PL173929B1 - Komora elektrolityczna - Google Patents

Abstract

1. Komora elektrolityczna, skladajaca sie z co najmniej jednej anody i co najmniej jednej katody oraz separatora umieszczonego miedzy anodai sasiadujaca z nia katoda, dla podzialu komory na oddzielne przedzialy, anodowy i kato- dowy, lub na wiele takich przedzialów, przy czym anoda i ka- toda zawiera elektrode, która zawiera czesc ramowa, która tworzy otwór srodkowy zamkniety przez rozmieszczone pio- nowo listewki, które razem tworza pierwsza plyte elektrody i sa przymocowane do czesci górnej i dolnej jednej strony ramy oraz przez rozmieszczone pionowo drugie listewki, które razem tworza pierwsza plyte elektrody i sa przymoco- wane do czesci górnej 1 dolnej drugiej strony ramy, przy czym kazda z pionowo rozmieszczonych listewek ma aktywna powierzchnie elektrodowa na swej zewnetrznej po- wierzchni, jest równolegla i odsunieta od plaszczyzny ramy, znamienna tyra, ze w elektrodzie, anodzie lub katodzie, lub obydwu z nich, w otworze srodkowym (3) ramy (2), pomie- dzy rozmieszczonymi pionowo listewkami (4) 1 drugimi li- stewkami (5), rozmieszczone sa dwie przegrodowe plyty (13,14), które sa odsuniete od zewnetrznej powierzchni (11) listewek 1 wzajemnie od siebie oraz stykaja sie z przeciw- legla powierzchnia (12) listewek, przy czym co najmniej jedna z plyt przegrodowych (13,14) jest zaopatrzona w wy- stepy dystansowe (15), które stykaja sie z powierzchnia czolowa drugiej plyty przegrodowej. Fig 1 PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest komora elektrolityczna, zwłaszcza komora elektrolityczna zaopatrzona w środki recyrkulacji cieczy.

Obecnie prowadzi się na wielką skalę elektrolizę elektrolitów, na przykład wodnych roztworów chlorków metali alkalicznych, zwłaszcza chlorku sodu, dla wytwarzania produktów takich jak chlor i roztwory wodorotlenków metali alkalicznych. Elektroliza zazwyczaj odbywa się w komorze elektrolitycznej zawierającej wiele anod i katod, przy czym każda anoda jest oddzielona od sąsiadującej z nią katody za pomocą separatora, który dzieli komorę elektrolityczną na wiele przedziałów anodowych i katodowych.

Komora elektrolityczna jest typu przeponowego, lub membranowego. W komorze typu przeponowego, separatory znajdujące się między sąsiednimi anodami i katodami sąmikroporowate i podczas eksploatacji, wodny elektrolit przenika przez przeponę z przedziałów anodowych do katodowych komory. W komorze typu membranowego separatory sąw zasadzie nieprzepuszczalne dla płynów, a przy eksploatacji, przez membranę między przedziałami anodowymi i katodowymi komory, przenikają substancje jonowe.

Na przykład, przy elektrolizie wodnego roztworu chlorku metalu alkalicznego w komorze elektrolitycznej typu przeponowego, roztwór załadowywanyj est do przedziałów anodowych komory, a chlor powstający podczas elektrolizy jest usuwany z przedziałów anodowych komory'. Roztwór chlorku metalu alkalicznego przechodzi przez przepony, a wodór i wodorotlenek metalu alkalicznego wytwarzany w elektrolizie usuwane są z przedziałów katodowych. Wodorotle173 929 nek metalu alkalicznego usuwany jest w postaci wodnego roztworu chlorku metalu alkalicznego i wodorotlenku metalu alkalicznego. Przy elektrolizie wodnego roztworu chlorku metalu alkalicznego, w komorze elektrolitycznej typu przeponowego, roztwór załadowywany jest do przedziałów anodowych komory, a powstający podczas elektrolizy chlor i zubożony roztwór chlorku metalu alkalicznego, usuwane są z przedziałów anodowych. Jony metalu alkalicznego przenoszone są przez przepony do przedziałów katodowych komory, do których są załadowywane woda i rozcieńczony roztwór chlorku metalu alkalicznego, a wodór i roztwór wodorotlenku metalu alkalicznego powstające w wyniku reakcji jonów metalu alkalicznego z wodą, usuwane sąz przedziałów katodowych.

Elektroliza odbywa się z komorze elektrolitycznej typu prasy filtracyjnej, która składa się z większej ilości ułożonych na przemian anod i katod, na przykład pięćdziesięciu anod ułożonych na przemian z pięćdziesięcioma katodami, jednak może ona zawierać jeszcze więcej, na przykład do stu pięćdziesięciu umieszczonych na przemian anod i katod.

