DE810275C - Verbesserungen von und im Zusammenhang mit elektrolytischen Zellen - Google Patents

Description

(WiGBL S. 175)

AUSGEGEBENAM 9. AUGUST 1951

p 33911 IVb 112 ID

Solvay & Cie, Brüssel

Die Erfindung betrifft Verbesserungen von elektrolytischen Zellen und insbesondere von solchen mit einer flüssigen Elektrode, z. B. aus Quecksilber oder Amalgam.

Verschiedene elektrolytische Zellen sind bekannt, welche als eine Elektrode eine Fläche aus Quecksilber oder Amalgam besitzen, welches über eine flache, leicht zur Horizontalen geneigte Oberfläche fließt. Die zweite Elektrode wird von Platten oder Blöcken eines festen Materials gebildet und ist in kurzer Entfernung oberhalb und mit ihren unteren Oberflächen im wesentlichen parallel zu der Oberfläche der flüssigen Elektrode angeordnet. Eine solche Zelle dient z. B. zur Elektrolyse von Sole, wobei die Kathode aus einer kontinuierlichen Quecksilberfläche besteht, welche über die leicht geneigte, ebene, den Boden eines trogartigen Gefäßes bildende Oberfläche strömt. Die Anode wird von einer Anzahl Graphitplatten gebildet, welche in die Sole eintauchen und an Graphitstäben von einem oder mehreren den Verschluß der Zelle bildenden Deckeln herabhängen. Im Betrieb nutzen sich die unteren Oberflächen der Graphitplatten ab, und infolgedessen vergrößert sich der elektrische Widerstand der Zelle. Es ist daher sehr erwünscht, Mittel zur Einstellung der Höhe der Elektroden zu besitzen, um diese Abnutzung auszugleichen. Solche Mittel sollen indessen anwendbar sein, ohne durch zu weites Senken der Elektroden Kurzschluß befürchten zu müssen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrolytische Zelle mit flüssiger Elektrode, welche einen trogförmigen, die strömende flüssige Elektrode tragenden Unterteil, einen Deckel auf diesem Unterteil und eine feste, starr in der Zelle durch diesen Deckel getragene Elektrode besitzt, wobei die unteren Oberflächen der letztgenannten Elektrode eine kurze Entfernung oberhalb der flüssigen Elektrode und im wesentlichen parallel dazu an-

geordnet sind. Nach der Erfindung sind bei einer solchen Zelle einstellbare Mittel vorgesehen, um den Dekkel dicht mit dem Grundteil zu verbinden, welche aus einem von dem Deckel herabhängenden Rand, aus einer Rinne in diesem Grundteil, welche den Rand aufzunehmen vermag, und eine thermoplastische, gegen die bei der Elektrolyse entwickelten Gase widerstandsfähige Substanz enthält, und aus Heizmitteln zum Schmelzen der thermoplastischen Substanz in der Rinne ίο bestehen.

