Przedmiotem wynalazku jest sposób prowadzenia elek¬ trolizy roztworów wodnych zawierajacych jony sodu i/lub potasu oraz aniony kwasów mineralnych i/ lub kwasów organicznych i/ lub jony hydroksylowe oraz urzadzenie do elektrolizy zawierajace baterie elektrolizerów ustawio¬ nych jeden na drugim.Znane sa procesy przemyslowego wytwarzania wodo¬ rotlenku sodowego i chloru w oparciu o elektrolize wodne¬ go roztworu chlorku sodowego. Podczas elektrolizy roz¬ tworu NaCl, na anodzie wydziela sie chlor, a na katodzie sód, tworzac nastepnie roztwórwodnywodorotlenku spdu.Roztwór ten podczas dysocjacji tworzyjony OH"zdazajace do anody w celu utworzenia chlorowodorku w reakcji z chlorem. Zeby zapobiec wtórnej reakcji chloru, komory anodowe i katodowe rozdziela sie przegroda.Istnieja dwa sposoby rozwiazania powyzszego proble¬ mu. Zastosowanie porowatej sciankioddzielajacej zazbes¬ tu lub z cementu, stanowiacej mechaniczna przeszkode dla wedrówki jonów OH" do anody, lub calkowite oddzielenie komór katodowych i anodowych (metoda Hg), W sposobie pierwszym wodór i soda kaustyczna wytwa¬ rzane sa na katodzie, która znajdujesie w komorze katodo¬ wej elektrolizera, natomiast chlor wytwarzany jest na anodzie, która znajduje sie w komorze anodowej. Solanka przemieszcza sie poprzez przepone z komory anodowej do katodowej.Wcelu wyeliminowania tworzenia sie chloranów wano- licie i strat wydajnosci pradowej stosuje sie wymuszony przeplyw roztworu. Przy ograniczeniu przeplywu solanki przez przepone, w celu unikniecia tworzenia sie chlora- nów, uzyskuje sie elektrolize jedynieokolo polowychlorku sodowego.Drugi sposób wytwarzania chloru i wodorotlenku sodu polega na zastosowaniu rteci w elektrolizie solankiw celu wytworzenia amalgamatu sodowego na katodzie i chloru na anodzie. Amalgamatpoddaje sie dzialaniu wody w celu wytworzenia roztworu wodorotlenku sodu i wodoru wol¬ nego od chlorku sodu. W celu usuniecia sodu iwytworzenia tym samym wodorotlenku sodowego, przemywa sie rtec woda destylowana. Proces ten realizowanyjestwobecnos¬ ci grafitu i prowadzi do wytworzenia roztworu wodorot¬ lenku, gazowego wodoru i stosunkowo wolnej od sodu rteci, która podlega recyrkulacji.Dla wyjasnienia roli katody rteciowej w tym sposobie, rozpatrzmy elektrolize roztworu chlorku sodowego. Chlor wytwarzany jest na anodzie, a wodór na katodzie, gdzie równoczesnie wytwarzany jest wodorotlenek sodu, zgod¬ nie z reakcja: 2NaCl + 2H20 = 2NaOH + Cl2 + H, przy braku przegrody pomiedzy ciecza anodowa i katodo¬ wa zachodza nastepujace reakcje wtórne: 2NaOH + Cl2 = NaOCl + NaCl + H20 2NaOCl = NaClO, + 2NaCl C(grafit) + 2NaOCl = 2NaCl + CO, Cl2 + H2 = 2HC1 (wybuch) Naturalnie taki sposób nie prowadzi do wytwarzania wo¬ dorotlenku sodowego i chloru. Z drugiej strony, jesli rtec jest stosunkowo czysta, wodór nie bedzie wytwarzal sie w sposób sprzyjajacy uwalnianiu sodu i rtec przejdzie w amalgamat sodowy, zgodnie z ponizsza reakcja: 91 05991 059 2NaCl -^ 2Na(Hg) + Cl2 Znany jest z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 445 374 sposób dokonywania elektrolizy wodnych roztworów soli alkalicznych (chlorku sodu) me¬ toda rteciowa, prowadzony w zakresie cisnien od 0,6 do2,0 KG/cm2. W procesie role katody spelnia rtec. Rtec po polaczeniu z sodem (w postaci amalgamatu), splywa do osobnej komory gdzie w czasie rozkladu tworzy sie wodo¬ rotlenek sodu. Chlor uzyskiwany w procesie elektrolizy znajduje sie w stanie gazowym.Znany jest z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 464 910 sposób dokonywania elektrolizy wodnych roztworów soli alkalicznych metoda rteciowa, prowadzony w zakresie cisnien od 3 do 5 KG/cm2 lub nawet do 10 KG/cm2 przy temperaturach wyzszych od 100°C.Zastosowanie tak wysokich temperatur ma na celu uwol¬ nienie solanki kierowanej do wzbogacania od chloru, na skutek zmniejszenia rozpuszczalnosci chloru w solance.Podwyzszone cisnienie umozliwia prace elektrolizera w temperaturach powyzej 100°C, a ponadto pozwala zmniejszyc zawartosc pary wodnej w uzyskanym produk¬ cie gazowym. Chlor uzyskiwany w procesie elektrolizy znajduje sie w stanie gazowym.Znane sa elektrolizery zawierajace komory anodowe i katodowe rozdzielone przegroda, najczesciej azbestowa.Próby zastosowania przepon selektywnie przepuszczal¬ nych nie eliminuja dyfuzji wstecznej jonów hydroksylo¬ wych, której szybkosc rosnie ze stezeniem i temperatura cieczy katodowej.Welektrolizerach z przegroda, anody sazwyklewykona¬ ne z grafitu lub platynowego tytanu, zas katody sa wyko¬ nane z siatki zelaznej.Znany jest z opisu patentowego Wielkiej Brytanii nr 1199952 elektrolizer, w którym zastosowano przegrode z zywicy syntetycznej zawierajacej grupy sulfonowe, jako grupy wymieniajace jony dodatnie. Jednakze elektrolizer ten nie jest przystosowany do pracy przy podwyzszonym cisnieniu tak, ze chlor powstajacy w wyniku elektrolizy jest w stanie gazowym. Ponadto zastosowana przegroda jest porowata i nie styka sie z katoda.Znane sa elektrolizery rteciowe, w których wzdluz na¬ chylonej plyty.katody przeplywa rtec, tworzac w czasie reakcji z sodem amalgamat sodu. Nad pochyla plyta kato¬ dowa znajduja sie poziome anody z grafitu lub tytanu pokrytego platyna lub metalem z grupy platynowców.Anody zwisaja z gazoszczelnych oslon katody.Prad dostarczany jest do rteci za pomoca polaczen dna stalowego koryta z mechanizmem szynowym. Pretyanodo¬ we, które wystaja ponad oslone i zwykle muszabycregulo¬ wane w pionie, przylaczone sa do glównego mechanizmu szynowego za pomoca wieloprzewodowych przewodów gietkich. W celu zatrzymania pracy kazdego elektrolizera, w urzadzeniu znajduja sie przelaczniki zwierajace, które lacza anodowy mechanizm szynowy z katodowym mecha¬ nizmem szynowym.Amalgamat sodu splywa do tak zwanego elektrolizera wtórnego, w którym jest wytwarzany wodorotlenek sodu, gazowy wodór, i wolna od sodu rtec. Elektrolizery wtórne pozione sa umieszczone wzdluz lub ponizej elektrolizera pierwotnego, a elektrolizery wtórne pionowe sa ustawione obok elektrolizera pierwotnego.Znane jest z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr2719117 urzadzenie do elektrolizy zawieraja¬ ce baterie elektrolizerów ustawionych jeden na drugim, 4 z których kazdy zawiera anode polaczona elektrycznie z katoda sasiedniego, nizszego elektrolizera. Urzadzenie pracuje metoda rteciowa, a strumien rteci katodowej kaz¬ dego elektrolizera z baterii jest izolowany elektrycznie od katod innych elektrolizerów. Strumien rteci katodowej przeplywa kolejno przez wszystkie elektrolizery