Przedmiotem wynalazku jest uklad elektrolize¬ rów z elektrodami pionowymi do elektrolizy roz¬ tworów wodnych, zwlaszcza roztworów wodnych chlorków metali alkalicznych.Elektrolizery polaczone w uklad byly stosowane szeroko przez wiele lat do wytwarzania chloru, chloranów, chlorynów, substancji zracych, wodoru i innych chemikalii. Uklady elektrolizerów rozwi¬ nieto do stopnia, przy którym uzyskiwano wysokie sprawnosci robocze, w oparciu o ilosc zuzywanej energii elektrycznej. Chodzi tu o natezenie pradu, napiecie i moc. Ostatnio usprawnienia ukladu elek¬ trolizerów dotyczyly zwiekszenia wydajnosci pro¬ dukcyjnej poszczególnych elektrolizerów przy za¬ chowaniu wysokiej sprawnosci roboczej. Uzyskano to przez modyfikacje lub zmiane konstrukcji po¬ szczególnych elektrolizerów i przez zwiekszenie wydajnosci pradowej, przy której pracuja poszcze¬ gólne elektrolizery. Zwiekszone wydajnosci pro¬ dukcyjne poszczególnych elektrolizerów pracuja¬ cych z wiekszymi wydajnosciami pradowymi daja wieksze zdolnosci produkcyjne obszarów dennych elektrolizerów i zmniejszaja koszty inwestycyjne i koszty operacyjne.Ukladem elektrolizerów nazywa sie wiele elek¬ trolizerów, które sa polaczone szeregowo i które sa umieszczone w jednym lub kilku rzedach oraz sa wyposazone w co najmniej jeden przenosny prze¬ lacznik mostkowy. Ulepszenia w ukladach elektro¬ lizerów zwiazane byly z wiekszymi elektrolizerami, które maja duze wydajnosci produkcyjne i sa przeznaczone do pracy przy duzych wydajnosciach pradowych, przy utrzymaniu wysokich sprawnosci roboczych.W zakresie pewnych parametrów roboczych, im wyzsza jes't wydajnosc pradowa, na która za¬ projektowany jest elektrolizer, tym wieksza jest wydajnosc produkcyjna elektrolizera. Jezeli jednak zwieksza sie projektowana wydajnosc pradowa elektrolizera, wazne jest, zeby utrzymane byly wysokie sprawnosci robocze. Samo zwiekszenie czesci skladowych elektrolizera przeznaczonego do pracy z niska wydajnoscia pradowa nie pozwoli na otrzymanie elektrolizera, który bedzie mógl pra¬ cowac z duza wydajnoscia pradowa przy równo¬ czesnym zachowaniu wysokiej sprawnosci roboczej.Aby móc utrzymac wysoka sprawnosc robocza i uzyskac wysoka wydajnosc produkcyjna trzeba wprowadzic wiele usprawnien konstrukcyjnych do elektrolizera o wysokiej wydajnosci pradowej.Uklady elektrolizerów przeznaczone do wytwa¬ rzania chloru i sody kaustycznej maja najwieksze zastosowanie i zostaina uzyte dla przykladowego przedstawienia wynalazku.Tabela I przedstawia rozwój elektrolizerów.Znane uklady elektrolizerów przeponowych do elektrolizy roztworu chlorku sodowego lub potaso¬ wego byly przeznaczone do pracy przy wymienio¬ nych powyzej wydajnosciach pradowych z poda¬ nymi wydajnosciami produkcyjnymi. 