Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie typu prasy filtracyjnej* zwlaszcza do elektrolizy chlof- ków metali ziem alkalicznych.Znane sa urzadzenia elektrolityczne o elementach dwubiegunowych jak urzadzenia dla elektrolizy soli alkalicznych. Sa one korzystne ze wzgledu na oszczednosc miejsca pfzy szeregowym montazu elementarnych jednostek skladowych i latwy spo¬ sób zasilania.Jednak wciaz brak jest wlasciwego rozwiazania samego urzadzenia, które w zasadzie stanowi pe¬ wien zespól mechaniczny zawierajacy znaczna ilosc komór jednostkowych. Stanowi to, w przypadku uszkodzenia jednego z ogniw podstawowych, mo¬ zliwosc wstrzymania pracy calego ukladu. Poja¬ wienie sie nowych materialów nie tylko pozwolilo na zwiekszenie spraVnego dzialania skomplikowa¬ nego urzadzenia ale pozwolilo równiez na powie¬ kszenie obciazenia przypadajacego na jednostka powierzchni elektrod. Ta z kolei korzysc jest mo¬ zliwa dzieki zastosowaniu elektrod o strukturze metalicznej, w sklad których Wchodza tytan 1 sto¬ py a czesci Czynne jako anody zostaja pokryte warstwami przewodzacymi na które me dziala szkodliwie zastosowany elektrolit.Nalezy przewidziec taMe rozwiazanie, aby gazy pochodzace z elektrolizy wydzielaly *ia w zasa¬ dzie na zewnatrz przestrzeni, zawartej pomiedzy aktywnymi czesciami zasadowymi i katodowymi co w przypadku uraatisen typu prasy filtracyjnej, 2 przy braku strat przy pradzie prostopadlym do powierzchni czynnych elektrolitycznie elektrod, po¬ zwala z jednej strony na zwiekszenie gestosci pra¬ du na jednostke powierzchni bez nadmiernego 3 przegrzewania sie; takie elektrody dwubiegunowe zostaly juz podane w opisach patentowych z&tytu* oWanych „Elektrody dwubiegunowe" i „Elektrody dwubiegunowe rozbieralne" z dnia 21 grudnia 1971 r. i 22 grudnia 1671 f.Nr 71.45.861 i Nr 71.46,072. io Jednakze konstrukcja urzadzen typu prasy fil¬ tracyjnej o duzej wydajnosci przy zastosowaniu takich elektrod stwarza nowe problemy. Stwier¬ dzono, ze klatki budowane Wedlug tej koncepcji nie nadaja sie do zastosowania przy konstrukcji urzadzen elektrolitycznych o duzych gestosciach pradu ze wzgledu na trudnosci Wynikajace W roz¬ dzielaniu gazów i cieczy oraz ze wzgledu na za¬ pewnienie Odpowiedniej cyrkulacji elektrolitu. W tych urzadzeniach o duzej gestosci pradu trudno jest przeprowadzac rozdzial duzych ilosci gazu zmieszanych ze stosunkowo duzymi ilosciami ele¬ ktrolitu a przynajmniej przewidziec dostatecznie wielkie przekroje dla róznych dróg przesylowych, co moze powodowac zbyt duze straty pradu w skutek laczenia W zbiorczej kanalizacji strumieni cieczy wyplywajacych z wyjsc poszczególnych Jed¬ nostek elementarnych* • W urzadzeniach o duzej gestosci pradu przeply¬ wy elektrolitu powinny byc poddane starannym so badaniom w celu unikniecia z jednej steny jtgrt 969393 :-? ¦¦; [4 wielkiego zubozenia w; jony tego elektrolitu, w miare jak wystepuje tendencja do wzrostu od¬ stepów pomiedzy anodami i.katodami i z drugiej strony dla unikniecia nadmiernego powstawania baniek gazowych.Celem unikniecia tych niedogodnosci w paten¬ cie francuskim 2.169.710 zaproponowano klatki stwarzajace strefe dolna obejmujaca jedna anode i jedna katode oraz strefe górna, laczaca sie ze strefa dolna poprzez jedna lub kilka dróg prze¬ plywowych, gdzie dokonuje sie oddzielanie od ele¬ ktrolitu gazów powstalych w wyniku elektrolizy.W ten sposób dzieki wprowadzeniu pomiedzy wspomnianymi strefami serii otworów otrzyma¬ no zwiekszenie gestosci pradu rzedu 30 A/dm2 dla urzadzenia zbudowanego z elektrod o 60 dn2, pra¬ cujacych przy 90°C, przy