PL88547B1 - - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania hy¬ draulicznie przepuszczalnej przepony ze spolimeryzowa¬ nego weglowodoru i azbestu, zachowujacej trwale wymia¬ ry, na perforowanej katodzie stosowanej w urzadzeniach do wytwarzania chloru i wodorotlenków metali alkalicz- 5 nych na drodze elektrolizy chlorków metali alkalicznych.Liczne znane elektrolizery stosowane do wytwarzania chloru i wodorotlenków metali alkalicznych na drodze elektrolizy chlorków metali alkalicznych sa elektrolizera- mi typu przeponowego. Prawie wszystkie przepony w tych 10 elektrolizerach sa wytwarzane przez osadzenie zawiesiny wlókien azbestowych bezposrednio na perforowanej kato¬ dzie. Powazna wada takich przepon jest to, ze w czasie pracy azbest silnie pecznieje, na przyklad do okolo 800%, wypelniajac przestrzen pomiedzy anoda i przepona, co 15 powoduje wzrost napiecia elektrolizera i scieranie przepo¬ ny przez powstajacy gaz na anodzie, która w takim ukla¬ dzie jest bardzo zblizona do przepony.Proponowano równiez wytwarzac przepony z azbestu i polimeru wpostaci arkuszy, aleze wzgledu na skompliko¬ wane ksztalty wiekszosc znanych elektrolizerów typu przeponowego, na przyklad takich jak Hooker lub Dia¬ mond, arkusz taki z koniecznosci stanowi zewnetrzna strone komory elektrolitycznej i nie moze byc stosowany bez równoczesnego znacznego zmniejszania czynnej po¬ wierzchni przepony. Takieprzepony arkuszowe moga byc korzystnie stosowane tylko w elektrolizerach typu prasy filtracyjnej lub w elektrolizerach o budowie przeklad¬ kowej.Znany jest takze sposób wytwarzania przeponpolegaja- 30 cy na tym, ze wstepnie uksztaltowana przepone azbestowa nasyca sie roztworem monomeru albo polimeru, a naste¬ pnie prowadzi in situ polimeryzacje monomeru lub wulka¬ nizuje polimer. Jednakze w ten sposób na powierzchni wlókien azbestowych otrzymuje sie ciagla powloke poli¬ meru, a wiec tracisiekorzysci z wymianyjonówi przepusz¬ czalnosci wody, jaka cechuje wlókna azbestowe.Oczywiscie zabiegi zmierzajace do nasycania prefabry¬ kowanej przepony rozdrobnionym polimerem nie zawsze sa jednakowo skuteczne, gdyz mata azbestowa zwykle dziala jak filtri czastki polimeru wyplywaja na powierzch¬ nie, co nie jest korzystne.Wynalazek umozliwia wytwarzanie przepon nie maja¬ cych opisanych wyzej wad. Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze wytwarza sie wodna zawiesine wlóknis¬ tego azbestu i rozdrobnionego termoplastycznego polime¬ ru fiouroweglowodorowego, mechanicznie i chemicznie odpornego na srodowisko znajdujace sie w elektrolizerze, przy czym polimer ten stosuje sie w ilosci dostatecznej do zapobiezenia istotnemu peczenieniu przepony, po czym w zawiesinie tej zanurza sie katode, która ma byc pokryta przepona i za pomoca obnizonego cisnienia osadza na niej jednolita mieszanine wlókienazbestowych i rozdrobnione¬ go polimeru. Nastepnie wyjmuje sie katode z zawiesiny i poddaje dzialaniu temperatury dostatecznie wysokiej do spowodowania mieknienia polimeru. Polimer ten splywa¬ jac wiaze za soba sasiadujace wlókna azbestowe bez wy¬ twarzania na powierzchniwlókien ciaglej