DE692414C

DE692414C - Device for chlor-alkali electrolysis

Info

Publication number: DE692414C
Application number: DE1936L0089920
Authority: DE
Original assignee: CHRISTO D LAMBIEFF
Current assignee: CHRISTO D LAMBIEFF
Priority date: 1935-03-07
Filing date: 1936-03-08
Publication date: 1940-06-20

Description

Vorrichtung für die Chloralkalielektrolyse Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur elektrolytischen Gewinnung von Ätzalkalien (Ätznatrium oder Ätzkalium) .Apparatus for chlor-alkali electrolysis The present invention relates to a device for the electrolytic extraction of caustic alkalis (Caustic sodium or caustic potassium).

Wird eine Alkalichloridlösung der Elektrolyse unterworfen, so findet bekanntlich an der Kathode primär eine Abscheidung des Alkalimetalls statt, das, mit dem Wasser reagierend, unter Wasserstofl'abscheidung in Ätzalkali übergeht. An der Anode scheidet sich gleichzeitig die äquivalente Menge Chlor ab. Wenn man das Ätzalkali gewinnen will, so muß die Anordnung derart getroffen werden, daß die entstandenen Hydroxylionen mit dem in der Elektrolytlösung gelösten Chlor nicht zusammentreten können, weil sie sonst miteinander reagierend zur Hypochlorit- -und Chloratbildung führen würden. Eine stromdurchlässige Scheidewand zwischen den Elektroden hilft nur teilweise; weil die gebildeten Hydroxylionen, an der Stromleitung teilnehmend, durch die Scheidewand nach der Anode wandern und in dem Anodenraum mit dem Chlor -reagierend verlorengehen.If an alkali metal chloride solution is subjected to electrolysis, then As is well known, a deposition of the alkali metal primarily takes place at the cathode, which, reacting with the water, converts into caustic alkali with the separation of hydrogen. At the same time, the equivalent amount of chlorine is deposited on the anode. If wants to win the caustic alkali, the arrangement must be made so that the Hydroxyl ions formed with the chlorine dissolved in the electrolyte solution do not can meet, because otherwise they will react with each other to hypochlorite -and Would lead to chlorate formation. A partition between the electrodes that allows current to pass through only partially helps; because the hydroxyl ions formed, taking part in the current conduction, migrate through the septum to the anode and into the anode compartment with the chlorine -reactively get lost.

Man wendet daher bei den meisten kontinuierlich arbeitenden elektrolytischen Verfahren zur Gewinnung von Ätzalkalien eine strom- und flüssigkeitsdurchlässige Scheidewand (Filterdiaphragma) zur Trennung der Elektrodenräume voneinander an, wobei während der Elektrolyse durch Zufließenlassen der zu verarbeitenden Elektrolytlösung im Anodenraum eine Strömung des Anolyten durch das Diaphragma hindurch gegen die Kathode hervorgerufen. und @aufrechterhalteni wird, -um die vom Kathodenraum zur Anode strebenden Hydroxylionen zurückzuhalten. Je gleichmäßiger diese Strömung und die Stromlinienverteilung zwischen den Elektroden ist, um so vollständiger wird bei richtiger Durchflußgeschwindigkeit des Anolyten die Zurückhaltung der Hydroxylionen, und um so besser wird daher die Stromausbeute. Die elektrische Leitfähigkeit des Diaphragmas bedingt andererseits die Arbeitsspannung bz.w. die Energieausbeute. Diese zwei Bedingungen, nämlich einerseits die Fähigkeit des Diaphragma;s, die nach der Anode strebenden Hydroxyliönen möglichst vollständig zurückzuhalten, und andererseits die Fähigkeit des Diaphragmas, den elektrischen Strom fast widerstandslos "durchzulassen, bestimmen in erster Linie den Nutzeffekt bzw. die Wirtschaftlichkeit einer Zelle.It is therefore used in most continuously operating electrolytic Process for the extraction of caustic alkalis a flow and liquid permeable Septum (filter diaphragm) to separate the electrode spaces from each other, during the electrolysis by allowing the electrolyte solution to be processed to flow in in the anode compartment a flow of the anolyte through the diaphragm against the Cathode caused. and @ is maintained, -um that from the cathode compartment to the Retain the anode striving to retain hydroxyl ions. The more even this flow and the more complete the streamline distribution between the electrodes becomes with the correct flow rate of the anolyte, the retention of the hydroxyl ions, and therefore the better the current yield. The electrical conductivity of the On the other hand, diaphragms cause the working voltage or the energy yield. These two conditions, viz., On the one hand, the ability of the diaphragm; s that after the anode striving to retain hydroxyliones as completely as possible, and on the other hand the ability of the diaphragm to "let the electric current through with almost no resistance," primarily determine the efficiency or profitability of a cell.

Zur Anfertigung der Diaphragmen wird im allgemeinen Asbest angewendet, der entweder als Asbestwolle oder Asbestgewebe unter Zugabe von Zusätzen oder in Form von Asbestpapieren bzw. Asbestpappen, die verhältnismäßig dicht gepreßt sind, zur Anwendang gelangt. Sowohl die Zusätze als auch die stärkere Pressung und die darauf folgende dichtere Anlagerung der Asbestfasern aneinarider haben einen ungünstigen Einfluß auf die elektrische Leitfähigkeit des Diaphragmas.Asbestos is generally used to make the diaphragms, either as asbestos wool or asbestos fabric with the addition of additives or in Form of asbestos paper or asbestos cardboard that are relatively tightly pressed, for application got. Both the additives and the stronger one Pressing and the subsequent denser accumulation of the asbestos fibers on one another have an unfavorable influence on the electrical conductivity of the diaphragm.

