DE1567976A1

DE1567976A1 - Vorrichtung zur waesserigen Elektrolyse von Salzloesungen,insbesondere von waesserigen Loesungen alkalischer Chloride

Info

Publication number: DE1567976A1
Application number: DE19651567976
Authority: DE
Inventors: Edouard Krebs
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1964-06-15
Filing date: 1965-06-14
Publication date: 1970-07-02
Also published as: SE327189B; GB1117104A; BE665086A; CH516344A; BE673000A; SE318260B; FR88679E; GB1137070A; CH438233A; US3464910A; FR1419637A; DE1567979A1; US3399131A

Description

DipUng.HeinrichSchaeier Hamburg, den 44, £>_t ^

Hamburg-Wandsbek
ZiesenilSstr. 6 — Ruf 652 96 56

Dr.-Expl.

Edouard KREBS, 1, Rue Peronet, NEUILLY-sur-SEINE, Seine,

Frankreich,

Paul STAIB, 37, Rue Decamps, PARIS 16^e, Frankreich,,

Vorrichtung zur wässerigen Elektrolyse van -fjBliiä&mgefrj -fewaatetre von wässerigen Lösungen alkalischer Chloride

Die Erfindung betrifft Zellen zur Elektrolyse von Salzlösungen und insbesondere zur wässerigen Elektrolyse von alkalischen Chloriden, bei denen die Oberflächen der Elektroden koaxiale Rotationsflächen mit vertikaler Achse sind. .

Eine der gebräuchlichsten Vorrichtung, die zur wässerigen Elektrolyse alkalischer Chloride dient, benutzt als Kathode eine Quecksilber schicht, die langsam auf eine sehr schwach geneigte Ebene abläuft. Die Anode ist aus Graphitplatten zusammengesetzt, welche der Kathode genähert sind. Die zu elektrolysierende Salzlösung, die nachfolgend Lauge genannt wird, fließt langsam zwischen den beiden Elektroden in derselben Richtung wie das Quecksilber. Unter der Einwirkung des elektrischen Stromes scheidet sich das Chlor an der Anode ab und steigt gegen den Deckel der Zelle durch die Zwischenräume zwischen den anodischen Platten und Durchtritten, welche in den Platten selbst vorgesehen sind, während das alkalische Metall sich auf der Kathode abscheidet, indem es mit dem Quecksilber das entsprechende Amalgam bildet. Letzteres wird zu einem Zersetzer geleitet, der mit reinem Wasser gespeist wird und mit ihm reagiert unter Erzeugung einerseits von Wasserstoff und andererseits von im Wasser aufgelöstem Ätzkali. Das metallische Quecksilber, das so regeneriert wird, kehrt zur Elektrolyse-Zelle zurück.

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Die Zellen dieser Bauart erfordern genau ebene Ausbildung der Kathodenflache, welche es gestattet, vollständig diese Quecksilberfläche zu bedecken und das reguläre Abfließen des Quecksilbers sicherzustellen in einer Schicht von möglichst geringer Dicke. Tatsächlich stellt das Volumen des Quecksilbers in Zirkulation eine wichtige Einschließung dar und muß auf die genauesten Grenzen gebracht werden. In Anbetracht der Konstruktion dieser Zelle scheiden sich die Blasen des an der Anode gebildeten Chlors nur schwer ab. Dadurch ergibt sich eine Herabsetzung des Querschnittes des Elektrolyten und der aktiven Anodenoberfläche und infolgedessen eine Begrenzung der auf der Anode erlaubten spezifischen Ladung. Eine zur Erzeugung einer vorgegebenen Chlormenge bestimmte Zelle macht also mit besonderer Wichtigkeit eine Anodenoberfläche und infolgedessen eine Überfüllung notwendig.

Die Erfindung betrifft eine Elektrolyse-Zelle, die diese Nachteile vermeidet.

Die Zelle nach der Erfindung ist im wesentlichen gekennzeichnet durch die Tatsache, daß ihre Elektrodenoberflächen koaxiale Rotationsflächen mit vertikaler Achse sind, wobei die Kathode als Unterlage für das Abfließen des Quecksilbers dient.

