DE1051819B

DE1051819B - Cell for the electrolysis of salt solutions with carbon anodes and mercury cathodes

Info

Publication number: DE1051819B
Application number: DEC9864A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Baumbach; Dr Kurt Scharfenberg; Dr Walter Cuntze
Original assignee: Chemische Werke Huels AG
Current assignee: Huels AG
Priority date: 1954-08-26
Filing date: 1954-08-26
Publication date: 1959-03-05

Description

C2C2

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

KL.KL.

INTERNAT. KL.INTERNAT. KL.

- 1- 1

C 9864 IVa/12 hC 9864 IVa / 12 h

ANMELDETAG: 26. A U G U S T 1 9 5 4REGISTRATION DAY: AUGUST 26TH 1 9 5 4

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 5.MÄRZ1959NOTICE
THE REGISTRATION
AND ISSUE OF THE
EDITORIAL: MARCH 5, 1959

Die vielen technischen Ausführungsformen, die für die elektrolytische Zerlegung von Salzlösungen nach dem Amalgamverfahren bekannt sind, lassen sich in zwei Gruppen von Zellentypen zusammenfassen: Zellen mit horizontalen und Zellen mit vertikalen Elektroden. Bei den Horizontalzellen fließt das Quecksilber über einen schwach geneigten bis horizontal angeordneten, meist als Doppel-T-Träger ausgebildeten eisernen Boden. Bei der vertikalen Quecksilberzelle werden als Kathoden z. B. sich drehende Metallscheiben verwendet, deren untere Teile in ein Quecksilber- bzw. Amalgambad eintauchen und deren obere Teile sich zwischen den Anoden befinden. Durch die Drehbewegung der mit einem Quecksilber- bzw. Amalgamnlm überzogenen Scheiben wird frisches Quecksilber in die Elektrolysezone befördert, während das neugebildete Amalgam an das Quecksilber- bzw. Amalgambad abgegeben wird.The many technical embodiments that are used for the electrolytic decomposition of salt solutions according to known to the amalgam process can be divided into two groups of cell types: cells with horizontal and cells with vertical electrodes. The mercury overflows in the horizontal cells a slightly inclined to horizontally arranged iron, mostly designed as a double T-beam Floor. In the vertical mercury cell, the cathodes z. B. used rotating metal disks, the lower parts are immersed in a mercury or amalgam bath and the upper parts are immersed between the anodes. By rotating the with a mercury or amalgamnlm coated disks, fresh mercury is transported into the electrolysis zone, while the newly formed Amalgam is delivered to the mercury or amalgam bath.

Beiden Zellengruppen haften gewisse Nachteile an: Vertikale Zellen verbrauchen zusätzlich Energie für den Antrieb der Kathodenscheiben; außerdem ist ein schwaches Taumeln der Scheiben bei großem Durchmesser unvermeidlich, was bei der Einstellung des Elektrodenabstandes berücksichtigt werden muß und im Endergebnis einen erhöhten Stromverbrauch des Elektrolyseurs zur Folge hat. Horizontale Zellen benötigen die drei- bis vierfache Grundfläche von vertikalen Zellen gleicher Leistung und erfordern bei großen Anlagen riesige und nicht übersichtliche Fabrikhallen. Hinzu kommt, daß infolge der großen Oberfläche des Zellengehäuses die Wärmeabstrahlung so groß wird, daß zusätzliche Energie zum Aufheizen des Elektrolyten aufgewendet werden muß. Durch Anordnung mehrerer elektrisch und mechanisch getrennter Zellen übereinander und durch Einbau einer solchen Gruppe in eine wärmeisolierte Kammer lassen sich der Platzbedarf und die Abstrahlung verringern, aber bei dieser Anordnung muß jede Zelle, die geöffnet werden soll, von ihrem Standort entfernt werden. Schließlich besteht bei beiden Zellenformen ein erheblicher Nachteil darin, daß das in bestimmten Zeitabständen immer wieder erforderliche Einstellen des Abstandes zwischen den Elektroden, der sich infolge des Abbaues der Kohleelektrode mit der Betriebszeit vergrößert, auf seine ursprüngliche Größe sehr umständlich ist und bei den meisten Ausführungen erst nach öffnen der außer Betrieb gesetzten Elektrolyseure möglich ist. Das Nachstellen während des Betriebes ist bei Vertikalzellen nicht bekannt, bei einigen Horizontalzellen möglich, aber umständlich und zeitraubend. Die Einregulierung des Anodenabstandes jeder einzelnen Elektrodenplatte muß individuell erfolgen, da die Konzentration des Elektrolyten beim Durchgang durch die Zelle sinkt und Zelle zur Elektrolyse von SalzlösungenBoth groups of cells have certain disadvantages: Vertical cells also consume energy for the drive of the cathode disks; there is also a slight wobbling of the disks with a large diameter unavoidable, which must be taken into account when setting the electrode spacing and the end result is an increased power consumption of the electrolyser. Need horizontal cells three to four times the area of vertical cells of the same power and require at large plants, huge and unclear factory halls. In addition, as a result of the great Surface of the cell housing the heat radiation is so great that additional energy for heating of the electrolyte must be used. By arranging several electrically and mechanically separated Leave cells on top of each other and place such a group in a thermally insulated chamber The space requirement and the radiation are reduced, but with this arrangement each cell that is open should be removed from their location. After all, there is one in both cell shapes A significant disadvantage is that the setting is required again and again at certain time intervals the distance between the electrodes, which changes with the operating time as a result of the degradation of the carbon electrode enlarged, is very cumbersome to its original size and with most designs is only possible after opening the decommissioned electrolyzer. The readjustment during The operation is not known for vertical cells, possible with some horizontal cells, but cumbersome and time consuming. The adjustment of the anode distance of each individual electrode plate must be individual occur because the concentration of the electrolyte drops as it passes through the cell and Cell for the electrolysis of salt solutions