Es ist auch neuerdings vorgeschlagen worden, reine Asbestwolle zur Herstellung des Diaphragmas zu verv#enden. Ein solches filzartiges Diaphragma aus reiner; feinfaseriger Asbestwolle setzt dem Stromdurchgang den geringsten Widerstand entgegen; -da es infolge seiner Voluminosität pro Raumeinheit die geringste Menge von festem, den Strom nichtleitendem Stoff enthält und daher auch die meisten mit Elektrolytlösung angefüllten Wege für die Wanderung der Ionen ' darbietet. - ' Brei sämtlichen bisher bekannten Vorrichtungen dieser Art wird nun aber das Diaphragma stets unmittelbar an die aus einem Metalldrahtnetz, einem gelochten Metallblech oder -Metallrost bestehende Kathode. angelegt; weil man auf diese Weise einerseits die Elektrodenentfernung möglichst klein halten und andererseits dem Diaphragma eine Unterstützung geben wollte. Auch bei der bekannten Anordnung, welche als Diaphragma eine Asbestfaserschiclt von filzartiger Beschaffenheit verwendet, liegt diese Asbestfaserschicht unmittelbar an der Kathode an, da sie bereits bei der Herstellung auf den Kathodenflächen niedergeschlagen wird, wobei außerdem noch vorzugsweise eine Aufwirbelung der Suspension des Fasermaterials stattfinden soll. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß sich während der Elektrolyse diejenigen Flächen der Kathode; welche der Anode zugewendet sind und welche am stärksten stromführend sein sollten, mit einer Gasschicht aus Wasserstoffbläschen bedecken, welche, da die Diaphragmaschicht direkt auf der Kathodenfläche liegt, zwischen der Kathodenoberfläche und der Asbestfilzschicht eingenistet am Entweichen verhindert werden. Durch diese Gasschicht werden die betreffenden Kathodenflächen isoliert und größtenteils unwirksam- gemacht, was zur Folge hat, daß die Stromleitung bedeutend erschwert und trotz der geringeren Entfernung der Elektroden eine erhöhte Arbeitsspannung der Zelle bzw. ein größerer Energieverbrauch bedingt wird oder daß bei niedrig gehaltener Arbeitsspannung die Belastungsfähigkeit, bezogen auf die Elektrodenoberflächeneinheit, beträchtlich sinkt. Besonders nachteilig ist diese Erscheinung bei den bekannten .Anordnungen mit Kathoden aus gelochtem Metallblech o. dgl., weil hier die Berührungsfläche zwischen Kathode und Asbestschicht besonders groß ist. Die an sieh schon nachteilige Wirkung des direkten Anlegens des Diaphrag-`mas an die Kathodenfläche wird hier sogar durch die Anwendung einer verhältnismäßig lockeren Diaphragmafilzschicht noch ganz erheblich gesteigert, denn da die Filzschicht hier auch in die Maschenöffnungen bzw. Löcher der Kathode eindringt, wird der größte Teil der Kathodenoberfläche durch die Filzschicht und während der Elektrolyse durch die Wasserstoffblasen bedeckt und unwirksam gemacht.It has also recently been proposed to use pure asbestos wool To use the diaphragm. Such a felt-like diaphragm purer; Fine-fiber asbestos wool poses the least resistance to the passage of electricity opposite; - because it is the smallest amount per unit of space due to its volume of solid material that does not conduct electricity, and therefore most of them with it Electrolyte solution-filled pathways for the migration of ions'. - 'porridge However, all previously known devices of this type are now the diaphragm always directly on the one made of a metal wire mesh, a perforated metal sheet or -metal rust existing cathode. laid out; because you do this on the one hand Keep the distance between the electrodes as small as possible and, on the other hand, the diaphragm wanted to give a support. Even with the known arrangement, which is called a diaphragm If an asbestos fiber layer of a felt-like nature is used, this asbestos fiber layer lies directly on the cathode, as they are already on the cathode surfaces during manufacture is precipitated, and also preferably a whirling up of the suspension of the fiber material should take place. This arrangement has the disadvantage that during the electrolysis those surfaces of the cathode; which faces the anode are and which should be most energized, with a gas layer Hydrogen bubbles cover which, as the diaphragm layer is directly on the cathode surface is nested between the cathode surface and the asbestos felt layer Escape can be prevented. The relevant cathode surfaces are affected by this gas layer isolated and for the most part rendered inoperative, with the result that the power line significantly more difficult and despite the smaller distance of the electrodes, an increased one Working voltage of the cell or a greater energy consumption is required or that if the working voltage is kept low, the load capacity, based on the Electrode surface unit, decreases considerably. This is particularly disadvantageous Appearance in the known. Arrangements with cathodes made of perforated sheet metal o. The like. Because here the contact surface between the cathode and the asbestos layer is particularly important is great. The already detrimental effect of the direct application of the diaphragm to the cathode surface is even here by using a proportionate loose diaphragm felt layer is increased considerably, because the felt layer is there penetrates here also into the mesh openings or holes of the cathode, becomes the largest Part of the cathode surface through the felt layer and through during electrolysis the hydrogen bubbles covered and rendered ineffective.

