬ ze byc bardziej chropowaty na skutek poddania go kontrolowanemu dzialaniu korozji chemicznej.Tym niemniej konstrukcja musi byc dostatecz¬ nie elastyczna talk, alby zapewnic równomierne roz¬ mieszczenie punktów styku na calej powierzchni przepony w celu równomiernego rozlozenia na wszylstkie punkty styku elastycznej sily reakcji po¬ datnej maty na elektrody.Elektryczny styk elektrod z przepona moze byc polepszony przez zwiekszenie gestosci funkcjonal¬ nych grup jono-wymiennych altoo przez zmniejsze¬ nie równowaznej masy kopolimeru na powierzchni przepony stykajacej sie z podatna mata lub wsta¬ wiona siatka albo tez czasteczkowa elektroda.W ten sposób wlasnosci przepony pozostaja bez zmian i jest mozliwe zwiekszenie gestosci punktów33 styku elektrod z obszarami przenoszenia jonów do przepony. Na przyklad przepona moze byc wyko¬ nana przez nakladanie na nia jednej lub dwóch cienkich warstw o grubosci od 0*05 do 0,15 nim z kopolimeru o malej maisie równowaznej na po¬ wierzchni lub powierzchniach warstw o wiekszej grubosci w granicach 0,15 do 0,6 mm z kopolime¬ ru o wiekszej masie równowaznej, przy czym ma¬ sy tak sie dobiera aby zoptymalizowac spadek omowy i selektywnosc przepony.Modyfikacje elektrolizera wedlug wynalazku sa mozliwe bez odbiegania od jego istotnych cech okreslonych w zastrzezeniach patentowych.Zastrzezenia* patentowe 1. Elektrolizer do wytwarzania chlorowca przez elektrolize wodnego roztworu zawierajacego halo¬ genek na anodzie oddzielonej od katody za pomoca jono-przepuiszczalnej przepony znamienny tym, ze sklada sie z obudowy, w której jest ulozony co najmniej jeden komplet elektrod, zlozony z ano¬ dy (7) i katody (14) oddzielonych od siebie prze¬ pona (5) przepuszczalna dla jonów, z elementów do wprowadzania elektrolitu poddawanego elektro¬ lizie, elementów do odprowadzania produktów elektrolizy i elementów do doprowadzania pradu elektrolizujacego, a co najmniej jedna z elektrod (7, 14) jest docisnieta do przepony (5), za pomoca elastycznie scisliwej warstwy (13), której rozmiary odpowiadaja powierzchni elektrody (7, 14), zas ela¬ stycznie scisliwa warstwa (13) jest zetknieta z elek¬ troda (7, 14) w Wielu równomiernie rozmieszczo¬ nych punktach stycznych i ma strukture przepu¬ szczalna dla gazu i elektrolitu. 2. Elektrolizer wedlug zalstrz. 1, znamienny tym, 1849 34 ze elastycznie scisliwa warstwa (13), jest metalo¬ wa. 3. Elektrolizer wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze elastycznie scisliwa warstwa (13) jest utworzo- 5 na z tkaniny z drutu metalowego, uksztaltowanej przez zaginanie, kaTtodkowanie. 4. Elektrolizer wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze elastycznie scisliwa warstwa (13) sklada sie z szeregu srubopodobnych zwojów drutu metalowe- 10 go. 5. Elektrolizer wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze co najmniej jedna z elektrod (7, 14) ogniwa ma porowata strukture przepuszczalna dla elektrolitu i gazu oraz elektroprzewodzaca powierzchnie, sty- 15 kajaca sie w wielu punktach z powierzchnia prze¬ pony (5). 6. Elektrolizer wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze elektroda (7, 14), której powierzchnia jest w wielu punktach zetknieta z powierzchnia przepony 20 (5), jest utworzona z porowatej i przepuszczalnej warstwy czasteczek elektroprzewodzacego materia¬ lu odpornego na korozje, naniesionych na powie¬ rzchnie przepony (5). 7. Elektrolizer wedlug zastrz. 1, znamienny tym, 25 ze do powierzchni elektrody (7, 14), stykajacej sde w wielu punktach z powierzchnia przepony (5), przylega gietka siatka <114) z elektroprzewodzacego materialu, ulozona suwliwie na powierzchni elek¬ trody (7, 14). 30 8. Elektrolizer wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze obie elektrody (7, 14) maja jednakowa budowe i tworza powierzchnie, stykajace sie w wielu punk¬ tach z powierzchnia przepony (5), do której sa elaistycznie i równomiernie docisniete. 35 9. Elektrolizer wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze powierzchnia przepony (5) jest zetknieta w wielu punktach z twarda przeciwelektroda (3). *128 849 i£0 mv) - .;c:":: .' ¦ y* -.- ri i ¦ '^r. . * .!'i i:-. -.Ml .tm-J '• tjii na'i i\ ';-!«¦¦;/¦ I.t, jC) ¦vh v/ i:.\y..,.)*.t^\ . ¦¦¦ .' •) S&fciJ l' i n; ¦ ¦ U1 ,VJ ~128 849 FIG. 4 Q r 10 13 FIG. 5 FIG. 6 I3a FIG. 7128 849 FIG. 8 .... „ „ FIG. 9 y FIG. 10128 849 ^iUl FIG. 12 46 CL2 t. t 44. 3U34 A A NaOH 26-J 28 24 26 L20 40" _L30 U5 132 22 3;5 FIG. 13 34h 3.3h 3-2h 31 ¦# j—ii , 1_ J ¦ 5 6 4.5 4 3.5 3 2-5 2 (him) -ff- 1 ' 0.125 044 1-5 (ats) -tf- 57 96 94 PL PL PL PL PL PL PL PL