zasilaniu roztworem chlo¬ rku sodu o stezeniu 310 g/l, pod napieciem zasi¬ lania 3,2 wolta na ogniwo elementarne.Powyzsze jednak wyniki, mimo powaznego po¬ stepu w stosunku do uprzedniego stanu techniki, okazuja sie jeszcze niedostateczne wobec obec¬ nych wymagan przemyslowych.Nalezy zaznaczyc, ze objetosc emulsji w strefie górnej, dalej nazywanej równiez strefa rozdzialu, zwieksza sie z czasem z róznych powodów zwiaza¬ nych czesciowo ze starzeniem sie membrany. Po¬ ziom emulsji jest ograniczony wartoscia maksy¬ malna, po przekroczeniu której emulsja zostaje wyciagana przez wylot chloru, co w konsekwen¬ cji powoduje calkowite zatrzymanie pracy urza¬ dzenia, badz przynajmniej koniecznosc znacznego obnizenia gestosci pradu a zatem i obnizenie pro¬ dukcji chloru.Wedlug wynalazku urzadzenie typu prasy fil¬ tracyjnej do elektrolizy, zwlaszcza roztworu chlor¬ ku metalu ziem alkalicznych, zaopatrzone w strefe elektrolityczna zawierajaca elektrody dwubiegu¬ nowe z przepona i otoczone co najmniej jedna rama i jedna komora do oddzielania gazu od cie¬ czy, charakteryzuje sie tym, ze zawiera jedna stre¬ fe posrednia o przekroju zmniejszonym w stosunku do przekroju pozostalych stref i utworzona przez co najmniej jeden przewód doprowadzony do ko¬ mory oddzielania na poziomie powyzej dolnej scia¬ ny komory oddzielania i w poblizu górnej sciany strefy elektrolitycznej oraz co najmniej jeden prze¬ wód doprowadzony do poziomu dolnej sciany ko¬ mory oddzielania i w poblizu dolnej sciany strefy elektrolitycznej.Strefa posrednia jest wiec utworzona miedzy strefa elektrolityczna a strefa oddzielania gazu od cieczy w celu wytworzenia spadku obciazenia w emulsji gazowej w elektrolicie utworzonym w stre¬ fie elektrolitycznej, z której gaz doprowadzany jest do strefy oddzielania.Spadek obciazenia uzalezniony jest od kilku czynników, a zwlaszcza od geometrii przestrzeni umozliwiajacych przeplyw emulsji w czesci ele¬ ktrolitycznie czynnej, od geometrii przestrzeni u- mozliwiajacych przeplyw emulsji w strefie zawar¬ tej miedzy strefa elektrolitycznie czynna a strefa oddzielania, od dlugosci strefy oddzielania, od ge¬ ometrii przestrzeni umozliwiajacej przeplyw do strefy oddzielania, itd., a takze od niektórych wa¬ runków prowadzenia procesu, takich jak tempera¬ tura, gestosc pradu, itd.Z przyczyn technicznych i ekonomicznych, nie¬ które warunki prowadzenia procesu sa w prak- tyce narzucone. Stwierdzono, ze mozliwe jest lat¬ we i praktyczne kontrolowanie spadku obciazenia przez zastosowanie, miedzy dolna strefa elektroli¬ tycznie czynna a strefa oddzielania pionowego u- rzadzenia do elektrolizy, strefy posredniej utwo¬ rzonej przez przewody wytwarzajace calkowity spadek obciazenia, który moze byc kontrolowany.Praktyczny sposób wykonania polega na zasto¬ sowaniu w tej strefie szeregu przewodów lacza¬ cych górna strefe z dolna, przy czym geometria tych przewodów, zwlaszcza przekrój i dlugosc o- bliczana jest w zaleznosci od geometrii pozostalych czesci urzadzenia do elektrolizy oraz pd warunków prowadzenia procesu. Przewody te maja górny otwór oddalony od dolnej scianki strefy oddziela¬ nia gazu od cieczy znajdujacej sie w strefie ele¬ ktrolitycznej, usytuowany w dolnej czesci tej stre¬ fy.Stwierdzono równiez, ze objetosc emulsji w stre¬ fie wyzszej mozna zmniejszyc przez wytworzenie recyrkulacji elektrolitu miedzy strefa oddzielania a wlasciwa strefa elektrolityczna.Wystarczy w tym celu zastosowac dodatkowe przewody recyrkulacyjne miedzy strefa górna i strefa dolna.Urzadzenie wedlug wynalazku zawiera korzyst¬ nie dolna strefe