Durch die Erfindung wird bezweckt, die vorstehend dargelegten Mängel der bisher bekannten Vorrichtungen zu beseitigen und außerdem möglichst günstige Bedingungen für eine richtige und zweckmäßige Führung des chemischen Prozesses zu schaffen, um bei einer hohen Elektrodenbelastung eine verhältnismäßig niedrige Arbeitsspannung und eine besonders gute, fast quantitative Ausnutzung des elektrischen Stromes zu erzielen. Die Erfindung geht zu diesem Zweck von einer Vorrichtung aus; bei der die vertikal angeordneten Elektroden durch ein Filterdiaphragma aus lockerem Filz- oder Asbestmaterial, vorzugsweise Asbestwolle o. dgl., getrennt sind, wobei die den Anoden- und Kathodenraum erfüllende Elektrolytlösung vom Anodenraum durch das Diaphragma in den Kathodenraum übergeht.The invention aims to remedy the deficiencies set out above to eliminate the previously known devices and also as cheap as possible Conditions for a correct and appropriate management of the chemical process create a relatively low working voltage with a high electrode load and a particularly good, almost quantitative utilization of the electric current achieve. For this purpose, the invention is based on a device; in the vertically arranged electrodes through a filter diaphragm made of loose felt Or asbestos material, preferably asbestos wool o. The like. Are separated, the the anode and cathode compartment filling the electrolyte solution from the anode compartment through the Diaphragm merges into the cathode compartment.

Die Erfindung besteht nun im wesentlichen darin, daß die das Diaphragma bildende Filzschicht in lockerem oder nur leicht gepreßtem Zustand zwischen den mit ihr nicht in Berührung stehenden Elektroden angeordnet ist.The invention consists essentially in the fact that the diaphragm forming layer of felt in a loose or only lightly pressed state between the is arranged with her not in contact electrodes.

Durch die Erfindung wird vor allem erreicht, daß der Vorteil der hohen Leitfähigkeit der lockeren Filzschicht voll erhalten bleibt und nicht wie bei der bekannten Einrichturig durch ein Anliegen an der Kathodenoberfläche wieder verringert, sondern im Gegenteil noch gesteigert wird, weil die Kathodenoberfläche erfindungsgemäß ebenso wie die Anodenoberfläche im Gegensatz zum Bekannten vollständig frei bleibt. Man kann hierbei ohne weiteres Plattenelektroden mit mäßig raühen Oberflächen anwenden, was für die Gleichmäßigkeit der Stromlinienverteilung und für die Stromausbeute besonders günstig ist.The invention achieves above all that the advantage of the high Conductivity of the loose felt layer is fully preserved and not as with the known setup again reduced by contacting the cathode surface, on the contrary, it is increased because the cathode surface according to the invention just like the anode surface, unlike what is known, remains completely free. You can easily use plate electrodes with moderately rough surfaces, what for the uniformity of the streamline distribution and for the current yield is particularly cheap.

Um die lockere bzw. leicht gepreßte Filzschicht, welche aus einem genügend säure-und laugenfesten, faserigen Material, vorzugsweise Asbestfasern bzw. Asbestwolle, besteht, in vertikaler Lage frei und ohne direkte Berührung mit den Elektroden zwischen letzteren zu halten, kann sie zwischen an sich bekannten Gittern aus säure- und laugenfestem Material angeordnet sein, wobei vorzugsweise schmale, flache Gitterstäbe verwendet werden, die mit ihren-Schmalseiten an der Filzschicht anliegen. Die lockere Filzschicht kann vorteilhaft auch zwischen Asbestnetzen gehalten sein, die gegebenenfalls auf den Innenseitein der genannten Haltegitter ausgespannt sein können. Die Erfindung- ermöglicht daher auch i die Anwendung einer lockeren oder nur leicht gepreßten Filzschicht, welche durch langsames Absetzen der Fasern aus einer ruhenden Flüssigkeit, in der die Fasern vorher gleichmäßig verteilt worden sind, =über einem horizontal liegenden Aachen Tuchboden gebildet werden kann, durch: den die Flüssigkeit langsam hindurchsiekert.- Eine auf diese Weise hergestellte Filzschicht besitzt eine besonders gleichmäßige Stärke, Dichte - und Struktur.Around the loose or lightly pressed felt layer, which consists of a Sufficient acid- and alkali-resistant, fibrous material, preferably asbestos fibers or Asbestos wool, in a vertical position, is free and without direct contact with the Holding electrodes between the latter can be done between grids known per se made of acid- and alkali-resistant material, preferably narrow, Flat bars are used, with their narrow sides on the felt layer issue. The loose felt layer can be beneficial also between Asbestos nets may be kept on the inside of the mentioned Retaining grid can be stretched. The invention therefore also enables the Application of a loose or only lightly pressed layer of felt, which by slow Separation of the fibers from a resting liquid in which the fibers were previously uniform have been distributed = formed over a horizontally lying Aachen cloth floor through: which the liquid slowly seeps through .-- One on this Well-made felt layer has a particularly uniform thickness and density - and structure.

Da erfindungsgemäß-die wirksamen; gegeneinandergerichteten Elektrodenoberfiächen für die Stromleitung frei bleiben, wird die sehr gute elektrische Stromdurchlässigkeit des @_. Diaphragmas völlig ausgenutzt. Dadurch wird ermöglicht, daß bei einer hohen Elektrodenbelastung; d. h. bei höchster Ausnutzung der Elektrodenoberflächen und des Zellenraumes, die Arbeitsspannung verhältnismäßig niedrig bleibt, und zwar kann die Arbeitsspannung um o;5- bis 2 V niedriger als bei den bisher bekannten Anordnungen dieser Art bei- entsprechender Elektrodenbelastung -sein. - Die Diaphragmafilzschicht, die sich durch Absetzen sehr gleichmäßig formen läßt, bewahrt zwischen den mit Asbestnetzen oder feinem Asbestgewebe bekannten Rahmengittern auch nach- längerem Gebrauch ihre Form und Beschaffenheit sehr gut und ermöglicht-dadurch bei entsprechend geringer Durchflußgeschwindigkeit der Elektrolytlösung eine praktisch fast vollständige Zurückhaltung der Hydroxylionen bzw. eine fast restlose Ausnutzung des elektrischen Stromes.Since according to the invention-the effective; opposing electrode surfaces for the power line to remain free, the very good electrical current permeability will be of @_. Diaphragms fully used. This enables that at a high Electrode load; d. H. with maximum utilization of the electrode surfaces and of the cell space, the working voltage remains relatively low, namely can the working voltage by o; 5- to 2 V lower than in the previously known arrangements of this type with a corresponding electrode load. - The diaphragm felt layer, which can be shaped very evenly by settling, preserved between those with asbestos nets or fine asbestos fabric, even after prolonged use Shape and texture are very good and therefore made possible at a correspondingly lower level Flow rate of the electrolyte solution a practically almost complete restraint the hydroxyl ions or an almost complete utilization of the electric current.