powloki. Katode z powloka chlodzi sie do temperatury zblizonej do pokojo¬ wej, otrzymujac przepone, która w czasie pracy elektroli- 8854788547 zera trwale zachowuje swe wymiary i która cechuje to, ze wlókna azbestowe maja na sobie nieciagla powloke ze stopionego polimcm.Najwieksza prawdopodobnie zaleta tego sposobujest to, ze umozliwia on wytwarzanie przepony o bardzo dobrych *5 wlasciwosciach bezposrednio na katodzie zwyklego elek- trolizera do wytwarzania chloru i alkali, bez koniecznosci wprowadzania zmian w jego budowie. W porównaniu ze znana przepona azbestowa, przepona wytwarzana sposo¬ bem wedlug wynalazku, zachowujaca trwale swe wymiary, 10 daje szereg korzysci, a mianowicie trwalosc jej w eksploa¬ tacji jest wieksza, a rozmontowywanie i ponowne sklada¬ nie elektrolizera jest ulatwione, poniewazobróbka cieplna utrwardza i wzmacnia przepone, czyniac ja odporniejsza na uszkodzenia. Poza tym, poniewaz przepona ta pod 15 obciazeniem peczenieje mniej niz o 25% jej pierwotnej grubosci, przeto niepowodujeto znacznego wzrostu napie¬ cia jaki wystepuje w przypadku znanej przepony azbesto¬ wej, która peczeniejac nawet do 800% pierwotnej grubosci wypelnia przestrzen pomiedzy anoda i przepona i wypiera 20 z niej roztwór soli, którego przewodnictwo elektrycznejest wyzsze od przewodnictwa specznionego azbestu.Dzieki temu znacznie mniejszemu pecznieniu mozna zmniejszyc odstep pomiedzy anoda i przepoma, a tym samym dalej zmniejszyc napiecie elektrolizera za pomoca 25 srodków mechanicznych, na przyklad tak zwanych rozsze¬ rzalnych anod, opisanych w opisie patentowym Stanów Zjedn. Am. nr 3674676. Przy stosowaniu przepony wytwo¬ rzonej sposobem wedlug wynalazku, zbedny staje sie dlu¬ gotrwaly zabieg, konieczny w przypadku znanych prze- 3< pon, polegajacy na tym, ze w celu tak zwanego zestalenia przepony azbestowej w poczatkowym okresie pracy, stosu¬ je sie przeplyw roztworu'soli o duzej predkosci, a wiec o malym stezeniu alkalii.Nieciagly charakter powloki z polimeru na powierzchni 35 przepony z wlókien azbestowych, wytworzonej sposobem wedlug wynalazku, umozliwia zachowanie zadanej wy¬ miany jonów i hydraulicznej przepuszczalnosci przepony.Dodatkowa zaleta przepon wytwarzanych sposobem we¬ dlug wynalazku jest to, ze nie sa one podatne na uszkodze- 40 nia na skutek nie dajacych sie uniknac zmian przeplywu podczas pracy urzadzenia w ciagu dlugiego okresu czasu.Katody, na których sposobem wedlug wynalazku osadza sie przepony o stalych wymiarach, sa katodami znanymi, przewaznie umieszczonymi w poprzek komory elektrolize- 45 ra i sa tak wykonane, ze mozna przeplatac licznymi, pionowo umieszczonymi anodami. Katody takie sa opisa¬ ne, na przyklad w opisie patentowym Stanów Zjedn. Ame¬ ryki nr 2987463.Sa one perforowane, to jest wykonane na przyklad fo w postaci siatki, arkusza z otworami lub porowatego metalu, a przewaznie maja postac siatki drucianej, zwlasz¬ cza stalowej i ograniczaja komore zawierajaca katolit.Ogólnie biorac przepone azbestowa na takich katodach wytwarza sie zanurzajac katode w zawiesinie wlókien 55 azbestowych, po czym obniza sie cisnienie