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Perfectionnements aux cellules d'électrolyse des saumures de métaux alcalins.
La présente invention se rapporte aux cellules d'électrolyse à forte intensité, et elle concerne plus par- ticulièrement une cellule chlore-alcali du type à diaphragme et de forme compacte, pouvant fonctionner sous une intensité de 30.000 ampères ou plus.
Les cuves d'électrolyse alcalihalogène du type à diaphragme sont couramment utilisées pour la préparation de la soude caustique, du chlore et de l'hydrogène par élec- tolyse des saumures de chlorure de sodium ou de potassium.
Par exemple, les saumures de chlorure de sodium sont conti- nuellement envoyées dans les cellules qui utilisent des catho- des métalliques finement perforées que des diaphragmes per- méables aux fluides recouvrent complètement, ce qui permet à la saumure, appelée ci-après
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"électrolyte", de traverser le diaphragme et de passer de la chambre anodique dans la chambre oatho- dique, en produisant du gaz hydrogène et de la soude caustique dans la chambre cathodique et du chlore gazeux dans la chambre anodique.
Dans les cellules chlore-alcali du type décrit ci-dessus, et plus particulièrement dans celles décrites dans le brevet belge N 5?9.3?? , dont les nouvelles particularités de l'invention décrites ------- ci-après constituent des perfectionnements, le but recherché aotuelle- ment dans l'industrie est d'accroître l'ampérage du circuit, ce qui pose des problèmes de fonctionne- ment des cellules dus principalement à l'accroisse- ment rapide correspondant de la température des cel- lules.
Quand on utilise des courants plus élevés, la température de fonctionnement plus élevée corres- pondante produit une détérioration rapide des di- vers éléments des cellules, par exemple des plaques d'anode, ce qui exige des remplacements fréquents et onéreux des constituants et réduit sérieusement les périodes de fonctionnement des cellules.
Un autre aspect frappant des in- convénients qui apparaissent avec les cellules de la technique antérieure, quand on les fait fonc- tionner avec des courants d'intensité accrue, réside dans les pertes de courant se produisant dans certaines zones de la cellule, notamment à proximité de la zone de support des anodes et entro les plaques d'anodes et les cathodes qui
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les entourent.
Cette perte de courant est due prin- cipalement à trois facteur : (1) un contact élec- trique médiocre avec le support d'anodes qui, avant la présente invention, utilisait des quantités ex- consives de plomb doux métallique aux fins de con- duction et de support ;
(2) impossibilité d'éta- blir o@ de maintenir une proximité et une conforma- tion pré .ses entre les plaques d'anodes et les chambres @@thodiques associées ; et (3) présence de zones con@ctrices inactives dans les chambres cathodiques enturant les anodes, dues principale- ment à la forme a érieure des cellulea à diaphragme, dont les cathodes n' comportent pas -de cloisons
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terminales, ou ne Pré,%itant que des cloisons ar- rondios,donc irrégulièrment espacées.
Un autr, inconvér.ient qui s'ajoute aux fuites indésirables d'é ctrolyte, aux pertes de courant et à l'accroissements rapide de la tempé- rature, produits par les conditions de fonction- nement sous forte intensité de cirant, est l'accu-
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mulation du mastic 3'ètanchéité or.éznique provo- quant l'encrassement des organes qui était jusqu'à présent indispensable '.vec les garnitures classi- ques d'étanchéité. Ces g rnitures classiques qui exigent une quantité excessive de mastic sont fata- lement exposées à l'action c@ydante du chlore dis- sous dans l'électrolyte.
Par saite de cette action, des quantités notables de produits organiques de dégradation sont formées et contaminent le chlore, contribuent matériellement à colmater les pores
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du diaphragme et for @@t des quantités indésirables de boues dans le forn de la cellule.
La résente invention concerne une nouvelle constr tion des cellules permettant d'éliminer beaucou; les problèmes précités qui se posent lorsqu'on @ t fonctionner une cellule à diaphragme avec @ intensité élevée- Grâce à la présente inventi, , on obtient des résultats avan- tageux en utilisait les particularités ci-après, prises isolémen ou en combinaison : (1) Une cellule électrolytique per- fectionnée alc,'.i-halogène, du type à diaphragme, capable de fontionner sous une intensité de 30.000 ampères ou plas.