Ein weiterer Vorteil besteht noch in der einfachen, übersichtlichen und leicht zu handhabenden Zellenkonstruktion. Sowohl die Diaphragmafilzschicht als auch -die Anoden können nach Abnutzung leicht und bequem durch neue Teile ersetzt werden. Die Anoden können hierbei bei zunehmender Abnutzung, die bei Zellen gemäß der Erfindung -infolge der niedrigen Arbeitsspannung und richtigen Führung des elektrochemischen-Prozesses sehr langsam vor sich geht, gegen das Diaphragma vorgeschoben werden, damit die Elektrodenentferirung gering bleibt; was für eine niedrige Arbeitsspannung erforderlich ist.Another advantage is that it is simple and clear and easy-to-use cell construction. Both the diaphragm felt layer as well as -the anodes can easily and conveniently be replaced with new parts after they have worn out will. The anodes can with increasing wear and tear, which is the case with cells of the invention - due to the low working voltage and correct conduct of the electrochemical process very slowly, be pushed against the diaphragm so that the Electrode distance remains low; what is required for a low working voltage is.

Zu der Erzielung der niedrigen Arbeitsspannung trägt erfindungsgemäß. noch der Umstand bei, daß bei der freien Lage des Diaphragmas zwischen den vertikalangeordneten Elektroden ein rasches, ungehindertes Entweichen der bei der Elektrolyse entwckelten Gase und eine dadurch verursachte heftige Elektrolytzirkulation ermöglicht wird: Diese leiden Vorgänge begünstigen die Stromleitung ebenfalls.According to the invention contributes to the achievement of the low working voltage. nor the fact that with the free position of the diaphragm between the vertically arranged Electrodes a quick, unhindered escape of the developed during the electrolysis Gases and the resulting violent electrolyte circulation is enabled: These suffer processes also favor the power conduction.

Eine erfindungsgemäß ausgebildete Versuchszelle besaß Elektroden= und Diaphragmaabmessungen von 21 X 48 cm (io dm' projizierte Fläche) und war mit einer Eisenplattenkathode und einer Graphitanode ausgerüstet. Die Zelle-und die Diaphragrnarähmen beständen aus glasiertem, technischem Porzellan. Die Gitter des Rahmens waren aus Glasrippen von i,7 mm Stärke angefertigt und g mm. voneinander entfernt angeordnet. Die Gitter waren mit feinem, weitmaschigem Asbestgewebe bespannt. Die Filzstärke betrug 7 mm, die Elektrodenentfernung etwa 25 -mm. Bei einer Elektrolytlösung von 22° Se Dichte, einer Temperatur von etwa 75' während der Elektrolyse und einer Belastung mit ioo A-arbeitete diese Zelle mit einer mittleren Spannung von 3,2 V und ergab eine mittlere Stromausbeute von etwa 98,5 °% bei einem Ätznatrongehalt des Katholyten von i25 g je Liter Katholyt. Diese Ergebnisse zeigen, daß: die Vorrichtung gemäß der Erfindung belastungs- und leistungsfähiger als die bisher bekannten Vorrichtungen zur elektrolytischen Gewinnung von Ätzalkalien ist und abgesehen von der höheren Belastung eine Energieersparnis von -etwa ¢ bis 2o0/0 ermöglicht, da die mit den bisher bekannten Vorrichtungen erzielbare mittlere Stromausbeute um mindestens etwa 4 % geringer ist.A test cell designed according to the invention had electrodes and diaphragm dimensions of 21 × 48 cm (io dm 'projected area) and was equipped with an iron plate cathode and a graphite anode. The cell and diaphragm frames are made of glazed, technical porcelain. The grids of the frame were made of glass ribs 1.7 mm thick and g mm. spaced apart. The bars were covered with fine, wide-meshed asbestos fabric. The felt thickness was 7 mm, the distance between the electrodes about 25 mm. With an electrolyte solution with a density of 22 ° Se, a temperature of about 75 ' during the electrolysis and a load of 100 A, this cell operated with an average voltage of 3.2 V and gave an average current yield of about 98.5% a caustic sodium content of the catholyte of 25 g per liter of catholyte. These results show that: the device according to the invention is more stressful and powerful than the previously known devices for the electrolytic production of caustic alkalis and, apart from the higher load, enables energy savings of approximately ¢ to 20/0, since those with the previously known Devices achievable mean current efficiency is at least about 4 % lower.

In der Zeichnung ist die Erfindung in zwei Ausführungsformen beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigt Abb. i in Ansicht ein in abgebrochener Darstellung gezeigtes - Diaphragma.In the drawing, the invention is in two embodiments, for example Illustrates, namely Fig. i shows in view a broken away shown - diaphragm.

Abb.2 stellt einen Schnitt -nach der Linie a-a der Abb-. i dar.Fig.2 shows a section -according to the line a-a of the fig-. i represent.

Abb. 3 zeigt einen Schnitt nach der Linie b-b der Abb. i. ' Abb. q. zeigt im Vertikalquerschnitt in abgebrochener Darstellung eine Vorrichtung gemäß der Erfindung.Fig. 3 shows a section along the line b-b of Fig. I. 'Fig.q. shows a device according to FIG the invention.