95 78495 784 3 Tabela I Natezenie pradu Szerokosc elektrolizera Dlugosc elektrolizera Produkcja chloru t/dzien kA m. ok. m. ok. 80° 1,6 1,9 2,4 150 2,3 2,2 4,5 200 3,0 2,2 6,0 Uklady elektrolizerów skladaja sie z wielu po¬ laczonych szeregowo elektrolizerów, normalnie ustawionych w dwóch lub wiecej rzedach. Elektro- lizery sa przeznaczone na prad nominalny do oko¬ lo 150 000 A. Ograniczona zywotnosc niektórych czesci elektrolizera, takich jak anody, separatory lub przepony, wymaga od czasu do czasu wymon¬ towania kazdego elektrolizera i przetransportowa¬ nia go do warsztatu w celu dokonania odnowienia zuzytych czesci. Uklady elektrolizerów sa wyposa¬ zone w jeden lub wiecej przenosnych przelaczni¬ ków mostkowych do bocznikowania pradu elek¬ trycznego wokól kazdego nie pracujacego elektro¬ lizera do dwóch sasiednich elektrolizerów, co umozliwia ciagle dzialanie ukladu elektrolizerów bez przerw spowodowanych przez niesprawnosc jednego elektrolizera.W znanych ukladach elektrolizerów w celu zbocznikowania elektrolizera przelacznik mostko¬ wy zostaje umieszczony w osi dzialania z przodu tego elektrolizera i zostaje polaczony za pomoca szyn lub kabli z czescia katodowa sasiedniego elek¬ trolizera i z czescia anodowa drugiego sasiedniego elektrolizera. Konieczne jest wyposazenie kazdego elektrolizera w specjalne elementy do laczenia te¬ go przelacznika. Przez umieszczenie przelacznika poza rzedem elektrolizerów zostaje zaklócony roz¬ plyw pradu w sasiednic|i elektrolizerach.Czesci elektrolizera obok osi roboczej, gdzie umieszczony jest przelacznik, musza znosic wiek¬ sze obciazenie elektryczne n'z normalnie, podczas gdy w przeciwleglych czesciach elektrolizera prad jest zmniejszony. Taki nierówny rozklad nateze¬ nia pradu powoduje zwiekszone wytwarzanie ciep- pla w przeciazonych czesciach, zwiekszony pobór mocy i zmniejszona sprawnosc pradowa. Ze wzgle¬ du na nierównomierny rozplyw pradu w elektro¬ lizerach polaczonych takim lacznikiem, dlugosc elektrolizerów w znanych ukladach jest bardzo ograniczona. W znanych ukladach elektrolizerów z pionowymi elektrodami stosunek dlugosci do sze¬ rokosci elektrolizera wynosi okolo 2 lub mniej.W znanych ukladach elektrolizerów z pionowymi elektrodami przelacznik mostkowy jest usytuowa¬ ny na tym samym poziomie co e.ektro.izery. W celu odtransportowania niesprawnego elektrolizera do warsztatu elektrolizer ten trzeba podniesc za pomoca dzwigu nad przelacznik lub nad sasiednie elektrolizery, co powoduje zwiekszenie wysokosci konstrukcji budynku mieszczacego elektrolizery, aby "zmiescil sie w nim dzwig. 40 45 50 55 65 Znane uklady elektrolizerów maja wady, które wplywaja na sprawnosc, koszty i naklady inwe¬ stycyjne oraz uniemozliwiaja dalsze zwiekszanie natezenia pradu w elektrolizerze i zwiekszanie wy¬ dajnosci produkcyjnej. Celem wynalazku jest opra¬ cowanie ukladu elektrolizerów, który nie ma wad ukladów znanych ze stanu techniki.Cel wynalazku zostal osiagniety przez to, ze uklad elektrolizerów zawiera wiele posiadajacych pionowe elektrody elektrolizerów, których dlugosc jest oo najmniej dwukrotnie wieksza niz szerokosc.Elektrolizery sa usytuowane w rzedzie, tak ze szy¬ ny doprowadzen anodowych i wyprowadzen kato¬ dowych sa usytuowane wzdluz dlugosci kazdego elektrolizera. Uklad elektrolizera zawiera co naj¬ mniej jeden przenosny przelacznik mostkujacy usytuowany ponizej rzedu elektrolizerów. Prze¬ nosny przelacznik mostkujacy ma polaczenia ano¬ dowe i katodowe po