Komora elektrolityczna jest zaopatrzona w głowicę dopływową, przez którą do przedziałów anodowych komory jest załadowywany na przykład wodny roztwór chlorku metalu alkalicznego oraz w głowicę odpływową, przez którą są z nich usuwane produkty elektrolizy. Komora elektrolitycznajest zaopatrzona również w głowicę odpływową do usuwania produktów elektrolizy z przedziałów katodowych komory, oraz w przypadku komory typu przeponowego, w głowicę dopływową, przez którąjest do niej załadowywana ciecz, na przykład woda lub inny płyn.

Komory elektrolityczne są zaopatrzone w środki recyrkulacji cieczy w przedziałach anodowych i/lub katodowych komory. Na przykład w komorze elektrolitycznej typu przeponowego, w której elektrolizie poddawany jest wodny roztwór chlorku metalu alkalicznego i w której roztwór załadowywanyjest do przedziałów anodowych komory przez głowicę dopływową, a chlor i zubożony wodny roztwór chlorku metalu alkalicznego usuwane są z niej przez głowicę odpływową, komora elektrolityczna może być wyposażona w środki do usuwania zubożonego wodnego roztworu chlorku metalu alkalicznego z przedziałów anodowych i recyrkulacji roztworu zubożonego lub jego części na powrót do przedziałów anodowych komory, w celu ponownego w niej wykorzystania. Przed recyrkulacją oddziela się chlor gazowy od zubożonego roztworu chlorku metalu alkalicznego, a zubożony roztwórjest mieszany z chlorkiem metalu alkalicznego lub ze świeżym, bardziej stężonym wodnym roztworem chlorku metalu alkalicznego, przed recyrkulacją do przedziałów anodowych.

Recyrkulacja wodnego roztworu chlorku metalu alkalicznego umożliwia ponowne wykorzystanie roztworu i zapewnia duży stopień przetworzenia chlorku metalu alkalicznego, bez tak silnej konwersji w pojedynczym przejściu przez przedziały anodowe, która spowodowałaby powstanie niedopuszczalnych gradientów stężenia w roztworze oraz między roztworami w różnych przedziałach anodowych komory, co związane byłoby ze stratą sprawności prądowej. Ponadto roztwór usuwany z komory ma temperaturę wysoką, podczas gdy świeży elektrolit na temperaturę stosunkowo niską. Zatem może okazać się niezbędne podgrzewanie świeżego roztworu.

Komora elektrolitycznajest wyposażona w podobne środki, z pomoc ąktórych wodny roztwór chlorku metalu alkalicznego usuwany jest z przedziałów katodowych, a roztwór lub jego część, zawracany jest do przedziałów katodowych.

Komora elektrolityczna zaopatrzonajest w środki recyrkulacji, za pomocąktórych roztwory sąpoddawane recyrkulacji wewnątrz przedziałów anodowych i katodowych komory, zamiast ich usuwania z przedziałów i zawracania do nich. Takie środki recyrkulacji wewnętrznej są szczególnie użyteczne do usunięcia gradientów stężenia roztworów z przedziałów anodowych i katodowych komory, co z kolei daje poprawę sprawności prądowej elektrolizy. Usuwanie roztworu z przedziałów anodowych i katodowych oraz zawracanie go ponownie do przedziałów, zazwyczaj odbywa się za pomocą odpowiedniego układu przewodów, znajdującego się na zewnątrz komory elektrolitycznej. Na przykład, głowica odpływowa z przedziałów anodowych lub katodowych komory dołączona jest do rozgałęzionego przewodu odpływowego, a część zubożonego roztworu usuwanego z przedziałów uchodzi przewodem odgałęziaj ącym do przewodu

173 929 dopływowego, który z kolei dołączony jest do głowicy dopływowej przedziałów anodowych lub katodowych komory, z którą doprowadzany jest do przedziałów komory również świeży roztwór. Część roztworu z przedziałów anodowych i katodowych komory elektrolitycznej jest usuwana z komory przewodem odgałęzionym.

Komorę elektrolityczną zaopatrzoną w układ przewodów znajdujący się na zewnątrz komory, przez który odbywa się recyrkulacja roztworu, przedstawiono w opisie patentowym USA 3856651. Sprawność układu recyrkulacji zależy od efektu wyporu gazowego, a we wspomnianym opisie patentowym przedstawiono komorę dwubiegunową ze znajdującym się na jej szczycie pojemnikiem, do którego dochodzi z przedziałów anodowych komory, zawierający chlor, wodny roztwór chlorku sodu. Chlor w pojemniku oddzielany jest od roztworu, a roztwór usuwany jest ze zbiornika i mieszany ze świeżym, bardziej stężonym roztworem chlorku sodu i zawracany do przedziałów anodowych komory za pośrednictwem znajdującego się za zewnątrz przewodu.