mit Kohlenstoffanoden
und Quecksilberkathodenwith carbon anodes
and mercury cathodes

Anmelder:Applicant:

Chemische Werke Hüls Aktiengesellschaft, Marl (Kr. Recklinghausen)Chemical works Hüls Aktiengesellschaft, Marl (Kr.Recklinghausen)

Rudolf Baumbach, Dr. Kurt ScharfenbergRudolf Baumbach, Dr. Kurt Scharfenberg

und Dr. Walter Cuntze, Marl (Kr. Recklinghausen),and Dr. Walter Cuntze, Marl (district of Recklinghausen),

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

dadurch die Anoden ungleichmäßig und nach der Austrittsstelle des Elektrolyten hin immer stärker abgebaut werden. Wegen dieses ungleichmäßigen Abbaues führt auch das Nachstellen des Elektrodenabstandes bei Horizontalzellen der bisher bekannten Bauarten durch Heben des mit Quecksilber bedeckten Bodens nicht zum Erfolg, weil dabei der Neigungswinkel zur Horizontalen wegen des Quecksilberflusses nicht geändert werden kann.as a result, the anodes are uneven and increasingly stronger towards the point at which the electrolyte emerges be dismantled. Because of this uneven reduction, readjustment of the electrode spacing also leads in the case of horizontal cells of the previously known types by lifting the one covered with mercury Bodenens not to be successful because of the inclination angle to the horizontal because of the mercury flow cannot be changed.

Es wurde gefunden, daß man diese Nachteile mit einer Zelle zur Elektrolyse von Salzlösungen mit Kohlenstoffanoden und mehreren übereinander angeordneten, horizontalen oder schwach geneigten, elektrisch und mechanisch miteinander verbundenen, von Quecksilber überflossenen Böden als Kathoden in einem gemeinsamen Gehäuse vermeiden kann, wenn die Kathoden elektrisch parallel geschaltet und mechanisch derart miteinander verbunden sind, daß sie von einer Stelle aus gemeinsam gehoben oder gesenkt werden können. Zweckmäßig erfolgt das Verstellen von der untersten Etage aus, die darüber angeordneten Kathodenböden brauchen dann nur lose aufeinandergestellt zu sein. Über jeden Kathodenboden sind die Anoden fest in das Zellengehäuse eingebaut und werden während ihrer ganzen Betriebszeit nicht bewegt. Die Quecksilberzu- und -abflußorgane der Böden sind entweder so angeordnet, daß der gesamte Quecksilberstrom alle oder zumindest mehrere Böden nacheinander kaskadenartig überfließt. Alle nicht mit Quecksilber bedeckten Teile, insbesondere die unteren Flächen der Böden, sind mit einem elektrisch nichtleitenden Material, z. B. Gummi, abgedeckt.It has been found that these disadvantages with a cell for the electrolysis of salt solutions with Carbon anodes and several one above the other, horizontal or slightly inclined, electrical and mechanically interconnected soils overflowing with mercury as cathodes in A common housing can be avoided if the cathodes are connected electrically and mechanically in parallel are connected to one another in such a way that they are raised or lowered together from one point can be. Adjustment is expediently carried out from the lowest level, the level above Cathode bottoms then only need to be placed loosely on top of one another. Above every cathode bottom are those Anodes are permanently installed in the cell housing and are not moved during their entire operating time. The mercury inflow and outflow organs of the floors are either arranged so that the entire mercury flow all or at least several floors successively overflows like a cascade. None of them with mercury Covered parts, especially the lower surfaces of the floors, are electrically non-conductive Material, e.g. B. rubber, covered.

