PL40963B1 - - Google Patents

Description

Opublikowano dnia 10 kwietnia 1955 r.IBLlOTErf«H/ Urzedu Patentowego POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 40963 KI.-12 I, 9- VEB Elektrochemisches Kombinat Bitterfeld *) Bitterfeld, Niemiecka Republika Demokratyczna.Elekffrolizer Patent trwa od dnia 11 lutego 1956 r.Wynalazek dotyczy elektrolizera na bardzo wysokie obciazenie pradowe, s uzacego do wytwarzania zracego lugu alkalicznego obok chloru i wodoru.Do elektrolitycznego rozkladu roztworów soli, zw aszcza chlorków alkalicznych propo¬ nowano juz wiele elektrolizerów. Od budowy elektrolizera, a zwlaszcza od celowego uksztal¬ towania i rozmieszczenia elektrod, zaleza w znacznym stopniu korzysci gospodarcze i lat¬ wosc obslugi. Z punktu widzenia zuzycia ener¬ gii elektrycznej najkorzystniejsze okazaly sie elektrolizery przeponowe. Wsród nich tylko nie¬ liczne znalazly powszechne zastosowanie w wiel¬ kim przemysle, a mianowicie te, które moga pracowac przy natezeniu pradu 7000—12000 am- perów. Do nich nalezy ogólnie znana kon¬ strukcja w postaci czworokatnego, stosunkowo *) Wlasciciel patentu oswiadczyl, ze. wspól¬ twórcami wynalazku sa Walter Heyder, Hans Heinrich Ehlers, Alfred Heymann, Gustav Mehre ^i Otto Bergmann. niskiego zbiornika zelaznego o duzym prze¬ kroju poprzecznym, którego scianki wewnetrz¬ ne sa zabezpieczone odpowiednpri wymurowa¬ niem przed dzialaniem chloru, *przy czym wy¬ murowanie to zapobiega jednoczesnie stratom energii wskutek promieniowania cieplnego.Dolna czesc zbiornika jest calkowicie wypel¬ niona wbudowanym na stale poziomym ukla¬ dem katod, a ponad wielkopowierzchniowa katoda jest rozmieszczona równolegle do niej wieksza liczba pyt grafitowych jako anody, które sa polaczone elektrycznie z ustawionymi pionowo pretami grafitowymi; prety grafitowe sa pojedynczo zawieszone na pokrywie zbior¬ nika, nie przewodzacej elektrycznosci i wyko¬ nanej z piaskowca lub betonu, oraz uszczel¬ nione i zaopatrzone w koncówki elektryczne prowadzace do szyn zbiorczych. Elektrolizery takie okazaly sie korzystne, wymagaja jednak w stosunku do mozliwosci obciazenia prado¬ wego bardzo duzej powierzchni dna, a wiec równiez i odpowiedniej przestrzeni roboczej.Dalsze wady wystepuja w zwiazku z koniecz¬ noscia stosowania wielu dajacych sie trudno^ *kontrolowac punktów kontaktowych doprowa¬ dzania pradu do pojedynczych anod grafito¬ wych, oraz z ich rozmieszczeniem poziomym ponad powierzchnia przepon, co powoduje . z biegiem czasu znaczne zanieczyszczenie prze¬ pony odkruszonymi czastkami grafitu.Przedstawionych wyzej wad unika sie przy * innej budowie elektrolizera dzieki temu, ze czynne powierzchnie elektrod nie sa rozmiesz¬ czone w calosci jedna nad druga, lecz stojac / pionowo tak sa ustawione, ze p ytkowe ano¬ dy grafitowe zachodza pomiedzy katody prze¬ ponowe, uksztaltowane w postaci kieszeni. i W ten sposób w mozliwie malej przestrzeni umieszcza sie mozliwie duza powierzchnie elektrod, przy czym zmniejsza sie opór we¬ wnetrzny, uzyskuje sie niskie napiecie kapie¬ li, a elektrolizer otrzymuje dzieki temu ksztalt w przyblizeniu szescienny, co jest korzystne ze wzgledu na zmniejszenie strat ciepla. Jednak ze wzgledów technicznych konieczne jest wy¬ konanie elektrolizera z trzech czesci. Czesc denna jest wykonana z cementu i uksztaltowa¬ na w postaci wanny, w której plyty anodowe, ustawione sa pionowo i dzieki osadzeniu ich dolnych konców w odlanej