SE180078C1 - - Google Patents

Description

Uppfinnare: S Muller Prioritet begtird /ran den 22 och 31 december 1951 (Porbunderepubliken Tysk1and) Foreliggande uppfinning avser en anordning for genomforande av elektrokemiska processer med anvandning av diafragma mellan elektrodema, isynnerhet for elektrolytisk oxidation, sarskilt framstallning av persvavelsyra och dess foreningar i hOg koncentration, bestaende av en elektrolysor, som omfattar ett elektrolyskarl saint i detta anordnade katod och anodcell, den senare bestaen.de av en ett anodrum bildande, lampligen rorformig diafragma, omslutande en tradformig anod.

Uppfinningen kannetecknas i huvudsak darav, att anodcellen via diafragman j 5inte for tillforsel av anolyt tjanande rorledning 5ro fast anordnade i ett elekrolysorkarlet tackande lock, ovanfor vilket är anordnat ett en vatskeranna bildande samlingsrum for frail anodrummet uttradande, i dimform forekommande resp. mekaniskt medryckt syra jamte anodgas, och under vilket är anordnad en runtom utanfor katoden och anodcellen i elektrolyskdrlet nedskjutande vagg fOr uppsamling av katodgas for vars bortledning ett utlopp ãr anordnat, som passerar genom namnda lock.

Ldmpligt är, att anodrummets volym, ut.tryckt i cm3, forhaller sig till diafragmaytan, uttryckt i cm2, som hogst 1 : 4, fOretradesvis 1 : 6 till 1 : 12, sasom i och for sig forut kant.

Vid en foredragen utforingsform av uppfinningen är i locket innanfor den i elektrolyskfirlet nedskjutande vdggen anordnade ett antal anodceller, bildande ett cellsystem, varvid anodcellerna i anolythanseende antingen arc kopplade i serie med anolyttillforsel fran foregaende vatskeranna utom till den forsta, eller parallellt med anolyttillforsel frail gemensam tillforselledning, och 1 elektriskt hanseende aro kopplade parallellt, eventuelit med anvandande av gemensam katod for samtliga anodceller.

Vid en speciell utforingsform ár enligt uppfinningen i locket innanfor den i elektrolyskarlet nedskjutande vaggen anordnade ett flertal cellsystem, vilka i anolythanseende aro seriekopplade, varvid anolyttillfOrseln till samtliga cellsystem utom det forsta sker Iran en for samtliga anodceller i resp. cellsystem gemensam vitskeranna, men i elektriskt hdnseende aro parallellkopplade.

Uppfinningen beskrives narmare nedan under hanvisning till a bifogade rithingar visade utforingsexempel.

Fig. 1 visar i vertikalsektion en enligt uppfinningen anordnad anodcell, dal. 1 betecknar en tradformig anod, som utefter hela sin langd omslutes av en rorformig diafragma 2. Med 3 betecknas katoden, som t. ex. bestar av bly och som är forsedd med en kylmantel 4, exempelvis av blyslingor. Elektroderna befinna sig i ett karl 5, i vilket katodvatskan rymmes och pafylles genom oppningen 16. Anolyten tillfores genom en rorledning 6 Over diafragmans undre oppning, sã att elektrolyten i det tranga diafragmaroret 2 vid elektrolysen medryckes uppat av de utvecklade anodgaserna. Anolyttilloppet regleras genom instdllning av en regleringsventil 15, medan nivan i elektrolyskdrlet halles konstant med hjalp av ett braddaylopp 17. Elektrolyskdrlet 5 dr tillslutet med ett lock 7, som enligt uppfinningen är fast forbundet med en utanfor katoden och anodcellen runtom i elektrolyskarlet nedskjutande vagg 8, t. ex. av Vinidur eller porslin, for uppsamling av det katodiskt utvecklade vatet, som bortledes genom ett utlopp 12, som 2— — passerar genom locket. Diafragman ar med hjalp av en bussning 9, som lampligen bestar av ett ej metalliskt material, t. ex. Vinidur, gastatt ford genom locket, varvid genomf0- ringen lampligen sakrats sarskilt exempelvis medelst en MipoIantatning. (Vinidur ar ett varumarke Or en i marknaden saluford polyvinylkloridplast och Mipolan fir ett sampolymerisat av vinylklorid och akrylsyraestrar.) Den ovanfor locket befintliga delen av vaggen ar utbildad som ett en vatskeranna 10 bildande samlingsrum for anolyten, som fran den ovre anden av diafragmaroret utslungas med den avgaende anodgasen, eventuellt som dim-ma. Den fran katodprodukten viii skilda anodgasen avledes genom ett ror 13. Vatskerannan 10, som bildar owe delen av locket ar forsedd med ett avloppsror 11 for den avgasade anolyten, som genom detta ror transporteras antingen till fortsatt bearbetning, exempelvis destillation, eller ocksa, sasom fig. 2 visar, vid seriekoppling av flera anoder ledes in i tillforingsroret av efterfoljande anodrum.