Es ist aber auch eine Anordnung der Quecksilberzu- und -abflußorgane möglich, die bewirkt, daß der Queck-An arrangement of the mercury inflow and outflow organs is also possible, which has the effect that the mercury

809 768/460809 768/460

silberstrom in Teilströme aufgeteilt wird, von denen jeder nur einen Boden überfließt. Die Zu- und Abflußorgane für das gebildete Metallamalgam können ebenfalls so angeordnet werden, daß die Zersetzung des Amalgams erfolgt, nachdem es eine, mehrere oder alle Etagen durchlaufen hat. Wenn der unterste Kathodenboden gleichzeitig als Abschluß des Zellengehäuses dient, muß er beweglich, z. B. durch Flüssigkeitsverschluß, mit dem Gehäuse verbunden sein. Das Zellengehäuse kann aber auch durch einen damit starr verbundenen Boden verschlossen und nur die Nachstellvorrichtung, z. B. durch Stopfbuchsen, nach außen geführt sein.silver stream is divided into partial streams, of which each just overflows one floor. The inflow and outflow organs for the metal amalgam formed can also be arranged so that decomposition of the amalgam occurs after one, several, or all of them Has traversed floors. When the lowest cathode base is also used as the end of the cell housing serves, it must be movable, e.g. B. be connected to the housing by a liquid seal. The cell housing but can also be closed by a rigidly connected floor and only the adjustment device, z. B. by stuffing boxes, out to the outside.

Im Gegensatz zu allen bisher bekannten Zellenkonstruktionen ist bei der erfindungsgemäßen X^orrichtung das gemeinsame Nachstellen der Elektroden auf den ursprünglichen Abstand voll wirksam, weil infolge der übereinander angeordneten Kaskaden durch die Gasentwicklung an den Anoden ein so starker Rühreffekt auftritt, daß die Konzentration der Sole an jeder Stelle in der Zelle praktisch die gleiche ist. Dadurch werden die Kohlenanoden praktisch alle gleichschnell abgenutzt.In contrast to all previously known cell constructions, the X ^ device according to the invention the joint readjustment of the electrodes to the original distance is fully effective because as a result of the cascades arranged one above the other due to the development of gas at the anodes strong stirring effect occurs that the concentration of the brine at every point in the cell is practically the same is. As a result, the carbon anodes are practically all worn out at the same rate.

Die Zelle vereint also die Vorteile der horizontalen und der vertikalen Zelle und vermeidet deren Nachteile. Die Grundfläche beträgt weniger als ein Viertel der einer Horizontalzelle gleichen Leistung. Die Stromausbeute ist mindestens um 3^fl/o besser, und die Reinheit des Chlors ist wesentlich höher als bei der Vertikalzelle. Nur bei der beanspruchten Zelle ist es möglich, die Graphitanoden starr einzubauen und trotzdem die Kathoden auf den optimalen Abstand nachzustellen, was wegen der geringen mechanischen Festigkeit des Graphits, besonders bei fortgeschrittener Laufzeit, einen großen Vorteil bedeutet. Der Ein- und Ausbau der lose aufeinandergestellten Kathodenböden sowie der Anoden und das erste Einstellen des optimalen Elektrodenabstandes sind äußerst einfach.The cell thus combines the advantages of the horizontal and the vertical cell and avoids their disadvantages. The footprint is less than a quarter of the power of a horizontal cell. The current efficiency is at least 3 ^fl / o better, and the purity of the chlorine is significantly higher than with the vertical cell. Only in the case of the stressed cell is it possible to install the graphite anodes rigidly and still adjust the cathodes to the optimal distance, which is a great advantage because of the low mechanical strength of the graphite, especially when the running time is advanced. The installation and removal of the loosely stacked cathode bases and the anodes and the initial setting of the optimal electrode spacing are extremely easy.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dargestellt.In the drawing, an embodiment of the invention is shown as an example.