(2) Un support d'anode perfectionné formant gril.3 conductrice du courant pour de telles cellules.
(3) Une construction perfectionnée des cloison: terminales des cathodes pour de telles cellules, p:rmettant une densité de courant maximale et uniforme et supprimant les inconvénients des courants parasites et des pertes de courant.
(4) Une garniture d'étanchéité per- fectionnée pour ces cellules, permettant leur fonc- tionnement avec peu ou pas de dépôt de mastic d'é- tanchéité encrassant les organes, tout en suppri- mant les fuites dangereuses autant que corrosives, des cellules.
La doscription qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple
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non limitatif, fera bien comprendre comment l'in- vention peut âtre réalisée, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention.
La figure 1 est une vue en élé- vation de côté d'une cellule électrolytique à diaphragme selon l'invention, des arrachementspar- tiels montrant en coupe l'agencement des anodes et des cathodes, et le mode préféré de fixation des anodos à la base ou cuvette cannelée, ainsi que les dispositifs d'admission de l'électrolyte et d'ex- traction des produits de la cellule.
La figure 2 est une vue en plan de la cuvette ou base, montrant le support cannelé électriquement conducteur des anodes selon l'in- vention.
La figure 3 eat une coupe hori- zontale de la cuvette ou base, par la ligne 3-3 de la figure 2.
La figure 4 est une coupe trans- versale, par la ligne 4-4 de la figure 2,d'une par- tie de la cuvette, montrant les entretoises dans chaque canneluro pour guider et supporter les éléments d'anode.
La figure 5 est une coupe ver- ticale partielle et à plus grande échelle d'une partie de l'appareil représenté à la figure 1.
La figure 6 est uno vue en perspective à plus grande échelle de la garniture étanche selon l'invention.
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La figure 7 est une coupe partielle, à plus grande échelle, montrant les cloisons termi- nales plates ou en caisson de la chambre cathodi- que conforme à la présente invention.
La figure 8 est une coupe verti- cale partielle,à plus grande échelle,par la ligne 8-8 de la figure 5, montrant une connexion mano- métrique avantageuse (le manomètre n'est pas re- présenté) permettant de déterminer le niveau de l'é- leotrolyto dans le compartiment anadique.
La figure 1 représente une vue en élévation, avec arrachement partiel, d'une ce]' Iule qui comprend un couvercle 4 collecteur de gaz et de refroidissement, une partie inférieur ? de support et d'alignement des anodes, et une section intermédiaire 8 porte-cathodes,
Le couvercle colle ceur de gaz et de refroidissement 4 est construit en un matériau non conducteur et résistant aux alogènes comme le béton ou l'acier recouvert de caoutchouc ; ce- pendant, on préfère généralement le béton ayant la composition décrite à la connue 4 du brevet américain N 2.987.463. Un conduit ou autre élément 10 de sortie de gaz est prévu sur le couvercle 4 pour permettre l'échappement de l'halogène gazeux.
Un conduit 12 occupant une position centrale et muni d'une garniture 14 constitue un conduit d'admis- sion commode de l'électrolyte directement dans le fond de la cuve, assurant la dispersion de l'élec- trolyto par choc. La garniture d'étanchéité 14
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empênche l'échappement indésirable de gaz sur le pourtour du conduit et peut être en une matière quelconque chimiquement inerte et imperméable aux gaz, telle que le caoutchouc ou une matière simi- laire. Des anneaux do levage 16 convenablement pla- cés sont solidement noyés dans le couvercle 4.
L'alignement correct entre le couvercle 4 et la section intermédiaire porte-cathodes 8 est main- tenu par des éléments 18 du type classique à embot- tement d'une pièce mâle dans une pièce femelle.
La section intermédiaire porte- cathodes 8 comprond des parois latérales exté- rieures 20 et dos parois intérieures 22 (que l'on voit mieux à la figure 5), qui définissent uno chambre périphérique 24 servant à recueillir le gaz dégagé aux cathodes (l'hydrogène dans l'exemple choisi), gaz qui se dégage dans dos tubes 26 for- mant les cathodes et dans les demi-cathodes 28.