De i elektrolyscellerna anvanda elektroderna ha formen av tradar, och da i synnerhet s. k. manteltradar, vid vilka en karna av en elektriskt viii ledande metall, exempelvis silver eller koppar, overdragits med exempelvis tantal. Silver-tantalmanteltradar, som omlindats med platinaspiraler eller overdragits pa annat lampligt satt, ha visat sig sardeles lampliga for detta andamal.

Med hjalp av lock-nedskjutande vaggkombinationen, som enligt uppfinningen bildar en vasentlig bestandsdel i elektrolysanordningen, bildas mellan det egentliga stromtillforingsstallet till anoden och till neddoppningsstallet I vatskan en eventuellt avsevard fri stracka, ph vilken anoden endast tjanar for stromtillforseln men ej for elektrolysen, medan den. star i beraring med den bildade anodprodukten. Det ar darfOr av betydelse att denna fria stracka Mlles sâ kall som m5jligt for undvikande av sonderdelningar hos anodprodukten genom de vid de hoga strombelastningarna i detta avsnitt av anoden avsevarda jouleska varmet. Anodens anslutning till den egentliga stromtillforingen, t. ex. en stromfordelarskena, astadkommes darfor genom lodning, for att en fullgod stromoverging och likformig stromfordelning skall astadkommas. Stromfordelarskenan kyles dessutom effektivt, varvid kylningen aven utovar sin verkan pa en vasentlig del av anodens fria stracka for att darigenom i stor utstrackning minska ett ogynnsamt inflytande av det jouleska varmet fran de starkt belastade tradarna pa anodprodukten eller att till och med fullstandigt eliminera detta varme. Den kylda stromtillforingen for anoden betecknas a fig. 1 med 14.

Tidigare har det framhallits att uppfinningen sarskilt la.mpar sig for uppbyggandet av ett mera omfattande cellsystem med ett flertal i vatskehanssende serieanslutna anodcel ler. En dylik utfOringsform av den uppfinningsenliga anordningen visas a fig. 2, pa vii-ken hanvisningsbeteckningarna i huvudsak ha samma betydelse som pa fig. 1. Enligt fig. 2 upptar elektrolysbehallaren 5 anoder 1, vilka tin hela sin langd aro omslutna av diafragmaror 2. Samtliga diafragmaror 2 aro medelst gastata bussningar 9 fast fOrenade med locket 7. Katoderna 3, som kylas av kylslingor 4, aro anordnade hangs anoderna. Anolyten Mores genom rorledningen 6 och en samlingsledning 6a underifran I det till den forsta anoden harande anodrummet. For reglering av tillflodet i rorledningen. 6 tjanar en ventil 15, medan farsk katodvatska, t. ex. svavelsyra kan pafyllas genom en pafyllningsoppning 16. Det darvid katodiskt utvecklade vatet samlas under locket 7 innanf Or vaggen 8 och bortledes genom det gemensamma utloppet 12. Anodgaserna uttrada tillsammans med den anodiskt bildade persvavelsyran vid diafragmornas ovre ande i vatskernan 10 ovanfor locket och avledas genom roret 13, medan den avgasade anodvatskan nedstrommar genom roren 6 och Over samlingsledningen 6a i foljande anodrum Ater tillfores underifran. Pa detta salt uppnas en kontinuerlig vatskegenomgang genom anodrummen 1 Over vatskerannorna 10 och tilledningsroren 6 och 6a. Den bildade persvavelsyran fran den sista anoden ledes genom roret 11 till fortsatt bearbetning. De tradformiga anoderna uttrada genom det ovre, den uppskjutande vaggen tackande locket, som samtidigt bildar forslutningen till vatskerannan 10, och aro fast forbundna med de kylda anodskenorna 14, foretradesvis medelst lOdning. Katodvatskans nivâ installes med hjalp av ett braddavlopp 17.