Diese wohl definierte geometrische Form gestattet es, eine Reihe von Vorteilen zu erzielen und insbesondere vereinfacht sie den Aufbau.

Die Erfindung bezieht, sich in gleicher Weise auf die vollständige Installation, die durch eine Zelle für wässerige Elektrolyse und durch die Zubehörteile gebildet wird.

' Andere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgen- ^ der Beschreibung an Hand der Zeichnungen, in denen verschiedene Möglich- ^ keiten für die Anwendung der Erfindung dargestellt sind.

In dieser Beschreibung ist nur von einer Natriumchlorid-Lösung die Rede, *"* aber es versteht sich, daß auch andere Lösungen in Betracht kommen.

In den Zeichnungen stellt Figur 1 im Vertikal schnitt durch die Umdrehungsachse eine Elektrolyse-Zelle nach der Erfindung dar, die bei einem Druck in der Größenordnung des Atmosphärendruckes arbeitet,

die Figuren 2 und 3 sind Schnitte in Richtung der Linien BB bzw. AA der Fig. 1,

die Figur 4 stellt in rein schematischer Form und im Schnitt längs einer Ebene durch die Umdrehungsachse ein besonders interessantes Ausführungsbeispiel des Anoden-Kathoden-Aufbaues einer Zelle nach der Erfindung dar, dieser Anoden-Kathoden-Aufbau kann zweckmäßig sein für eine Zelle der in Fig. 1 dargestellten Art, in Fig. 4 erscheint ferner (der größeren Klarheit wegen dargestellt nach dem Herunterklappen in Richtung des Pfeiles F um den Meridian der Kathode) die Quecksilberschicht, welche auf die Wandung der Kathode abfließt.

Figur 5 stellt im Vertikal schnitt längs einer durch die Umdrehungsachse gehenden Ebene eine andere Ausführung der Elektrolyse-Zelle nach der Erfindung dar, zum Unterschied gegenüber der Zellenach Fig. 1 arbeitet sie bei erhöhtem Druck, schließlich zeigt

Figur 6 in Ansicht schematisch eine vollständige Einrichtung mit einer Elektrolyse-Zelle nach der Erfindung und ihren verschiedenen Zubehörteilen.

In Figur 1 hat die Kathode 1 der Elektrolyse-Zelle nach der Erfindung die Form eines geraden Kegelstumpfes. Sie ist beispielsweise aus Stahl hergestellt] der Stromab gang erfolgt über einen Leiter 2. Die Anode 3 hat gleichfalls die Form eines Kegels, jedoch von geringeren Abmessungen und ist mit Graphit bedeckt (Bezugszeichen 4); der Stromzugang erfolgt über einen Leiter 8, der an den zentralen Stab 6 angeschlossen ist, dessen Längsachse XX die Rotationsachse des Zellenganzen ist. Die Anode ist im Inneren der Kathode 1 mittels eines Rahmens 10 aufgehängt. Schrauben 7 gestatten es, ihre senkrechte Lage in bezug auf diese Kathode zu regulieren. Die

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Anode 3 ist in ihrem unteren Teil durch einen Stab 9 geführt, so daß die beiden Elektroden vollständig koaxial sind.

Das Quecksilber tritt über eine Zuführung 11 tangential (Pfeil Fp Figuren 1 und 3) in den ringförmigen Raum 12, von wo aus es auf die Kathode 1 (Pfeil F2) überfließt und sie vollständig bedeckt.