Les parois latérales 20 sont en un matériau con- ducteur de l'électricité afin do faciliter l'ali- montation on courant,par les parois conductrices intérieures 22 aux tubes 26 et aux demi-cathodes 28, à partir d'une bnrre omnibus périphérique 30 pou- vant être connectée à toute source désirée de po- tentiel électrique.
Los parois latérales 20 et 22 sont en tôle et, do préférence, en tôle d'acier, car les ouvertures nécessaires (dont il sera question plus loin) sont faciles à percer et dos soudures pouvent êtro utilisées pour les réunir
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aux tubes 26 de cathodes et aux demi-cathodeo 28 en assurant de bonnes connexions électriques. De nombreuses barrettes métalliques conductrices 58 judicieusement disposées (voir également la figure 7) assurent le soutien et la stabilité nécessaires à l'ensemble des tubes de cathodes. Ces barrettes peuvent être soudées aux tubes pour assurer une bonne connexion électrique. Les tubes 26 et les demi-cathodes 28 sont avantageusement connectés électriquement par leurs deux extrémités aux parois latérales conductrices 20.
Cette connexion peut être faite par soudage si les doux éléments respec- tifs, o'est-à-dire les tubes et les parois, sont en acier. Il est alors possible de fournir du cou- rant à chaque extrémité des tubes en connectant les parois latérales 20 à une source de potentiel par l'intermédiaire de la barre omnibue 30.
Le conduit 32 permet d'extraire l'hydrogène rassemblé dans la chambre périphérique 24, et le oonduit 34 permet la sortie convenable de la liqueur catholitique, c'est-à-dire l'hydroxyde de métal alcalin contenant du sol non électrolysée
Les organes 36 et 36' sont des éléments fixes de centrage qui contribuent d'une façon nouvelle à l'alignement entre la section intermédiaire porte-cathodes 8 et le fond 6 de la cellule selon l'invention.
En oxaminant plus particulière- ment la figure 5, on voit immédiatement certai- nes particularités importantes de l'invention.
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Les anodes 42, dont chacune est composée de plu- sieurs sections, sont montées dans chaque canne- lure de la cuvette de support 40 qui est montée à son tour de façon amovible sur la base classique ou grille 38. La cuvette porte-anodes est en cuivre bon conducteur et sa nouvelle forme cannelée est ob- tenue par coulée en une seule pièce, car, de cette façon, on obtient une meilleure conductibilité élec- trique, une meilleure distribution du courant et une suppression totale des barres d'entretoise coûteuses et relativement inefficaces auxquelles on se fiait jusqu'à présent pour assurer la connexion à une source de potentiel positif. Les anodes 42 peuvent être maintenues correctement espacées et convenablement connectées électriquement à l'aide d'une couche conductrice de liaison 48, avantageuse- ment en plomb.
Chaque anode 42, bien que ne faisant pas en soi partie de la présente invention, peut Être fabriquée en tout matériau approprié bon con- ducteur de l'électricité, tel que le graphite, la magnétite ou une matière enduite de magnétite. La ouvette cannelée 40 est avantageusement formée en cuivre électrolytique dont la résistivité est nor- malement d'environ 1,724 x 10-6 ohm/cm2/cm.
La base en acier à structure ajourée 38 peut être construite en éléments de construction en acier d'un type approprié quel- conque, par exemple, en cornières assemblées par soudage, en poutrelles en doublé Té, etc...; ou éventuellement, on peut utiliser un support de
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grille coulé, d'un modèle connu, par exemple 'Le support de grille décrit dans le brevet américain
N 2.987.463 précité. La plaque ou dalle de base 44, dont il a déjà été question, peut être coulée en béton. Les organes de centrage 36 et 36' sont, de préférence, en tôles d'acier soudées d'épaisseurs variables, présentant chacun des ouvertures dispo- sées avec précision pour l'assemblage correct de la section intermédiaire porte-cathodes 8 par rap- port à la partie inférieure 6 de la cellule.
Les garnitures à doubles cannelures 46 et 46' peuvent être en caoutchouc, en caoutchouc de silicone enduit de matière plastique ou en une matière élas- tique de remplacement convenable qui n'est, de pré- férence, pas sujette à l'action électrolytique ou aux effets corrosifs du chlore résiduel dissous.