baterii, a nastepnie trafia do elektrolizera wtórnego, w którym amalgamat sodu podlega rozkladowi.Znane jest z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych io Ameryki nr 3 445 374 urzadzenie do elektrolizyzawieraja¬ ce baterie elektrolizerów ustawionych jeden na drugim, z których kazdy zawiera pokrywe wykonana ze stali, polaczona z plyta wykonana z tytanu i pokryta cienka warstewka metalu, korzystnie platyny, który spelnia role anody. Katode stanowi stalowa plyta majaca wybrania, które zapelnia rtec. Solanka doprowadzona do przestrzeni pomiedzy anoda a katoda tworzy z przeplywajaca rtecia amalgamat, który jest nastepnie odprowadzany do elektro¬ lizera wtórnego. Kierunek przeplywu solanki zmienia sie na przeciwny w kazdym kolejnym elektrolizerze baterii.Przy elektrolizie z zastosowaniem przepony oddzielaja¬ cej anode od katody uzyskuje sie roztwór wodorotlenku sodu o stezeniu okolo 11%, tak wiec metoda ta jest malo wydajna. Przy elektrolizie metoda rteciowa uzyskuje sie roztwór wodorotlenku sodu o stezeniu okolo 50%. Jednak¬ ze stezony wodorotlenek sodu jest bardzo czuly na zanie¬ czyszczania chlorku sodu,poniewazpowodujaonezuboze¬ nie amalgamatu. Ponadto wzmaga sie wydzielanie wodoru, tworzac z gazowym chlorem mieszanine wybuchowa. Ele- ktrolizery rteciowe sa bardzo kosztowne, ze wzgledu na koniecznosc utrzymania wymuszonego obiegu rteci, a po¬ nadto wymagaja projektowania kosztownych i zlozonych instalacji.Celem wynalazku jest opracowanie sposobu elektrolizy soli alkalicznych pozwalajacego na uzyskanie stezonego roztworu wodorotlenku metali alkalicznych oraz chloru w stanie cieklym lub calkowicie rozpuszczonym w roz¬ tworze.Ponadto celem wynalazku jest skonstruowanie urzadze- 40 nia przeznaczonego do elektrolizy soli alkalicznych, pros¬ tego i taniego w budowie i eksploatacji, wolnego od wad znanych elektrolizerów i umozliwiajacego prowadzenie elektrolizy pod cisnieniem zgodnie ze sposobem wedlug wynalazku. 45 Cel wynalazku zostal spelniony przez opracowanie spo¬ sobu elektrolizy wodnych roztworów zawierajacych jony sodu i/lub potasu oraz aniony kwasów mineralnych i/lub kwasów organicznych i/lub jony hydroksylowe, w którym elektrolizeprowadzi sie pod cisnieniem w zakresie od 7 do 50 70 KG/cm* oraz w temperaturze w zakresie od 15° do 132°C, przy wykorzystaniu zlozonej przegrody o warstwie polimeru od strony anody oraz warstwie z metalu przepu¬ szczalnego dla metali alkalicznych w bezposrednim styku z przegroda polimerowa po stronie przeciwnej, przy czym 55 wspólzaleznosc cisnienia i temperatury jest taka, ze uzy¬ skuje sie produkt anodowy w stanie cieklym, lub rozpusz¬ czonym w roztworze. Do komory anodowej elektrolizera doprowadza sie solanke, a odprowadza sie solanke, chlor, wodorotlenek i wodór.Solanke odprowadzona z elektroli- 6o zera wzbogaca sie wsól, anastepniepowtórniewprowadza do komory anodowej.Korzystnie cisnienie panujacew przestrzeninadsolanka zmniejsza sie, w celu uwolnienia chloruw stanie gazowym, lub tez chlor w postaci cieklej oddziela sie od solanki 65 grawitacyjnie. Wodorotlenek i wodór odprowadza sie ra-91 059 zem, a nastepnie oddziela etapami, najpierw przy podwyz¬ szonym cisnieniu, a nastepnie przy obnizonym cisnieniu.Cel wynalazku zostal takze osiagniety przez skonstruo¬ wanie urzadzenia do elektrolizy, zawierajacego hermety^ czna oslonecisnieniowa, otaczajaca baterieelektrolizerów 5 tak, ze miedzy oslona a bateria powstaje wolna przestrzen.Kazdy elektrolizer zawiera zlozona przegrode, skladajaca sie z warstwy polimeru oraz z katodowej warstwy metalu przepuszczalnego dla metali alkalicznych, bedacej w bez¬ posredniej stycznosci z warstwa polimeru. Warstwa poli- 10 meru jest utworzona z polimerów nadfluoroweglowodoro- wych posiadajacych odgalezione grupy sulfonowe.Zgodnie zkorzystna cechawynalazkuwarstwepolimeru uzyskuje sie przez kopolimeryzacjepochodnej eteru winy¬ lowego FS02 CF2 OF2 OCF (CF3) CF2 OCF = CF2 i tetraflu- 15 oroetylenu, a nastepnie przez konwersje grupy- S02F do grupy- SO3H lub grupy sulfonianowej.Warstwe metalu przepuszczalnego dla metali alkalicz¬ nych stanowi rtec, która zgodnie z korzystnym rozwiaza¬ niem jest osadzona na warstwie polimeru. Warstwa poli- 20 meruwinnym rozwiazaniujestpoddana obróbce srodkami speczniajacymi.Zgodnie z korzystnymrozwiazaniem urzadzenieposiada warstwe katodowa metalu zawierajaca co najmniej dwa przewodzace elementy katodowe, oraz warstwe polimeru 25 majaca wybrzuszenia wystajace pomiedzy elementami ka¬ todowymi. Elementy katodowezawieraja czesci grafitowe, w obszarze stycznosciz metalem warstwy katodowej.Ano¬ da jest przystosowana do odprowadzania cieczy, lub tez jest wykonana z siatkidrucianej. 30 W korzystnym przykladzie wykonania anodajest perfo¬ rowana oraz zawiera przepone usytuowana miedzy prze¬ groda a anoda.Urzadzenie zawiera pionowy przewód zasilania roztwo¬ rem, a w kazdym jego odgalezieniu znajduje sie regulator 35 przeplywu wyposazony w czlony plywakowe.W korzystnym rozwiazaniu przestrzen pomiedzy oslona i zewnetrzna strona baterii elektrolizerów zawiera plyn izolacyjny, przy czym wewnetrzna powierzchnia oslony jest powierzchnia izolowana, a co najmniej czesc oslony 40 przewodzi prad elektryczny do baterii elektrolizerów, na¬ tomiast oslona wspiera sie na podstawie przylegajacej do anody najnizszego elektrolizera, a podstawa ta jest odizo¬ lowana od oslony.Przedmiot wynalazku zostal przedstawiony w przykla- 45 dzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia elektrolizer zawierajacy zlozona przegrode, anode w po¬ staci plyty i tasmy grafitowe usytuowane w komorze wy¬ mywania, w przekroju, fig. 2 elektrolizer zawierajacy zlo¬ zona przegrode, anode w postaci perforowanej cienkiej 50 blachy i powiekszonych przycisków oraz grafitowa tkani¬ ne w komorze wymywania, w przekroju, fig. 3 - elektroli¬ zerzawierajacy zlozonaprzegrodei komore anody z odpro¬ wadzaniem cieczy z oslony anody oraz grafitowa tkanine w komorze wymywania, w przekroju, fig. 4 - baterie 55 elektrolizerów w obudowie cisnieniowej, fig. 5 - schemat przeplywu solanki i chloruwbateriielektrolizerów, fig. 6- schemat przeplywu solanki i chloru w baterii elektrolize¬ rów zawierajacych zlozona przegrode, fig. 7 - schemat przeplywu wody, lugu i wodoru w baterii elektrolizerów, 60 w której lug oziebia sie przez recyrkulacje.Na fig. 1, 2, 3 przedstawiono elektrolizery, w których poszczególne elementy zajmuja w zasadzie polozenie pier¬ scieniowe, zas zasilajacy roztwór elektrolitu i wodydoply¬ waja z zewnatrz pierscienia, a