w komorze katolitowej, powodujac osadzanie sie wlókien przede wszystkim na czynnych powierzchniach katody. Wynala¬ zek stanowi ulepszenietego zabiegu wytwarzania powloki.Pierwszym stadium procesu prowadzonego sposobem 60 wedlug wynalazku jest wytwarzanie wodnej zawiesiny wlókien azbestowych i rozdrobnionego, termoplastyczne¬ go tworzywa polimerycznego w odpowiednim srodowisku cieklym. Do tego celu stosuje sie znane wlókna azbestowe, nie koniecznie o szczególnie wysokiej jakosci, a nawet ze 65 wzgledu na lepkosc i spoistosc polimeru mozna stosowac wlókna azbestowe o jakosci nizszej niz przy wytwarzaniu przepon ze znanych wlókien azbestowych.Jako polimer, zgodnie z wynalazkiem, stosuje siedowol¬ ne tworzywo termoplastyczne, które jest chemicznie i me¬ chanicznie odporne na dzialanie warunków pracy w elek- trolizerze i które mozna otrzymywac w stanie rozdrobnio¬ nym, to jest w postaci granulek lub czastek o srednicy 0,05 - 200 mikronów lub w postaci wlókien, korzystnie q gru¬ bosci 1,0 -100, a zwlaszcza 1,0-10 denier, o wytrzymalosci na rozciaganie 0,1 - 10, a korzystnie 1,0 - 3,0 g/denier, o dlugosci 0,25 - 25,4 mm, korzystnie 6,35 - 19,5 mm.Oczywiscie mozna stosowac takze mieszaniny wlókien i granulek lub granulek i wlókien o róznych wielkosciach.Szczególnie korzystnie stosuje sie spolimeryzowane flu- oroweglowodory, takiejak polifluorek winylu, poliflourek winylidenu, policzterofluoroetylen, policzterofluoroetyle- nopropylen, polichlorotrójfluoroetylen i kopolimery poli- chlorotrójfluoroetylenu z polietylenem. Mozna tez stoso¬ wac rózne zwiazki akrylowe* takie jak polimetakrylan metalu, zwiazki fenolowe, takie jak fenoloformaldehyd, jak równiez polietylen, polistyren, kopolimery akryloni¬ trylu z chlorkiem winylu, polichlorek winylidenu, polich¬ lorek winylu, chlorowany polichlorek winylu, poliestry, poliimidy, polimerkaptany, polisulfony itp.Jako ciekle srodowisko do wytwarzania zawiesiny sto¬ suje sie przewaznie srodowiska wodne, takie jak woda, solanka lub syntetyczny albo naturalny roztwór elektroli¬ tyczny, na przyklad zawierajacy okolo 15% wagowych chlorku sodowego i 15% NaOH, albo mieszaniny tych roztworów.W celu ulatwienia zwilzania skladników prze¬ pony, a zwlaszcza polimeru, przewaznie stosuje sie doda¬ tek substancji powierzchniowo czynnej, przy czym mozna stosowac zasadniczo dowolne ze znanych srodków zwilza¬ jacych, na przyklad niejonowych, takich jak oktylofeno- ksypolietoksyetanol.Zawiesina zawiera przewaznie 5 - 30 g substancji sta¬ lych, to jest azbestu i polimeru, w 1 litrze oraz 0.01 - 0,1% substancji powierzchniowo czynnej. Polimer stosuje sie w ilosci dostatecznej do zapobiezenia istotnemu peczenie- niu azbestowej przepony podczas pracy i ilosc jego zalezy od jego rodzaju, zwlaszcza od jego fizycznej postaci.Tak tez w przypadku wlókien stosuje sie tym wiecej polimeru im wieksza jest dlugosc jego wlókien i na przy¬ klad jezeli przecietna dlugosc wlókien wynosi 6,35 mm, to polimer taki stosuje sie w ilosci 25% wagowych lacznej masy azbestu i polimeru, a jezeli stosuje sie taki sam polimer, o takiej samej grubosci lecz o