Fig. A zeigt einen senkrechten Längsschnitt,Fig. A shows a vertical longitudinal section,

Fig. B einen waagerechten Schnitt durch die Zelle.B shows a horizontal section through the cell.

Das Zellengehäuse besteht aus den Wänden der Schmalseiten 1, dem oberen Deckel 2, den beiden Wänden der Längsseiten 3 und dem unteren Deckel 10, der gleichzeitig auch der unterste Kathodenboden ist. Im Gehäuse sind sieben Kathodenböden 4 bis 10, die an beiden Schmalseiten senkrecht angebrachte Kathodenbleche 11 haben, lose aufeinandergestellt. Der unterste Kathodenboden 10 hat die senkrechten Kathodenbleche 11 auch an seinen Längsseiten und steht lose in der Abschlußtasse 12. Alle sieben Böden ruhen auf zwei T-Trägern 13, die über Stellschrauben 14 und Isolatoren 15 auf der festen Unterlage 17 abgestützt sind. Die Anodenplatten 16 liegen auf Balken über den Kathodenböden, ihre Stromzuführungen 18 sind durch eine der Längsseitenwände 3 zur Anode durchgeführt. Der Kathodenanschluß 19 ist an der Abschlußtasse 12 angebracht. Das Quecksilber wird durch die Einlaßöffnung 20 dem obersten Boden zugeführt, fließt über Überläufe 21 dem nächsttieferen Boden zu, passiert in derselben Weise die weiteren Böden und gelangt inThe cell housing consists of the walls of the narrow sides 1, the upper cover 2 and the two walls the long sides 3 and the lower cover 10, which is also the lowest cathode base at the same time. in the Housing are seven cathode floors 4 to 10, the cathode plates attached vertically on both narrow sides 11 have been stacked loosely. The lowermost cathode base 10 has the vertical cathode sheets 11 also on its long sides and stands loosely in the final cup 12. All seven floors rest on two T-beams 13, which are supported on the fixed base 17 by means of adjusting screws 14 and insulators 15. The anode plates 16 lie on bars above the cathode bottoms, their power supply lines 18 are through one of the longitudinal side walls 3 carried out to the anode. The cathode connection 19 is on the closing cup 12 appropriate. The mercury is fed through the inlet opening 20 to the uppermost tray, overflows Overflows 21 to the next lower floor, passes the other floors in the same way and gets into

ίο den Flüssigkeitsverschluß 12, aus dem es durch die Abgangsöffnung 22 einem Siphon zufließt. Die Sole tritt durch die Einlauföffnung 23 in die Zelle ein und durch die Abgangsöffnung 22 über einen Siphon gemeinsam mit dem Quecksilber wieder aus. Die Austrittsöfrnung für Chlor 24 ist am oberen Deckel 2 angebracht. ίο the liquid seal 12, from which it is through the Outlet opening 22 flows into a siphon. The brine enters the cell through the inlet opening 23 and through the outlet opening 22 via a siphon together with the mercury. The exit opening for chlorine 24 is attached to the upper cover 2.

Claims

1. Cell for the electrolysis of salt solutions with carbon anodes and several one above the other, horizontal or slightly inclined, electrically and mechanically interconnected, soils overflowing with mercury as cathodes in a common housing, thereby characterized in that the cathodes are connected electrically in parallel and mechanically in such a way with one another are connected so that they can be raised or lowered together from one point.

2. Cell according to claim 1, characterized in that the mercury inflow and outflow organs of the floors are designed and arranged so that the entire flow of mercury flows through the floors one after the other Overflows like a cascade.

3. Cell according to claim 1, characterized in that the mercury inflow and outflow organs the floors are designed and arranged so that the mercury flow is divided into partial flows each of which overflows only one floor.

4. Cell according to one of claims 1 to 3, characterized in that the lowermost cathode bottom the cell movable, e.g. B. sealed against the housing by a liquid seal is.

5. Cell according to one of claims 1 to 4, characterized in that parts of the adjusting device for the cathode bottoms movable through the cell housing bottom, e.g. B. by stuffing boxes, are led.

Considered publications:
German Patent No. 686,756;
Swiss Patent No. 277 649;
British Patent Nos. 597 440, 634 893.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

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