elektrolityczna, górna strefe od¬ dzielania oraz strefe posrednia i charakteryzuje sie tym, ze strefa posrednia miedzy komora od¬ dzielania gazu od cieczy a strefa elektrolityczna sklada sie z szeregu przewodów wytwarzajacych spadek obciazenia i doprowadzonych do poziomu nad dolna scianka komory oddzielania oraz do dolnej czesci strefy elektrolitycznej, a takze z sze¬ regu przewodów recyrkulacyjnych odpowiednio do¬ prowadzonych w poblize dolnych scianek komory oddzielania gazu od cieczy i strefy elektrolitycz¬ nej.Przewody te moga miec dowolna lecz odpowied¬ nia geometrie, zwlaszcza dowolny odpowiedni prze¬ krój, taki jak przekrój cylindryczny, prostokatny, itd. Moga one byc utworzone przez rury. Oddzie¬ lanie i recyrkulacje w urzadzeniu do elektrolizy mozna wówczas kontrolowac przez, zastosowanie odpowiedniej ilosci i geometrii tych rur.W praktyce mozna doprowadzac solanke do kaz¬ dej komory anodowej przez rury dolne, które w tym celu nalezy przedluzyc do góry tak aby je polaczyc z przewodem zasilajacym, zapewniajac jednak w tych rurach, w czesci górnej strefy za¬ wierajacej ciecz, co najmniej jeden otwór umozli¬ wiajac przeplyw cieczy anodowej.Niniejszy wynalazek znajduje zastosowanie w kazdej komorze z elementami dwubiegunowymi typu prasy filtrujacej takiej jak opisano we fran¬ cuskim opisie patentowym 2 169 710 lub w komo¬ rze zawierajacej elementy dwubiegunowe takie jak opisano w zgloszeniu patentowym Nr 7 325 917 z dnia 6 lipca 1973.W celu uproszczenia konstrukcji, kazda strefa 40 45 50 55 605 96 939 6 elektrolityczna polaczona jest odpowiednia komora oddzielania gazu od cieczy.Mozna równiez zastosowac wynalazek w komo¬ rach zawierajacych jedna strefe oddzielania gazu od cieczy dla kilku stref elektrolitycznych lub 5 kilka komór oddzielania dla jednej strefy elektro- v litycznej.Przedmiot wynalazku jest omówiony w przykla¬ dach wykonania, na rysunku na którym fig. 1 przedstawia urzadzenie wedlug wynalazku w per- 10 spektywicznym ujeciu, fig. 2 — ramke anodowa wraz z rurami.Urzadzenie typu modularnego sklada sie z ele¬ mentów takich jak 1 i 2. Kazdy modul zawiera jedna przegrode anodowa 3 i 4 oraz jedna prze- 15 grode katodowa 5 i 6. Calosc jest polaczona przez srodki laczace i zaciskowe takie jak 7, 8, 9 i 10 polaczone trwale z przegrodami i umieszczone wzdluz obwodu ogniwa.Srodki laczace i zaciskowe utworzone sa np. 20 przez urzadzenie zawierajace jedna czesc wew¬ netrzna 11 wprowadzana do czesci zewnetrznej 12 ramki sasiedniej; laczenie jest zapewnione przez zawleczke nie przedstawiona na rysunku.Kazdy element modulowy taki jak 1 lub 2 spo- 25 czywa za posrednictwem krazka jak 13 lub 14, na torze tocznym 15, 16, co umozliwia umiejscowie¬ nie i polaczenie dwóch sasiadujacych ze soba ele¬ mentów.Kazda przegroda anodowa i katodowa sklada sie 30 równiez z komory zawierajacej elektrode taka jak 17, 18, 19, 20, stanowiaca dolna strefe ramy czyli strefe elektrolizy oraz z komory takiej jak 21, 22, 23, 24 stanowiacej strefe górna czyli strefe oddzie¬ lania gazu odcieczy. 35 Zgodnie z wynalazkiem, komory tworzace dolna strefe polaczone sa z komorami tworzacymi strefe oddzielania przez uklad rur 25, 26, 27, 28. Komory odpowiadajace strefom oddzielania przegród ano¬ dowych 22 i 24 maja wymiary wieksze od wymia- 40 rów komór 21, 23 odpowiadajacych przegrodom katodowym.Szczelnosc pomiedzy poszczególnymi ramami za¬ pewniona jest przez srodki nie przedstawione na rysunku, utrzymujace trwalosc laczenia miedzy- 45 biegunowego, utworzone przez same ramki i przez zlacze uszczelniajace rozmieszczone w wycieciach w