srednicy 12,8 mm, to w celu otrzymania takiego samego skutku trzeba stosowac do 50% wagowych polimeru w stosunku do masy azbestu i polimeru. Polimer granulowany mozna stosowac w duzo mniejszych ilosciach, na przyklad 5,0 - 15% wagowych w zaleznosci od wielkosci granulek. Wynika z tego, ze niekiedy korzystnie jest stosowac polimer w postaci mie¬ szaniny wlókien z granulkami. Przewaznie rozdrobniony polimer stanowi 1,0-70%, korzystnie 5,0- 70% wagowych w stosunku do masy azbestu i polimeru.Typowym przykladem zawiesiny w przypadku polimeru w postaci wlókien jest zawiesina, która w 1 litrze cieczy z elektrolizera, o stezeniu 15% Na Cl i 15% Na OH, zawiera g wlókien azbestowych, 5 g wlókien policzterofluoroe- tylenu i 0,05 g substancji powierzchniowo czynnej.Typowym przykladem zawiesiny w przypadkupolimeru granulowanego jest zawiesina zawierajaca w 1 litrze wody88547 g wlókien azbestowych, 1,64 g polifluorku winylidenu i 0,74 g sitlfobursztynianu dwuokrylosodowego.Po otrzymaniu jednolitej zawiesiny zanurza sie w niej katode lub katody, ewentualniemiesza zawiesineikomore katodowa laczy sie ze zródlem zmniejszonego cisnienia.Poczatkowo stosuje sie cisnienie obizone o 25-250 mm Hg, a nastepnie obniza na przyklad o 625 mm Hg, az do otrzymania równomiernej powloki. Nastepniekatode z po¬ wloka wyjmuje sie i suszy w temperaturze okolo 95°C, otrzymujac przepone o grubosci wynoszacej przewaznie 0,75-3,2 mm.W nastepnym stadium procesu stapia sie polimerwtem¬ peraturze zaleznej od rodzaju uzytego tworzywa termo¬ plastycznego i latwej do okreslenia. Jest to temperatura, w której dany polimer mieknie i daje sie odksztaltowac plastycznie, ale w której nieulega rozkladowi. Temperatue taka mozna uzyskac umieszczajac katode z powloka w pie¬ cu. Jest rzecza wazna, aby cala powloka osiagnela wyma¬ gana temperature, zapewniajac maksymalne i calkowite stopienie polimeru.Dzieki stosowaniu termoplastycznego polimeru w po¬ staci rozdrobnionej, na powierzchni wlókien azbestowych otrzymuje sie nieciagla powloke z polimeru, która ogólnie biorac sluzy do polaczenia sasiadujacych ze soba wlókien azbestu w punktach ich krzyzowania sieza pomoca stopio¬ nego polimeru.Jezeli zas rozdrobniony polimer jest równiez wlóknisty, to powstaje siatka ze stopionego polimeru, stanowiac do¬ datkowe powiazania wlókien azbestu. Nastepnie katode z przepona pozostawia siedo ochlodzenia,po czymjest ona gotowa do wmontowania w elektrolizer.Sposobem wedlug wynalazku otrzymuje sie bezposred¬ nio na katodziejednolita, spoista przepone przylegajaca do katody. W normalnych warunkach pracy elektrolizera, przepona taka pecznieje mniej niz ookolo 25% i jej przepu¬ szczalnosc oraz zdolnosc rozdzielania jest taka, ze przy gestosci pradu 645 A/dm- oraz szerokosci komory anolito- wej 7,5-50 cm uzyskuje sie stezenie wodorotlenku alkali¬ cznego wynoszace co najmniej 135 g/litr, przy sprawnosci katody wynoszacej co najmniej 95%.Nalezy podkreslic, ze jezeli stosuje sie rozdrobniony polimer w postaci wlókien, wówczas zasadniczo zadna czesc przepony nie siega w glab komory katodowej poza plaszczyzne okreslona siatkowa