plycie olowianej stanowia elektrycznie polaczona ca osc. Na- czesci dennej spoczywa czesc srodkowa sta¬ nowiaca nosnik katod o ksztalcie ramy z bla¬ chy stalowej. W ramie tej sa rozmieszczone w dwóch rzedach pionowo i polaczone z nia elektrycznie katody o ksztalcie kieszeniowym.Od góry elektrolizer jest zamkniety gazo¬ szczelna pokrywa cementowa.Szczególna zaleta takiego elektrolizera jest to, ze posiada konstrukcje wymagajaca ma'o przestrzeni w stosunku do obciazenia prado¬ wego. Elektrolizer wykonuje sie trójdzielny z tego wzgledu, aby rame podtrzymujaca ka¬ tody mozna bylo latwo usunac i zastapic ja % inna podobna rama w przypadku koniecznos¬ ci wymiany przepony. Anody sa zamocowane w czesci dennej, aby mozna ich nie ruszac, gdy zachodzi koniecznosc wymiany czesci prze¬ ponowej, co podczas rocznego czasu pracy anod potrzebne jest trzy lub czterokrotnie. Wyste¬ puje tu ta niedogodnosc, ze przy wymianie anod elektrolizer trzeba calkowicie rozmon¬ towywac, wskutek czego czesci cementowe dna staja sie, praktycznie biorac, bezwartosciowe W przypadku, gdy elektrolizer ma pracowac nie tylko przy natezeniu 7000—12000 amperów, lecz przede wszystkim przy bardzo wysokim natezeniu 30000—40000 amperów lub wyzszym nie mozna juz zachowac jego szesciennego ksztaltu, poniewaz stojace pionowo anody nie moga byc dowolnie zwiekszone do góry bez jednoczesnego niekorzystnego wplywu na prze¬ plyw pradu pomiedzy elektrodami. Wymagane przy bardzo duzym obciazeniu zwiekszenie czynnej powierzchni elektrod moze wiec na¬ stepowac tylko w kierunku poziomym, a przez to zmieniaja sie znów korzystne stosunki wy¬ miarów potrzebne do latwej wymiany czesci elektrolizera.Przedmiotem wynalazku jest elektrolizer na bardzo wysokie obciazenie elektryczne rzedu do 40000 amperów i wiecej. Posiada on postac duzej i plaskiej wanny zelaznej, której scian¬ ki sa zaopatrzone w wymurowanie odporne na dziaianie chloru i zapobiegajace' stratom cie¬ pla tak, jak juz bylo opisane wyzej. Wedlug wynalazku zawieszone sa w niej odpowiednio zbudowane zespoly katod i anod, posiadajace poszczególne elektrody rozmieszczone pionowo i wzajemnie równolegle i mogace byc latwo usuniete i w krótkim czasie wymienione, i któ¬ rych liczba zalezy od obciazenia.Korzysci, jakie uzyskuje sie przy elektroli- zerze o ksztalc'e szesciennym przez zastoso¬ wanie stojacych pionowych elektrod, pod wzgledem oszczednosci przestrzeni oraz lat¬ wosci transportu i wymiany trzech czesci elektrolizera traci sie przy przejsciu na duze elektrolizery tego samego rodzaju. Wedlug wy¬ nalazku zachowuje sie je dzieki temu, ze wanny elektrolizerów pozostaja nieruchome i dlatego moga byc dowolnie duze, natomiast zespoly katod i anod o specjalnej konstrukcji moga byc latwo i szybko usuwane z wanny i w ciagu krótkiego czasu zastapione nowymi zespolami.Przez zastosowanie nowej postaci obydwóch zespolów elektrod uzyskuje sie ponadto dalsze korzysci techniczne i gospodarcze. Rozmiesz¬ czenie katod przeponowych wolnych z jednej strony i posiadajacych po aczenie elektryczne jedynie od srodka do wspólnej belki wydrazo¬ nej, która sluzy jednoczesnie do odprowadza¬ nia tworzacego sie lugu, pozwala nie tylko na latwiejsze i bardziej dokladne zestawianie elektrolizera, lecz równiez na bardziej równo¬ mierne i dajace sie lepiej kontrolowac nalo¬ zenie przepon powloki, co praktycznie daje ta¬ ki skutek, ze czesc przeponowa w ciagu okolo rocznego okresu pracy anod