CH295040A - Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung elektrochemischer Prozesse. - Google Patents

Description

  Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung elektrochemischer Prozesse.    Die vorliegende Erfindung bezieht sich  auf die Durchführung elektrochemischer Pro  zesse, insbesondere zur Herstellung von Per  verbindungen, wie z. B.     Perschwefelsäure,          Persulfaten,        Perboraten,        Percarbonaten.     Das Verfahren kann auch zur Durchführung  anderer elektrochemischer Prozesse Verwen  dung finden, wie zum Beispiel zur Her  stellung von Chloraten,     Perchloraten,        Chro-          maten    bzw. auch zur     Durehführung    elektro  chemischer     Otvdationsprozesse    bei orga  nischen Verbindungen.

   In gleicher Weise  kann die Erfindung auch angewandt werden  bei elektrochemischen Reduktionsprozessen,  wie zum Beispiel     zur    Herstellung von     Hydro-          sulfit    oder organischen Stoffen, wie zum Bei  spiel     Hydrazobenzol.     



  Bei der Durchführung von elektrochemi  schen Prozessen war man bisher in den  meisten Fällen gezwungen, Elektroden bzw.  Zellenräume zu verwenden, welche durch be  sondere Kühlvorrichtungen     genügend    gekühlt  werden, um auf diese Weise verhältnismässig  hohe Stromkonzentrationen anwenden zu  können.  



  Die vorliegende Erfindung beruht nun  auf der Erkenntnis, dass man bei der Durch  führung von elektrochemischen Prozessen,  insbesondere bei der Herstellung von Per  i     schwefelsäure,    durch Verwendung von kleinen       Elektrodenräumen    mit ganze genau     definiertem     Volumenverhältnis bei bis dahin nicht ange-    wendeten Stromkonzentrationen arbeiten und  dabei auf eine besondere Kühlvorrichtung in  diesen     Elektrodenräumen    verzichten     kann.     Die Erfindung betrifft dementsprechend ein  Verfahren zur Durchführung elektrochemi  scher Prozesse unter Verwendung von Dia  phragmen, das dadurch gekennzeichnet ist,

    dass man den elektrochemischen Prozess in       Elektrodenräumen    durchführt, die nicht  grösser sind als 10     ems    pro dm Elektroden  länge, und darin ohne Einbau von     Kühlvor-          riehtungen    Stromkonzentrationen von min  destens 500     Amp.    pro Liter     Elektrodenraum          iwendet.    Die Vorrichtung zur Ausübung  m<B>a</B> C  dieses Verfahrens ist gemäss der Erfindung  gekennzeichnet durch mittels     Diaphragmen     abgegrenzte     Elektrodenräume,

      die nicht  grösser sind als 10     em3    pro dm     Elektroden-          länge    und keine Kühlvorrichtung aufweisen.  



  Mit Stromkonzentrationen von beispiels  weise 1000, 5000 und selbst<B>10000</B>     Amp.    pro  Liter     Elektrodenraum    lassen sich sehr gute  Wirkungen erzielen, wobei diese Zahlen noch  keineswegs eine obere Grenze darstellen. Die  Länge der einzelnen Elektroden kann eben  falls innerhalb weiter Grenzen variieren, zum  Beispiel zwischen 1/2 und mehreren Metern.  



  Nach dem vorliegenden Verfahren werden  überraschende Effekte auch insofern erzielt,  als keine schädlichen Überhitzungen des       Elektrolyten    an der Elektrode auftreten.  Weiterhin hat sich gezeigt, dass nach dem      vorliegenden Verfahren mit besonders gerin  gen Zellenspannungen gearbeitet werden  kann. Hierdurch sind wieder erhebliche       Energieeinsparungen    bedingt. Dies tritt be  sonders dann stark in     Erscheinung,    wenn  man eine Vielzahl der     erfindungsgemäh    zu  verwendenden engen     Elektrodenräume    etwa  zu Bündeln oder Reihen bzw. in Lagen ver  einigt vorsieht.  



  Dazu kommt noch, dass nach denn neuen  Verfahren die Apparateleistung der     Elektro-          lyseure    wesentlich gesteigert werden kann,  zumal der Raumbedarf der     zur    verwendenden  Zellen gegenüber den bisher     üblieheu    erheb  lieh geringer ist.     Günstig    erwies sieh bei der  Durchführung des Verfahrens die Tatsache,  dass hierbei spontan ein sehr energischer       Durchfluss    des Elektrolyten stattfindet.