katoda, dzieki czemu pro¬ ces wytwarzania wodoru przebiega lepiej niz przy uzyciu znanych przepon azbestowych, które pod wplywem obni¬ zonego cisnienia sa podczas procesu osadzania czesciowo wciagane poza te plaszczyzne. Poza tym usuwanie przepo¬ ny wedlug wynalazku jest latwiejsze.Przyklad I. Doi litra wodnej cieczy z elektrolizera, zawierajacej 15% NaOH i 15% NaCl, dodaje sie 5 g wlókien z policzterofluoroetylenu o grubosci 6,67 denier i dlugosci 6,3 mm oraz 0,05 g srodka TritonX-100 (Rohm and Haas), bedacego niejonowym srodkiem powierzchniowo czynnym - oktylofenoksypolietoksy-etanolem. Zawiesine miesza sie az jdo calkowitego zwilzenia wlókien polimeru, po czym dodaje 15 gwlókien azbestowych (2 czesci wlókienHooker Two na 1 czesc wlókien Hooker One) i miesza az do otrzymania jednolitej zawiesiny. W zawiesinie tej zanurza sie siatkowa katode z drutu stalowego o srednicy 2,4 mm, kalandrowanej do grubosci 4 mm i obniza cisnienie we¬ wnatrz katody o 63 mm Hgnaokresokolo 5minut, po czym dalej o okolo 710 mm Hg na okres 10 minut. Nastepnie wyjmuje sie katode z zawiesiny i odsysa pod cisnieniem obnizonym o okolo 710 mm Hg, po czym suszy w tempera- 6 turze 95°C w ciagu 1 godziny i ogrzewa w temperaturze 370°C w ciagu 1 godziny w celu stopienia polimeru.Otrzymana katodez przepona umieszczasie wodleglosci 12,5 mm od anody o stalych wymiarach w laboratoryjnym elektrolizerze, stosujac jako anolit nasycony roztwór chlorku sodowego i prowadzi elektrolize w temperaturze . 90°C. Uzyskuje sie mniejsze napiecie robocze o 150 mili- woltów w porównaniu z procesem przy uzyciu katody pokrytej przepona azbestowa wytworzona w takich sa¬ lo mych warunkach lecz bez uzycia polimeru. Przepona nie zawierajaca polimeru ulega silnemu specznieniu juz po uplywie 160 godzin pracy, natomiast wprzypadku przepo¬ ny wytworzonej sposobem wedlug wynalazku nie obser¬ wuje sie wyraznego specznienia nawet po 775 godzinach pracy.Przyklad II. Postepujac w sposób opisany w przykla¬ dzie I, ale stosujac 50% wagowychwlókienz policzteroflu¬ oroetylenu o dlugosci 12,7 mm i grubosci 6,67 denier, otrzymuje sie katode pokryta przepona. Próby przeprowa- dzone Jak w przykladzie I wykazaly, ze katoda z ta przepo¬ na pracuje w ciagu ponad 2700 godzin ze sprawnoscia oddzielania wynoszaca 98% i przynapieciu o 240 miliwol- tów nizszym od napiecia przy uzyciu analogicznej katody z przepona nie zawierajaca polimeru.' Przyklad III. Wytwarza sie zawiesine mieszajac w 8 litrach wody 60 g wlókien azbestowych Hooker Two, 3,0 g sulfobursztynianiu dwuokrylosodowego i 6,6gpreparatu Kynar 7201 (Pennwalt Corporation), bedacego kopolime¬ rem polifluorku winylidenu i policzterofluroetylenu o cza- stkach o wielkosci okolo 5 mikronów. Zotrzymanej zawie¬ siny sposobem opisanym w przykladzie I wytwarza sie przepone na katodzie, suszy ja w temperaturze 125°C w ciagu 30 minut i utwardza w temperaturze 260°C w ciagu minut. Otrzymana katoda pokryta przepona ma bardzo dobra przepuszczalnosc i pracuje przy napieciu korzyst¬ niejszym niz katoda ze znana przepona azbestowa nie zawierajaca polimeru.Przyklad IV. Wytwarza sie