Recyrkulacja roztworu odbywa się również wewnątrz przedziałów anodowych i katodowych komory elektrolitycznej. Recyrkulacja odbywa się przy użyciu przewodów opadowych znajdujących się w przedziałach komory, na przykład przewodu opadowego znajdującego się między dwiema płytami elektrodowymi w przedziale elektrodowym komory. Efektywność takiej recyrkulacji również zależy od efektu wyporowego gazu.

W opisie patentowym USA 4557816 przedstawiono komorę elektrolityczną z recyrkulacją wewnętrzną. W tym opisie patentowym opisano kanał umożliwiający przepływ elektrolitu ku dołowi, który znajduje się w przestrzeni z tyłu elektrody, przy czym kanał składa się z części poziomej , zaopatrzonej w dolny otwór, w pobliżu miej sca dopływu świeżego elektrolitu, oraz część pionową łączącą się z częścią poziomą i zaopatrzonąw otwór górny w pobliżu miejsca odpływu elektrolitu zubożonego.

Komora elektrolityczna według wynalazku składa się z co najmniej jednej anody i co najmniej jednej katody oraz separatora umieszczonego między anodąi sąsiadującą z nią katodą, dla podziału komory na oddzielne przedziały, anodowy i katodowy, lub na wiele takich przedziałów. Anoda i katoda zawiera elektrodę, która zawiera część ramową, która tworzy otwór środkowy zamknięty przez rozmieszczone pionowo listewki, które razem tworząpierwsząpłytę elektrody i są przymocowane do części górnej i dolnej jednej strony ramy oraz przez rozmieszczone pionowo drugie listewki, które razem tworząpierwsząpłytę elektrody i sąprzymocowane do części górnej i dolnej drugiej strony ramy. Każda z pionowo rozmieszczonych listewek ma aktywną powierzchnię elektrodową na swej zewnętrznej powierzchni, jest równoległa i odsunięta od płaszczyzny ramy. Komora elektrolityczna tego rodzaju charakteryzuje się tym, że w elektrodzie, anodzie lub katodzie, lub obydwu z nich, w otworze środkowym ramy, pomiędzy rozmieszczonymi pionowo listewkami i drugimi listewkami, rozmieszczone są dwie przegrodowe płyty, które są odsunięte od zewnętrznej powierzchni listewek i wzajemnie od siebie oraz znajdują się w styku z przeciwległą powierzchnią listewek. Co najmniej jedna z płyt przegrodowych jest zaopatrzona w występy dystansowe, które stykają się z powierzchnią czołową drugiej płyty przegrodowej.

Korzystnym jest, że komora tworzy komorę elektrolitycznątypu prasy filtracyjnej i zawiera liczne anody i katody oraz uszczelki z materiału nieprzewodzącego elektrycznie. Separator, który korzystnie stanowi przepuszczalną dla cieczy przeponę, wykonany jest z polimeru zawierającego fluor. W innym korzystnym rozwiązaniu, separator, który stanowi membranę jonowymienną, wykonany jest z materiału czterofluoropolimerowego zawierającego grupy jonowe.

W rozwiązaniu według wynalazku wykorzystuj e się recyrkulacj ę roztworu wewnątrz przedziałów anodowych lub katodowych komory elektrolitycznej, dla ułatwienia eliminacji gradientów stężenia w roztworze i dla zwiększenia sprawności prądowej. Zgodnie z wynalazkiem, wykorzystuje się element recyrkulacyjny o bardzo prostej konstrukcji, łatwy do zainstalowania w komorze elektrolitycznej i nadający się do wykorzystania w komorze elektrolitycznej typu prasy filtracyjnej, w której przedziały anodowe i katodowe są zwykle wąskie, i w której trudne, lub przynajmniej bardzo niewygodne jest instalowanie środków recyrkulacyjnych, które stano173 929 wią kanały lub układy przewodów. Zaleta wynalazku polega na tym, że komora zawierająca elektrodę może pracować z zakwaszaną solanką.

W przypadku komory elektrolitycznej według wynalazku, recyrkulacja roztworu odbywa się wewnątrz przedziału elektrodowego komory, w wyniku występowania efektu wyporu gazu. Tak więc na aktywnej powierzchni pierwszej płyty wydziela się gaz, następuje jego unoszenie się w przestrzeni między pierwszą płytą i płytą przegrodową, do szczytu przedziału elektrodowego, z równoczesnym przenoszeniem roztworu. Roztwór następnie opada w przestrzeni między płytą przegrodowąi drugąpłytądo dna przedziału elektrodowego, a następnie znowu jest unoszony w wyniku efektu wyporu gazu wydzielanego na aktywnej powierzchni elektrody.