Am Fuß der Zelle wird das durch das Quecksilber und das Alkalimetall des zu elektrolysierenden Chlorids gebildete Amalgam wieder gesammelt in einem ringförmigen Raum 14, um durch einen Saugheber 15 (Pfeil Fg) entleert zu werden, bestimmt für den Ausgleich der Laugensäule in der Zelle. Die reiche zu elektrolysierende Salzlösung oder Lauge gelangt zum Fuß der Säule über ein Leitungsrohr 16 (Pfeil F^) und nimmt im ringförmigen Raum 17 eine Drehbewegung (Pfeil F4} an, und zwar in der gleichen Richtung wie das Quecksilber im Raum 12. Sie gelangt darauf in den ringförmigen Raum zwischen der Quecksilberhaut 13 der Kathode und dem Graphit 4 der Anode. Ein Teil des in der Lauge enthaltenen Natrium Chlorids wird durch den elektrischen Strom zersetzt. Die verarmte Lauge 18 verläßt den Apparat über ein Leitungsrohr 19 (Pfeil F-) und kehrt zur Sättigungseinrichtung zurück (in Fig. 1 nicht dargestellt). Das gasförmige Chlor trennt sich von der Lauge im Deckel 21 und gelangt über ein Leitungsrohr 20 (Pfeil Fg) zur Wasch, und Trockeneinrichtung (in Fig. 1 nicht dargestellt). Eine Flüssigkeitsdichtung gewährleistet die Abdichtung zwischen dem Deckel 21 ui&ÄitioaDXJtxKxBxiUä und der oberen Verlängerung 5 der Anode 3.

Elektrolyse-Zellen mit dem Aufbau gemäß der Erfindung gestatten es, die nachstehend erwähnten Vorteile zu erzielen: Solche Zellen verwenden vollständig definierte und leicht realisierbare anodische und kathodische Oberflächen, welches auch immer der meridiane Durchflußquerschnitt sei, den man dem Raum zwischen den beiden Elektroden zu geben wünscht.

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Die Dicke des Quecksilberüberzugs, der auf die Kathode 1 abfließt, kann sehr gering sein. Das Niedersinken des Quecksilbers unter der kombinierten Einwirkung der Schwerkraft und der tangentialen Geschwindigkeit (Fig. 3) die es vor dem Überfließen aus dem Raum 12 besitzt, sichert die gute Verteilung dieses Quecksilbers selbst für den möglichen Fall eines unvollständigen Aufbaues oder einer Beschädigung des Unterbaues. ·■■'.■■

Der Zwischenraum zwischen, den Elektroden 1 und 3 kann sehr leicht reguliert werden durch Heben oder Senken der Anode 3. Man kann also die Entfernung zwischen diesen Elektroden auf ihr genaues Minimum reduzieren und so die Energie Verluste vermindern, die sich aus dem Widerstand des Elektrolyten ergeben.

Das durch die Elektrolyse erzeugte Chlor steigt leicht zwischen den Elektroden 1 und 3 infolge des hydraulischen Druckes] die Anodenoberfläche ist also ständig entladen. . ■

Die Rotation (Pfeil 4), zu der die Lauge seit ihrem Eintritt in den ring- ■ förmigen Raum 17 (Fig. 2} angeregt ist, sichert den Anlauf der Chlorblasen von den Stellen, an denen sie sich auf der Anodenoberfläche 4 gebildet haben.

Die Geschwindigkeit der Lauge, welche den ringförmigen Raum 17 verläßt, um in den Zwischenraum zwischen den Elektroden 1 und 3 aufzusteigen, ist die Resultante einer Komponente, die dargestellt wird durch die Geschwindigkeit dieser Lauge im Raum 17 und welche man die tangentiale Komponente (Pfeil F₄, Fig. 2) nennen kann und einer vertikalen Komponente oder Längskomponente (Pfeil F7, Fig. 1) zufolge des Aufsteigens der Lauge im Zwischenraum zwischen den Elektroden.

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Diese tangentiale Komponente kann ein Vielfaches der vertikalen Komponente sein. Die Lauge steigt also auf, indem sie eine Art Schraubenlinien förmiger Bewegung mit geringen Schritten beschreibt und sie reißt wirksam die Chlorblasen mit sich, sobald sich diese auf der Anode 3 gebildet haben. Je größer die Resultante der Geschwindigkeit ist, umso mehr Blasen geringen Durchmessers gibt es, die vom Strom der Lösung getragen werden, umso besser ist auch die Anode abgespült.

In allen Zellen mit Quecksilberkathode ist es von erster Wichtigkeit, den direkten Kontakt zwischen dem aktiven Chlor und dem Quecksilber zu vermeiden. Die Rotatinnsbewegung der Lauge in der Zelle nach der Erfindung hat zur Folge eine automatische Trennung der dichten Lauge, die sich vor der Kathode sammeln wird und der verdünnten Lauge, welche Chlor blasen enthält und benachbart vor der Anode bleiben wird.