I synnerhet vid uppbyggande av en elektrolysanordning av ett flertal cellsystem omfattande med diafragmor omslutna tradformiga, foretradesvis langa anoder, som arbeta ph en katod, har det visat sig utomordentligt andamalsenligt att forena det som tillslutning av elektrolyskarlet anvanda locket, som samtidigt rymmer anordningarna for gas- och vatsketransporten, med diafragmorna till ett konstruktionselement, som ungefar i form av en ram lampligen ken inhangas som en enhet i det egentliga elektrolyskarlet. Genom en dylik konstruktion blir monteringen av elektrolyscellerna sardeles enkel, tidsbesparande och tillfOrlitlig (jfr fig. 3 i forbindelse med fig. 4). Det framgar alltsa, att den av locket 7 och vaggarna 8 bestaende enheten, tillsammans med anoderna och diafragmarOren 1 och 2, avensom vatskerannorna 10, gasavledningsroren 12 och 13 och roren 6 fOr elektrolytaterlopp bilda en konstruktiv enhet, pa sá salt, att alla dessa delar i en operation kunna insattas i eller avlagsnas ur elektrolyskarlet mellan katoderna och kylslingorna.

Vid framstallning av persvavelsyra, i synnerhet genom anvandning av hoga stromkon- , centrationer, mojliggor uppfinningen ett snabbt uppnaende av hoga slutkoncentratio- ner somett fordelaktigt satt minska ang- forbrukningen vid destillationen for den fortsatta bearbetningen till vatesuperoxid. Med hansyn till det ogynnsamma inflytandet av Caro's syra är den Rade bildningshastigheten av persvavelsyran och den korta upphallstiden i anodrummet av sarskild betydelse.

Den tvangsmassiga vatsketransporten astadkommer framfor alit vid seriekoppling av flera cellsystem en utomordentligt liten temperaturkanslighet hos anolyten och medfor aven att regleringen av det anodiska tillflodet och avtappningen av den bildade persvavelsyran under avsevard forenkling av den driftsmassiga skotseln av anlaggningarria numera endast sker pa ett stalle. I detta sammanhang ma framhallas att den vanliga avgasningen av anolyten vid en med ett flertal anoder genomford elektrolys numera utfores pa ett f8rdelaktigt satt och att okningen ay genomstromningsmangderna tillater en noggrannare och mindre kanslig dosering ay elektrolyten. Alltefter koncentrationen pa den anvanda syran forblir cellspanningarna pa 4,5 volt och darunder utomordentligt sma, sâ att man genom minskningen av spanningen och mojligheten att utfOra elektrolysen med hoga stromutbyten kan uppna avsevarda energibesparingar av 20-30 % i ja.mforelse med de for liknande andamal avsedda kanda eller fOreslagna forfarandena, vid -vilka man arbetar med vasentligt lagre stromkoncentration och eventuellt till och med sarskild anodkylning.

Uppbyggnaden ay varje cellsystem av ett flertal anodceller framgar av den i fig. 3 och 4 visade konstruktionen av en elektrolysOr med 7 cellsystem med vardera 40 anodceller. Beteckningarna i fig. 3 och 4 ha foljande betydelse Anodtradar (7 x40) DiafragmarOr (7 X 40) Katoder (7 X 1) Kylslingor f5r katoder Elektrolysorvanna Tillforselledning for anolyten for matning ay 40 anodceller 6a. Samlingsledningar for anolyten Elektrolysorlock Nedskjutande vagg for uppsamling av katodiskt utvecklat vale Bussning for diafragmarorens genomforing Vatskerannor vid locket Avledningsror for anolyt Utlopp for mate Avledningsror for anodgaser (4) Stromskenor for anodtradarna Tackplatar for anolytrannorna (10) Tillforingsr5r for katodrummet Braddavlopp fOr bortledning av katodvatskan.