Abb. 5 stellt einen 'Schnitt nach-, der Linie a-a der Abb. q. dar.Fig. 5 shows a section after the line a-a in Fig. Q. represent.

Abb.6 -veranschaulicht -.im Vertikalquerschnitt in abgebrochener - Darstellung .eine weitere Ausführungsform der Erfindung.-Abb.7 schließlich zeigt einen Vertikalschnitt nach der Linie a-a der Abb. 6. -In der Zeichnung veranschaulichen zunächst die Abb. i bis 3 die Ausbildung eines Diaphragmas gemäß der Erfindung im einzelnen. Mit 2 1 ist ein vorzugsweise. rechteckiger Rahmen bezeichnet, welcher winkelförmig ausgebildet und mit - einem Gegenrahmen 22 versehen ist, so - daß zwischen Rahmen -9 i -.und Gegenrahmen 22 eine Platte.flder Schichteingespannt werden, kann. -Die eigentliche Diaphragmaschicht- besteht nun aus einer Filzschickt 23 aus verhältnismäßig lose gepreB-tem oder lockerem Fasermaterial, vorzugsweise Asbestfasern oder Asbestwolle. Um diese nur leicht gepreßte Filzschicht zusammenzuhalten, empfiehlt es sich, die Filzschicht 23 zwischen zwei gegenüberliegenden Gittern oder Rosten anzuordnen, welche aus Gitterrippen 24 zusammengesetzt sind. Man kann darüber hinausgehend die Innenseiten der Gitterroste vorzugsweise mit Asbestnetzen 25 oder mit möglichst feinfädigen, weitmaschigen Asbestgeweben bespannen, zwischen denen dann die Filzschicht 23 zu liegen kommt, wodurch erreicht wird, daß-die Formstärke und Dichte der Filzschicht gut erhalten bleibt, was für die gleichmäßige und praktisch vollständige Zurückhaltung der Hydroxylionen notwendig ist. Die zwischen den Gitterstäben 24 bzw. zwischen den Asbestnetzen 25 und den Gitterstäben 24 befindliche Filzschicht ist zusammen mit den Gitterstäben 24 bzw. den Asbestnetzen 25 in den Rahmen 21, 22 eingespannt, wie aus den Abb. 2 und 3 ersichtlich ist. Die Gitterrippen 24 und die Rahmenteile 2i, 22 bestehen aus einem säure- bzw. laugenfesten Material, wie z: B. Porzellan, Steinzeug oder Glas.Fig. 6 - illustrated -. In the vertical cross-section in broken - Representation. Another embodiment of the invention.-Fig.7 finally shows illustrate a vertical section along the line a-a of Fig. 6. -In the drawing first the Fig. i to 3 the formation of a diaphragm according to the invention in individual. With 2 1 is a preferred. rectangular frame denotes which formed angularly and with - is provided with a counter frame 22, so - that between Frame -9 i -.and counter frame 22 a plate.flder layer can be clamped. The actual diaphragm layer now consists of a felt layer 23 Made of relatively loosely compressed or loose fiber material, preferably asbestos fibers or asbestos wool. To hold this lightly pressed felt layer together, recommends it is, the felt layer 23 between two opposite grids or grids to be arranged, which are composed of lattice ribs 24. You can go beyond that the insides of the gratings preferably with asbestos nets 25 or with if possible Cover fine-thread, wide-meshed asbestos fabrics, between which the felt layer is then placed 23 comes to lie, whereby it is achieved that the shape strength and density of the felt layer is well preserved, what for the even and practically complete restraint the hydroxyl ions is necessary. The between the bars 24 and between The felt layer located on the asbestos nets 25 and the bars 24 is together clamped with the bars 24 or the asbestos nets 25 in the frame 21, 22, as can be seen from Figs. 2 and 3. The grid ribs 24 and the frame parts 2i, 22 are made of an acid or alkali-resistant material, such as: porcelain, Stoneware or glass.

Die flachen, mit ihren Schmalseiten an der Filzschicht anliegenden Gitterrippen bedecken nur einen verhältnismäßig geringen Teil; hächstens etwa 15 °/o der projizierten Fläche, so daß die elektrische Stromdurchlässigkeit des Diaphragmas dadurch wenig beeinträchtigt wird. Im übrigen könnte die Diaphragmafilzschicht auch durch abweichend geformte und ausgebildete Unterstützungsmittel gehalten werden; wesentlich ist nur stets, daß der größte Teil ihrer Oberfläche für die Stromleitung frei bleibt.The flat ones, with their narrow sides resting against the felt layer Lattice ribs cover only a relatively small part; mostly about 15 ° / o of the projected area, so that the electrical current permeability of the diaphragm is little affected by this. Incidentally, the diaphragm felt layer could also be held by differently shaped and designed support means; It is only essential that the largest part of their surface is for the power line remains free.

Die Anordnung und Lage des Diaphragmas in der zur Ausführung der Elektrolyse dienenden Zelle ist aus den Abb. 4 bis 7 genauer ersichtlich. -In den Abbildungen ist hierbeiaus zeichnerischen. Gründen die Gesamthöhe der Zellen verhältnismäßig niedrig dargestellt. Es sei bemerkt, daß bei der praktischen Ausführung größere Höhen der Zellen und Diaphragmen usw. zur Anwendung kommen können.The arrangement and location of the diaphragm in the area used to carry out the electrolysis serving cell can be seen in more detail from Figs. 4 to 7. -In the pictures is here from the graphic point of view. Establish the total height of the cells proportionately shown low. It should be noted that in practical implementation, larger Heights of the cells and diaphragms, etc. can be used.