cylindryczny rdzen we- 65 6 wnatrz pierscienia miesci izolowane przewody odprowa¬ dzajace zuzyty roztwór elektrolitu. Mozna tez stosowac inne ksztalty geometryczne, jak na przyklad elementy prostokatne. Fig. 1, 2, 3 przedstawiaja kolejne przyklady wykonania elektrolizerów. Elektrolizery tworzace baterie przez ustawienie jednego na drugim maja w 4?nej baterii identyczna konstrukcje. .Objasnienie oznaczen wystepujacych na fig. 1: 1 -* ze¬ wnetrzny pierscien anody, 2- zewnetrzna sciana komory wymywania, 3 - przewód doprowadzania wody, 4- ciecz anodowa, 5 - zewnetrzna komora pierscieniowa cieczy anodowej, 6 - zawór sterujacy cieczy anodowej, 7- prze¬ wód doprowadzenia cieczy anodowej, 8 - anoda, 9 -prze¬ strzen wodoru, 10- przestrzen lugu, 11- tasma grafitowa, 12- przewód pradowy, 13 - wewnetrzny pierscien anody, 14- wewnetrzna sciana komorywymywania, 15-przewód odprowadzania lugu i wodoru, 16 - wewnetrzna komora pierscieniowa cieczy anodowej, 17 -wewnetrznypierscien przegrody, 18 - rura przelotowa cieczy anodowej i 19 - zewnetrzny pierscien przegrody. Warstwy A i B tworza lacznie zlozona przegrode, przy czym A oznacza warstwe polimeru i B oznacza warstwe metalu, korzystnie rteci.Pojedynczy elektrolizer obejmuje anode 8, zewnetrzny pierscien anody 1, wewnetrzny pierscien anodowy 13, zewnetrzna i wewnetrzna sciane komorywymywania 2 i 14 oraz dno, czyli anode 8', nastepnego elektrolizera. We¬ wnatrz tych elementów znajdujesie zlozona przegrodaAB, tasma grafitowa lii przewody pradowe 12.Jako anode 8 stosuje sie plyte ze stali lub niklu z cienka warstwa tytanuzapewniajaca bezposredni kontaktelekry- czny z jej górna powierzchnia. Górna powierzchnia tytanu jest pokryta warstwa metalu z rodziny platynowców lub jego tlenkiem, takim jak tlenek rutenu. Do anody dolaczo¬ ne sa przewody 12. Przewody te musza zapewniac bezpo¬ sredni kontakt elektryczny. Jako przewody 12 stosuje sie przewody niklowe przyspawane elektronowo do anody.Nie musza to byc przewody w postaci prostych drutów, mozna stosowac wlosowe wtyki petlowe lub inne, odpo¬ wiednie laczniki przewodzace prad pomiedzy rtecia i ano¬ da. Przewody te musza zapewniac dobry kontakt elektry¬ czny bezprzeslanianiaprzestrzeni pomiedzy powierzchnia rteci lub wewnetrznej powierzchni pomiedzy rtecia B i przegroda A. Konieczny jest wlasciwy rozklad pradu w rteci. Nieistotne jest natomiast czy osiagnie sie to dzieki duzej liczbie cienkich przewodów lub mniejszej ilosci gru¬ bszych przewodów z cienszymi koncówkami doprowadza¬ jacymi.Elementy narazone na kontakt z ciecza anodowa i chlo¬ rem, to jest zewnetrzny iwewnetrznypierscien anody 1 i 13 i nizsze czesci sciany komory wymywania 2 i 14, zewnetrz¬ ny i wewnetrzny pierscien przegrody 17 i 19 oraz niezbedne uszczelki (nie wskazane na rysunku dla przejrzystosci) musza byc wykonane w taki sposób i z takich materialów, aby wykazywac duza odpornosc na korozje. Konstrukcja i polaczenia nie moga równiez powodowac zwarc, nawet w przypadku uszkodzenia materialów zabezpieczajacych.Zaleca sie zatem budowe wszystkich elementów raczej z materialów nieprzewodzacych niz pokrytych metali. Od¬ powiednimi materialami sa fluoroweglowodory, poliolefi- ny o duzej gestosci, pewnepoliestry, a w przypadku mate¬ rialów komory wymywania - epoksydy. Przewody prado¬ we 12 oraz wewnetrzny brzeg sciany 2 i zewnetrzny brzeg sciany 14 powinny byc wykonane z metalu, korzystnie zelaza lub niklu i byczwilzalnedla amalgamatu. Pozadane jest zabezpieczenie przed przeciekiem roztworu wokól91 7 rteci przy pierscieniach komory wymywania i unikniecia zlego kontaktu elektrycznego przewodów 12.Grafitowa tasma 11 jest bardzo skutecznym elementem przy wymywaniu lecz mozna równiez stosowac grafitowe rurki wokól przewodów 12 lub inne ksztaltki grafitu umie¬ szczonepomiedzy tymiprzewodami. Korzystnejestjednak uzycie tkaniny grafitowej owinietej wokól przewodów 12 wtaki sposób aby powstaly kanaliki ulatwiajace przeplyw i mieszanie wody i lugu, co pozwoli uniknac rozwarstwie¬ nia i zintensyfikuje wymywanie. Przewód doprowadzania wody 3 i przewód odprowadzania lugu i wodoru 15 jest rura wykonana z odpowiedniego materialu izolacyjnego lub jest zabezpieczony odpowiednimi zlaczami izolacyj¬ nymi.Przewód doprowadzania cieczyanodowej 7 zaopatrzony jest w regulatorprzeplywu 6 zapewniajacydoprowadzanie wlasciwej ilosci roztworuelektrolitudo kazdego elementu.Jako regulator przeplywu 6 cieczy anodowej stosuje sie kryze o odpowiedniej srednicy lub zawór sterujacy sprze¬ zony zczujnikiem przeplywu. Jeslicalabateria elektrolize- rów jest zasilana ze wspólnego przewodu, korzystna jest regulacja przeplywu i jego pomiar (jesli pozadany) przy pomocy ukladu regulacji przeplywu zaprojektowanego do utrzymywania stalej proporcji calkowitego przeplywu we wszystkich ustawionych w pionie elektrolizerach.Przeplyw w poszczególnych elektrolizerach powinien byc jednakowypomimo róznychcisnien hydrostatycznychwy¬ stepujacych w calej baterii. Mozna to osiagnac róznymi metodami rozdzialu cieczy, na przyklad przy uzyciu poje¬ dynczych zbiorników z solanka, w których zasilanie regu¬ luje sie kryzami w kazdym cyklu pracy.Korzystnym sposobem sterowania i utrzymywania rów¬ nomiernego przeplywu objetosciowego solanki w kazdym strumieniu zasilajacym pomimo róznych cisnien hydrosta¬ tycznych jest doprowadzenie kazdego strumienia do góry pionowa rura o zmniejszajacym sie przekroju. W takiej rurze znajduje sie wirnik lub plywak zawieszony w prze¬ plywajacym strumieniu. Sila ciazenia dzialajacanawirnik (mniejsza od wyporu hydrostatycznego) równowazonajest •przeciwnie skierowana sila przeplywajacego strumienia.Sila ta jest niezalezna od szybkosci przeplywu strumienia i jest równa róznicy cisnien pomnozonej przezpowierzch¬ nie maksymalnego przekroju poprzecznego wirnika. Dla¬ tego róznica cisnien równiez nie zalezy od szybkosci prze¬ plywu.Plywak jest symetryczny w przekroju osiowym i ma ksztalt kulisty lub lepiej ksztaltodpowiadajacyprzesunie¬ ciusrodka ciezkosci znacznieponizej plaszczyznyprzekro¬ ju poprzecznego o najwiekszej powierzchni.Jegopolozenie w pionie w rurze o zbieznym przekroju zmienia sie wraz z szybkoscia przeplywu. Jesli polozenie odlozy sie w skali liniowej j&ko pomiar tego przeplywu, bedzie to urzadzenie znane jako rotametr. Parametry tego urzadzenia sa naste¬ pujace: S,(AP) =Vf(oVd) (1) gdzie: P- róznica cisnien, Sf- maksymalna powierzchnia przekroju poprzecznego plywaka, V,-objetosc plywaka,df - gestosc plywaka, d- gestosc plynu, C -stala otworu, g- stala ciazenia, & - powierzchnia pierscienia pomiedzy 059 * plywakiem w jego najwiekszym przekroju i scianka rury, oraz q- objetosciowa predkosc przeplywu.Równania te wskazuja, ze wystepujaca w strumieniu róznice cisnien A P mozna kontrolowac wybierajac para- metry plywaka, Vr(d,- d)Sfl to jest odpowiednio dobierajac ksztalt i gestosc pozorna plywaka, zwiazana z ciezarem wlasciwym. Równomierny przeplyw kilku strumieni uzy¬ skuje sie w nastepujacy sposób: Szereg strumieni mozna ponumerowac 1, 2, 3 .....n, io zapisujac im cisnienie hydrostatyczne Plf P„- P, ...........P,, ' przy czym indeks odpowiada numerowistrumienia. Wska¬ zane powyzej parametry plywaka dobiera sie tak dla kaz¬ dego strumienia, aby róznice cisnien A P„ A P„ A P, A P„ spelnialy warunki: Pj+AP^ P,+ AP,= P,+ AP,= ~..P.