Claims (6)

1. zastrzezeniach patentowych. Zastrzezenia* patentowe 1. Elektrolizer do wytwarzania chlorowca przez elektrolize wodnego roztworu zawierajacego halo¬ genek na anodzie oddzielonej od katody za pomoca jono-przepuiszczalnej przepony znamienny tym, ze sklada sie z obudowy, w której jest ulozony co najmniej jeden komplet elektrod, zlozony z ano¬ dy (7) i katody (14) oddzielonych od siebie prze¬ pona (5) przepuszczalna dla jonów, z elementów do wprowadzania elektrolitu poddawanego elektro¬ lizie, elementów do odprowadzania produktów elektrolizy i elementów do doprowadzania pradu elektrolizujacego, a co najmniej jedna z elektrod (7, 14) jest docisnieta do przepony (5), za pomoca elastycznie scisliwej warstwy (13), której rozmiary odpowiadaja powierzchni elektrody (7, 14), zas ela¬ stycznie scisliwa warstwa (13) jest zetknieta z elek¬ troda (7, 14) w Wielu równomiernie rozmieszczo¬ nych punktach stycznych i ma strukture przepu¬ szczalna dla gazu i elektrolitu.

2. Elektrolizer wedlug zalstrz. 1, znamienny tym, 1849 34 ze elastycznie scisliwa warstwa (13), jest metalo¬ wa.

3. Elektrolizer wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze elastycznie scisliwa warstwa (13) jest utworzo- 5 na z tkaniny z drutu metalowego, uksztaltowanej przez zaginanie, kaTtodkowanie. 4. Elektrolizer wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze elastycznie scisliwa warstwa (13) sklada sie z szeregu srubopodobnych zwojów drutu metalowe- 10 go. 5. Elektrolizer wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze co najmniej jedna z elektrod (7, 14) ogniwa ma porowata strukture przepuszczalna dla elektrolitu i gazu oraz elektroprzewodzaca powierzchnie, sty- 15 kajaca sie w wielu punktach z powierzchnia prze¬ pony (5). 6. Elektrolizer wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze elektroda (7, 14), której powierzchnia jest w wielu punktach zetknieta z powierzchnia przepony 20 (5), jest utworzona z porowatej i przepuszczalnej warstwy czasteczek elektroprzewodzacego materia¬ lu odpornego na korozje, naniesionych na powie¬ rzchnie przepony (5). 7. Elektrolizer wedlug zastrz. 1, znamienny tym, 25 ze do powierzchni elektrody (7, 14), stykajacej sde w wielu punktach z powierzchnia przepony (5), przylega gietka siatka <114) z elektroprzewodzacego materialu, ulozona suwliwie na powierzchni elek¬ trody (7, 14). 30 8. Elektrolizer wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze obie elektrody (7, 14) maja jednakowa budowe i tworza powierzchnie, stykajace sie w wielu punk¬ tach z powierzchnia przepony (5), do której sa elaistycznie i równomiernie docisniete. 35 9. Elektrolizer wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze powierzchnia przepony (5) jest zetknieta w wielu punktach z twarda przeciwelektroda (3). *128 849 i£0 mv) - .;c:":: .' ¦ y* -.- ri i ¦ '^r. . * .!'i i:-. -.Ml .tm-J '• tjii na'i i\ ';-!«¦¦;/¦ I.t, jC) ¦vh v/ i:.\y..,.)*.t^\ . ¦¦¦ .' •) S&fciJ l' i n; ¦ ¦ U1 ,VJ ~128 849 FIG.

4. Q r 10 13 FIG.

5. FIG.

6. I3a FIG. 7128 849 FIG. 8 .... „ „ FIG. 9 y FIG. 10128 849 ^iUl FIG. 12 46 CL2 t. t 44. 3U34 A A NaOH 26-J 28 24 26 L20 40" _L30 U5 132 22 3;5 FIG. 13 34h 3.3h 3-2h 31 ¦# j—ii , 1_ J ¦ 5 6 4.5 4 3.5 3 2-5 2 (him) -ff- 1 ' 0.125 044 1-5 (ats) -tf- 57 96 94 PL PL PL PL PL PL PL PL