Les figures 2 à 4 montrent diverses vues de la cuvette cannelée de support des anodes, faisant voir, en particulier, les rainures ou can- nelures 50 supportant les anodes, les espaces 52 qui coopèrent avec la base en acier pour permettre la libre circulation de l'air de refroidissement autour des bases des anodes 42 (non représentées à la figure 3) et les entretoises 56, d'espacement entre les anodes pour chaque rainure de support d'anodes, servant à supporter et à maintenir l'a- lignement de chacune des trois anodes contenues dans cette rainure. Un autre rôle important de chaque entretoiso 56 est d'assurer une connexion électrique étroite avec les anodes en procurant
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une bonne conductibilité électrique et en réduisant au minimum la perte par effet Joule (I2R).
La cu- vette est convenablement reliée à une source de po- tentiel électrique convenable par des pattes d'ano- des 54.
A la figure 6 on a représenté, en coupe transversale et à grande échelle, une autre particularité importante de l'invention, à savoir l'élément de garniture 46 qui présente, sur chaque face, un grand nombre de cannelures parallèles 62 et dont la construction est également nouvelle. Les garnitures 46 sont destinées à être montées entre le couvercle 4 de la cellule et la section porte- cathode 8, ainsi qu'entre cette dernière section et le fond 6 de la cellule. Quand ces garnitures sont convenablement placées et supportent le poids des parties 4 et 8 de la cellule, elles assurent avec ces parties un bon effet de ventouse empêchant les fuites dangereuses et corrosives de l'électrolyte.
La forme et la manière de supporter
26/ les tubes formant cathodes sont mieux visibles sur la figure 7 qui est une vue par en dessus d'une partie coupée de l'appareil représenté à la figure 5.
Ces tubes s'étendent d'une paroi latérale intérieure à l'autre de la section porte-cathodes de la cel- lule ; toutefois, comme la construction est la même à chaque extrémité, on n'en a représenté qu'une.
Des fentes 66 et 68 communiquent directement avec la chambre périphérique 24 en formant une sortie appropriée pour la liqueur catholytique et les gaz
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provenant des tubes de cathodes 26, lesquels aont finalement extraits de la cellule par les conduits précités 32 et 34. Chaque tube de cathodes 26 peut être construit en tôle perforée qu'on façonne en forme de tube et dont on soude les bords, ou en va- riante, on peut utiliser une forte toile métallique, et c'est cette dernière forme de construction qui est préférée et est représentée sur le dessin. Son mode de montage sur la paroi latérale intérieure 22 facilite l'accès à l'ensemble cathodique que l'on peut aisément séparer du restant de la cellule aux fins de nettoyage ou de réparation.
Un diaphragme perméable aux fluides
72 sépare complètement la cathode des anodes et est construit en un matériau résistant aux halogènes, tel que des particules d'amiante qu'on utilise dans les cellules à diaphragme classiques et qu'on peut déposer in situ sur les surfaces extérieures de la cathode en toile métallique. D'autres matériaux couramment utilisés pour les diaphragmes conviennent également dans ce cas comme le comprendront aisé- ment les spécialistes. Les tubes de cathodes sont disposés horizontalement en travers de la cellule et sont espacés au-dessus de la base en béton 44 pour permettre la libre circulation de la liqueur électrolytique au-dessous des tubes.
Les cloisons terminales 74, dont la construction constitue une caractéristique importante de l'invention, sont recouvertes avec ledit matériau formant diaphragme parachevant ainsi l'entourage des côtés des anodes
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par la matière cathodique et formant des comparti- mente anodiques 76. Comme il a déjà été dit, les tubes de cathodes sont, de préférence, construite en toile métallique formée d'un fort fil d'acier et sont fixés aux parois latérales intérieures 22 par une bonne connexion électrique, la jonction avec les parois latérales pouvant se faire par des points de soudure, Après l'assemblage complet, l'épaisseur totale des tubes est comprise entre environ 19 et
28,6 mm.
Les cloisons terminales plates ou en caisson 74 sont montées séparément et sont main- tenues entra les tubes de cathodes correspondante soit par emboîtement par frottement, soit par sou- dage. Bien entendu, pour assurer la conductibilité électrique et la mise en place optimales, on pré- fère le soudage par points des cloisons terminales.