+APa Przy takim doborze parametrów plywaka, rozklad prze¬ plywu jest staly bez wzgledu na ogólny doplyw solankido ukladu. Stwierdzono, ze przeplyw szeregu strumienia so¬ lanki jest równy i skierowanydogóry, przeciw sile dziala¬ jacej na plywak do dolu, przy czym plywak jest ciezszy od plynu. Mozliwe jest jednak uzyskanie proporcjonalnych przeplywów strumieni niejednakowych przy uzyciu ply- waków dobranych i wywazonych wodpowiednich propor¬ cjach. W celu doboru proporcji przeplywu dla strumieni mozna dla kazdego strumienia stosowac zawór sprzezony zplywakiem sterujacymitymsamym proporcja przeplywu róznych strumieni (to jest nastawa na zaworze) jest utrzy- mywana niezaleznie od sumarycznego wyplywu ze wspól¬ nego przewodu. Istnieje mozliwosc zastosowania plywaka o mniejszym ciezarze wlasciwym niz plyn.Wtymprzypad¬ ku, plyn w zwezajacej sie rurze przeplywa do dolu, rura rozszerza sie w kierunku do dolu i srodek ciezkosci plywa- ka znajduje sie powyzej plaszczyzny przekroju poprzecz¬ nego o najwiekszej powierzchni. • Istnieje dodatkowa zaleta zastosowania takiego ukladu regulacji przeplywu. Polozenieplywakawpioniezwiazane jest z powierzchniapierscienia S i przeplywem objetoscio- 40 wym q przy zalozeniu, ze wszystkie parametry po prawej stronie równania (2) sa stale. Zmniejszajac cisnienie P, strumienia plynacego do góry wspólnym przewodem roz- galeznym mozna uzyskac proporcjonalna zmianeszybkos¬ ci przeplywu cieklegostrumieniadoplywajacego do kazde- 45 go elektrolizera, utrzymujacego przy tym rózne cisnienia hydrostatyczne. Mozliwosc sterowania doplywem roztwo¬ ru do poszczególnych elektrolizerów na drodze regulacji we wspólnym przewodziezrozgalezieniami, jest korzystna w procesie wytwarzania chloru i lugu. Podstawowa ko¬ so rzyscia jest tu bowiem elastycznosc produkcji, która po¬ winna byc dopasowana do fluktuacji popytu bez koniecz¬ nosci budowy bardzo duzych instalacji. Omawiane urza¬ dzenia równowazace przeplyw mozna w razie potrzeby stosowac jako czujniki dajace informacje o przeplywie 55 i nalezy je w tym celu polaczyc z pojemnosciowymi lub indukcyjnymi miernikami polozeniowymi.Ten uklad regulacji przeplywu znajduje zastosowanie w innych systemach niz opisany tuelektrolizerprodukuja¬ cy chlor.Ukladregulacjitego typu ma ogólnezastosowanie 60 w kazdym systemie zasilaniawielu strumieniamize wspól¬ nego zbiornika, w przypadku gdy pozadane jest utrzymy¬ wanie równych lub proporcjonalnych przeplywów wielu strumieni pomimo róznych cisnien przy przeplywie do góry. 65 Wysokosc rury przelewowej cieczy anodowej 18 powin-91 059 9 na zapewnic taka wielkosc cisnienia hydrostatycznego, która wynika z jej wysokosci oraz ciezaru rteci, przegrody i cieczyanodowej,abyprzegroda Abylanieznacznie wysu¬ nieta ku górze w stosunku do spodu przewodów 12. Prze¬ grode A pokazano jako plaska blone, ale korzystne jest rozwiniecie jej powierzchni przez pofaldowanie i wglebie¬ nia do rteci, co zwieksza powierzchnie granicy faz pomie¬ dzyta przegroda i rtecia. Zmniejsza to opornoscelektrycz¬ na na granicy faz przegrody oraz zmniejsza ilosc rteci niezbedna w ukladzie. Wielkosc cisnienia hydrostatyczne¬ go ustalona rura 18 powinna wynosic co najmniej 50 mm slupa powyzszej wartosci, wynikajacej ze zrównowazenia hydrostatycznego. Przewody cieczy anodowej powinny równiez miec izolacje elektryczna. Oczywiscie, niektóre lub wszystkie rury przylaczone do elektrolizera mozna welektrolizerze zastapic kanalami.Oznaczenia na fig. 2 sa nastepujace: 20 - obudowa elektrolizera, 21 - anoda, oraz 22 i 23- uszczelki. Wszyst¬ kie pozostale elementy elektrolizera pokazanego na fig. 2 maja te samefunkcje co podobne elementynafig. 1. Anoda 21 laczniez przewodami pradowymispelniatakasama role jak anoda 8 iprzewody pradowe 12 elektrolizeraprzedsta- ¦' % wionegona fig. 1, ustawiajac jednoczesnie odplyw chloru.Na fig. 2 przedstawiono dwie alternatywne konstrukcje anody. Po lewej stronie, anody pokazano w postaci powie¬ kszonych przycisków, jako górnezakonczenia przewodów pradowych 21*. Anoda sklada sie zatem z wielu malych kawalków, pomiedzy którymi znajduja sie kanary do od¬ prowadzania cieklego chloru. Do pojedynczego przycisku anodowego mozna oczywiscie dolaczyc wiecej niz jeden przewód pradowy. Przewód mozna wyprowadzic na wierzch obudowy elektrolizera i przyciskelektrody mozna w calosci umiescic na wierzchu obudowy zamiast w górnej czesci obudowy elektrolizera. Konstrukcja ta ma te zalete, ze mozna ja odlewac, mozna mechanicznie gwintowac i obrabiac druty oraz mozna stosowac kruche materialy anodowe, na pokrycie duzych powierzchni o cienkim prze¬ kroju, które sa trudne w obróbce. W ten sposób mozliwy jest wybórmaterialów, a przewody pradowe oraz przycisk anodowy mozna wytwarzac z jednego lub dwóch calkiem róznych materialów.