Elektroda w komorze elektrolitycznej według wynalazku ma konstrukcję prostąna tyle, że istnieje możliwość zmodyfikowania elektrody istniejącej, po prostu przez wprowadzenie do niej jednej lub więcej płyt przegrodowych, które są stosunkowo cienkie, a w szczególności możliwe jest zastosowanie elektrod w komorze typu prasy filtracyjnej, w której elektrody i przedziały elektrodowe są stosunkowo wąskie. Taki sposób recyrkulacji nie wymaga stosowania przewodów, ani kanałów wewnątrz elektrody.

W elektrodzie, płyty rozstawione są w pewnej odległości od siebie. Dla zapewnienia niezbędnych odstępów między płytami stosuje się środki dystansowe. Korzystnie, elektroda zawiera dwie płyty przegrodowe rozstawione na określoną odległość, którą zapewnia się za pomocą rozmieszczonych w określonych odległościach, przynajmniej na jednej z płyt, występów które stykają się z płytąprzeciwległą, przy czym mogą być do niej również dociśnięte szczelnie za pomocą stosownych środków, w zależności od charakteru zastosowanego materiału, z którego wykonane są płyty.

Dla pożądanej recyrkulacji roztworu, po zainstalowaniu elektrody w roboczej komorze elektrolitycznej, płyta, lub płyty przegrodowe, są tak umieszczone wewnątrz elektrody, że wewnątrz niej, powyżej wierzchołka płyty przegrodowej powstały przestrzenie, przez które następuje przepływ roztworu podczas jego recyrkulacji. Wysokość płyty przegrodowej, może na przykład wynosić przynajmniej 50% lub nawet 90% wysokości elektrody, bądź przynajmniej tej części elektrody, w której umieszczona jest płyta przegrodowa.

Płyta przegrodowa może rozpościerać się w zasadzie na powierzchni całej elektrody, jednak nie jest to konieczne. Na przykład długość płyty przegrodowej może wynosić 10% długości pierwszej płyty zaopatrzonej w aktywną powierzchnię elektrodową, a korzystnie, przynajmniej 50%. Grubość płyty przegrodowej może być różna i zależy od odległości między płytami elektrody. Dla przykładu, grubość płyty przegrodowej może wynosić przynajmniej 10% odległości między płytami elektrody.

Płyta przegrodowa ma w zasadzie konstrukcję pełną, co zapobiega przepływowi roztworu poprzecznie przez elektrodę. Jednak może ona być skonstruowana tak, aby możliwy był pewien przepływ poprzeczny płynu.

Materiał konstrukcji płyty przegrodowej zależy od rodzaju poddawanego elektrolizie w komorze roztworu. Płyta przegrodowa może być wykonana z materiału metalicznego, lub z organicznego materiału plastycznego, na przykład, jeżeli elektroda ma być instalowana w komorze elektrolitycznej do elektrolizy wodnego roztworu chlorku metalu alkalicznego w celu wytwarzania chloru i wodnego roztworu wodorotlenku metalu alkalicznego, to korzystne jest stosowanie organicznych materiałów polimerowych, na przykład policzterofluoroetylenu, czterofluoroetylenukopolimeru sześciofluoropropylenu, lub fluorowego kopolimeru etylenowopropylenowego. Z łatwością można dobrać inne odpowiednie do tego materiały konstrukcyjne, jeżeli znane są właściwości materiału przeznaczonego do elektrolizy. Na przykład płyta przegrodowa może być wykonana z metalu lub stopu nadającego się do wytwarzania folii, na przykład z tytanu lub jego stopu, oraz może mieć pokrycie z materiału aktywnego elektrokatalitycznie, na przykład metalu z grupy platynowców, lub jego tlenku.

Elektroda komory, to znaczy elektroda bez płyty przegrodowej, może mieć różną konstrukcję. Na przykład pierwsza płyta z aktywną powierzchnią elektrodową może mieć postać siatki, tkanej lub nietkanej, lub może mieć postać wielu podłużnych elementów, na przykład pasów, roz6

173 929 stawionych w pewnych odstępach od siebie, i leżących w jednej płaszczyźnie, i w przybliżeniu równoległych względem siebie. Podłużne elementy mogąbyć końcami zamocowane do elementu wsporczego, na przykład elementu w postaci ramy.

Pierwsza płyta, bądź płyty elektrody mogąbyć wklęsłe, to znaczy mogą znajdować się w płaszczyźnie w zasadzie równoległej, lecz przemieszczonej względem płaszczyzny elementu wsporczego.