En outre, pour assurer une bonne mise en place et une bonne conductibilité électrique entre les tubes de cathodes et les parois latérales conductrices, les cloisons terminales sont, de préférence, d'abord construites à l'extérieur de la cuva avec une struc- ture en "V" ou autre structure dièdre, avec une largeur entra les côtés un peu plus faible (envi- ron 5 cm) que lors de l'assemblage final dans la cellule. Ceci permet d'étirer le dièdre on une structure plate en caisson lors de l'assemblage, et l'on obtient ainsi un excellent montage ainsi qu'une mise en place précise aux extrémités des plaques d'anodes.
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La connexion électrique en série avec d'autres cellules peut tre réalisée de la fa- çon représentée aux figures 1 et 2. On effectue la connexion à la patte d'anode 54 à l'aide d'une barre omnibus classique (non représentée) et on la pour- suit vers la cellule adjacente en connectant sur la patte évidée de cathode 31, Cet évidement réduit la longueur de la connexion par barre omnibus et écono- mise l'espace nécessaire pour les cellules sans com- promettre, en aucune façon, le fonctionnement des cellules individuelles.
Il ressort de la description qui vient d'être faite que les perfectionnements appor- tés aux cellules du type à diaphragme, par la pré- sente invention, constituent un progrès décisif dans la construction de ces cellùles.
Plus précisément, les garnitures cannelées perfectionnées non seulement résistent aux températures élevées qui sont de réglo dans les cellules fonctionnant avec dos courants de forte in- tensité, mais aussi leur forme perfectionnée empêche les fuites des cellules sans avoir recours aux mas- tics coûteux d'obturation qui encrassent les orga- nes et qu'on utilisait normalement dans les cel- lules à diaphragme. De plus, les cannelures ou poches forment un trajet sinueux entre l'intérieur et l'extérieur des cellules assurant une garantie supplémentaire contre los fuites.
Cependant, si l'on désire utiliser du muutic comme garantie sup- plémentaire contre los fuites, les cannelures que
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présentent les garnitures constituent d'excellents logements et éléments de retenue pour ce mastic, supprimant tout contact direct entre le mastic obtu- rant et la liqueur oxydante. Il en résulte qu'en cas de détérioration du mastic, celui-ci ne risque aucunement d'encrasser les divers organes de la cellule en nécessitant des périodes d'arrêt fré- quentes et coûteuses.
En outre, la cuvette perfectionnée à cannelures dont on a déjà fait une description détaillée, permet des économies importantes de temps et un meilleur fonctionnement des cellules. Dans les cellules connues utilisant des grilles de construc- tion classique, on utilise des quantités excessives et coûteuses d'un métal doux conducteur, à faible point de fusion et susceptible de gaspiller du cou- rant, tel que le plomb, entre les conducteurs plus efficaces en cuivre et la barre omnibus des anodes.
De plus, lors de la construction ou de l'assemblage des cellules, chaque rangée d'anodes devait être alignée et fixée individuellement dans le métal afin d'obtenir un fonctionnement correct de la cellule.
Cette opération très coûteuse et longue devait être répétée chaque fois qu'il y avait lieu de remplaoer les anodes ce qui, incidemment est beaucoup plus fréquent dans les cellules fonctionnant sous forte intensité qu'avec dos cellules utilisant un cou- rant moins intense. Avec la cuvette cannelée selon la présente invention, où l'on utilise les ondula- tions du support électriquement conductrices, les
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plaques d'anodes peuvent être rapidement mises en place dans le bac tout entier, soit par frottement, 'soit en laissant un faible jeu dans le cas où l'on doit utiliser du plomb.
Dans les deux cas,on est as- suré d'un alignement correct et rapide entre les anodes et les surfaces de la cathode. 6i l'on opte cependant pour le dernier procédé mentionné, c'est- à-dire l'utilisation du plomb doux, la présente construction permet de couler toute la grille en une seule fois, ce qui constitue un avantage sup- plémentaire se traduisant par une énorme économie globale, sans parler de la très importante économie de plomb lui-même. Par exemple, il suffit d'un quart seulement du plomb qui serait nécessaire pour les grilles usuelles.
La nouvelle construction de la de/ cathode et/la cloison terminale, selon la présente invention, constitue également un progrès important en ce qui concerne le rendement global des cellules.