nie trzeba juz wymieniac trzy lub czterokrotnie, lecz tylko jednorazowo jednoczesnie z zespolem anod; mozna nawet powiedziec, ze czesc przeponowa moze ewentualnie wytrzymac dluzej. Tym sa-mym odpada koniecznosc umieszczania anod na czesci dennej stojaco, co pociagalo za soba te niedogodnosc, ze nie mozna bylo kontrolo¬ wac wystepujacych bledów kontaktowania i miejsc nadzeranych oraz usuwac je podczas pracy elektrolizera. W elektrolizerze wedlug wynalazku jako nosnik anod s'uzy pokrywa zelazna, do której plyty grafitowe sa przyla¬ czone elektrycznie i w której osadzone sa one w wycieciach o podwyzszonych obrzezach, od¬ powiadajacych przekrojowi poprzecznemu ano¬ dy, dzieki czemu powstaje calosc, która moze byc latwo poruszana. W ten sposób staja sie dostepne miejsca polaczen poszczególnych anod, które moga byc dokladnie kontrolowa¬ ne podczas prowadzenia procesu oraz wynikly opór przejsciowy lub miejsca nadzarte moga byc latwo usuniete. Zawieszenie anod daje po¬ nadto te korzysc, ze odpadajace podczas ich pracy czastki grafitowe nie gromadza sie mie¬ dzy elektrodami, jak to bylo dotychczas, lecz spadaja do przestrzeni dennej, znajdujacej sie pod elektrodami i w ten sposób z obszaru elektrod zostana usuniete. Na rysunku fig. 1—3 przedstawiaja budowe elektrolizera z obu ze¬ spolami elektrod.Fig. 1 i 2 przedstawiaja elektrolizer w prze¬ kroju podluznym i poprzecznym. Cyfra 1 ozna¬ cza prostokatny, plaski zbiornik zelazny, za¬ opatrzony w nieprzepuszczajace roztworów so¬ li wymurowanie 2, wykonane z pyt kamien¬ nych laczonych cementem. W wymurowaniu 2 sa zawieszone szczelne na roztwory soli zespoly katod K, skladajace sie z wydrazonej belki 3, do której obu boków podluznych przyspawa¬ ne sa w okreslonych odstepach katody kie¬ szonkowe 4. Elektrolizer jest zamkniety pokry¬ wami zelaznymi 5, z których kazda stanowi nosnik plyt grafitowych 6, zwisajacych jako anody w przestrzeniach pomiedzy katodami kieszeniowymi 4. Pokrywy 5 sa zaopatrzone w katownikowe - obrzeze 7, skierowane w dól i ze wszystkich stron ogumione, które wcho¬ dza z jednej strony w pierscieniowy rowek 3, wykonany na górnej krawedzi wymurowania zbiornika, a z drugiej strony w szyne 9 o ksztalcie litery U, zamocowana na górnej stronie belki wydrazonej, przy czym przez za¬ lanie obrzeza masa gazoszczelna i izolacyjna uzyskuje sie oddzielenie elektryczne zespolów anod A od zbiornika 1, do którego nosniki ka¬ tod K sa elektrycznie przylaczane. Pokrywy 5, zabezpieczone od wewnatrz przed dzialaniem chloru, np. przez powloke gumowa, zaopatrzo¬ ne sa w szereg wyciec z krawedziami 10, skie- — 3 rowanymi ku górze w których sa zawieszone plyty grafitowe 6, przy czym przestrzen mie¬ dzy plytami i krawedziami 10 jest wypelniona materialem dobrze przewodzacym prad elek¬ tryczny tak, ze plyty uzyskuja dobre polacze¬ nie elektryczne z pokrywa zelazna. Ponadto pokrywy sa zaopatrzone w krócce U, 12 z któ¬ rych krócce 11 sluza do doprowadzania roz¬ tworu soli, a krócce 12 — do odprowadzania chloru. Belki wydrazone 3 sa zaopatrzone u góry w krócce 13, sluzace do odprowadzania wodoru, a u dolu w krócce 14, które szczelnie pasuja do przewodu sciekowego 15, przez któ¬ ry lug wyplywa na zewnatrz. Prad elektrycz¬ ny doprowadza sie do zespolów anod A przez szyne 16 i odprowadza sie przez szyne 17 za¬ mocowana na zbiorniku zelaznym 1, polaczo¬ nym elektrycznie z zespolami katod K.Na lig. 3 przedstawiono umieszczony we wnetrzu wanny 