przeciwnych stronach roz¬ mieszczone równomiernie zasadniczo na calej swej dlugosci odpowiadajacej dlugosci elektrolizera.Uklad wedlug wynalazku umozliwia wylaczenie elektrolizera z eksploatacji za pomoca przelacznika mostkujacego bez przerywania ciaglego dzialania innych elktrolizerów w ukladzie. Przenosny prze¬ lacznik 'mostkujacy, usytuowany ponizej rzedu elektrolizerów, umozliwia przeplyw pradu przez przelacznik mostkujacy z jednego elektrolizera do drugiego dolaczonego do tego przelacznika mo¬ stkujacego w lini prostej.Istotna cecha wynalazku jest zainstalowanie przenosnego przelacznika mostkujacego ponizej rzedu elektrolizerów, w jego linii srodkowej. Do¬ stosowanie dlugosci przelacznika do dlugosci elek¬ trolizera umozliwia krótkie i prostoliniowe pola¬ czenie pomiedzy elektrodami jednego elektrolize¬ ra, polaczonymi z przelacznikiem poprzez wiele zlaczy przelacznika i wiele styków przelacznika a odpowiednimi elektrodami drugiego elektrolize¬ ra dolaczonego do tego przelacznika. W porówna¬ niu ze znanymi ukladami elektrolizerów ta nowa koncepcja wynalazku daje rózne zalety.Dzieki umieszczeniu przelacznika mostkujacego w linii srodkowej rzedu elektrolizerów, dzieki te¬ mu, ze przelacznik ten rozciaga sie na calej dlu¬ gosci elektrolizera i dzieki temu, ze wiele zlaczy przelacznika i styków przelacznika rozciaga sie na calej dlugosci elektrolizera unika sie wszelkich zaklócen przeplywu pradu elektrycznego w elek¬ trolizerach polaczonych takim przelacznikiem oraz nienormalnych i zlych warunków dzialania, i to calkowicie niezaleznie od dlugosci elektrolizera.Uklad elektrolizera wedlug wynalazku umozliwia dostosowanie elektrolizerów i przelaczników do bardzo wysokich wydajnosci pradowych takich jak 300 000, 400 000 A lub nawet wiecej, dzieki czemu uzyskuje sie odpowiednio wieksze wydajnosci pro¬ dukcyjne takich elektrolizerów oraz oszczednosci na nakladach inwestycyjnych.Uklad elektrolizerów wedlug wynalazku umozli¬ wia zastosowanie elektrolizerów o malej szerokos¬ ci i duzej dlugosci, dzieki czemu uzyskuje sie wy¬ soki stosunek dlugosci elektrolizera do szerokosci elektrolizera przy równoczesnym utrzymaniu wy¬ sokiego natezenia pradu i wysokich wydajnosci95 784 6 produkcyjnych. Zmniejszenie szerokosci elektroli- zera przy równoczesnym utrzymaniu wysokich wy¬ dajnosci produkcyjnych jest bardzo korzystne, po¬ niewaz dzieki zmniejszeniu drogi pradu do kaz¬ dego elektrolizera i w kazdym elektrolizerze zmniejsza sie calkowita droga pradu. Takie zmniej¬ szenie calkowitej drogi pradu w ukladzie daje osz¬ czednosci materialowe na polaczeniach elektrycz¬ nych i zmniejsza straty energii elektrycznej w ukladzie.Dodatkowymi zaletami wynalazku sa dobry do¬ step do wszystkich elektrolizerów od dolu, dobre przewietrzanie pomieszczenia z elektrolizerami, mozliwosc unikniecia chlodzenia wodnego przecia¬ zonych czesci elektrolizerów polaczonych przelacz¬ nikiem, oraz mozliwosc unikniecia dodatkowych szyn dla laczenia przelacznika z kazdym elektro- lizerem.Uklad elektrolizerów wedlug wynalazku umoz¬ liwia najbardziej ekonomiczne wykorzystanie na¬ kladów