* Projektanodyprzedstawionyna prawej stronie rysunku, to jestanody w postaci perforowanej cienkiej blachy 21", stwarza mozliwosc wytwarzania jej innymi metodami.Perforowana cienka blache, oslony lub porowaty metal mozna polaczyc z przewodami pradowymi na wierzchu obudowy elektrolizera, albo mozna kilka przewodów zla¬ czyc wewnatrz komory wymywania i tylko jedna konców¬ ke takiej wiazki przewodów wyprowadzic do blaszanej anody. Przestrzen potrzebna dla cieklego chloru uzyskuje sie umieszczajac blache anody nieco powyzej wierzchu obudowy elektrolizera.Górnaczesc przycisków albo blachyanody musi byc tak skonstruowana, aby nie przeslanial jej ciekly chlor, który powinien odplywac na wierzch obudowy.Stwierdzono, ze odpornosc górnej czesci obudowy na korozje osiaga sie przez zabezpieczenie jej warstwa fluoroweglowodoru, utrzymywana wystajacymi przewodami lub przyciskami anody.Uszczelki 22 i 23 dociskaja przegrody z polimeru do obudowy i uszczelniajaprzylegajace do siebie czesci obu¬ dowy. W przypadku uzycia polimerów kwasu nadfluoro- sulfonowego jako przegrody mozliwe jest uszczelnienie lego materialu innymi zwiazkami fluoroweglowymi, albo pozostawienie krawedzi przegrody w materiale z fluorku sulfonylu i „dobudowanie" w ten sposób uszczelnienia.Podobnie, material ten lub jego odmiane w formiesulfony¬ lu mozna stosowac, oddzielnie albo w polaczeniu z wykla¬ dzina fluoroweglowa innych elementów elektrolizeraitym samym istnieje mozliwosc polaczen i ochrony przed korozja.Konstrukcja komór pierscieniowych przedstawionych na fig. 2 rózni sie od komór z fig. 1. Wynika to z faktu, ze elektrolizer przedstawiony na fig. 1 przeznaczony jev do io produkcji chloru rozpuszczonego pod cisnieniem, podczas gdy elektrolizer pokazany na fig. 2 wytwarza ciekly chlor, który powinien swobodnie odplywac poprzez otwory i ka¬ naliki anody i wzdluz górnej czesci obudowydowewnetrz¬ nej komory pierscieniowej.Oznaczenia na fig. 3 sa nastepujace: 24-przepona, 25- anoda sitowa, 26 - miska anody i 27 - wylot cieczy anodowej i gazu.Elektrolizer przedstawiony na fig. 3 jest w zasadzie taki sam jak pokazany na fig. 1, z tym ze ma anode o zupelnie innej konstrukcji.Przyprowadzeniu naprzyklad elektroli¬ zy roztworu siarczanu sodu z wytwarzaniem sody kausty¬ cznej, kwasu siarkowego, wodoru i tlenu jest sprawa oczy¬ wista, ze gazu anodowego, to jest tlenu, nie mozna ani rozpuscic, ani przeprowadzic w ciecz w zadnych osiagal- nych w praktyce warunkach w elektrolizerze. Dlatego w celu przeprowadzenia takiej elektrolizymozna akcepto¬ wac niedogodnoscizwiazane z wydzielaniempecherzyków gazu w cieczy anodowej, co wymaga zastosowania duzego przeplywu tej cieczydla usuniecia pecherzykówgazu zele- ktrolizera, lecz wciaz jeszcze prowadzi do duzej opornosci elektrolizera. Mozna tez. wykorzystywac elektrolizer ze zlozona przegroda na katodzie i zabezpieczona przepona anoda z odprowadzaniem cieczy, co dajeroztwór elektroli¬ tu nie zawierajacy w zasadzie pecherzyków gazu. Roztwór elektrolitu moze calkowicieprzenikacprzezprzepone ano¬ dy albo moze czesciowo cyrkulowacw elektrolizerzei czes¬ ciowo przeplywac przez przepone. Przeplyw ten mozna kontrolowac dobierajac przepone o odpowiednim oporze przeplywu i sterujac znanymi sposobami róznice cisnienia 40 pomiedzy glównym strumieniem roztworu elektrolitu i fa¬ za gazowa w misce anody.Przepone mozna zastapic przegroda przepuszczajaca aniony lub selektywnieprzepuszczajacaaniony i wówczas, w przypadku elektrolizy siarczanu sodu, ciecz anodowa 45 bedzie zawierala kwas siarkowy z minimalna iloscia siar¬ czanu sodowego, który mozna odprowadzic przy anodzie, a nie mieszanine kwasu siarkowego i siarczanu sodu.Strumien cyrkulujacego siarczanu sodu mozna nastepnie bez trudu nasycic bez koniecznosci zewnetrznej krystali- 50 zacji przeprowadzonej w celu oddzielenia siarczanu sodu i kwasu siarkowego. Glównym zastosowaniem elektrolizy siarczanu sodu jest bowiem odzyskiwanie roztworu do kapieliwlóknawiskozowego, tak wieckrystalizacjemozna przeprowadzic przez cyrkulacje roztworu z elektrolizera 55 poprzez kapiel do formowania wlókna.Elektrolizer tego typu mozna tezstosowacdo elektrolizy chlorku sodu wybierajac odpowiednimaterialna przepone i anode, i w tym przypadku elektrolizer moze pracowac prawie pod cisnieniem atmosferycznym. Chociaz na fig. 3 «o wskazano anode sitowa, mozna tez stosowac inne anody z odprowadzeniem cieczy, co umozliwia uzyciematerialów takich, jak stop olowiu i srebra, magnetyt i inne.Oznaczenia na fig. 4 sa nastepujace: 1 -oslona cisnienio¬ wa, 2 - rozdzielacz wody lub lugu, 3- zasilanie woda lub 65 lugiem, 4- elastyczna szynakatody, 5-przewód zasilajacy91 059 11 lugu lub wody, 6 - plyn izolacyjny pod cisnieniem, 7 - kolpak zakonczenia katody, 8 - wspólne zasilanie ciecza anodowa, 9 - regulator cieczy anodowej, 10 - rdzen roz¬ dzielania cieczy anodowej, 11 - elektrolizer, 12 - rura przelewowa cieczy anodowej, 13 -pierscien izolacyjny, 14 - zasilanie ciecza anodowa, 15 - zakonczenia anody, 16 - wylot lugu i wodoru, 17 - wylot cieczy anodowej i chloru, 18 - prostownik katody i 19 - prostownik anody.Na tym rysunku przedstawiono schematyczny przekrój baterii elektrolizerów produkujacego chlor w postaci cie¬ czy lub rozpuszczonego gazu. Spód baterii stanowi zakon¬ czenie anody, w którym znajduje sie wiekszosc, jesli nie wszystkie polaczenia rurowe. Doprowadzenie wody lub lugu 3 równiez mozna umiescic w podstawie, która pola¬ czona jest takze z dodatnimwyjsciemprostownika. Oslona cisnieniowa 1 zalozona na baterie jest szczelnieprzymoco¬ wana do podstawy, a przestrzen pomiedzy oslona cisnie¬ niowa i bateria elektrolizerów wypelniona jest plynem izolacyjnym 6 pod cisnieniem. Na szczycie baterii elektro¬ lizerów znajduje sie kolpak zakonczenia katody 7. Kolpak ten polaczony jest poprzez elastyczna szyne 4 z oslona cisnieniowa 1, która dziala jak pionowa szyna doprowa¬ dzajaca ujemny prad z prostownika, przelaczonego do baterii elektrolizerów na dole oslony. Na szczycie baterii umiejscowiony jest rozdzielacz wody lub lugu 2 doprowa¬ dzajacy ciecz wymywajaca do kazdego elektrolizera. Obje¬ tosc cieczy w kazdej komorze wymywajacej jest wzglednie duza, tak ze nieciagly doplyw surowca jest dopuszczalny, a jego przecietny doplyw objetosciowy dokladny Mozna zatem stosowac pomiar calej cieczy 3 zasilajacej baterie wraz z dokladnym rozdzialem przy uzyciu na przyklad zaworu obrotowego, malego zespolu pomp nurnikowych itp.Urzadzenie rozdzielajace powinno znajdowac sie u szczytu baterii, aby poszczególne przewody zasilajace bylypustew komorachwymywania w celu unikniecia strat pradu poprzez przewody zasilajace 5.Jesli plyn 6 zapewnia doskonala izolacje, oslona cisnieniowa, z wyjatkiem piers¬ cienia izolacyjnego 13, moze byc wykonana z nie izolowa¬ nego metalu. Wystepuje jednak niebezpieczenstwo pew¬ nych przecieków z bateriipomimo regulacji równowazacej cisnienia w baterii z cisnieniem plynu 6, co mozedoprowa¬ dzic do spiecia. Korzystne jest zatem wylozenie wewnetrz¬ nej powierzchni oslony cisnieniowej 1 odpowiednim mate¬ rialem izolacyjnym, takim jak guma lub dowolny, inny material plastyczny, przystosowany do plynu 6 i tempera¬ tury pracy. Ponadto, powierzchnia spodu oslony i szczytu kolpaka zakonczenia anody 15 powinna byc wzmocniona na przypadek przecieku przy uzyciu pierscienia 13. W tym punkcie wystepuje bowiem najwieksze napiecie baterii elektrolizerów.Opisany powyzej ksztalt oslony ma doprowadzenie z prostownika lub