Bei der in den Abb.4 und 5 veranschaulichten Ausführungsform ist ein Diaphragma i, das gemäß Abb. i bis 3 ausgebildet ist, in vertikaler Lage frei zwischen den Elektroden angeordnet. Die Kathode :2 besteht aus einem Eisenblech mit glatter oder mäßig rauher Oberfläche oder einem Eisenrost (ein Rost besitzt eine größere Oberfläche) .und ist mit einer oder mehreren Stromzuleitungen 2' versehen: Auf der gegenüberliegenden Seite des Diaphragmas i befindet sich eine Anode 3, welche vorzugsweise aus Graphit besteht und I mit einer oder mehreren Graphitzuleitungen 3' versehen ist. Das Diaphragma i ist in eine rahmenartige Platte 4 aus säure- und laugenfestem Material eingesetzt. Die seitlichen Begrenzungen der Zelle werden durch senkrechtePlatten 5 aus entsprechend säure- und laugenfestem Material gebildet. Die obere Abdeckung der Zelle erfolgt mit Hilfe von Deckelplatten 14, 14'. Die Breite einer derartigen Zelle kann ein Mehrfaches der Zellenhöhe betragen. Zwischen den. einzelne» die Zelle bildenden Platten werden vorteilhaft Asbestdichtungen 7' vorgesehen, ebenso wird der das Diaphragma haltende Rahmen 2i vorteilhaft mittels Asbestdichtungen 7 in die Halteplatte 4 eingedichtet.In the embodiment illustrated in Figures 4 and 5 is a Diaphragm i, which is designed according to Fig. I to 3, in a vertical position freely between the electrodes arranged. The cathode: 2 consists of an iron sheet with smooth or a moderately rough surface or an iron grate (a grate has a larger Surface). And is provided with one or more power supply lines 2 ': On the opposite side of the diaphragm i is an anode 3, which is preferably consists of graphite and I provided with one or more graphite supply lines 3 ' is. The diaphragm i is in a frame-like plate 4 made of acid and alkali-resistant Material used. The lateral boundaries of the cell are made up of vertical plates 5 made of acid and alkali-resistant material. The top cover the cell takes place with the aid of cover plates 14, 14 '. The breadth of such a Cell can be a multiple of the cell height. Between. individual »the cell forming plates are advantageously provided asbestos seals 7 ', as is the frame 2i holding the diaphragm advantageously by means of asbestos seals 7 in the retaining plate 4 sealed.

Es können mehrere solcher Zellen zu einer sogenannten Batterie vereinigt werden. Hierbei können zwischen den einzelnen Zellen Hohlkörper 6 aus Metall o. dgl: eingelegt werden, deren Hohlräume von heißem Wasser durchströmt werden. Diese Heizung hat den Zweck, die Zellen während der Elektrolyse warm zu halten, um die Elektrolyse zu erleichtern. An Stelle der Warmwasserheizung könnten auch andere Heizungsarten benutzt werden. Eine solche aus mehreren Zellen bzw. mehreren Zellen und Heizkörpern bestehende Batterie kann unter Zwischenlage von Asbestdichtungen durch Preßspindeln o. dgl. zusammengehalten werden.Several such cells can be combined into a so-called battery will. Here, hollow bodies 6 made of metal or the like can be used between the individual cells. The like: are inserted, the cavities of which are traversed by hot water. These The purpose of heating is to keep the cells warm during the electrolysis To facilitate electrolysis. Instead of hot water heating, others could also be used Types of heating can be used. One of several cells or several cells and radiators existing battery can be sandwiched by asbestos gaskets be held together by press spindles or the like.

Während der Elektrolyse wird die Zelle in dem Anodenraum durch eine im Deckel befindliche, in der Zeichnung nicht dargestellte Speiseleitung mit der zu: verarbeitenden Lösung gespeist. Der 'Katholyt fließt durch ein -seitliches Abflußrohr ab, wobei das Niveau dm Kathodenraum konstant erhalten wird. Der Abfluß kann zu diesem Zweck durch ein syphonärtiges, nach oben gekrümmtes Rohr oder eine ähnliche Abflußeinrichtung erfolgen. Wasserstoff und Chlor werden durch entsprechende, in den Deckeln befindliche Ableitungsrohre abgeführt. Mit 8 ist ein Isolations- und Schutzrohr bezeichnet, welches die Anodenzuleitung 3' umgibt.During the electrolysis, the cell is in the anode compartment by a located in the lid, not shown in the drawing with the feed line fed to: processing solution. The 'catholyte flows through a drainage pipe on the side from, the level in the cathode compartment being kept constant. The drain can too for this purpose by a siphon-like, upwardly curved pipe or a similar one Discharge facility take place. Hydrogen and chlorine are replaced by corresponding, in The drainage pipes located in the lids are discharged. With 8 is an isolation and Protective tube denotes which surrounds the anode lead 3 '.

Der aus Asbest o. dgl. bestehende Filz läßt sich sehr gleichmäßig z. B. durch Absetzen "formen. Der hydrostatische Druck ist nun in verschiedenen Höhen ziemlich gleich. Er wird bestimmt durch die Flüssigkeitsniveaudifferenz zwischen Anodenraum und Kathodenraum.. Die Wirkung des geringen Druckunterschiedes, der -durch die höhere Dichte des Katholyten bedingt - besonders bei Diaphragmen von größerer Höhe zum Ausdruck -kommt, läßt sich durch entsprechende Vergrößerung der Filzdichte in der oberen Zone des Diaphragmas beheben. Das Diaphragma wird also hierbei nach seinem oberen Ende hin stärker oder dichter gemacht. Es wird im übrigen z. B. nur mit 2 bis 5 cm ursprünglicher Niveaudifferenz gearbeitet.The felt made of asbestos or the like can be very uniform z. B. by settling ". The hydrostatic pressure is now in different Heights pretty much the same. It is determined by the liquid level difference between Anode compartment and cathode compartment .. The effect of the low pressure difference, the -by due to the higher density of the catholyte - especially in the case of larger diaphragms Height can be expressed by increasing the density of the felt accordingly fix in the upper zone of the diaphragm. The diaphragm is thus after made stronger or denser towards its upper end. It will in the other z. B. only worked with 2 to 5 cm of the original level difference.