zawiesine mieszajac w 2 litrach wody w ciagu 10 minut 20 g preparatu Teflon 30 40 B (Du Pont de Nemours and Co), bedacegowodnadyspers¬ ja policzterofluoroetylenu o czastkach wielkosci 0,05- 0,5 mikrona z dodatkiem nie jonowego srodka powierzchnio¬ wego czynnego oraz 36 g wlókien azbestowychHookerOne i 72 g wlókien azbestowych Hooker Two, po czym dodaje 45 sie 2,5 litra wody i 1,5 litra cieczy z elektrolizera, zawiera¬ jacej okolo 15% NaOH i 15% NaCL Z zawiesiny tej wytwarza sie na katodzie przepone sposobem opisanym w przykladzie I, suszy w temperaturze 150°C w ciagu 30 minut i utwardza w temperaturze 370°C 50 w ciagu 30 minut. Otrzymana katoda z przepona nadaje sie bardzo dobrze do pracy w elektrolizerze do wytwarzania chloru i wodorotlenku alkalicznego.Postepujac w sposób opisany w przykladzie IV, lecz stosujac zamiast 4 litrów wody, 4 litry nasyconego roztwo- 55 ru wodnego chlorku sodowego, otrzymuje sie zawiesine dajaca podobnie dobre wyniki. PL

Claims (8)

1. Zastrzezenia patentowe 60 1. Sposób wytwarzania na perforowanej katodzie hy¬ draulicznie przepuszczalnej przepony ze spolimeryzowa- nego fluoroweglowodoru i azbestu, zachowujacej trwale wymiary, znamienny tym, ze wytwarza sie wodna zawiesi- 65 ne wlóknistego azbestu i rozdrobnionego, termoplastycz-88547 nego polimeru fluoroweglowodorowego, ewentualniez do¬ datkiem substancji powierzchniowo czynnej, stosujac po¬ limer w ilosci dostatecznej do zapobiezenia istotnemu pecznieniu przepony, po czym w zawiesinie tej zanurza sie katode, która ma byc pokryta przepona i za pomoca obni¬ zonego cisnienia osadza na niej jednolita mieszanine wló¬ kien azbestowych i rozdrobnionego polimeru, a nastepnie wyjmuje sie katode z zawiesiny iogrzewa w celuzmiekcze¬ nia polimeru, który splywajac wiaze ze soba sasiadujace wlókna bez wytwarzania na ich powierzchni ciaglej po¬ wloki z polimeru, poczym katode pokryta przepona chlo¬ dzi sie do temperatury zblizonej do pokojowej.
2. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze polimer stosuje sie w ilosci 5 - 70% wagowych w stosunku do calkowitej masy polimeru i azbestu.
3. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje 10 15 8 sie zawiesine, która w 1 litrze zawiera 5 - 30 g azbestu i polimeru.
4. 4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze przed ogrzaniem katody pokrytej przepona do temperatury miekniecia polimeru przepone suszy sie.
5. 5. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze rozdrob¬ niony polimer stosuje sie w postaci wlókien i/albo ziaren.
6. 6. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako polimer stosuje sie policzterofluoroetylen.
7. 7. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 6, znamienny tym, ze jako polimer stosuje sie policzterofluoroetylen w postaci wlókien o grubosci 1,0 - 100 denier, wytrzymalosci na rozciaganie 0,1-10 g/denier i dlugosci 0,25 - 25,4 mm.
8. 8. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje sie rozdrobniony polimer w postaci ziaren osrednicy 0,05- 200 mikronów. CZYTELNO Sklad wykonano w DSP, zam. 6148 Druk w UP PRL, naklad 125 + 20 egz. i na zl 10.- PL