Charakter materiału konstrukcyjnego elektrody zależy od tego, czy ma ona być wykorzystywanajako anoda, czy katoda, oraz od charakteru roztworu przeznaczonego do elektrolizy. Na przykład, kiedy roztwór przeznaczony do elektrolizy jest wodnym roztworem chlorku metalu alkalicznego, to materiałem odpowiednim do zastosowania w charakterze anodyjest kształtowany w postaci folii metal lub stop, na przykład tytan, tantal, cyrkon, niob lub hafn. Materiałem odpowiednim do zastosowania w charakterze katody jest stal lub nikiel.

Aktywna powierzchnia elektrody może być zaopatrzona w odpowiednie pokrycie aktywne elektrokatalitycznie, przynajmniej na części powierzchni pierwszej płyty. Odpowiednie pokrycie aktywne elektrokatalitycznie nakładane na powierzchnie anod i/lub katod zawiera, w przypadku anod, tlenek metalu grupy platynowców, korzystnie w postaci domieszki metalu tworzącego folie, zwłaszcza mieszaniny w postaci roztworu stałego, a w przypadku katod, metal z grupy platynowców. Takie pokrycia i sposoby ich nanoszenia sąznane i nie zostały szczegółowo opisane.

Komora elektrolityczna może być komorąjednobiegunowąlub dwubiegunową. W komorze jednobiegunowej między każdą anodąi sąsiedniąkatodąjest korzystnie umieszczony separator. Komora elektrolityczna może być komorą dwubiegunową zawierającą wiele elektrod mających powierzchnie anodowe i powierzchnie katodowe. W komorach dwubiegunowych separator znajduje się korzystnie między powierzchnią anodową elektrody i powierzchnią katodową sąsiedniej elektrody.

Komora elektrolityczna jest zaopatrzona w głowicę dopływową, przez którą można załadowywać roztwór do przedziału anodowego komory elektrolitycznej, w głowicę odpływową, przez którą produktu elektrolizy można usuwać z przedziału anodowego komory elektrolitycznej, w głowicę dopływową, przez którą roztwór może być załadowywany do przedziału katodowego komory elektrolitycznej oraz w głowicę odpływową, przez którą produkty elektrolizy mogąbyć usuwane z przedziału katodowego komory elektrolitycznej.

Głowice są zaopatrzone w otwory w płytach elektrodowych, na przykład w ich częściach ramowych, które wraz z podobnie rozmieszczonymi otworami w uszczelkach komory elektrolitycznej tworzą wzdłużne przedziały służące za głowicę.

Jeżeli separator w komorze elektrolitycznej ma być przeponąprzenikalnądla cieczy, to jest wykonany z porowatego organicznego materiału polimerowego. Korzystnym polimerowym materiałem organicznym sąpolimery zawierające fluor, ze względu na ogólnie stabilne właściwości takich materiałów w środowisku korozyjnym, na przykład w elektrolitycznych komorach chloroalkalicznych. Odpowiednie materiały polimerowe zawierające fluor obejmują na przykład chloro-trójfluoropolietylen, fluorowy kopolimer etylenowopropylenowy, oraz sześciofluoropropylen. Korzystnym materiałem zawierającym fluorjest czterofluoropolietylen ze względu na dużą stabilność w korozyjnym chloroalkalicznym środowisku komory elektrolitycznej.

Korzystne jest zastosowanie separatorów jonowymiennych mających właściwość przepuszczania substancji jonowych między przedziałem anodowym i katodowym komory elektrolitycznej, które są przepuszczalne jonoselektywne. Takie materiały jonowymienne sąznane i mogą to być na przykład materiały polimerowe zawierające fluor, korzystnie materiały nadfluoropolimerowe, zawierające grupy anionowe, na przykład grupę karboksylową, sulfonową lub fosforową.

Przedmiot wynalazkujest objaśniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia elektrodę do stosowania w komorze elektrolitycznej według wynalazku w widoku z przodu, fig. 2 - przekrój wzdłuż linii A-A z fig. 1, w widoku od końca, w zmniejszeniu, fig. 3 widok z góry części elektrody do stosowania w komorze elektrolitycznej według wynalazku, fig. 4 - uszczelkę do stosowania w komorze elektrolitycznej według wynalazku, w widoku izomery173 929 cznym, a fig. 5 przedstawia część komory elektrolitycznej w izometrycznym rozłożeniu części, przy czym w tym widoku, i dla uproszczenia, nie pokazano znajdujących się w odpowiednich miejscach elektrody, płyt przegrodowych w elektrodzie.

Na figurze 1do 3 przedstawiono elektrodę 1 komory elektrolitycznej, zawierającą część ramową?, która tworzy otwór środkowy 3 zamknięty mostkowo przez wiele rozmieszczonych pionowo listewek 4 przymocowanych pionowo do części górnej i dolnej ramy 2, które sąrównoległe i odsunięte na pewną odległość od płaszczyzny ramy 2. Listewki rozmieszczone są po obu stronach ramy 2. Listewki sąrozmieszczone tak, że listewka 4 po jednej stronie ramy 2 znajduje się naprzeciwko szczeliny między dwiema sąsiednimi drugimi listewkami 5 po drugiej stronie ramy 2.