Outre l'élimination virtuelle des courants parasites et l'obtention sur les anodes et sur les cathodes de surfaces actives supplémentaires génératrices de produits, la construction préconisée réduit les fortes concentrations de courant dans des zones . localisées, ce qui contribue matériellement à l'usure des anodes.Les cellules de la technique antérieure, lorsqu'elles comportent uno cloison, utilisent un prolongement semi-circulaire des tubes de cathodes, co qui produit des variations de la distance séparant l'anode de la cathode
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on contribuant ainsi au passage de courants d'in- tensité variable sur les surfaces actives des anodes et des cathodes.
Une répartition irrégulière du cou- rant avec une concentration particulièrement in- tense dans une zone donnée, qu'on appelle pnrfois "joints chauds", contribue matériellement à l'usure des anodes et à la défaillance qui s'ensuit des plaques d'anodes, sans parler des densités de cou- rant inefficaces sur les surfaces des cathodes et des anodes. La cloison terminale plate en caisson, utilisée dans la présente invention, assure une ré- partition régulière du courant pratiquement sur toute la sur±.-ce des anodes, ce qui accrott grande- ment la valeur d'une densité régulière du courant et les avantages d'une usure régulière des éléments, snns parler de l'obtention d'une zone bien étanche pour le diaphragme.
Lorsqu'on utilise une cellule se- lon l'invention, on envoie un courant de saumure d'un chlorure de métal alcalin, par exemple de chlo- rure de sodium, à la concentration désirée dans la cellule par le conduit 12 du couvercle 4. On amène la saumure à un niveau légèrement au-dessus de la surface supérieure des anodes, avantageusement à au moins 2,5 cm et, de préférence, à une hauteur com- prise entre 2,5 et 10 cm, au-dessus des anodes, et on fait passer un courant électrique dans la cel- lulo à l'aide de connexions appropriées, dont cor- taines ne sont pas représentées.
On a trouvé que le niveau de l'anolyte doit, de préférence, être
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maintenu bien au-dessus des anodes pour aider à
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assurer une i:::i¯;,z'1.!:iJ.v1¯0:1 régulière des ions chlo- rure' dans les r(m1!;.1.:::'"tirnün.ts des anodes.
Bien que la façon, précis dont on obtient une cJD0ntr[\cion 5.1T:1iOL'.'t1G en ions chlorure ne soit pas entièrement comprise, il est prouvé que la saumure admise par le conduis 12 et descendant à travers le tube; jusqu'au fond do la cellule est dispersée par le choc sur le fond de la cellule, avec l'assistance de la circulation naturelle dans , le compartiment d'anodes, de sorte que la disper- sion est uniformedans la région des parties infé-
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rieures d,,;s W:.^.nt; ot des inodos.
Li3. partis la plus chaude de la cellule selon l'invention se trouve au centre, contrairement aux cellules ayant
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un r^.n:i:3a?;¯T.? C;1¯x"t. vide dépourvu, d'unodes. 1.'1 sau- mur'j i.1\J"G <;].i.- >.1' :'.3<; ejt::3 la partie cenT;><11:; do l'i cellule ,,: . . ¯; : l f1\3r¯trolrst...
Le ehicre genoux se fo-rme ur les 1;7"!:.'r .., 'i .;<i:x iL7' ,!:'d#ontû 10 long dos ;1Ilodee ., ., , t"" i.,, .:.:iJ-.i'1<; par le conduit: 10. Lo chlore f':,<t'0':.' l:Z ,df::,::r,Ü"ll\";, '\1nÜ que la chaleur degn- gee L''2=4aI:'; l I 1.i;''; -r;r'o lY=1o, en pf#tiGul,iùJ.' au centra et près du centre de la cellule, provoquent un mO\lVT:lOnt '',',3::..tcZl:! de 11' ,u;ol.jrte dans les KOMCJ centrales à ,'1C ::;,tvi té electrolytiquc -l>J:3 comparci- monts an0<lic[un:3, ioe:; (:0 mouvecient est l.'.cccmpHf.5r..é d'une ; :.:1C :ûi:¯C>'."t de I.,Omp0!l3:l::im d l'ano1j:.0 vers le baJ1 1.;; lon des cotej de la collulo dans lc;J .37?aise,. +("'''''ÎJ'<'''1''- "'1.'1"" i,ç""#'C"::; ded ;:3;i:y,l:: '.
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ments.