Av denna anordning framgar, att det, sâ- som redan framhallits, är mojligt att utnyttj a gastransporten for elektrolyten i det att ett flertal cellsystem aro seriekopplade i ett och samma plan utan kaskadformig uppbyggnad, Den snabba omsattningen av anodvatskan ge- ,nom diafragmarummen, som exempelvis vid sju seriekopplade cellsystem sker med en str5mningshastighet av 1,4 m/min, gOr det for forsta &Igen mojligt att uppna en persvavelsyrakoncentration av Over 300 g/lit. Man er- hailer i genomsnitt en anodprodukt med 330-- 350 g persvavelsyra per liter yid ett stromutbyte av mer an 70 %, varvid fOrbrukningen, raknad pa 1 kg 100-procentig vatesuperoxid, Jigger under 12, i nornaala fall till och med vid 11 kWh.

En sarskild fordel med den enligt uppfinningen foreslagna anordningen for utforande ay elektrolysen ligger dari, att samlingsrmnmet for den fran anodrummen i ett cellsystem uttradande anodsyran forenas med anodrummen av det foljande cellsystemet genom en gemensam ledning (6 resp. 6a). Som en vasentlig teknisk effekt hos de anyanda anordnin.garna ma vidare namnas, att anolyten ror sig i motstrom mot katolyten, varigenom man vid framstallningen avpersvavelsyra mom omradet for det hogsta behovet av HS0'4-joner i anodrummet aven liar den h8gsta H2SO4-koncentrationen i katodrummet. Genom dessa forhallanden ges en vasentlig forutsattning for uppnaende av hoga koncentrationer ay persvavelsyra i anodpunkten. I jamforelse armed har det vid den hittills vanliga kaSkadformiga anordningen am cellerna ej varit m5jligt att genomfora en dylik atgard, utan liar stred tvartom det hogsta behovet am HSO4'-joner alltid mot den kraftigast utarmade katodvatskan.

Claims (2)

Patentansprak:

1. Anordning for genomforande av elektrokemiska processer med anyandning av diafragma mellan elektroderna, i synnerhet fOr elektrolytisk oxidation, bestaende ay en elektrolysor, som omfattar ett elektrolyskarl samt i detta anordnade katod och anodcell, den senare best'aende am en ett anodrum bildande, lampligen rorformig diafragma, omslutande en tradformig anod, kannetecknad darav, att anodcellen via diafragman (2) jamte for tillforsel ay anolyt tjanande rorledning (6) aro fast anordnade i ett elektrolysorkarlet (5) tackande lock (7), ovanfor vilket dr anordnat ett en vatskeranna (10) bildande samlingsrum for fran anodrummet uttradande, i dim-form fOrekommande resp. mekaniskt medryckt syra jamte anodgas, och under vilket ãr anordnad en runtom utanfor katoden och anodcellen i elektrolyskarlet nedskjutande vagg .(8) for uppsamling ay katodgas, for mars 4— 1 80 0_78 — bortledning ett utlopp (12) or anordnat, som passerar genom namnda lock (7). 2. Anordning enligt patentanspraket 1, kannetecknad darav, att anodrummets volym, at- tryckt i cm3, forhaller sig till diafragmaytan, uttryckt i cm2, som hogst 1: 4, foretradesvis 1 : 6 till 1 : 12, sasom i och for sig f8rut kant. 3. Anordning enligt patentanspraken 1 och 2, kannetecknad darav, att i locket (7) innanfor den i elektrolyskarlet nedskjutande vaggen (8) aro anordnade ett antal anodceller, bildande ett cellsystem, varvid anodcellerna i anolythanseende antingen am kopplade i sere (fig. 2) med anolyttillforsel fran fOregaende vatskeranna (10) utom till den Rasta eller parallellt (fig. 3 och 4) med anolyttillforsel fran gemensam tillforselledning (6), och i elektriskt hanseende aro kopplade pa rallellt eventuellt med anvandande av gemensam katod for samtliga anodceller (fig. 3 och 4). 4. Anordning enligt patentanspraket 3, kannetecknad darav, att i locket (7) innanfor den i elektrolyskarlet nedskjutande vaggen (8) aro anordnade ett flertal cellsystem (fig. 3 och 4), vilka i anolythanseende aro seriekopplade, varvid anolyttillforseln till samtliga cellsystem utom del Rasta sker fran en for samtliga anodceller i respektive cellsystem gemensam vatskeranna, men i elektriskt hanseende aro parallellkopplade. Anftirda publikationer: Patentskrif ter Iran Sverige 39 455, 77 852; Frankrike 902 686. Stockholm 196

2. Hung. Boktr. P. A. Norstedt & &Men 620089