Man kann die Entleerung der Chlorblasen erleichtern, wenn man auf der anodischen Bekleidung 4 aus Graphit im wesentlichen schraubenlinienförmige Rillen 23 vorsieht, die in Richtung des Fortschreitens der Lauge verlaufen. Da die Chlorblasen eine ansteigende, gegenüber der Lauge höhere Geschwindigkeit haben, ist die Steigung dieser Rillen vorteilhafterweise höher als die Steigung der Aufstiegsbahn der Lauge.

Während die relativ schwachen vertikalen Komponenten in Gegenstrom zwischen der Lauge und dem Quecksilber gerichtet sind, waehsen die tangentialen, beträchtlich höheren Komponenten in der gleichen Richtung (V, Fig. 3 und F4, Figii). Ganz besonders am Boden der Zelle begegnet > das Amalgam, dessen tangentiale Geschwindigkeitskomponente durch Reibung bereits teilweise absorbiert ist, der frischen Lauge mit ganzer tangentialer Komponente. Die Rotationsbewegung des Amalgams ist somit während des ganzen Sinkvorganges in der Zelle sichergestellt.

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BAD ORfGHSIAL

In der Figur 1 haben die Kathode 1 und die Anode 3 die einfache geometrische Form von geraden Kegelstümpfen. Die Fig. 4 stellt eine Anoden-Kathoden-Anordnung dar (welche sehr geeignet sein kann für eine Zelle nach der Erfindung gemäß Fig. 1) in der die Anode 3 eine besonders zweckmäßige Form hat, was das Abfließen des Quecksilbers auf die Kathode 1 betrifft. .

In dem Schema der Fig. 4 ist angenommen, daß die Quecksilber schicht, die auf die Kathode abfließt, genügend dick ist (Größenordnung von Millimetern).

Das Quecksilber kommt horizontal im .Niveau N (von 12 kommend ) an mit einer tangentialen Geschwindigkeitskomponenten V und steigt im freien Fall längs der Kathodenoberfläche 1 herab. Während sich diese tangentiale Anfangskomponente aufrechterhält, verläuft die vertikale Komponente wachsend derart, daß die Neigung der dünnen Quecksilberfäden bestrebt ist, sich der Vertikalen zu nähern. Die Dicke der Quecksilberschicht ist das Ergebnis zweier entgegengesetzter Faktoren, d.h. der Zunahme der vertikalen Geschwindigkeitskomponenten des Quecksilbers einerseits und der Verminderung des Durchmessers der Kathode 1 andererseits.

Die Fig. 4 zeigt, nach einem Umklappen um den Meridian der Kathode 1, die Quecksilberschicht. Diese ist abgegrenzt durch die Kurve 5, welche die Veränderung der Dicke e als Funktion der Maßzahl des betrachteten Punktes der Kathodenoberfläche darstellt.

Wenn man den Abstand zwischen dem Niveau N des Quecksilbers bei seinem Austritt aus 12 und der Spitze S der geometrischen Kegelfläche an die sich die kegelstumpfartige Innenfläche der Kathode 1 ansetzt, zeigen

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BAD ORIGINAL·

die Rechnung und der Versuch, daß man vor der Graphitbekleidung 4 der Anode 1 eine Quecksilberschicht von praktisch konstanter Dicke e erhalten kann, wenn sich die Anodenfläche 4 in senkrechter Richtung zwischej den Grenzen 0, 92 h und 0, 35 h erstreckt, gerechnet von der Spitze S des Kegels.

Die Bedingung, die soeben ausgedrückt wurde, ist allein ausreichend für die Erzielung einer praktisch konstanten Quecksilberdicke e, und es ist so, daß die Form des meridianen Querschnittes der Anoden-Kathoden Anordnung nicht entscheidend ist. Man kann zum Beispiel die in Fig. 4 dargestellte Anordnung wählen, wo die Kathode 1 die Form eines geraden Kegelstumpfes hat und die Anodenoberfläche 4 einen derartigen meridianen Querschnitt, daß der Abstand zwischen den Elektroden in halber Höhe geringer als unten und oben ist. Eine solche Anordnung gewährleistet eine im wesentlichen konstante axiale Geschwindigkeit der Lauge im unteren Teil der Zelle und trägt der Zunahme des spezifischen Volumens der Lauge im oberen Teil der Zelle Rechnung mit Rücksicht auf ihren Gehalt an Chlorblasen·

Die Kathode kann aber ebensogut eine andere Form als die eines Kegelstumpfes haben.