inne bezposrednie koncówki pradowe umiejscowione blisko poziomu ziemi. Nie jest to rozwiaza¬ nie konieczne, a polaczenia izolacyjne mozna umiescic na dowolnej wysokosci oslony, zas polaczenia pradowe byly¬ by wówczas rozmieszczone po obu stronach zlacza izola¬ cyjnego.Oznaczenia na fig. 5 sa nastepujace: 1 - chlodnica lub wymiennik ciepla, 2 - elektrolizer, 3 - pompa cyrkulacji cieczy anodowej, 4-chlodnica zuzytej cieczyanodowej, 5- nasycalnik, 6 - aparat do dekantacji chloru, 7 - uklad odchlorowania, 8 - uklad osuszania chloru, 9 - zbiornik papki, 10 - pompa papki, 11 - zasilanie sola, 12 - chlor 12 (produkt), 13 - strumien upustowy cieczy anodowej i 14 — oczyszczony strumien zawracanej cieczy anodowej.Na fig. 5 przedstawiono schemat przeplywowy solanki , i chloru w jednym lub kilku bateriach produkujacych ciekly chlor bezposrednio w elektrolizerze. Sposób prowa¬ dzenia procesu przedstawiony na rysunkupokrótceprzed¬ stawia sie w nastepujacy sposób. Zuzyta ciecz anodowa przechodzi z elektrolizera 2 do wymiennika ciepla4, w któ¬ rym obniza sie jej temperatura. Ochlodzona cieczanodowa przeplywa nastepnie do nasycalnika 5, w którym zwieksza sie zawartosc soli w tej cieczy. Ciecz anodowa podawana jest nastepnie doaparatu dekantacyjnegochloru6,z które¬ gowiekszosc cieczy anodowej recyrkulowana jest pompa 3 z powrotem do elektrolizera 2. Pewna czesc cieczy anodo- wej z aparatu dekantacyjnego chloru 6 przechodzi do aparatu do odchlorowania 7, z któregojest odprowadzana przewodem 13. Oczyszczona ciecz anodowa, to jest stru¬ mien 14 oraz sól 11 wprowadzane sa do zbiornika papki 9 i pompa papki 10 sa podawane do nasycalnika 5. Chlor odebrany z aparatu dekantacyjnego 6 i ukladu odchloro¬ wania 7 przechodzi przez osuszalnik chloru 8 i odprowa¬ dzany jest jako strumien 12. Medium grzejne elektrolizera 2 przechodzi przez wymiennik ciepla 1 i chlodnice zuzytej cieczy anodowej 4, z której zawracane jest do elektrolizera * 2.Teoretycznawartoscnapiecia rozkladu chlorku sodowe¬ go wynosi okolo 2,3, przemyslowa bateria elektrolizerów pracuje pod napieciem okolo 2 wolty powyzej teoretyczne¬ go napiecia kazdego elektrolizera. Ten nadmiar napiecia odpowiada energii cieplnej i wynosi okolo 60 kW na dzien na tone produkowanego chloru. Wiekszosc tego ciepla zwiazana jestze wzrostem temperaturycyrkulujacegoroz¬ tworu elektrolitu i lugu, a w pewnej mierze ze wzrostem temperatury plynu izolacyjnego 6 (fig. 4). Cieplo to musi byc odprowadzone przez wymiennik ciepla do powietrza lub wody. Jesli jednak wystepuje wystarczajaco duza róz¬ nica temperatur pomiedzy temperatura pracy i temperatu¬ ra odprowadzonej wody, mozna odzyskac znaczna czesc energii elektrycznej wytworzonej ponad wartosc teorety- 40 czna, na drodze wymiany ciepla, odsolenia wody itp. Zpu¬ nktu widzenia wytwarzania energii korzystne jestzastoso¬ wanie freonu jako plynu, gdyz wartosci jego temperatury i cisnienia podczas wrzenia zblizone sa do warunków panujacych w baterii elektrolizerów. Bateria elektrolize- 45 rów pracuje wówczas jako odparowalnik. Wrzacy plyn izolacyjny mozna stosowac do napedzania turbiny, po której jest skondensowany i zawracany do chlodnicy 4.Z zadowalajacym efektem mozna równiez stosowac wode destylowana jako plyn izolacyjny. 50 Ciekly chlor ma bardzo duzy wspólczynnik rozszerzal¬ nosci cieplnej. W temperaturze pokojowej, cieklychlorjest duzo ciezszy od cieczy anodowej, jednak w wyzszych temperaturach ciezar wlasciwy chloru zbliza sie lub jest mniejszy niz ciezarwlasciwy cieczy anodowej. Chlor nale- 55 zy zatem oddzielic od cieczy anodowej alboprzez dekanta- cje zprzestrzeni sponad cieczyanodowej, albo usuwajac go z wierzchu cieczy anodowej. Temperatura w aparacie de- kantujacym powinna byc tak dobrana, aby zapewnila wlasciwa róznice ciezarów wlasciwych dla celów rozdzie- 60 lania. Ponadto, te specyficzne wlasciwosci chloru wskazu¬ ja, ze konstrukcja elektrolizera i warunki pracy musza zabezpieczac przed przeslanianiem przegrody przez chlor w przypadku, gdy chlor jest lzejszy od roztworu elektroli¬ tu, oraz przed zalewaniem anody chlorem w przypadku, 65 gdy jest on ciezszy od roztworu elektrolitu.91 059 13 Przedstawiony na fig. 5 uklad odchlorowania 7 umozli¬ wia odprowadzenie wzglednie malej czesci recyrkulujacej cieczy anodowej do dwóch celów, to jest do utrzymania dopuszczalnego poziomu zanieczyszczen oraz do przepro¬ wadzania podawanej do ukladu soli w papke. Szybkosc cyrkulacji cieczy anodowej wynosiod okolo 19 do 14 litrów na minute na produkowana dziennie tone chloru, podczas gdy strumien odprowadzajacy 13 wynosi okolo 1,15 do 1,9 litra na minute. Odchlorowaniu pod cisnieniem towarzy¬ szy ogrzewanie strumienia odprowadzanego przy uzyciu odpowiedniego wymiennika cieplnego w celu odzyskania ciepla. Jesli wystepuje niewielkie zapotrzebowanie na ga¬ zowy chlor, takie jak na przyklad do produkcji podchlory¬ nu lub kwasu solnego, odchlorowanie mozna przeprowa¬ dzic po prostu przez odparowanie rzutowe strumienia rozprezonego do cisnienia atmosferycznego, a dalej typo¬ wym sposobem przez przedmuchanie powietrzem lub prózniowo.Oznaczenia na fig. 6 sa nastepujace: 1 - chlodnica lub wymiennik ciepla, 2-bateria elektrolizerów, 3 -chlodnica cieczy anodowej, 4 - nasycalnik, 5 - rozprezarka, 6 - rzutowy oddzielacz chloru, 7 - pompa cyrkulacyjna cieczy anodowej, 8 - aparat odchlorowywania, 9 - kondensator chloru, 10 - uklad osuszania chloru, 11 -pompa papki, 12 - zbiornik papki, 13 - zasilanie sola, 14 - zawracany stru¬ mien oczyszczonej cieczy anodowej, 15 - chlor (produkt) i 16- strumien odprowadzanej cieczy anodowej.Prace baterii mozna pokrótceprzedstawic w nastepuja¬ cy sposób. Zuzyta ciecz anodowa przechodzi do nasycalni- ka 4, a nastepnie do rozprezarki 5, która jest napedzana ciecza anodowa przeplywajaca do rzutowego oddzielacza chloru 6. Glówna czesc cieczy anodowej z oddzielacza 6 przechodzi do pompy cyrkulacyjnej cieczy anodowej 7, która podaje ja do chlodnicy cieczy anodowej 3 i z powro¬ tem do baterii elektrolizerów 2. Mniejsza czesc cieczy anodowej przechodzi do aparatu odchlorowania 8 i odpro¬ wadzana jest z ukladu jako strumien 16. Chlor z oddziela¬ cza rzutowego 6 i ukladu odchlorowania 8 przechodzi do kondensatora chloru 9, ukladu osuszania chloru 10 i od¬ prowadzany jest jako strumien produktu 15. Oczyszczona ciecz anodowa 14 i sól 13 podaje sie do zbiornika papki 12 i pompka papki 11 kieruje sie ja do nasycalnika 4. Izolacyj¬ ne medium grzejne przepompowywane jest przez baterie elektrolizerów 2 i