Le résultat de l'emplacement do l'admission de la saumure, ainsi quo cette convection natu- relle ot l'ascension du chlore gazeux aidant la circulation, est d'assurer une concentration sensi- blement uniforme en ions chlorure dans tous les compartiments andiques. Cette circulation est grandement aidée par la position des tubes de cathodes qui sont surélevés par rapport au fond de la col- lule.
En même temps que le chlore se dégage des anodes, l'anolyte traverse le diaphragme poreux ot les éléments métalliques des cathodes, ainsi que les cloisons terminales en caisson des cathodes, où il forme de l'hydroxyde de métal alca- lin et de l'hydrogène, se rassemblant dans les compartiments cathodiques. La solution d'hydroxyde de métal alcalin et l'hydrogène s'échappent des compartiments cathodiques dans la chambre périphé- rique 24 à travers les fentes 66 et les autres ou- vertures 68. La solution catholytique quitte finale- ment la chambre périphérique de la cellule à tra- vers le conduit de soutirage 34 qui est représenté sur le c8té de la cellule. Cependant, ce conduit de soutirage de la solution peut fort bien être placé en un autre point que celui qui est représenté, sans compromettre l'efficacité de l'opération.
L'hydrogène et los traces d'autres gaz présents dans la chambre périphérique peuvent être facile- ment extraits par le conduit de sortie de l'hydro- gène 32.
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Los données ci-après illustrent le '0;:,)r:.::'1jü,,<t::f!t de la cellule selon l'invention saU2 de? tuSitÓ8 de 27.000 , 30.000 et 33.000 ampère::) :'" ¯'.t', uric Si','.lmu.rc de chlorure de sodium, cozpa#=,4 23. celui c3;.::: cellule de 20.000 ampères d'un n ;>± é 1 :> 3,',:.:., C, 7:âl.L
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TABLEAU I
RESULTATS
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<tb> Cellule <SEP> clas- <SEP> Cellule <SEP> à <SEP> diaphragme <SEP> de
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<tb> Ancrage <SEP> sique <SEP> à <SEP> dia- <SEP> 30.000 <SEP> ampères
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<tb>
<tb> mprage <SEP> phragme <SEP> de <SEP> 27.000 <SEP> 30.OCO <SEP> 33.000
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<tb> 20.000 <SEP> ampères
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<tb> Rendement <SEP> du <SEP> courant <SEP> 96,5 <SEP> 96,5 <SEP> 96,5 <SEP> 96,
5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Tension <SEP> moyenne <SEP> de <SEP> la <SEP> cellule <SEP> (1) <SEP> (1) <SEP> (1)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (sur <SEP> les <SEP> barres <SEP> omnibus) <SEP> 3,78 <SEP> 3,68 <SEP> 3,82 <SEP> 3,94
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Puissance <SEP> kwh/tonne <SEP> Ci <SEP> 2 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (courant <SEP> continu) <SEP> 2.690 <SEP> 2.630 <SEP> 2.720 <SEP> 2.800
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Graphite <SEP> kg/tonne <SEP> Ci <SEP> 2 <SEP> 3,75 <SEP> 3,75 <SEP> 3,75 <SEP> 3,75
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Vie <SEP> moyenne <SEP> des <SEP> anodes <SEP> (jours) <SEP> 230 <SEP> 255 <SEP> 230 <SEP> 210
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Vie <SEP> moyenne <SEP> du <SEP> diaphragme <SEP> (jours)
<SEP> 115 <SEP> 115 <SEP> 115 <SEP> 110
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Temp.liqueur <SEP> dans <SEP> la <SEP> cellule <SEP> ( C) <SEP> 91 <SEP> 89 <SEP> 91 <SEP> @3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> % <SEP> NaOH <SEP> dans <SEP> la <SEP> liqueur <SEP> de <SEP> la <SEP> (1) <SEP> (1) <SEP> (1) <SEP> (1)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> cellule <SEP> 10,5 <SEP> 10,5 <SEP> 10,5 <SEP> 10,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> NaClO3/1000 <SEP> NaOH <SEP> dans <SEP> la
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> liqueur <SEP> de <SEP> la <SEP> cellule <SEP> 0,54 <SEP> 0,54 <SEP> 0,54 <SEP> 0,54
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Production <SEP> de <SEP> chlore
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (tonnes/Jour) <SEP> 0,675 <SEP> 0,91 <SEP> 1,01 <SEP> 1,11
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Production <SEP> de <SEP> NaOH
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (tonnes/jour) <SEP> 0,760 <SEP> 1,02 <SEP> 1,
14 <SEP> 1,25
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Température <SEP> de <SEP> l'anolyte <SEP> ( C) <SEP> --- <SEP> 93 <SEP> 95 <SEP> 97
<tb>
(1) On peut faire fonctionner la cellule pour produire une liqueur contenant 11,2 % de NaOH. Il en résulte une augmentation de la tension sur la cellule de 0,02 volt.