   Aus  diesem Grunde empfiehlt es sich, durch Ein  bau, zum Beispiel von Düsen oder andern  querschnittvermindernden Organen, dafür  zu sorgen, dass diese     Flüssigkeitsbewegung     innerhalb     gewünschter    Grenzen abgebremst  wird. Anderseits kann man die Flüssigkeits  bewegung auch durch Anwendung von     Sog-          oder        Drtrcl@wirläung,    zum Beispiel durch  hydrostatischen Druck, in     ge@vüiischtern        -Masse     beeinflussen, das heisst vermindern     oder    ver  mehren.

   Diese Wirkungen können auch da  durch erreicht, werden, dass man zusätzlich  Gase durch die Zellenräume leitet, wobei man  sowohl die an den Elektroden sich entwickeln  den Gase selbst. oder auch andere Gase<B>--</B>  auch solche, welche den elektrochemischen  Prozess an der Elektrode     beeinflussen    --- ver  wenden kann.  



  Die     Diaphragrnen    können im übrigen aus  beliebigem Material und in beliebiger Form  ausgebildet sein. Der Querschnitt der Dia  phragmen kann zum Beispiel prismatisch,  kreisförmig, elliptisch oder auch sternförmig  sein. Dabei können die Elektroden selbst in  gerader oder gebogener Form, zum Beispiel  in.     Spiralform,    ausgebildet sein.     Nach    einer  besondern Ausführungsform gelangen die       Diaphragmen    überdies konisch bzw.     periskop-          artig    zur Anwendung.

   Dabei können die zu       i        erwendenden    Zellen sowohl vertikal als auch    geneigt oder auch horizontal     Anwendung     finden.  



  Die Elektroden  -erden vorteilhaft in  Form von Drähten, schmalen Bändern bzw.       besponnenen    Drähten     verwendet.        Besonders     empfehlen sich hierfür     soggenannte    Mantel  drähte, das heisst dünne Drähte oder Röhr  chen aus     g-ut    leitendem. Metall, wie zum     Beie     spiel     Kupfer,        Silber    oder Aluminium,     @v        elche     mit dem     elektrochemisch        beaufschl,)n-ten     Metall, wie etwa Platin oder Palladium,  homogen überzogen sind.

   Dabei kann pro       Diaphragma    je ein     Elektrodendraht    bzw.  -band vorgesehen werden.     Man.    kann aber  auch mehrere dieser Elemente zu einem  Bündel vereinigen und     dieses    Bündel in ein       ;

  emeinsames        Diaphragma    eingebaut. zur An  wendung     bringen.    Dabei braucht der     Rautn     zwischen Elektrode und innerer     Diaphragma-          wa.nd        mir    sehr gering zu sein,     mitunter    so  gering, dass     mir    gerade noch eine     Flüssig-          keitsbewegung    entlang der Elektrode statt  finden kann.

   Insbesondere können die     llek-          trodendrähte    bzw.     -blinde!    bei     Verwendung     von     sternenförmigen        Diaphragmen    eng an  die     Diaphragmawand    anliegen, wobei durch  die Zellenräume immer noch     -enügend        Be-          wegungsfreiheit    für den     zirkulierenden     Elektrolyten vorhanden ist.

   Bei     Verwendung     von gebündelten Elektroden kann die Dia  phragMawand ganz eng anliegen, da in die  sem Falle zwischen den einzelnen     Drahtteilen     des Bündels     -enü.-end        Durchlass    für     den     strömenden Elektrolyten bleibt. In diesen  Fällen kann sogar das     Diaphragnra    so aus  gebildet sein, dass man die gebündelten  Drähte eng mit einem     durchlässigen        -Material,     wie zum Beispiel Asbest, umwickelt.

   Zur  Durchführung des vorliegenden Verfahrens  sei beispielsweise die     Herstellung    von     Per-          sehwefelsäure    beschrieben:  Verwendet wurden     Anoden    mit einer  Länge von 1 m. Die Anoden bestanden aus       Platinsilbermanteldraht    mit einem äussern  Durchmesser von 0,8     nim.    Als     Diaphragmen     wurden poröse     Porzellanröhrchen    verwandt.  70     solcher    Anoden, jede separat in einem       Porzellandiaphragma,    waren parallel in einer      Reihe zwischen gekühlten Bleikathoden ge  schaltet.