inwestycyjnych, a mianowicie dobrze prze- - wodzacego metalu stosowanego na konstrukcje szyn. Rozmieszczenie i rózne wymiary wzgledne szyny doprowadzajacej i szyn odprowadzajacych oraz wiele tasm szyn znacznie zmniejszaja ilosc dobrze przewodzacego metalu potrzebna na kon¬ strukcje szyn w porównaniu z ukladami znanymi ze stanu techniki. Szyny odprowadzajace i wiele polaczen pomiedzy elektrolizerami sa dzieki swe¬ mu rozmieszczeniu i róznym wymiarom wzglednym przystosowane do przenoszenia pradu elektryczne¬ go z elektrolizera do elektrolizera jak równiez z elektrolizera do przelacznika bez dodatkowych po¬ trzeb na material dobrze przewodzacy.Uklad elektrolizerów wedlug wynalazku stanowi uklad elektrolizerów do elektrolizy roztworu chlor¬ ku sodowego lub potasowego, w którym doprowa¬ dzenie anodowe i odprowadzenie katodowe sa wy¬ posazone w oddzielne pola stykowe dla polaczenia pomiedzy elektrolizerami i dla polaczenia elektro¬ lizera z przelacznikiem mostkujacym. Doprowadze¬ nia anodowe i odprowadzenia katodowe sa roz¬ mieszczone równomiernie zasadniczo na calej dlu¬ gosci elektrolizera. • Uklad elektrolizerów wedlug wynalazku moze byc uzywany w wielu róznych procesach elektrolit tycznych. Zasadniczym procesem jest tu elektroli¬ za wodnych roztworów chlorków metali alkalicz¬ nych. Uklad elektrolizerów wedlug wynalazku zo¬ stanie opisany bardziej szczególowo w odniesieniu do procesu tego typu.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przy¬ kladzie wykonania na rysunku, ma którym fig. 1 przedstawia typowy uklad elektrolizerów,. fig. 2—3 polaczenie znanego elektrolizera z przelacznir kiem w widoku z góry i w przekroju poprzecznym, fig. 3 — polaczenie elektrolizera wedlug wynalazku z przelacznikiem w widoku z góry i w przekroju poprzecznym, fig. 4 polaczenie elektrolizera we¬ dlug wynalazku z przelacznikiem w widoku wzdluz¬ nym, fig. 5 — polaczenie elektrolizera wedlug wy¬ nalazku z przelacznikiem w widoku z boku, fig. 6 — 7 polaczenie elektryczne znanego ukladu elek¬ trolizerów, fig. 7 — polaczenie elektryczne ukladu elektrolizerów wedlug wynalazku, fig. 8 — oru- rowanie pomieszczenia znanych elektrolizerów, fig. 9 — arurowanie pomieszczenia elektrolizerów we¬ dlug wynalazku, fig. 10 — rozmieszczenie szyn znanych elektrolizerów, a fig. 11. — rozmieszczenie szyn elektrolizerów wedlug wynalazku.Na fig. 1 przedstawiono uklad elektrolizerów 1, które sa polaczone szeregowo za pomoca szyn po¬ srednich 3, przy czym pierwszy i ostatni elektroli¬ zer sa polaczone ze zródlem 2 pradu stalego. Elek- trolizery sa zainstalowane w prostoliniowych rze¬ dach, przy czym dla. polaczenia elektrycznego po¬ miedzy rzedami przewidziano szyny poprzeczne 4.Liczba rzedów elektrolizerów moze wynosic na przyklad 2, 4 lub 6.Na fig. 2 pokazano usytuowanie przelacznika mostkujacego 5 i jego polaczenie za pomoca zlaczy 6 z elektrolizerami w znanym ukladzie elektrolize¬ rów. Rozplyw pradu w polaczonych za pomoca ta¬ kiego przelacznika elektrolizerach jest nierówny, jak zaznaczono strzalkami 7. Ponadto pokazano transport niezdolnego do pracy elektrolizera lub wymienionego