wymiennik ciepla 1, z którego poprzez chlodnice cieczy anodowej zawracane jest do baterii.Powyzszy schemat przeplywowy podobny jest do sche¬ matu wskazanego na fig. 5, z tym ze bateria pracuje w takich warunkach, aby caly produkt gazowy opuszczal baterie w postaci rozpuszczonego gazu. W celu uzyskania chloru cisnienie zuzytej cieczy anodowej zmniejsza sie w stosunku do cisnienia odpowiadajacego warunkom pra¬ cy elektrolizera, co w efekcie prowadzi do wydzielania gazowego chloru w ilosci wzglednie proporcjonalnej do stosunku pomiedzy cisnieniem pracy i cisnieniem utrzy¬ mywanym w rzutowym oddzielaczu chloru 6. Poniewaz oddzielacz chloru 6 pracuje w wy okiej temperaturze, duzej wilgotnosci oraz pod pewnym cisnieniem, chlor kon- densuje sie przez ochlodzenie. W celu wykorzystania nor¬ malnie dostepnej wody chlodzacej korzystne jest przepro¬ wadzanie odparowaniarzutowegopod cisnieniem powyzej 6,8 atm.Poniewaz bardzo duze ilosci cieczy anodowej nalezy przepompowac z warunków cisnienia po rozprezeniu do cisnienia pracy, czemu towarzyszy znaczne zuzycie ener¬ gii, korzystne jest odzyskanie duzej czesci energii na dro- 14 dze rozprezenia zuzytej cieczy anodowej i wytwarzanie chloru w rozprezarce 5.Na schematach przeplywowych pokazanych na fig. 5 i 6 przedstawiono produkcje cieklego chloru. Ten ciekly chlor mozna przemywac w celu usuniecia soli (jesli to koniecz¬ ne), a nastepnie wysuszyc. W warunkach przemyslowych podstawowa sprawa jest wysuszenie chloru do takiej za¬ wartosci wilgoci, która jest w równowadze z kwasem siarkowym o temperaturze 15,4°C i zawartosci kwasu oko- lo 95%. W przeciwnym raziebedakorodowalyruryizbior¬ niki cieklego chloru.Sól podawana do ukladu oczyszcza sie zazwyczaj i przy¬ gotowuje na miejscu. Sól powinna byc wzglednie drobno¬ ziarnista w celu szybkiego rozpuszczania. W przeciwnym razie do elektrolizera moga wplywac krysztalysoliipowo¬ dowac erozje przegrody.Oznaczenia na fig. 7 sa nastepuja¬ ce: 1 - bateria elektrolizerów, 2 - chlodnica lugu, ewentu¬ alnie polaczona z ukladem regeneracji ciepla (niewskaza¬ na), 3 - separator lugu, 4 - pompa cyrkulacyjna lugu, 5 - rzutowy oddzielacz lugu, 6 - chlodnica wodoru, 7 - uklad usuwania rteci, 8 - prózniowy zbiornik odgazowania lugu, 9- pompa prózniowa, 10-strumien wodoru, 11-strumien odzyskiwanej rteci, 12 - strumien lugu i 13 - strumien wody.Wodór i lug odprowadza sie z baterii elektrolizerów razem i rozdziela w separatorze 3. Poniewaz wodór jest tylko bardzo nieznacznie rozpuszczalny w lugu, wiekszosc wodoru oddziela sie w postaci goracego gazu pod cisnie¬ niem. Po ochlodzeniu goracego gazu w chlodnicy 6 rtec odzyskuje sie przez skondensowanie. Niewielka ilosc rteci wystepujaca w postaci paryw zimnym wodorze pod cisnie¬ niem mozna nastepnie usunac w aparacie 7 zimnymi meto¬ dami, takimi jak wymywanie woda z chlorem, adsorbcja itp. Poniewaz w odróznieniu od typowych elektrolizerów rteciowych mniejszy uklad jest calkowicie obudowany i poniewaz zawartosc rteci w wodorze jest odwrotnie proporcjonalna do cisnienia, pod którym ten wodór jest wytwarzany, zanieczyszczenie rtecia jest zmniejszone dziesieciokrotnie lub wiecej. W efekcie skutecznego usu- 40 wania rteci strumien wodoru 10 nie musibycjuzpoddawa¬ ny jakiejkolwiek obróbce. Nalezy równiez zwrócic uwage, ze chlor nie wymaga odpowietrzania lub dalszej obróbki.Po rozdzieleniu w separatorze 3, wiekszosc lugu mozna recyrkulowac poprzez chlodnice 2. Ten uklad chlodzenia, 45 jak równiez uklad chlodzenia wskazany na fig. 5 i 6 moze pracowac w róznych warunkach. Lugmozna chlodzic itym samym zmniejszyc temperature strumienia lugu, lub tez utrzymac temperature strumienia lugu wyzsza od tempe¬ ratury strumienia solanki, co zwieksza mozliwosc odzy- 50 skania ciepla w porównaniu z prostym chlodzeniem. Przy¬ rastajaca ilosc lugu wukladziemozna odprowadzic zsepa¬ ratora 3 do aparatu 5, w którym rozpreza sie on do cisnienia atmosferycznego. Rozpuszczony wodór, jak równiez male pecherzyki wodoru wydzielaja sie wtedy z lugu, w zalez- 55 nosci od rozwiazania, wodórodplywajacyz aparatu 5 moze nie zawierac rteci i wówczas nie ma potrzebypoddawania go jakiejkolwiek obróbce poza usunieciem kropelek lugu lub tez moze zawierac pewne zanieczyszczenia rteci i wte¬ dy mozna go poddac obróbce równolegle z glównym stru- 60 mieniem odplywajacym z separatora 3. Gdy cisnienie wo¬ doru jest mniejsze, moze on pozostawac w lugu w postaci bardzo drobnych pecherzyków. Pozadane jest wymywanie wodoru z lugu w zbiorniku prózniowym 8. Niewielka ilosc wodoru odzyskiwana z lugu mozna dopompowac do stru- 65 mienia wodoru zseparatora 5 ipoddackoniecznej obróbce.91 059 r Lug odbierany ze zbiornika 8 mozna bezposrednio przesy¬ lac do magazynowania bez obawy eksplozji.Uklad moze pracowac w szerokim zakresie temperatur i cisnien, przy których w zaleznosci od wlasciwosci fizycz¬ nych powstaje ciekly chlor lub rozpuszczony chlor. W za- 5 kresie tych warunkówpracy,wybórodpowiedniego cisnie¬ nia i temperatury przeprowadza sie na podstawie bilansu ekonomicznego znanymi metodami optymalizacyjnymi.Temperatura i cisnienie przy produkcji cieklego chloru wahaja sie na przyklad od okolo 6,8 do 68 atm i od okolo io ,4 do 131,9°C, albo 20,4 do 44,2 atm iod 65,9 do 107,15°C.Zgodnie z rozwazaniami ekonomicznymi proces mozna prowadzic w temperaturze wyzszej od temperatury odply¬ wajacego medium grzejnego. W praktyce przemyslowej powszechnie stosuje sie temperature 26,4°C. Oznacza to, ze 15 elektrolizer produkujacy ciekly chlor bedzie pracowal pod cisnieniem powyzej 6,8 atm, a cisnienie w ukladzie, w któ¬ rym chlor wytwarza sie calkowicie w postaci rozpuszczo¬ nego gazu, nie bedzie nizsze niz 6,8 atm, co umozliwi przeprowadzenie chloru w cieczy bez pomocy mechanicz- 20 nego chlodzenia.Górne ograniczenia cisnienia i temperatury wynikaja równiez z rozwazan ekonomicznych. Górnym ogranicze¬ niem temperatury cieklego chloru jest oczywiscie jego temperatura krytyczna. Przy wysokich cisnieniach apara- 25 tura jest bardzo kosztowna i dlatego proces prowadzi sie zazwyczaj pod cisnieniem ponizej 68 atm. Temperature dopuszczalna w tym zakresie cisnien mozna latwookreslic na podstawie znanych danych. Mozliwosci odzyskiwania ciepla z ukladu zwiekszone sa przy pracy w wyzszych 30 temperaturach, co prowadzi do uzyskania duzej róznicy • temperatury odpowiednio pomiedzy solanka i lugiem oraz temperatura odprowadzonego medium grzejnego. W przy¬ padku bezposredniego wytwarzania cieklego chloru wele- ktrolizerze, nalezy zwrócic uwage na krzywawrzenia ciek- 35 lego chloru. Przy produkcji chloru rozpuszczonego, rozpu¬ szczalnosc chloru zmniejsza sie ze wzrostem stezenia soli i temperatury oraz zwieksza sie ze wzrostem cisnienia.I tak, im wieksza róznica cisnien wystepuje miedzy elek- trolizerem i separatorem rzutowym, tym wiecej chloru ^ wytwarza sie na jednostke solanki. Jesli stezenie solanki jest wieksze, produkcja chloru na jednokrotne przejscie solanki bedzie mniejsza. W wyzszej temperaturze pracy elektrolizera mniej chloru rozpusci sie w solance, ale moz¬ na odzyskac z niej wiecejciepla. 