Elektroda 1 ma występ 6, do którego mocowane jest odpowiednie połączenie elektryczne. Kiedy zachodzi potrzeba użycia elektrody 1 w charakterze anody, występ 6 zwykle znajduje się na lewej krawędzi ramy 2, a kiedy elektroda 1 ma być wykorzystana jako katoda, występ 6 zwykle znajduje się na przeciwległej krawędzi ramy 2. Rama 2 zaopatrzona jest w dwa otwory 7,8, znajdujące się po jednej stronie otworu środkowego 3, oraz w dwa otwory 9,10 umieszczone po przeciwnej stronie otworu środkowego 3. Przy instalowaniu elektrody w komorze elektrolitycznej, te otwory stanowią część przedziałów biegnących wzdłuż komory, przez którą można załadować roztwory, na przykład elektrolit, do przedziałów anodowego i katodowego komory, i przez które można usunąć produkty elektrolizy z przedziałów komory, anodowego i katodowego. Metal elektrody powinien być dobrany, zależnie od tego, czy ma być wykorzystywany w charakterze anody, czy katody, oraz od rodzaju elektrolitu przeznaczonego do stosowania w komorze elektrolitycznej. W przypadku elektrolizy wodnego roztworu chlorku metalu alkalicznego, korzystne jest wykonanie elektrody wykorzystywanej jako anoda z tytanu, a elektrody wykorzystywanej jako katoda - z niklu.

Listewki 4 i 5 elektrody zwykle mająpowierzchnie wypukłe 11 i powierzchnie wklęsłe 12, a kiedy sąwykorzystywane w charakterze anody, to powierzchnie wypukłe listewek zaopatrzone są korzystnie w pokrycie z materiału aktywnego elektrokatalitycznie.

Elektroda 1 zawiera również dwie płyty przegrodowe 13,14 umieszczone w otworze środkowym 3 elektrody, międzyj ej listewkami 4,5. Płyty przegrodowe 13,14 są do siebie równoległe i rozstawione sąna pewnąodległość względem siebie za pomocą dystansowych występów 15, na jednej z płyt 13, stykających się z powierzchnią drugiej płyty 14. Płyty przegrodowe 13,14 rozciągająsię w zasadzie na całej szerokości otworu 3 elektrody 1. Jednak płyty przegrodowe 13, 14 sąrozmieszczone tak, że występuje pewna wolna przestrzeń między szczytami płyt i dolną częścią ramy 2 oraz pewna przestrzeń między dolnymi końcami płyt i dolną częścią ramy 2. Płyty przegrodowe 13,14 znajdują się w styku z tylnymi wypukłymi stronami listewek, odpowiednio 4,5, przy czym tak rozstawione płyty odsunięte są nieco od aktywnej powierzchni elektrodowej (wypukłej) listewek elektrody.

W przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 1- 3 listewki 4 razem stanowiąpierwszą płytę elektrody, płyta 14 stanowi drugąpłytę, a płyta 13 stanowi płytę przegradzającą, odsuniętą od elektrody aktywnej pierwszej płyty i od zwróconej do niej powierzchni drugiej płyty.

W konkretnym przykładzie, płyty przegrodowe 13 i 14 wykonane są z fluorowego polimeru polietylenowo-propylenowego, przy czym elektrody sąprzeznaczone do wykorzystania w komorze do elektrolizy wodnego roztworu chlorku metalu alkalicznego.

Na figurze 4 przedstawiono uszczelkę 16 złożoną z ramy 17 z otworem środkowym 18. Rama 17 zaopatrzona jest w dwa otwory 19,20 rozmieszczone po jednej stronie otworu środkowego 18 oraz dwa otwory 21,22, umieszczone po przeciwległej stronie otworu środkowego 18. Przy instalowaniu uszczelki w komorze elektrolitycznej, te otwory stanowią część przedłużenia przedziału komory, przez które można załadowywać roztwory, na przykład elektrolit, do przedziałów anodowego i katodowego komory, i przez które można usuwać z tych przedziałów produkty elektrolizy. Otwory 19,22 zaopatrzone są również w odchodzące w górę elementy 23,24 ramy, rozmieszczone wokół otworów, wystające z płaszczyzny uszczelki, które dostosowane są do zainstalowania w otworach, odpowiednio 7,10 elektrody metalicznej, po j ej wmontowaniu do komory elektrolitycznej. Odchodzące w górę elementy 23,24 ramy zapewniają niezbędną izola8

173 929 cję elektryczną komory elektrolitycznej między przedziałami wzdłuż komory ukształtowanymi częściowo przez otwory 7,8,9,10 w elektrodzie. Odchodzące w górę elementy 23, 24 ramy mają konstrukcję jednolitą z uszczelką 16 i mogą być wytwarzane na przykład przez wtrysk z odpowiedniego izolującego elektrycznie polimerowego materiału termoplastycznego, kiedy komora elektrolityczna zawiera uszczelki typu przedstawionego na fig. 4, zaopatrzona j est również w podobne uszczelki, w których wokół otworów 20,21 uszczelki rozmieszczone są elementy 23,24 ramy.