Die Rippen 24 des Diaphragmas, die gemäß Zeichnung vertikal liegen, können auch horizontal angeordnet sein, um den Asbestfilz vor der zirkulierenden Elektrolytlösung zu schützen.The ribs 24 of the diaphragm, which are vertical as shown in the drawing, can also be arranged horizontally to prevent the asbestos felt from circulating Protect electrolyte solution.

Bei der vorstehend beschriebenen Arbeitsweise wird stets durch das von dem Anolyten mitgeführte Chlor etwas Hypochlorit bzw. Chlorat gebildet, das im Endprodukt verbleibt. Diese Hypochlorit- bzw. Chloratbildung kann noch stärker 'werden, wenn das Diaphragma irgendwie ungleichmäßig beschaffen ist oder ungleichmäßig durchlässig wird. Diese Chloratbildung kann vollständig vermieden werden, wenn gemäß einer weiteren, sehr vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung an Stelle eines einzigen Diaphragmas zwei Diaphragmen zur Anwendung korninen, die unter Bildung eines Zwischenraumes nebeneinander zwischen den Elektroden angeordnet sind,- wobei die zu verarbeitende Lösung (Na Cl-Lösung, K Cl-Lösung) in den zwischen den beiden Diaphragmen befindlichen Zwischenraum zugeführt wird. Eine solche Ausführungsform ist in den Abb.6 und 7 der Zeichnung veranschaulicht. In diesen Abbildungen sind die einzelnen Teile der Zellen im wesentlichen mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie bei den Abb. q. und 5. Jedoch sind an Stelle eines einzigen Diaphragmas zwei Diaphragmen i und i' vorgesehen, die, wie aus der Abb. 6 hervorgeht, zwischen sich einen freien Zwischenraum lasen. Die Diaphragmen i, i' sind in ähnlicher Weise, wie oben beschrieben, in- einen Raum eingedichtet, wobei dafür gesorgt ist, daß der zwischen den Diaphragmen befindliche Zwischenraum nach außen hin abgedichtet ist. Die Speisung mit der zu verarbeitenden Lösung kann vorteilhaft durch eine Speiseleitung 9-er--folgen, welche am Boden des zwischen den Diaphragmen befindlichen Zwischenraumes entlang geführt ist und welche mit Austrittsöffnungen 15 versehen ist. Damit der Ausfluß der Lösung über die ganze Länge des Speiserohres 9 gleichmäßig erfolgt, können die Abstände der Austrittsöffnungen -15 nach dem Ende des Rohres 9 hin kleiner gemacht werden, oder die Größe der Austrittsöffnungen kann nach dem Ende der Leitung 9 hin zunehmen. Der Einfluß der Flüssigkeitsreibung in der Zuleitung 9 wird auf diese Weise kompensiert.In the procedure described above, the Chlorine carried along by the anolyte formed some hypochlorite or chlorate, which remains in the end product. This hypochlorite or chlorate formation can be even stronger 'if the diaphragm is somehow uneven or uneven becomes permeable. This chlorate formation can be completely avoided if according to another, very advantageous embodiment of the invention in place of one single diaphragm two diaphragms for application korninen, which under formation of an intermediate space are arranged next to one another between the electrodes, - wherein the solution to be processed (Na Cl solution, K Cl solution) in the between the two Diaphragms located space is supplied. Such an embodiment is illustrated in Figures 6 and 7 of the drawing. In these figures are the individual parts of the cells are provided with essentially the same reference numerals as in fig. q. and 5. However, instead of a single diaphragm there are two Diaphragms i and i 'provided, which, as can be seen from Fig. 6, between them read a free space. The diaphragms i, i 'are similar, as described above, sealed in a room, it is ensured that the space between the diaphragms is sealed to the outside is. The solution to be processed can advantageously be fed through a feed line 9-er - follow those at the bottom of the space between the diaphragms is guided along and which is provided with outlet openings 15. So that the The solution flows out evenly over the entire length of the feed pipe 9, the distances between the outlet openings -15 after the end of the tube 9 can be smaller can be made, or the size of the outlet openings can be made according to the end of the line 9 increase. The influence of the fluid friction in the feed line 9 is on compensated this way.