Die in Fig. 1 dargestellte Zelle arbeitet wie die meisten der bekannten Zellen bei einem vbm Atmosphärendruck wenig verschiedenen Druck. Die Zellen nach der Erfindung können aber leicht durch einfaches Ausprobieren untersucht werden, um unter höheren Drucken von beispielsweise 3 bis 5 bar oder selbst bis 10 bar zu arbeiten.

Ferner kann das Abfließen des Quecksilbers in einer verhältnismäßig dicken Schicht ersetzt werden durch ein Abfließen in einer sehr dünnen Haut von der Größenordnung einiger Zehntel Millimeter. Daraus ergibt sich eine neue Herabsetzung des Volumens des zirkulierenden Quecksilbers.

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BAD ORtGINAU

Die Figur 5 zeigt gerade eine Elektrolyse-Zelle nach der Erfindung mit einer sehr dünnen Quecksilberschicht. Die Anode 3 ist in Form eines Ke gel stumpfes ausgebildet. Sie besteht aus Metall .und ist mit einer gegenüber der Einwirkung nas zier enden Chlors beständigen dünnen Metallschicht plattiert. Ein Innenkegel 24 (z.B. aus Aluminium) verteilt den Strom der über die Leitung 8 zu ihm gelangt. Die Anode ist unten durch ihre Verlängerung 9 und eine Stopfbuchse 25 geführt. Die Kathode 1 besteht aus Stahl. Sie wird gestützt durch den Ring 26, welcher den Strom zum negativen Leiter 2 führt. Die sehr dünne Quecksilberschicht 13 auf der Kathode 1 wird durch den Eintritt über das Rohr 11 (Pfeil F₁) des Quecksilbers, wodurch der Quecksilberring 12 in Bewegung gesetzt wird, aufrechterhalten. Das Quecksilber tritt jiurch den Spalt 27 in den Elektrolyseraum zwischen der Kathode 1 und dem Ring 28, der wie die Anode 3 mit einer dünnen Metallschicht plattiert ist, welches gegenüber naszierendem Chlor widerstandsfähig ist. Das durch das Quecksilber und das Metall des zu elektrolysierenden Chlorids gebildete Amalgam verläßt den Apparat (Pfeil Fg) über die Leitung 15 , nachdem es im -Raum 14 gesammelt worden ist. Die zu elektrizierende reiche Lauge tritt

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in die Zelle durch die Leitung 16 (Pfeil 3) und setzt den Inhalt des Volumens 17 in Rotationsbewegung. Diese steigt alsdann auf zwischen den Elektroden 1 und 3. In dem Raum zwischen der Verlängerung 5 der Anode 3 und dem Ring 28 trifft sie auf Leitschaufeln 29, die-zur Aufrechterhai tung der Rotation dienen. Die Mischung aus verarmter Lauge und gasförmigem Chlor wird in dem ringförmigen Raum 30 gesammelt und verläßt den Apparat durch die Leitung 31 (Pfeil Fg) in Richtung auf einen in der Figur 5 nicht dargestellten Scheider.

Die Geschwindigkeit der Rotation der dünnen Quecksilber schicht verringert sich verhältnismäßig rasch derart, daß das Quecksilber die Neigung hat, in unkontrollierter Weise in den unteren Teil der Zelle abzufließen! Es ist wichtig, daß das Quecksilber gerade in diesem Teil den Wirbel der

f und gewisse Teile der Kathode 1 abzudecken.

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aufsteigenden Lauge trifft, der ihre gleichmäßige Verteilung über die ganze Oberfläche der Kathode 1 sicherstellt.