Geeignetes thermoplastisches Material, welches gebraucht werden kann, schließt üblicherweise festes chloriertes Naphthalin mit z. B. 45 bis 55% Chlor ein. Es ist auch möglich, anderes Material zu gebrauchen, wie z.B. festes chloriertes Paraffinwachs allein oder in Mischungen mit chloriertem Naphthalin. Mischungen von chloriertem Paraffinwachs mit geringen Zusätzen von Chlorkautschuk können auch gebraucht werden. Mitunter können auch natürliche oder synthetische ao Kohlenwasserstoffwachse verwendet werden. Das Heizmittel besteht geeigneterweise aus einem auf dem Boden der Rinne oder an einer ihrer Seiten angeordneten Dampfrohr, durch welches Dampf geschickt werden kann, wenn die thermoplastische Substanz eras weicht oder geschmolzen werden soll. Vorzugsweise ist das Heizmittel in guter thermischer Berührung mit der Unterkante des Randes. Es kann daher z. B. aus einer auf die Unterkante des Randes aufgeschweißten oder aufgelöteten Dampfleitung bestehen. An ihrer Stelle kann als Heizmittel auch ein in geeigneter Weise isolierter elektrischer Draht dienen, durch welchen ein Strom geschickt werden kann.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Zelldeckel mit seitlich vorspringenden Ansätzen oder Öhren versehen. Diese Öhren besitzen im Innern ein Gewinde, welches mit einem Schraubenbolzen im Eingriff steht. _f Die äußeren Wände der Zelle sind unterhalb der Öhren mit einer Tragleiste versehen, auf welcher die Bolzenfüße ruhen. In der Zellwand ist ein Kanal oder eine Rinne angeordnet, welche am oberen Zellrand offen ist und sich rundherum um diese erstreckt. Statt die Rinne in der Zellwand selbst anzubringen, kann ein starker Metallstreifen in einer solchen Weise an die Außen- oder Innenwand der Zelle angeschweißt sein, um die notwendige Rinne zu bilden. Am Boden dieser Rinne befindet sich ein Dampfrohr, dessen Enden an einem Ende der Zelle durch die Wand hindurchgehen, wobei das eine Rohrende Dampfanschluß und das andere einen Auslaß für verbrauchten Dampf und Kondensat besitzen. Die Rinne enthält ein üblicherweise festes chloriertes Naphthalin. Der die Graphitanodenblöcke tragende Zelldeckel hat einen Rand, welcher in das chlorierte Naphthalin in der Rinne eintaucht. Die Zelle ist auch in üblicher Weise mit Mitteln versehen, um Quecksilber und Sole durch die Zelle strömen zu lassen, um Strom den Elektroden zuzuführen und um das in dem Verfahren entwickelte Chlor abzuleiten.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der Zelldeckel mit Öhren versehen, welche von Stehbolzen getragen werden, mittels derer die senkrechte Bewegung des Deckels bewirkt und kontrolliert werden kann. An der Außenseite der Wand des Grundteils ist am Umfang eine Rinne angeordnet, welche den Rand aufzunehmen vermag, der von dem Deckelrand herabhängt. Ein waagerechtes, auf die untere Kante des Randes aufgelötetes Rohr geht rund um den Deckel und ist mit senkrechten, aufwärts durch den Deckel verlaufenden Anschlüssen für Zu- und Ableitung versehen. Die Rinne enthält chloriertes Naphthalin mit einem Chlorgehalt von 45 bis 55 Gewichtsprozent in ausreichender Menge, um einen Verschluß zwischen Rand und Grundteil zu bilden.

Beim Gebrauch des Apparats wird das chlorierte Naphthalin zuerst in der Rinne mittels Durchleiten von Dampf durch das Dampfrohr geschmolzen und dann der Deckel in die Stellung gebracht, daß die Anoden den richtigen Abstand vom Boden der Zellen besitzen und der Rand in das geschmolzene chlorierte Naphthalin in der Rinne eintaucht. Man läßt dann das chlorierte Naphthalin erhärten. Gewünschtenfalls kann das Härten durch Durchleiten von kaltem Wasser durch die Dampfleitung beschleunigt werden. Die Zelle ist dann betriebsfertig. Bei dauerndem Betrieb nutzen sich die unteren Flächen der Anodenblöcke ab, und es wird notwendig werden, den Deckel ein wenig zu senken, um die Anoden näher an die Quecksilberfläche heranzubringen. Zu diesem Zweck wird die Elektrolyse eine kurze Zeit unterbrochen und Dampf durch das Dampf rohr geschickt, um das chlorierte Naphthalin zu schmelzen. Der Deckel wird dann unter Benutzung der vorgesehenen Einstellschrauben gesenkt, um die unteren Oberflächen der Anoden näher an die flüssige Elektrode heranzubringen. In den Fällen, in welchen die thermoplastische Substanz bei gewöhnlicher Temperatur zur Sprödigkeit neigt, wie es mit chloriertem Naphthalin mit 50 bis 55°/₀ Chlor der Fall ist, ist es vorteilhaft, die Abdichtung auf einer Temperatur in der Nachbarschaft des Erhärtungspunktes z. B. zwischen 10 bis 20 ° C unterhalb des Erhärtungspunktes, zu halten, während die Zelle in Betrieb ist. Dies kann durch die für das Schmelzen der thermoplastischen Substanz vorgesehenen Mittel bewirkt werden.