   Als Elektrolyt diente Schwefelsäure  in einer Konzentration von 500     g/l.    Die Bad  temperatur wurde auf 17  C behalten. Die       Zellenspannun        ,-    betrug 4,5 Volt..     Elektro-          lysiert    wurde bei einer Stromstärke von  <B>1000</B>     Amp.,    entsprechend einer Stromkon  zentration von 2100     Amp.    je Liter Anoden  raum.

   Erhalten wurde eine     30o/oige    Über  schwefelsäure mit einer Stromausbeute von       750,1a.    Insgesamt ergab sieh hierbei aus Span  nungsgewinn und     Stromausbeuteerhöhung          eine        Energieersparnis        von        25        %        gegenüber     den bekannten Zellen. Es zeigten sieh keiner  lei     Überhitzungserscheinungen    an den An  oden,     obwohl    im Anodenraum keine besondere       Kühlvorrielitung    vorhanden war.

   Die Anoden  flüssigkeit zeigte vielmehr beim Austritt     eine     Temperatur von nur     24     C. Die, wie ersieht  lieh, sehr hohe Leistung konnte bei dieser  Anordnung erzielt werden, obwohl. die Appa  ratur nur einen     Raum    von 50 X 15     cm2    bei  1     11i    Höhe     beailspriiehte.     



  Als weiterer Vorteil des vorliegenden Ver  fahrens sei noch erwähnt, dass man gerade       hiernach    leicht.     zersetzliche    Reaktionsprodukte       finit    besonders gerinnen Verlusten und in  hohen     Konzentrationen    innerhalb kurzer Zeit  herstellen kann.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zur Durchführung elektro- < #liemischer Prozesse unter Verwendung von Diaphragmen, dadurch gekennzeichnet, dass man den elektrochemischen Prozess in Elek- trodenrNuinen durchführt, die nicht grösser sind als 10 eni-' pro dm Elektrodenlänge, und darin ohne Einbau von Kühlvorrich tungen Stromkonzentrationen von mindestens 500 Anip. pro Liter Elektrodenraum an wendet.

   11. Vorriehtun-- zur Ausführung des Ver fahrens nach Patentanspruch I, gekennzeich net du l-eh mittels Diaphragnien abgegrenzte Elekti-ocleni-äunie, die nicht grösser sind als 10 elli3 pro (1i11 Elekti-oclenlänf,-e und keine Kühlvorrielitung- aufweisen. UNTERANSPRÜCHE: 1. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass mindestens die Anodenräume in die kleinen Einzelräume unterteilt werden. 2.

   Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Strömungs- a@escllwindigkeit des Elektrolyts in den Elektrodenräumen durch Sog beeinflusstwird. 3. Verfahren nach Pateiltanspruch t, da durch -ekennzeiehnet, dass die Strömungs geschwindigkeit des Elektrolyts in den Elek- trodenräumen durch Druck beeinflusst wird. 4.

   Verfahren nach Patenta.nsprneh I, da dureh gekennzeichnet, dass zur Beeinflussung der Strömungsgeschw indigkeit des Elektro lyts ein Gas durch die Elektrodenräume geleitet wird. 5. Verfahren nach Unteranspruch 4, da- dureh gekennzeichnet, dass dasselbe Gas ver wendet wird, (las sich an den Elektroden entwickelt. 6. Verfahren nach Unteranspruch 4, da dureh gekennzeichnet, dass ein Gas verwendet wird, das den elektrochemischen Prozess an der Elektrode beeinflusst. 7.

   Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass konische Dia phragmen vervendet werden. $. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass als Elektroden Drähte verwendet werden. 9. Verfahren nach Unteranspruch $, da durch gekennzeichnet, dass als Elektroden Manteldrähte verwendet. werden. 10. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass als Elektroden Drahtbündel verwendet werden. 17.

   Verfahren nach Unteransprneh 10, d.a- dureh uekennzeiehnet, dass als Diaphragma um die Drahtbünclel durehlä.ssiaes Material gewickelt wird. 12. Verfahren nach Unteranspruch 11, da durch -_,ekeilnzeielinet, dass man als durch lässiges Material Asbest verwendet. 1.3.

   Vorrichtung nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeiehnei, dass mindestens die Anodenräume in kleine Einzelräume unter teilt sind, die-nicht grösser sind als 10 cm3 pro dm Anodenlänge. 14. Vorrichtung nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel zur Beeinflussung der Elektrolytströmungsge- schwindigkeit in den Elektrodenräumen auf weist.