Diese Wirkung ist umso merklicher, je mehr die Reibung des Quecksilbers auf der Kathode 1 erhöht wird. Man kann zum Beispiel Interesse daran haben, das Abfließen des Quecksilbers zu verlangsamen (und damit die Zeitdauer zu erhöhen, in der es der Elektrolyse ausgesetzt ist), indem man der Kathode 1 eine nicht genau glatte Oberfläche gibt, sondern im Gegenteil eine absichtlich rauhe etwa durch Bearbeiten mit einem Werkzeug, durch Sandstrahlen oder durch jedes andere geeignete Verfahren,

Die einfache Konstruktion der Elektrolyse-Zelle nach der Erfindung, insbesondere der in Fig. 5 dargestellten Zelle, gestattet die Anwendung höherer Drücke ohne eine Verstärkung zu prohibitif wirkenden Kosten zu erfordern.

Ein erster Vorteil des Arbeitens unter höheren Drücken ist die Möglichkeit, die Zelle bei Temperaturen oberhalb «ron 100⁰C arbeiten zu lassen. Bei diesen Temperaturen vermindert sich das Auflösungsvermögen des Chlors in der Lauge stark derart, daß die verarmte Lauge, welche zur Sättigung zurückkehrt, seit ihrem Austritt aus dem Scheider bereits teilweise vom Chlor befreit ist.

Erhöhte Arbeitsdrücke im Scheider (von 3 bis 5 bar oder selbst bis 10 bar) bringen weitere Vorteile mit sich, wobei die Laugentemperatur wohl unterhalb der entsprechenden Siedetemperatur gehalten wird. Tatsächlich hängt der Gehalt an Wasserdampf in den austretenden Gasen (in g/m )-nur von / der Temperatur ab und also nicht vom Totaldruck, während diefier Druck wesentlich die Dichte des Gases bestimmt. Infolgedessen ist bei gleicher Temperatur der Gehalt der Gase an Wasserdampf (in g/m ) umso geringer, je höher der Totaldruck ist. Man verwirklicht so einen kostbaren Trockeneffekt.

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Schließlich ist bei Anwendung höheren Druckes das Volumen der -Chlorblasen im oberen Teil der Zelle umso mehr vermindert, je höher der Druck ist. Der für den Durchtritt des Stromes verfügbare Querschnitt des Elektrolyten wird umso größer sein, was die Energieverlübte herabsetzt, die durch den Widerstand des Elektrolyten hervorgerufen werden*

Beim Inbetriebsetzen sind die Elektrolyse-Zellen nach der Erfindung zunächst mit reinem Wasser gefüllt. Dann wird die Pumpe für das Quecksilber angelassen und man bewirkt die Zirkulation dar Lauge. Sobald die notwendige Konzentration der Natronlauge erreicht ist, kann man den elektrischen Strom wirken lassen.

In Fig. 6 ist ein vollständiges System einer Zelle unter Druck mit den notwendigen Zubehörteilen dargestellt (dabei ist die Elektrolyse-Zelle von dem in Pig. 5 dargestellten Typ). Die Leiter 8 führen den elektrischen Strom zur Zelle nach der Erfindung, die in der Zeichnung mit dem Bezugszeichen 32 versehen ist. Er wird über die Leitung 2 abgeführt. Die verarmte, mit Chlorblasen gemischte Lauge tritt unter Druck durch die Leitung 31 aus und gelangt zum Scheider Das Chlor scheidet sich ab durch die Leitung 20 in Richtung (Pfeil Fg) auf die Wasch- und Trockenanlage.

Ein Teil der Lauge wird über die Leitung 34 zur Zelle 32 zurückgeschickt. Sie ist unterwegs angereichert durch einen Zusatz von konzentrierter Lauge, die von der Leitung 35 der Sättigungsanlage 36 ausgeht. Eine Menge armer Lauge, welche über die Leitung 35 ankommt, wird dem Scheider 33 über die Leitung 37 abgezapft. Diese Lauge kann direkt zum Sättiger 36 geschickt werden, eine Bedingung für das Arbeiten unter Druck. Wenn man eine gewöhnliche Sättigungsanlage mit Atmosphärendruck zu benutzen wünscht, hat man Interesse,

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die warme Lauge der Leitung 37 auf unterhalb von 100°C abzukühlen, um zur Zeit der Entspannung eine unzeitige Dampf ab scheidung zu vermeiden.