- Caractéristiques de la saumure d'alimentation -
EMI21.2
PaCl .............,...................... 310-325ry/lltre NaOH .............................,...... 0,006-0,12 g/litre Na2SO4 0 - 5,0 g/litre
EMI21.3
Na2C03 .................................... 0,32-0,72 ?/litre pH ..................,..........,...... 10,2 minimum
Calcium ................................... moins de 10 p.p.m.
- Caractéristiques de la liqueur sortant de la cellule -
EMI21.4
<tb> NaOH <SEP> g/litre <SEP> 133-140
<tb>
<tb> NaClO3 <SEP> 9//litre <SEP> 0,07
<tb>
<tb> Na2SO4 <SEP> g/litre <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 7
<tb>
<tb> NaCO <SEP> g/litre <SEP> 0,6
<tb>
<tb> NaCl <SEP> g/litre <SEP> 210
<tb>
<tb> NaCl <SEP> décomposé <SEP> pour <SEP> cent <SEP> 48,1
<tb>
<Desc/Clms Page number 22>
Les chiffres ci-dessus montrent qu'une cellule à diaphragme, selon l'invention, de 30.000 ampères n'exige pas une tension notablement plus élevée qu'une cellule de 20.000 ampères. En fait à 27,000 ampères, la tension requise est re- marquablement inférieure à celle qui est nécessaire pour la cellule de 20.000 ampères.
A 30.000 ampères, les tensions sont du même ordre, et il en est de même des durées moyennes des anodes et des diaphrag- mes respectivement. Une température plus élevée de la liqueur dans la cellule n'est pas nécessaire.
Le pourcentage d'hydroxyde de sodium dans la liqueur sortant de la cellule est le même, et les produc- tions de chlore et d'hydroxyde de sodium sont accrues.
Comme on peut le supposer de ce qui précède, les rendements du courant sont sensiblement les mornes.
La pureté du chlore obtenu dans des cellules, selon l'invention, est démontrée par le tableau ci-dessous ;
TABLEAU .Il
EMI22.1
<tb> Chlore <SEP> gnzeux <SEP> provenant <SEP> de <SEP> la <SEP> cellule <SEP> Moles <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> Cl2 <SEP> 97,6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> CO2 <SEP> 0,9
<tb>
<tb>
<tb> O2 <SEP> 0,7
<tb>
<tb>
<tb> H2 <SEP> < <SEP> 0,1
<tb>
<tb>
<tb> N2 <SEP> 0,7
<tb>
<Desc/Clms Page number 23>
La construction de la cellule,
EMI23.1
in l' i:l""f,;1+;1. n peut facilement t 1jtrc adaptée aux pr3cG disponibles fin de se conformer à l1é quipement -Métrique dont on dispose, il suffit pour cola d'ajuster le nombre de paires d'électrodes.
On peut utiliser ces cellules avec des intensités bien inférieures à 30.000 ampères, quand on les mo- difie de cette manière, bien qu'il soit évidemment plus économique de les faire fonctionner à 30.000 ampères ou plus. Des intensités de 35.000 à 40.000 ampères ne sont pas excessives.
La cellule convient pour l'élec- trolyse des chlorures de métaux alcalins en général, et non seulement du chlorure de sodium dont il a
EMI23.2
'.t8 qUè:S t;ioT.1. j mais aussi des chlorures due potassium, de lithiurs, de rubidiua et de césium. Tous ces composes sont englobés dans la désignation "saumure" utilisée dans le présent mémoire. il va de soi que l'on peut appor- ter des modifications aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, notamment par substi- tution de soyons techniques équivalents, sans que l'on sorte pour cela du cadre de la présente in- vention.