1, zaopatrzonej w wymuro¬ wanie 2, uk ad zespolów katod K, skladaja¬ cych sie z belek wydrazonych 3 i polaczonych z nimi kieszeniowych katod 4, miedzy które wchodza anody grafitowe 6. Na belkach wy¬ drazonych 3 znajduja sie krócce 13 do odpro¬ wadzania wodoru.Wyzej opisany i przedstawiony ~ na rysunku nowy elektrolizer do przemyslowego wytwa¬ rzania lugów zracych obok chloru i wodoru, pracujacy przy natezeniu ponad 40000 ampe- rów, dziala w praktyce dobrze/Zaleta jego jest mozliwosc okolo trzy do czterokrotnego zwiek¬ szenia obciazenia w porównaniu z elektrolize- rami przeponowymi dotychczas stosowanymi w przemysle oraz prosta i przejrzysta kon¬ strukcja. Ponadto przy trwalej konstrukcji zespoly katod i anod daja sie latwo wymie¬ niac. Dalsze korzysci elektrolizera wedlug wy¬ nalazku stanowia trzy lub czterokrotnie wiek¬ sza wytrzymalosc przepon niz dotychczas, lat¬ wiejsza kontrola zlaczy anod oraz mozliwosc zbierania czastek padajacych od elektrod gra¬ fitowych w przestrzeni, znajdujacej sie poni¬ zej poza obszarem dzialania elektrolitycznego elektrod. Nalezy jeszcze zwrócic uwage na nie osiagane dotychczas przy tak wysokim obcia¬ zeniu napiecie poczatkowe 3,0 woltów.Tak wiec stalo sie mozliwe prowadzenie elektrolizy w' elektrolizerze przemyslowym we¬ dlug wynalazku, przy natezeniu np. 40000 A, obciazeniu elektrod okolo 600 A/m2, srednim napieciu kapieli 3,25 wolta i sprawnosci elek¬ trycznej 94°/o przez okres jednego roku, bez koniecznosci zmian lub wymiany poszczegól¬ nych elementów, a nastepnie w krótkim cza- W^sie usuniecie ze stojacej wanny obydwu zespo¬ lów elektrod, zastapienie ich innymi podobny¬ mi zespolami uprzednio przygotowanymi i pro¬ wadzenie procesu dalej.Jest rzecza zrozumiala, ze nowa konstrukcja moze byc zastosowana bez wiekszych zmian równiez do elektrolizerów o wyzszym lub niz¬ szym obciazeniu elektrycznym. PL

Claims (1)

Zastrzezenia patentowe

1. Elektrolizer na bardzo wysokie obciazenia pradowe, np. na 20000 lub 40000 amperów, s uzacy do przemyslowego wytwarzania lu¬ gów obok chloru i wodoru, znamienny tym, ze w czworokatnej wannie (1) z pokrywa¬ mi (5), wykonanymi z zelaza i zabezpieczo¬ nymi przed dzialaniem chloru, jak równiez izolowanymi wzajemnie elektrycznie, posia¬ da pewna liczbe — zaleznie od obciazenia — jednakowych zespolów katod (K), z któ¬ rych kazdy sklada sie z przewodzacej prad elektryczny belki wydrazonej (3), do której sa przyspawane szeregi katod (4), w posta¬ ci wydrazonych elementów o ksztalcie kie¬ szeniowym i o powierzchni z siatki metalo¬ wej pokrytej przepona, a w przestrzeniach pomiedzy katodami posiada rozmieszczone jako anody plyty grafitowe (6), które sa polaczone z pokrywami (5) i dopasowane swoimi przekrojami poprzecznymi do wy¬ konanych w pokrywach wyciec (10) z pod¬ wyzszonymi obrzezami w ten sposób, iz tworza calosc dobrze przewodzaca elektrycz¬ nosc, przy czym zarówno zespoly katod (K), jak równiez zespoly anod (A) moga byc latwo wyjete i zastapione podobnymi zespo¬ lami, bez koniecznosci demontowania wan¬ ny (1). Elektrolizer wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze zespoly katod (K) sa polaczone elektrycznie z wanna zelazna (1). VEB Elek trochcmisches Kombinat Bitterfeld Zastepca: Kolegium Rzeczników Patentowych 7 5 11 1o 12 16 4- K 4 6Kb Fig.1 13 17 13 17 Fig.2 Wzór jednoraz. CWDy zam. EL/Ke. f!zest. 2aifl. fjft* *7 o^ft 100 e^z. Al pism. ki. 3 iBlBLlOTEKi Urzedu PatentowegoI PL