Vorteilhafterweise erfolgt die Abkühlung der armen Lauge in einem Wärmeaustauscher und sichert so eine Vorwärmung der frischen Lauge ire-xBriTi!gray«fiänxTrnp»«T^ der Leitung 35. Die gekühlte arme Lauge

wird im Reduzierventil 38 auf Atmosphärendruck entspannt und tritt in einen neuen Scheider 39. Das Chlor entweicht durch die Leitung 40 und die arme Lauge geht durch die Leitung 41 zur Sättigungsanlage. Eine Heizvorrichtung 42 gestattet die Regelung der Laugentemperatur im Scheider 33. Wenn man beispielsweise die Lauge auf eine Temperatur nach der Siedetemperatur erwärmt, kann das Chlor fast vollständig von der Lauge getrennt werden. Ein Überlaufrohr 43 gestattet es, das Niveau der Lauge aufrechtzuerhalten und im Bedarfsfalle eine Laugenfüllung auszuwechseln ohne die Zelle anzuhalten.

Die Lauge kann sehr gut bei natürlichem Umlauf wirken ohne irgendein Antriebsmittel, wenn die Leitung 31 arme, also leichte Lauge befördert und eine wesentliche Menge gasförmigen Chlors enthält, während die Leitung 34 mit reicher, schwerer und entgaster, Lauge gefüllt ist. Nichtsdestoweniger kann es für die starken spezifischen Belastungen

2 der Anode, in der Größenordnung von 10.000 bis 15.000 Amp. pro m notwendig werden, diesen Umlauf durch eine Pumpe 44 zu steigern. Entsprechend den lokalen Bedingungen kann eine solche Pumpe selbst bei schwächeren Belastungen vorteilhaft sein.

Das Quecksilber gelangt über die Leitung 11 zur Zelle 32 und das Amalgam tritt über die Leitung 15 aus der Zelle. Eine Leitung 45 erlaubt die normale Wirkungsweise des Saughebers 46. Das Amalgam wird in den Zersetzer 47 geleitet, dessen Aufbau dem der Zelle 32 entspricht. Es fällt herab in den schraubenförmigen Rillen 48 und

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begegnet im Gegenstrom dem Wasser der Leitung 49. Es zersetzt sich, das metallische Quecksilber sammelt sich in dem Raum 50 und geht von dort in den unteren Teil 51, von wo aus die elektrische Pumpe 52 es gegen die Zelle 35 über die Leitung 11 zurückdrückt. Wenn man die Erhöhung der Konzentration des aus der Zelle 32 über die Leitung 15 austretenden Amalgams wünscht, erlaubt es eine Abzweigung 53, einen Teil des Amalgams in den Kreislauf der Elektrolyse zurückzuschicken.

Das im Zersetzer 47 befreite Natrium- verbindet sich mit dem Wasser und bildet einerseits Wasserstoff und andererseits eine wässerige Lösung von kaustischer Soda (Ätznatron). Die Mischung aus Flässigkeit und Gas tritt aus durch die Leitung 54 und trennt sich im Scheider 55 in Wasserstoff, der durch die Leitung 56 entfernt wird, und in eine Lösung kaustischer Soda, die über die Leitung 57 austritt. Man kann hier in gleicher Weise eine Rezirkulation durch die Leitung 49 vorsehen, sei es eine natürliche, sei es eine durch die Pumpe 58 unterstützte. Der Zusatz von frischem Wasser erfolgt durch die Leitung 59.

Ersichtlich sind im Rahmen der Erfindung eine Reihe von Abänderungen der in der Zeichnung dargestellten und vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele möglich.