45 Wszystkie typowe elektrolizery wytwarzajace chlor mu¬ sza pracowac w budynkach i w praktyce nie mozna ich instalowac na zewnatrz. Elektrolizery bedace przedmio¬ tem tego wynalazku moga pracowac na zewnatrz prawie w kazdym klimacie, tak ze mozna uniknac kosztów wzno- 50 szenia budynków. Projekt elektrolizerawedlugwynalazku nie przewiduje szyn laczacych poszczególne elementy ani szyn doprowadzajacych do kazdego elementu, co pozwala uniknac zastosowania pretów miedzianych lub aluminio¬ wych wokól elektrolizerów. Zmniejsza to nietylko naklady 55 inwestycyjne, ale pozwala równiez uniknac jednego zpod¬ stawowych kosztówruchowychprzecietnej fabryki chloru.Przedstawiony dotychczas opis wynalazkudotyczyl ele¬ ktrolizy chlorku sodowego i siarczanu sodowego z wytwo¬ rzeniem sody kaustycznej i wodoru w kazdym przypadku. 60 Nie jest to jednak cecha ograniczajaca sposób wedlug wynalazku. W podobnysposóbmozna poddawac elektroli¬ zie roztwory zawierajace innejony, a zwlaszcza jonypota¬ su. Wynalazek mozna stosowac do elektrolizy zwiazków, które poddaje sie elektrolizie w typowych «lektroiiier«cti *s U z katoda rteciowa. Mozna go równiez wykorzystywac do przeprowadzenia innych, znanych procesów elektrolizy roztworów zawierajacych jony metalu alkalicznego. Po¬ nadto, do produkcji siarczku sodowego przy uzyciu poli¬ siarczku sodowego jako elementu wymywajacego, do pro¬ dukcji siarczynu sodowego przy uzyciu roztworudwutlen¬ kusiarki jako elementuwymywajacego, doprodukcjialko¬ holanów, do przeprowadzenia róznych reakcji redukcji zwiazków organicznych, mozna stosowac komore wymy¬ wania bez elektrod grafitowych.W nastepujacych przykladach opisano procesy przepro¬ wadzane w elektrolizerach zawierajacych platynizowana anode tytanowa ustawiona naprzeciwko zlozonej przegro¬ dy, przy uzyciu nasyconej solanki przeplywajacej pomie¬ dzyanoda i zlozona przegroda. Produkowanychlorodpro¬ wadza sie z elektrolizera razem ze strumieniem solanki.Zlozona przegroda zbudowana jest z warstwy kwasu nad- fluorosulfonowego (Nafion), wytwarzanej z kopolimeru tetrafluoroetylenu i eteru winylowego o wzorze FSO2 CF2 CF2 OCF(CF3)CF20CF = CF2 typowymi metodami termoplastycznymi, anastepnie przez konwersje bocznych grup fluorku sulfonylu do kwasu, z uzyskiwanego kopolimeru o ciezarzerównowaznikowym w zakresie 950 do 1350 oraz z umiejscowionej powyzej warstwy rteci. Ilosc rteci jest wystarczajaca do calkowite¬ go przykrycia polimeru przegrody, zwraca sie przy tym uwage, abywszystkie pofaldowania i wglebienia polimeru przegrody równiez bylypokryte rtecia. Rtec zlozonej prze¬ grody jest w kontakcie z elementami grafitowymi. W celu wytworzenia lugu i wodoru ponad rtecia przepuszcza sie wode powyzej zlozonej przegrody. Przeplyw wody przez komore wymywania zmienia sie w celu uzyskania lugu o róznych stezeniach od ponizej 10% do powyzej 50%, nie obserwuje sie przy tym wplywu tych zmian na prace elektrolizera.Przyklad I- Elektrolizer zawierajacy polimer prze¬ grody o nominalnej grubosci 0,05 mm pracuje pod cisnie¬ niem atmosferycznym. Solanka przeplywa z szybkoscia okolo 16,3 litra na minute. Napiecie elektrolizera wynosi 4,9 wolta przy 50 amperach oraz 6,6 wolta przy 80 ampe- rach. Szybkosc przeplywu solanki zwieksza sie do 25 litrów na minute w celu pozbycia sie gazu z elektrolizera, przy czym napiecie przy 80 amperach spada do 6,0 wolta.Temperaturawynosi 87,9-96,15°C.Przyklad II. Stosuje sie ten sam elektrolizer, którego przegrode namoczono najpierw w kwasie solnym, a naste¬ pnie w ciagu 24 godzin wtemperaturze 100°Cwnasyconym wodnym roztworze chlorku rteciowego. Rtec w przegro¬ dzie redukuje sie nastepnie do metalicznej rteci przy uzy¬ ciu hydroksyloaminy. Elektrolizer pracuje przy przeply¬ wie solanki 25 litrów na minute. Napiecie elektrolizera wynosi 5,6 wolta przy 80 amperach i 4,6 wolta przy 50 amperach.Przyklad III. Tensam elektrolizer pracuje w takich samych warunkach, z tym ze przed nasyceniem przegrody rtecia, tak jak opisano w przykladzie II, poddaje sie ja namaczaniu w glikolu. Spadek napiecia przy 80 amperach jest o 0,2 do 0,5 wolta mniejszy niz w przypadku uzycia przegrody nie traktowanej glikolem.Przyklad IV. Elektrolizer z przegroda o nominalnej srednicy warstwy polimeru 0,09 mm pracuje w temperatu¬ rze 18,15°C i pod cisnieniem 30,6 atm przy przeplywie solanki 56 cm3 na minute. Stosuje sie anode z wyzlobienia¬ mi w celu odprowadzenia cieklego chloru. Powyzej rteci usytuowane sa niklowe kolki o srednicy 1/16 do 1/4 cala91 059 17 z tasma grafitowa owinieta wokól tych kolkówi pomiedzy nimi, przy czym grafit i nikiel znajduje sie w kontakcie z rtecia. Na poczatku przy natezeniu okolo 10 amperów i napieciu elektrolizera 3,64 wolta chlor rozpuszcza sie w solance, co widac przez wziernik przywylocie elektroli¬ zera. Przy zwiekszeniu natezenia pradu do 50 amperów napiecie elektrolizera wzrasta i obserwuje sie ciekly chlor, po czym napiecie elektrolizera stabilizuje sie na 5,1 wolt.Ciekly chlor pojawia sie jako oddzielna faza i mozna go obserwowac przez wziernik razem z solanka, zawierajaca rozpuszczony chlor.W wyzszej temperaturze i przy uzyciu cienszej warstwy polimeru przegrody mozna uzyskac niz¬ sze napiecie elektrolizera. Wziernik jest tak umieszczony, ze solanka i ciekly chlor wplywaja poprzez nachylona rurke przy szczycie. Wziernik zaopatrzony jest równiez w przelew powyzej dolnej czescinachylonej rurki. Wartosc temperatury umozliwia ustawieniewarstwy cieklego chlo¬ ru przy dnie wziernika i przelew solanki ze szczytu wzier¬ nika. Wziernik dziala zatem jako aparat dekantujacy.Solanka zawierajaca ciekly rozpuszczony chlor przeplywa przelewem do zbiornika odbierajacego. Nastepnie obniza sie cisnienie w zbiorniku odbierajacym i rozpuszczony chlor wydziela siez solanki. Wodór i lug odplywaja z elek¬ trolizera dozbiornika, w którym sa rozdzielane. Caly uklad przeplukuje sie najpierw azotem i dzieki temu wodór odprowadza sie do atmosfery razem z azotem. PL PL PL PL PL PL