Na figurze 5 przedstawiono część komory elektrolitycznej według wynalazku z katodą 25, uszczelką26, membraną wymiennoj onową 27, uszczelką28, anodą 29, uszczelką30, membraną wymiennojonową31 oraz uszczelką32. Katoda 25 zaopatrzonajest w liczne rozmieszczone pionowo listewki 33 osadzone po obu stronach katody, w cztery otwory 34,35,36,37 oraz występ 38 nadający się do połączenia elektrycznego, przy czym dla uproszczenia, płyty przegrodowe elektrody zostały pominięte. Uszczelka 26 zaopatrzona jest w otwór środkowy 39 i cztery otwory 40,41,42, przy czym czwarty z nich nie został pokazany oraz dwa odchodzące pionowo w górę elementy 43, 44 ramy, wystające z płaszczyzny powierzchni uszczelki. Uszczelka 28 jest uszczelkąpłaskąi zaopatrzona jest w otwór środkowy 45, cztery otwory 46,47,48 i jeden nie pokazany, oraz dwa kanały 49,50, w ściankach uszczelki, stanowiące kanały komunikacyjne między otworem środkowym 45 i otworami, odpowiednio 46,48. Anoda 29 na konstrukcję podobną do katody 25, z tą różnicą, że występ do połączenia elektrycznego znajduje się na dolnej krawędzi anody i nie jest pokazany. Uszczelka 30 ma konstrukcję podobną do uszczelki 26, z tym wyjątkiem, że odchodzące w górę elementy ramy (element 51 i drugi nie pokazany), wystające z płaszczyzny powierzchni uszczelki, rozmieszczone sąwokół otworów 50 oraz drugi nie pokazany, w uszczelce 30, różniących się położeniem od otworów w uszczelce 26, wokół których osadzone są elementy ramy. Uszczelka 32 ma konstrukcję podobną do uszczelki 28, z tą różnicą, że kanały (53 i drugi nie pokazany) w ściankach uszczelki stanowia kanały komunikacyjne między otworem środkowym 54 i otworami w uszczelce (55 i drugi nie pokazany), inaczej rozmieszczone, niż otwory w uszczelce 28, które mająpołączenia z otworem środkowym 45 w uszczelce 28.

W komorze elektrolitycznej uszczelki 28,30 oraz anoda 29, razem tworząprzedział anodowy komory, połączony membranami kationowymiennymi 27,31. Podobnie, przedziały katodowe komory utworzone sąprzez katodę 25, uszczelkę 26 oraz uszczelkę (nie przedstawioną) typu 32 umieszczoną w sąsiedztwie katody 25, przy czym przedział katodowy również połączonyjest za pomocą dwóch membran kationowymiennych. W zestawionej komorze membrany kationowymienne utrzymywane są na swoich miejscach przez uszczelki osadzone po każdej stronie każdej z membran. Dla jasności przykładu wykonania z fig. 5, nie pokazano płyt końcowych komory, które oczywiście stanowiąjej część, ani środków, na przykład śrub, które służą do połączenia wzajemnego elektrod i uszczelek w szczelny zespół. Komora składa się z wielu anod i katod opisanych powyżej. Komora również zaopatrzona jest w głowice (nie przedstawione), z których elektrolit może być załadowywany do przedziału wzdłuż komory, którego część stanowi otwór 37 w katodzie 25. Podobnie, komora zaopatrzona jest również w głowice (nie przedstawione), z których ciecz, na przykład woda, może być załadowywana do przedziału wzdłuż komórki, którego część stanowi otwór 36 w katodzie 25, a następnie za pośrednictwem kanału (nie przedstawionego) w ściankach uszczelki 32 do przedziału katodowego komory, do którego z przedziałów katodowych komory mogą przepływać produkty elektrolizy za pośrednictwem kanału 53 w ściance uszczelki 52 oraz za pośrednictwem przedziału wzdłużnego komory, którego część stanowi otwór 35 w katodzie 25.