Patentansprüche:

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Claims

Patentanwalt Dipi.-ing. Heinrich Sdiaefer Hamburg-Vi"and*bek Zkseniiistr. 6 - Kuf 652 96 56 Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Elektrolyse von Sglöeea wässerigen Lösungen alkalischer· Chloride, welche einerseits eine Elektrolytzelle mit einer Qucksilberschicht in Zirkulation als Kathode und andererseits die notwendigen Zubehörteile aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle zwei Elektroden besitzt, nämlich eine Anode (3) und eine Kathode (1), die durch zwei koaxiale Rotationsflächen mit vertikaler Achse gebildet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der gemeinsamen vertikalen Achse entferntere Rotationsfläche die Kathode bildet und als Stütze für den Ablauf des Quecksilbers dient, während die andere Fläche die Anode bildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Quecksilber über die Kathode abfließt unter der kombinierten Wirkung der Schwerkraft und einer tangentialen Geschwindigkeitskomponente, die ihm aufgedrückt wird, bevor es auf die Kathode fließt.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zu elektrolysierende Salzlösung oder Lauge durch den unteren Teil der Zelle eintritt und in dem Raum zwischen den beiden Elektroden aufsteigt mit einer tangentialen Komponente, die ihr vor ihrer Ankunft auf der aktiven Oberfläche der Anode erteilt ist, wobei die tangentialen Komponenten des Quecksilbers bzw. der Salzlösung mit denen der entsprechenden Drehung gleichen Richtungssinnes in Verbindung stehen.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kathode bildende Rotationsfläche eine kegelstumpfartige Form hat.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die aktive Anodenoberfläche in vertikaler Richtung erstreckt zwischen 92 % und 35 % des Abstandes zwischen dem Niveau des Quecksilbers bei seiner Ankunft auf der Kathode und der Spitze des geometrischen Kegels, welcher die Oberfläche der Kathode abgrenzt, wobei die Entfernungen von der Spitze dieses Kegels aus gerechnet werden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden der Zelle kegelstumpfförmig sind und der öffnungswinkel der Anode verschieden von dem der Kathode ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Zelle herrschende Druck erhöht ist und 10 bar erreichen kann und die Zelle es ermöglicht, daß das Quecksilber entsprechend einem dünnen Film in der Größenordnung von nur einigen Zehnteln mm abfließt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Salzlösung oder Lauge eine Temperatur hat, die oberhalb von 100 , jedoch unterhalb der Siedetemperatur des Wassers für den angewandten Druck liegt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckscheider vorhanden ist, in welchem das normalerweise an der Anode abgeschiedene Gas sich von der verarmten Lösung trennt /. und eine Heizanordnung die gewünschte Temperatur im Scheider sicherstellt und ferner eine Zusatzeinrichtung zur Sättigung der verarmten Salzlösung oder Lauge und damit zur Verwirklichung eines kontinuierlichen Kreislaufes.

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11. Vorrichtung nach Anspruch IQ, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreislauf der Salzlösung oder Lauge ohne zusätzliche Antriebsmittel erfolgt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreislauf der Salzlösung oder Lauge durch eine Hilfspumpe unterstützt wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Elektrolyse-Zelle aus Quecksilber und dem Metall der Salzlösung gebildete Amalgam zu einem Zersetzer geleitet wird, in welchem das Quecksilber regeneriert wird.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Zersetzer im wesentlichen zwei Elektroden aufweist, die durch koaxiale Rotationsflächen mit vertikaler Achse gebildet sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden des Zersetzers kegelstumpfartig sind, daß die äußere Elektrode in direktem Kontakt mit der inneren Elektrode ist, die mit schraubenförmigen Rillen versehen ist, in denen das Amalgam absteigt, welches einem Gegenstrom aus Wasser begegnet, welches im Hinblick auf die Abscheidung : aufsteigt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Amalgam-Element j abgesehen von dem Quecksilber, welches durch den Zersetzer freiwird, sich mit dem Wasser des aufsteigenden Gegenstromes vereinigt zwecks Bildung einer Mischung aus Wasserstoff und wässeriger Lösung, die in einem Scheider getrennt wird.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß Leitungssysteme

den teilweisen Rücklauf der aus dem Zersetzer austretenden wässerigen Lösung sicherstellen ,und zwar ohne ein zusätzliches Antriebsmittel.

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18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pumpe den Umlauf der wässerigen, aus dem Zersetzer austretenden Lösung unterstützt.

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