Die Tiefe der Rinne wird entsprechend der Länge und Neigung der Zelle gewählt und auch entsprechend der Entfernung, um welche es beabsichtigt ist, den Deckel während der Lebensdauer eines Satzes von Anoden zu senken. Wenn z. B. das Soleeintrittsende der Zelle χ mm höher als das Soleaustrittsende bei der normalen Arbeitslage der Zelle ist und wenn eine Anodenabnutzung von y mm vor Einpassung eines neuen Anodensatzes zuzulassen beabsichtigt ist, so wird die notwendige Höhe an geschmolzenem chloriertem Naphthalin zur Bewirkung einer Abdichtung wenigstens jf+ymin am Austrittsende und wenigstens y mm am Eintrittsende sein. Um die erfoderliche Menge an Dichtungsmitteln zu verringern, können Rinne und Rand so ausgebildet sein, daß der Boden der Rinne und die untere Kante des Randes horizontal sind, wenn die flache, die flüssige Elektrode tragende Oberfläche in ihrer normalen Arbeitsstellung, das ist leicht geneigt zur Horizontalen, ist. Wenn die Neigung der Zelle leicht geändert werden kann, können der Boden der Rinne und die untere Kante des Randes parallel zu der die flüssige Elektrode tragenden Oberfläche sein. In einem solchen Falle wird die Zelle vor dem Schmelzen des

thermoplastischen Dichtungsmaterials und vor dem Einstellen der Höhe desDeckels in eine horizontale Lage gebracht. Dann läßt man das Abdichtungsmittel erstarren, bevor die Zelle wieder in ihre normale Arbeitsstellung geneigt wird.

Die Erfindung kann bei der normalen Art elektrolytischer Zellen angewendet werden, bei welcher die Anoden in die strömende Sole eingetaucht sind und das Chlor in einem Gasraum über dem Elektrolytniveau

ίο gesammelt wird. Sie ist indessen von besonderem Wert bei der Anwendung auf Zellen, welche für die Benutzung einer großen Solegeschwindigkeit geeignet und in der britischen Patentschrift 597 387 beschrieben sind. Dieses Verfahren erfordert normalerweise die Aufrechterhaltung erhöhten Drucks in der Zelle während des Betriete. Eine Zelle, bei welcher die Erfindung angewendet werden kann, ist in der britischen Patentschrift 597 441 beschrieben. Nach dieser Erfindung wird eine Zelle mit einer Abdichtung erhalten, welche den notwendigen erhöhten Drücken vollkommen zufriedenstellend widersteht und außerdem zu wiederholten Malen geöffnet und wiederhergestellt werden kann, wenn es erforderlich sein sollte.

Die Erfindung soll noch weiterhin an den schematischen, nicht maßgerechten Zeichnungen erläutert werden, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen.

Fig. ι ist ein senkrechter Schnitt durch eine Ausführungsform einer Zelle gemäß der Erfindung. Die Zelle besteht aus einem trogförmigen Unterteil oder Basis mit einem glatten, flachen Boden 1, auf welchem die flüssige Elektrode strömt, mit doppelten, eine Rinne 2 bildenden Seitenwänden, welche Rinne ein thermoplastisches Abdichtungsmaterial 3 enthält und mit einem Rohr 8 versehen ist, welch letzteres auf dem Boden der Rinne liegt und von Dampf oder kaltem Wasser durchströmt werden kann, wenn das Abdichtungsmaterial geschmolzen oder verfestigt werden soll, über dem Unterteil ist ein Deckel 4 aus mit Hartgummi oder einem anderen gegen Chlor widerstandsfähigen Material ausgekleidetem Stahl mit einem Rand 7, welcher sich nach unten bis unterhalb der Oberfläche des Abdichtungsmaterials 3 erstreckt. Die Höhe des Deckels im Verhältnis zum Unterteil ist mittels Schraubenbolzen 6 einstellbar, von welchen jeder mit einer mit Gewinde versehenen Bohrung eines Öhrs auf jeder Seite des Deckels im Eingriff steht und sich auf einer entsprechenden Leiste 5 an der Außenwand des Unterteils abstützt. Der Deckel 4 trägt die Kohleanodenblöcke 9, welche durch Kohlestäbe 10 getragen werden, die ihrerseits durch Löcher in dem Deckel hindurchgehen. In der Zeichnung ist die Verbindungsstelle zwischen Deckel 4 und Stäbe 10 durch eine abdichtende Zusammenstellung 11 verschlossen, an deren Stelle jede andere Methode zur Erzielung einer gasdichten Verbindung gebraucht werden kann. Der Deckel ist mit einer oder mehreren Chlorabzugsleitungen 12 ausgerüstet. Die Zelle ist noch mit geeigneten, nicht dargestellten Mitteln versehen, um Quecksilber und frischen Elektrolyt der Zelle zuzuführen, Amalgam und verbrauchten Elektrolyt abzuführen und elektrischen Strom zu den Elektroden ! zu leiten.