elektrolizera' pomiedzy pomieszcze¬ niem z elktrolizerami a warsztatem. Oczywiscie dzwig 8 musi podniesc elktrolizer ponad przelacz¬ nik mostkujacy 5 i ponad elektrolizery w rzedzie.Na fig. 3 pokazano usytuowanie przelacznika mostkujacego 5 wzgledem elektrolizerów w ukladzie wedlug wynalazku. Ruchomy przelacznik mostku¬ jacy 5 moze sie poruszac ponizej rzedu elektrolize- * rów dokladnie wzdluz linii srodkowej tego rzedu i moze byc ustawiany pod -kazdym elektrolizerem w rzedzie, aby zbocznikowac ten elektrolizer. Roz¬ plyw pradu w polaczonych takim przelacznikiem elektrolizerach jest bardzo równomierny, jak za- ' znaczono prostymi strzalkami 7, dzieki czemu unika sie wszelkich zaklócen rozplywu pradu i zwiaza¬ nych z tym niedogodnosci. Jest to zapewnione przez opisane usytuowanie przelacznika i przez specjalna konstrukcje tego przelacznika, dzieki dostosowaniu } dlugosci przelacznika do dlugosci- elektrolizera i dzieki temu, ze wiele zlaczy 6 rozciaga sie na calej dlugosci przelacznika.Uklad elektrolizerów wedlug wynalazku moze lizerów i ich polaczenie w ukladzie, wedlug wyna¬ lazku pokazane jest szczególowo na fig. 4. Rucho¬ my przelacznik mostkujacy 5 wprowadza sie pod elektrolizer przeznaczony do wylaczenia. Styki 9 sa w polozeniu wylaczenia. Nastepnie zlacza 6 la- czy sie z obszarami stykowymi 3a w czesci katodo¬ wej jednego elektrolizera i z obszarami stykowymi 3b w czesci anodowej drugiego sasiedniego elektro¬ lizera. Za pomoca konwencjonalnych urzadzen automatycznych, np. elementów pobudzajacych, sty¬ ki 9 zostaja nastepnie zwarte, tak aby zboczniko- wany elektrolizer zostal wylaczony z obwodu pra¬ du. Nastepnie elastyczne szyny posrednie 3 po¬ miedzy wylaczonym elektrolizerem a sasiednimi elektrolizerami rozlacza sie tak, ze wylaczony elek- ) trolizer mozna usunac w celu zastapienia go no¬ wym bez przerywania lub zaklócania dzialania in- • nych elektrolizerów w uklacjzie. Niezbedne operacje konserwacyjne przed wlaczeniem nowego eektro- lizera do ukladu przeprowadza sie w odwrotnej j kolejnosci niz powyzej opisano. 40 45 50 55 6095 784 7 8 Na fig. 5 pokazano eiektrolizer z elementami podporowymi i z przelacznikiem zainstalowanym ponizej tego elektrolizera w widoku z boku. W prze¬ ciwienstwie do znanych elektrolizerów konstrukcja podporowa elektrolizera wedlug wynalazku nie jest ustytuowana ponizej elektrolizera lecz na zewnatrz obejmy scian elektrolizera. W tym celu na zew¬ natrz obejmy scian przewidziane sa izolujace elek¬ trycznie i regulowane podstawy 10, które sa wspar¬ te na slupach 11.Slupy 11 moga byc równiez stosowane jako ele¬ menty podpierajace pomost 12 elektrolizera. Slupy 11 maja wysokosc wystarczajaca dla dzialania przelacznika ponizej rzedu elektrolizerów. Dlugosc przelacznika 5 jest dostosowana do dlugosci elek¬ trolizera 1. Zlacza 6 sa dostosowane do elemen¬ tów elektrodowych 13, dzieki czemu umozliwiony jest prostoliniowy przeplyw pradu pomiedzy kaz¬ dym elementem elektrodowym a klaczem przelacz¬ nika.Fig. 6 przedstawia uklad elektrolizerów z piono¬ wymi elektrodami o znanym stosunku dlugosci do szerokosci