Przy pracy komory elektrolitycznej elektrolit załadowywany jest do przedziałów anodowych komory, ciecz załadowywanajest do przedziałów katodowych, a produkty elektrolizy usuwane są z przedziałów anodowego i katodowego komory.

Każda z anod i katod zaopatrzona jest w dwie, rozmieszczone w pewnej odległości płyty przegradzające przedstawione na fig. 1-3, a przy pracy komory elektrolitycznej powoduje się unoszenie elektrolitu w wyniku efektu wyporu gazu w przestrzeni między płytami przegrodowymi 13 i aktywną powierzchnią elektrodową listewek 4 oraz w przestrzeni między płytą przegro173 929 dową 14 i aktywną powierzchnia elektrodową listewek 5. Elektrolit następnie przechodzi w dół, od szczytu przedziału elektrodowego, przestrzenią między płytami przegrodowymi 13, 14. Zachodzi zatem ciągła cyrkulacja elektrolitu w przedziałach elektrodowych, co powoduje bardzo skuteczne mieszanie elektrolitu.

Przedmiot wynalazku zilustrowano poniżej następującymi przykładami.

Przykład 1. Wodny roztwór chlorku sodu (200 g/l) poddano elektrolizie w komorze elektrolitycznej opisanej w odniesieniu do fig. 1-5, w której anoda 29 zaopatrzona była w płyty przegrodowe 13, 14, wykonane z fluorowego kopolimeru etylenowopropylenowego, w której membrany kationowymienne 27,31 były typu kwasu czterofluorosulfonowego i w której listewki anody 29 pokryte były roztworem stałym RuO₂ i TiO₂. Elektrolit miał temperaturę 87°C, a elektroliza odbywała się przy gęstości prądu anodowego wynoszącej 3 kA/m².

W procesie elektrolizy produkowano 32% wag. wodny roztwór wodorotlenku sodu, przy wydajności prądowej wynoszącej 94,5%.

W badaniu porównawczym, elektroliza odbywała się w komorze elektrolitycznej nie wyposażonej w płyty przegrodowe 13, 14. Wytwarzano 32% wag. wody roztwór wodorotlenku sodu, ze sprawnością prądową 93%.

Przykład 2. Powtórzono proces z przykładu 1, z tą różnicą, że katoda 25, jak również anoda 29, zostały wyposażone w płyty przegrodowe 13 i 14.

W procesie elektrolizy produkowano 32% wag. wodny roztwór wodorotlenku sodu, przy sprawności prądowej wynoszącej 95,5%.

173 929

173 929

173 929

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Komora elektrolityczna, składająca się z co najmniej jednej anody i co najmniej jednej katody oraz separatora umieszczonego między anodą i sąsiadującą z nią katodą, dla podziału komory na oddzielne przedziały, anodowy i katodowy, lub na wiele takich przedziałów, przy czym anoda i katoda zawiera elektrodę, która zawiera część ramową, która tworzy otwór środkowy zamknięty przez rozmieszczone pionowo listewki, które razem tworząpierwsząpłytę elektrody i są przymocowane do części górnej i dolnej jednej strony ramy oraz przez rozmieszczone pionowo drugie listewki, które razem tworząpierwsząpłytę elektrody i sąprzymocowane do części górnej i dolnej drugiej strony ramy, przy czym każda z pionowo rozmieszczonych listewek ma aktywną powierzchnię elektrodową na swej zewnętrznej powierzchni, jest równoległa i odsunięta od płaszczyzny ramy, znamienna tym, że w elektrodzie, anodzie lub katodzie, lub obydwu z nich, w otworze środkowym (3) ramy (2), pomiędzy rozmieszczonymi pionowo listewkami (4) i drugimi listewkami (5), rozmieszczone są dwie przegrodowe płyty (13,14), które są odsunięte od zewnętrznej powierzchni (11) listewek i wzajemnie od siebie oraz stykająsię z przeciwległąpowierzchnią(12) listewek, przy czym co najmniej jedna z płyt przegrodowych (13,14) jest zaopatrzona w występy dystansowe (15), które stykająsię zpowierzchniączołową drugiej płyty przegrodowej.
2. 2. Komora według zastrz. 1, znamienna tym, że tworzy komorę elektrolitycznątypu prasy filtracyjnej.
3. 3. Komora według zastrz. 2, znamienna tym, że zawiera liczne anody i katody oraz uszczelki z materiału nieprzewodzącego elektrycznie.
4. 4. Komora według zastrz. 1, znamienna tym, że separator, który korzystnie stanowi przepuszczalną dla cieczy przeponę, wykonany jest z polimeru zawierającego fluor.
5. 5. Komora według zastrz. 1, znamienna tym, że separator, który korzystnie stanowi membranę jonowymienną, wykonany jest z materiału czterofluoropolimerowego zawierającego grupy jonowe.