Fig. 2 ist ein senkrechter Schnitt durch eine andere Ausführungsform einer Zelle nach der Erfindung, wobei der trogartige Unterteil aus einer glatten Bodenfläche 1 und einer Rinne 2, gebildet aus den senkrechten Seitenwänden, besteht. Die Rinne enthält ein thermoplastisches Mittel 3. Das Ganze wird von Trägern 13 abgestützt, und zwar so, daß es der Länge nach leicht zur Horizontalen geneigt ist. Der Deckel 4 trägt den Kohleanodenblock 9 mittels Kohlestäben 10. Die Ausmaße des Blocks 9 sind derart, daß sowenig Raum wie möglich zwischen dem oberen Endes des Blocks 9 und dem Deckel 4 und zwischen den Seiten des Blocks und der Innenwand des Unterteils frei gelassen ist. Der Deckel 4 ist mit Öhren 5 versehen, welche von Stehbolzen 6 auf jeder Seite der Zelle getragen werden. Diese Stehbolzen ermöglichen die Einstellung der senkrechten Lage des Deckels im Verhältnis zum Grundteil. Der Deckel ist ebenfalls mit einem Rand 7 versehen, dessen Unterkante ein aufgelötetes Dampfrohr 8 trägt. Nicht dargestellte Chlorabzugleitungen sind in dem Deckel an Punkten über dem Spalt zwischen aufeinanderfolgenden Kohleblöcken angebracht. Deckel und Grundteil sind geeigneterweise aus Stahl angefertigt. Der Korrosion durch den Elektrolyten zugängliche Teile hiervon sind mit Hartgummi ausgekleidet. Die Hartgummiauskleidung des Randes 7 ist bis zu einer Linie unterhalb der Oberfläche des Abdichtungsmaterials 3, aber oberhalb der Dampfleitung 8 durchgeführt.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Elektrolytische Zelle mit flüssiger Elektrode, bestehend aus einem trogförmigen, die strömende flüssige Elektrode tragenden Unterteil, einem ¹Oo Deckel auf diesem Unterteil und einer festen Elektrode, welche starr in der Zelle durch den Deckel getragen ist und deren untere Oberfläche ein kurzes Stück oberhalb der flüssigen Elektrode und im wesentlichen parallel dazu angeordnet ist, gekennzeichnet durch die Anordnung einstellbarer Mittel zur Abdichtung des Deckels am Unterteil, bestehend aus einem vom Deckel herabhängenden Rand, einer Rinne am Unterteil, um den Rand aufzunehmen, welche Rinne eine thermoplastische, gegen die bei der Elektrolyse entwickelten Gase widerstandsfähige Substanz enthält, und aus Heizmitteln, um die thermoplastische Substanz in der Rinne zu schmelzen.

2. Elektrolytische Zelle nach Anspruch 1, wobei die flüssige Elektrode Quecksilber ist.

3. Elektrolytische Zelle nach Anspruch 1 oder 2, wobei die thermoplastische Substanz ein normalerweise festes, chloriertes Naphthalin ist.

4. Elektrolytische Zelle nach einem der An-Sprüche 1 bis 3, wobei die thermoplastische Substanz ein chloriertes Naphthalin mit etwa 45 bis 55 Gewichtsprozent Chlor ist.

5. Elektrolytische Zelle nach einem der Ansprüche ι bis 4, wobei das Heizmittel ein in der Rinne angeordnetes Dampfrohr ist.

6. Elektrolytische Zelle nach einem der Ansprüche ι bis 4, wobei das Heizmittel ein in der Rinne angeordneter elektrischer Heizdraht ist.

7. Elektrolytische Zelle nach einem der Ansprüche ι bis 6, wobei das Heizmittel guten thermischen Kontakt mit der Unterkante des Randes hat.

8. Elektrolytische Zelle nach einem der Ansprüche ι bis 7, wobei der Boden der Rinne und die Unterkante des Randes parallel und horizontal sind, wenn die Zelle in ihrer Arbeitsstellung ist.

9. Elektrolytische Zelle nach einem der Ansprüche ι bis 7, wobei Mittel vorgesehen sind, um die Zelle in eine horizontale Lage zur Einstellung der Abdichtung zwischen Deckel und Grundteil zu bringen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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