tym celu wytoczonych na obwodzie ramek two¬ rzacych dolna czesc.Na fig. 2 przedstawiono ramke anodowa 20 za- 50 opatrzona w rury tworzace strefe spadku obcia¬ zenia wedlug wynalazku, i umozliwiajaca recyrku¬ lacje i zasilanie solanka. Rura 27 stanowi przewód wedlug wynalazku, to znaczy przewód, którego dol¬ na czesc umieszczona jest w górnej czesci komory 55 dolnej 20 i którego górna czesc jest usytuowana nad dnem komory 24 tworzacej strefe oddzielania gazu od cieczy. Rura 28 stanowi przewód dolny, którego dolna czesc 29 jest umieszczona w dolnej czesci komory 20 i zawiera otwór 30 usytuowany 60 w dolnej czesci komory 24.Rura 28 jest przedluzona przez rure 31 przecho¬ dzaca przez komore 24, umozliwiajac w ten spo¬ sób zasilanie, przez górna czesc ogniwa, solanki doprowadzajacej przewodem 32. Odprowadzanie ^ utworzonych gazów (chlor i wodór) odbywa sie w górnej czesci przez przewody nie przedstawione na rysunku polaczone z przegrodami anodowymi i katodowymi oddzielania gazu od cieczy.Wynalazek nie jest ograniczony dp wyzej opi¬ sanego sposobu wykonania. Mozna równiez stoso¬ wac oddzielacze wbudowane, mozna takze zasto¬ sowac wynalazek do komór nie zawierajacych od¬ dzielaczy katodowych, lecz jedynie oddzielacze a- nodowe.Mozna równiez polaczyc jedna przegrode, na przyklad anodowa z kilkoma oddzielaczami, lub odwrotnie polaczyc kilka przegród anodowych z jednym oddzielaczem.Geometria rur oraz ich rozmieszczenie wzgledem siebie lub w ogniwie moga byc bardzo rózne.Mozna takze w ramach wynalazku zastosowac srodki umozliwiajace wprowadzenie zmian strefy spadku obciazenia, zwlaszcza w zaleznosci od wa¬ runków prowadzenia procesu, przy czym srodki takie pozwalaja na przyklad zwiekszyc lub zmniej¬ szyc strefe posrednia lub wprowadzic wieksza lub mniejsza ilosc rur. Mozna równiez zastosowac, dla doprowadzania emulsji i dla recyrkulacji, rury wspólosiowe lub ekscentryczne.W celu uwidocznienia korzysci urzadzenia wed¬ lug wynalazku przeprowadzono nastepujace próby, przy wykorzystaniu urzadzenia elektrolitycznego zgodnie z wyzej podanym opisem.Przyklad I. Dla urzadzenia o wymiarach ktrod 60 dn2, o miedzybiegunowym odstepie wy¬ noszacym 4 mm, zaopatrzonego w 6 rur górnych o dlugosci 35 cm, srednicy ruryN 4 cm, o dwóch rurach dolnych, zasilanego roztworem chlorku so¬ du o stezeniu 310 g/l uzyskuje sie gestosc pradu 50 A/dm2 przy napieciu równowagi 3,8 V i tempe¬ raturze 90°C.Przyklad II. Ten przyklad ma na celu wy¬ kazanie znaczenia zastosowania rur górnych i dol¬ nych.Zastosowane ogniwo jest takie samo, jak w przy¬ kladzie poprzednim, warunki pracy sa równiez ta¬ kie same, za wyjatkiem gestosci pradu, która wy¬ nosi tu 33 A/dm2 przy napieciu równowagi 3,3 V.Nalezy zauwazyc, ze przy podanych warunkach wysokosci emulsji w górnych komorach, odpowia¬ dajacych górnej strefie wynosi 9 cm i ze wysokosc ta pozostaje stala w czasie, nie powieksza sie w czasie, co stanowi regule dla ogniw bez górnych rur. Nastepnie z ogniwa wylaczono przez zatkanie dwie rury dolne. Zaobserwowano znaczne zwie¬ kszenie sie poziomu emulsji, która teraz osiaga 29 cm.Zauwazono, ze przy braku strefy o kontrolowa¬ nej stracie obciazenia, wedlug wynalazku przy u- rzadzeniu, zgodnym z francuskim patentem 2.169.710, w tych samych warunkach pracy poziom emulsji wynosi 60 cm.Powyzsze przyklady wskazuja znaczenie wyna¬ lazku, umozliwiajacego zarówno powiekszenie pro¬ dukcji chloru, przez prace urzadzenia przy wiek¬ szej gestosci pradu, jak równiez poprawienie wa¬ runków pracy, w szczególnosci przez zmniejszenie zawartosci chloranu w katolicie.9*939 PL