Bei der Elektrolyse strömt die zu verarbeitende Elektrolytlösung hauptsächlich durch das Diaphragma i nach dem Kathodenraum, und nur einen Teil, etwa io bis 2o °/o, läßt man auch nach der Anode fließen, indem man den Anolyten entsprechend abfließen läßt. Da-, durch wird der Änolyt allmählich erneuert, und eventuelle Verunreinigungen desselben werden niedrig gehalten. Bei dieser Arbeitsweise wandern in die Anodenräume pro Zeiteinheit weniger Cl-Ionen ein, als an der Anode abgeschieden werden. Es ist infolgedessen, um die Cl-Ionenkonzentration hochzuhalten, zweckmäßig, in die Anodenräume jeweilig festes Salz durch ein Zuführungsrohr io einzubringen. Das eingebrachte Salz ist in Abb. 6 mit i i bezeichnet. Das Zuführungsrohr io 'soll unter den Flüssigkeitsspiegel tauchen, um das Entweichen von Chlorgas zu verhindern. Damit das eingebrachte Salz i i nicht in unmittelbare Berührung mit der -Anode kommt, wird zwischen der Schüttzone des Salzes und. der Anode vorteilhaft eine Trennwand 16 angeordnet, welche aus säurefestem Material besteht. Diese Trennwand 16 soll aber die Lösung des Salzes in dem Anolyten nicht verhindern. Daher reicht die Trennwand beispielsweise nicht ganz bis auf. den Boden der Zelle, wie aus Abb. 6 ersichtlich ist. Als einzubringendes Salz wird vorteilhaft das bei der Abdampfung abfallende Salz verwendet.During electrolysis, the electrolyte solution to be processed mainly flows through the diaphragm i to the cathode compartment, and only a part, about io to 2o ° / o, is also allowed to flow after the anode, in that the anolyte is drained off accordingly leaves. This gradually renews the anolyte and any impurities the same are kept low. In this way of working, they move into the anode spaces fewer Cl ions per unit of time than are deposited on the anode. It is consequently, in order to keep the Cl ion concentration high, expediently into the anode spaces to bring in the respective solid salt through a supply pipe. The brought in Salt is labeled i i in Fig. 6. The supply pipe io 'should be below the liquid level immerse to prevent chlorine gas from escaping. With it the introduced salt i i does not come into direct contact with the anode, is between the bulk zone of salt and. the anode is advantageously arranged a partition 16, which is made of acid-resistant Material. This partition 16 should, however, be the solution of the salt in the anolyte not prevent. Therefore, for example, the partition wall does not extend all the way to. the bottom of the cell, as can be seen in Fig. 6. The salt to be introduced is the salt that falls off during evaporation is advantageously used.

Um die Füllung des zwischen den Diaphragmen i und i' befindlichen Zwischenraumes mit Elektrolytlösung zu ermöglichen, wird vorteilhaft ein Entlüftungshahn 12 vorgesehen, dessen Leitung von dem Zwischenraum nach außen führt. Ferner können ein oder mehrere Kapillarröhrchen 13 aus dem Zwischenraum nach außen geführt werden, welche als Kontrolleitungen oder Probierröhrchen dienen, um durch Entnahme von Proben die Alkalität der Lösung in dem Zwischenraum kontrollieren zu können. Mit Hilfe dieser Kontrolle ist die Zuflußgeschwindigkeit der Speiselösung sehr genau einstellbar, um den OH-Ionenzutritt praktisch vollständig zu verhindern, ohne ein in Hinsicht auf seinen Alkaligehalt allzu verdünntes Produkt zu bekommen.Around the filling of the one located between the diaphragms i and i ' To enable the space in between with electrolyte solution, a vent valve is advantageous 12 is provided, the line of which leads from the space to the outside. Furthermore can one or more capillary tubes 13 are led out of the space to the outside, which serve as control lines or test tubes for taking samples to be able to control the alkalinity of the solution in the gap. With help This control allows the inflow speed of the feed solution to be set very precisely, in order to prevent the OH-ion entry practically completely, without any regard to get a product that is too diluted for its alkali content.

Die Zelle gemäß der zweiten Ausführungsform arbeitet mit etwas höherer Spannung, weil die Elektrodenentfernung größer ist und zwei Diaphragmen vorhanden sind. Sie liefert aber ein Produkt, welches in jedem Fall, auch bei zu geringem Zufluß von Speiselösung, vollkommen frei von Chlorat ist. Ferner werden die Diaphragmen hierbei besser gegen die Einwirkung des Chlors geschützt, weil sie nur von frischer Elektrolytlösung durchflossen werden. Auch ist die Stromausbeute noch besser. Bei 70° und einer Elektrolytlösung von etwa 22 bis 23' B8 und iooo A/qm Diaphragmenfläche arbeitet eine derartige Zelle mit 3,4 bis 3,5 V, und die Stromausbeute. beträgt bei i io bis i 2o g Na O H/Liter Katholyt etwa 99 °/o.The cell according to the second embodiment works with a somewhat higher voltage because the electrode distance is greater and there are two diaphragms. However, it delivers a product which is completely free of chlorate in any case, even if there is insufficient feed solution. Furthermore, the diaphragms are better protected against the effects of chlorine because they only have fresh electrolyte solution flowing through them. The current yield is also even better. At 70 ° and an electrolyte solution of about 22 to 23 ' B8 and 100 A / m² diaphragm surface, such a cell works with 3.4 to 3.5 V, and the current yield. is about 99% for i 10 to 12 o g Na OH / liter catholyte.

Claims

PATENT CLAIMS: i: Device for the electrolytic production of Caustic alkalis, in which the vertically arranged electrodes are passed through a filter diaphragm made of loose felt or asbestos material, preferably asbestos wool or the like., separated and the electrolyte solution filling the anode and cathode compartments from the anode compartment passes through the diaphragma into the cathode compartment, characterized in that the the felt layer forming the diaphragm in a loose or only lightly pressed state is arranged between the electrodes not in contact with it.

2. Apparatus according to claim i; characterized in that the loose or easy Pressed felt layer in a manner known per se between grids made of acid- and alkali-resistant Material is held, which is made of flat, with their narrow sides on the felt layer adjacent bars are assembled.

3. Apparatus according to claim i and 2, characterized in that the bars in one frame half of a two-part Frame are arranged, which the grid in one of the thickness of the felt layer keeps the appropriate distance. .a ..

Device according to claims i to 3, characterized in that that the loose or lightly pressed felt layer is held between asbestos nets which are stretched on the inside of the grids at the holding grids.

5. Apparatus according to claim i to .I, characterized in that the strength or the density of the felt layer increases towards the top.