elektrolizera.Fig. 7 przedstawia uklad elektrolizerów z piono¬ wymi elektrodami wedlug wynalazku, przy takiej samej liczbie elektrolizerów, takiej samej liczbie elementów elektrodowych 13 w elektrolizerach, ze przy takim samym pradzie jak w ukladzie z fig. 6 a zatem przy takiej samej wydajnosci produkcyj¬ nej, ale ze zwiekszonym stosunkiem dlugosci do szerokosci elektrolizera. Dzieki takiej zmianie ge¬ ometrii elektrolizera calkowita dlugosc drogi prze¬ plywu pradu pomiedzy zaciskiem wyjsciowym zródla zasilania 2 poprzez elektrolizery i z powro¬ tem do zacisku wejsciowego zródla zasilania jest znacznie zmniejszona w porównaniu z ukladem znanych elektrolizerów. Takie zmiany geometrycz¬ ne ukladu elektrolizerów powoduja znaczne oszcze¬ dnosci materialu przewodzacego prad jak równiez oszczednosci energii elektrycznej, i to tym wieksze im wieksza jest liczba zainstalowanych elektroli¬ zerów.Fig. 8 przedstawia przekrój, poprzeczny konwen¬ cjonalnego pomieszczenia dla elektrolizerów z elek- trolizerami umieszczonymi na podlodze. Plynne produkty elektrolizy przeplywaja na zasadzie gra¬ witacji z elektrolizerów do zbiornika. Ze wzgledu na niskie usytuowanie elektrolizerów rury 14 mu¬ sza byc zainstalowane w rowach 15, których gle¬ bokosc zalezy od dlugosci rzedu elektrolizerów, a zbiornik 16 musi byc zainstalowany w wykopie 17.Fig. 9 przedstawia rozmieszczenie orurowariia ukladu elektrolizerów wedlug wynalazku. Dzieki wysokiemu usytuowaniu elektrolizerów, rury i zbiornik moga byc zainstalowane na podlodze, dzieki czemu unika sie wszelkich rowów i wyko¬ pów. Wszelkie inne rury, przykladowo dla pro¬ duktu lub surowców mozna zainstalowac ponizej poziomu elektrolizerów 1, tak ze rury nie przesz¬ kadzaja operatorom pracujacym przy elektrolize¬ rach i nie utrudniaja pracy dzwigu.Fig. 10 przedstawia rozmieszczenie szyn po¬ przecznych 4 w znanym ukladzie * elektrolizerów.W przypadku zainstalowania nad glowa szyny po¬ przeczne zaklócaja obszar dzialania dzwigu. W przy¬ padku zainstalowania pod podloga na szyny po¬ przeczne trzeba wykonac rowy.Na fig. 11 przedstawiono rozmieszczenie szyn po¬ przecznych wykorzystujace wyzsze usytuowanie elektrolizerów.w ukladzie wedlug wynalazkurSzy¬ ny poprzeczne sa usytuowane ponizej poziomu po¬ mostu 12 elektrolizerów i nie przeszkadzaja w pra¬ cy obslugi lub dzwigu.Uklad elektrolizerów wedlug wynalazku ma wie¬ le innych zastosowan. Przykladowo chlorany me¬ tali alkalicznych mozna wytwarzac stosujac uklad elektrolizerów wedlug wynalazku przez poddawa¬ nie substancji zracych i chlorku dalszym reakcjom poza ukladem elektrolizerów wedlug wynalazku.W takim przypadku roztwory zawierajace zarówno chloran metalu alkalicznego jak i chlorek paetalu alkalicznego mozna zawracac do ukladu elektroli¬ zerów w celu poddawania dalszej elektrolizie.Uklad elektrolizerów mozna wykorzystywac do elektrolizy kwasu solnego oddzielnie lub w pola¬ czeniu z chlorkiem metalu alkalicznego. Uklad elektrolizerów wedlug wynalazku jest zatem wyso¬ ce uzyteczny w tych i w wielu innych procesach wodnych. PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL