CH435799A - Procédé pour l'analyse automatique de l'hydrogène dans le chlore des cellules d'électrolyse - Google Patents

Description

  



  Procédé pour analyse automatique de l'hydrogène dans le chlore des cellules d'électrolyse
   La'présente-invention concerne    concerne un procédé pour le   d@sage    automatique   en-continu de l'hydrogène dans le    chlore des-cellules   d'electrotlyse,    par exempte. de cellules a. cathode de meroure pour l'électrolyse de solutions aqueuses-, de chlorures de métaux alcalins. Eue présente un intérêt-particulier pour la surveillance constante du bon fonctionnement des   ceBules-d'électrolyseetla'pré      vention dès-accidents.   



   On sait que,   dans les cellules d@Úlectrolyse Ó cathode    de mercure, il peut se produire inopinément de l'hydrogène'à la surface de la cathode-par décomposition locale de   l'amalgame, de-métal alcalin.    Le   dégagem. ent d'hydro-    gène provoque non seulement une baisse du rendement d'Úlectrolyse, mais peut en outre'donner rapidement naissance à un'mélange explosif avec le gaz libéré aux   anodes. Lecontrôleautomatiqueetcontinudelateneur      en'hydrogène du chlore des cellules    est indispensable à leur bonne marche et augmente considérablement la   sécuritédans-1'essaNesd'élsctrolyse.   



     On a déjà proposé maintes méthodes de dosage    en continu de mélanges gazeux,   basées notamment sur l'ab-      sorption, sur la-combinaison    ou sur la combustion des   gaz ; Les dispositifs basés'sur ces procédés sont relative-    ment   compliqués) fort coûteux'et d'un entretien délicat.-   
 Dans le brevet belge   509. 023, la    titulaire   a    décrit un dispositif ; pour la détection de mélanges, gazeux. explosifs basé sur le   principe, connu en soi ;    qui consiste à provoquer périodiquement la combustion photochimique des   gaz'et à faire'agir la variationde pression résultante-sur    un :

   dispositif manométrique actionnant un relais avertisseur   au-delà. d'une limite donnée    de variation. Si ce dispositif   est à même    de prévenir à temps un fonctionnement anormal des   cellules d'électrolyse, il.    ne peut cependant indiquer avec précision la teneur du chlore en hydrogène et, partant, permettre de suivre leur exploitation   de'manière continue.      



   On'a également proposé, pour l'analyse du. chlore,    des dispositifs mesurant la conductibilité thermique du gaz des cellules avant, puis après transformation de l'hydrogène en   HCI.      Cette : transformation est. réalisée    soit par   : échauNement du. gaz ; soit'pap irradiation'aux    rayons.UV.

   L'utilisation de tels appareils dans une   saJle    d'électrolyse pour le contrôle individuel des cellules pose   toutefois, des problèmes non négligeables, tant'd'ordre    technique que d'ordre Úconomique :
 -le gaz sortant : des cellules est chaud- (environ   80  C) et renferme, outre-le'-chlore,. de l'hydrogène, de
Pair, de la vapeur@d'eau@ des gouttelettes de saumure et    des.   mati¯res organiques@ Il est done.indispensable d'ad@    joindre Ó l'analyseur proprement dit des appareils auxi  liaires pomple refroidissement du gaz    et son épuration en saumure et   madères organiques, ce qui augmente-consi-      dérablement'leprixtotalde1'appaireilitage
 -le gaz dss. cellules-étant) généralement en ;

   faible    dépression, il : faut prévoir des dispositifs auxiliaires, par exemple des pompés, pour-le   prélèvement des-échantik      Ions. de gaz, ce qui contdbue également : à : rendre l'en-    semble-onéreux
 -les. analyseurs commerciaux ne fonctionnant cor  rectement qu'entre certaines limites du : débit gazeux (gé-      neralement    : entre 30 et 100   L/h),      il est nécessaire'de les      pourvoir d'un dispositif : de'réglage et de mesure    des débits qui   résiste à la corrosion-par le chlore humide,    nouvelle   dépense supplémenitaire   
   @ enfin   ;

   tous ces appareils nécessités par le   refroi-      dissement du@gaz   ; son épuration, son prélèvement, dans   !acelluleet'lamesuredssondébit,exigant,de;même    que   l'analyseur proprement@dit, @ entretien frÚquent et      une'wgilance'soutenue.   



     En conclusion, une salle. d'élcctrolyse moderne,    pouvant renfermer de 50-à. 300 cellules, nécessiterait   Fins--    tallation d'autant d'appareils   analyseurs-individúels,    d'autant   de dispositifs de refroidissement, d'Úpuration@    de circulation et de contrôle du   gaz.Lesimmobilisations      correspondantes'et les frais d'entretien. d'un tel ensemble      d'appareils décats rendlant    cette solution inacceptable.



   Les multiples   inconvénientts    ÚnumÚrÚs ci-dessus ont été évités dans   une large m'esure ou. réduits, à un niveau    admissible en utilisant le procÚdÚ qui fait l'objet de notre invention. 



   Ce procédé automatique permet la détermination simultanée, précise et continue de la teneur en hydrogène de courants de chlore gazeux provenant de cellules différentes. n repose lui aussi sur le principe, connu en soi, de la mesure de la conductibilité thermique du mélange gazeux avant et après la combinaison de l'hydrogène et du chlore sous l'action de rayons actiniques ou de toute autre cause physique, telle l'étincelle   electrique.   



   Contrairement aux appareils proposés jusqu'ici, le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon   l'in-    vention ne nécessite aucun. appareillage supplémentaire, le prélèvement du gaz, son refroidissement, son épuration ainsi que la mesure et le réglage grossiers de son débit étant effectues par le. dispositif lui-même. De plus, l'appareil présente   l'incomtestable avantage de rendre    le dosage de l'hydrogène indépendant du débit gazeux, dans des limites très larges : de 30 à 300 L/h ; de sorte que l'indicateur de débit incorporé à l'appareil peut être notablement simplifié et consister, par exemple, en un simple barboteur.



   Enfin, un des avantages de la présente invention, et non des moindres, est de permettre l'analyse simultanée d'un nombre élevé d'échantillons de gaz (10, 20 ou même 50) au moyen. d'un organe unique dans lequel sont effectuées toutes les fonctions d'aspiration, de réfrigération, do filtration et, de circulation.



   Tous ces avantages et bien d'autres encore apparaîtront dans la description du procédé conforme à l'invention.



   La caractéristique du procédé réside dans le fait qu'on établit une circulation générale en navette   d'une    solution aqueuse saturée en chlore entre un réservoir tampon, une pompe de circulation, un filtre et un   réfri-    gérant ; de ce circuit général et unique, on dérive une partie du liquide dans un ou plusieurs barboteurs placés entre des cellules d'électrolyse et les appareils de mesure et, on amène les gaz à analyser dans ces barboteurs et dans les chambres où se mesure la variation de   conduc-      tibilité    thermique, sous l'effet de la dépression causée par une trompe à vide alimentée par du liquide prélevé sur la navette d'eau saturée en chlore, et on ferme,

   pour le nettoyage périodique des appareils de mesure   momentanément le circuit de liqu, ide    en aval des barboteurs tout en maintenant la pompe en fonctionnement dans la navette générale de manière à noyer les barboteurs et à faire circuler   l'eau      safturée en chtore    dans les chambres de mesure, le liquide étant retournée   automa-      tiquement    dans le circuit général de la navette après ouverture du circuit liquide.



   Par souci de clarté, on a représenté à la fig. 1 un ensemble pour l'analyse de 3 échantillons seulement de chlore gazeux. Il doit être bien présent à l'esprit que, dans la pratique, ce nombre est beaucoup plus élevé.



  C'est dans le même dessin que l'on a figuré qu'un seul pont de   Wheatstone    alors que, en réalité, chaque groupe analyseur (cellule de mesure-tube de   réaction-cellule    de référence) est muni d'un tel dispositif.



   Les échantillons de gaz sont aspirés des cellules d'électrolyse au moyen de la trompe à eau 5 qui est commune aux divers groupes analyseurs de l'appareil.



   Chaque   échantijjlon traverse d'abord    un barboteur 1 qui remplit 3 fonctions :
 -indication du débit de gaz
 -refroidissement de l'échantillon
 -épuration de l'échantillon.



   Tous les barboteurs de l'appareil sont alimentes en eau saturée de chlore, à partir d'une navette unique constituée par le réservoir   6,    la pompe centrifuge 7, le filtre 8 et le réfrigérant 9. L'eau de navette saturée en chlore étant froide, l'échantillon de gaz se refroidit à son contact dans le barboteur   1.    La précision du dosage de   : L'hydrogène étant infLuencée    par la toneur en vapeur d'eau du mélange gazeux,   celle. ci doit être    maintenue le plus bas possible.



   Dans les barboteurs, les gaz se débarrassent des gouttelettes de saumure et autres impuretés qui sont soit dissoutes, soit entraînées par l'eau de navette. Celle-ci est   renouvelée progressivememt    par apport d'eau fraîche par la canalisation 14 dans le réservoir de charge 6. Le filtre 8 retient les impuretés organique entraînées.



   A sa sortie du barboteur, le mélange gazeux pénètre dans le groupe analyseur proprement dit constitué essentiellement de la cellule de mesure 2 et de la cellule de référence 4 qui sont maintenues à température constante grâce à un thermostat (non représenté) commun à toutes les cellules. Les thermomètres à résistance 21 et 41 sont alimentés en courant électrique à partir de la source de courant constant 13 par l'intermédiaire d'un pont de   Wheatstone,    de façon à atteindre une température qui soit supérieure à celle du thermostat.



   A s, sortie de la   cellule    de mesure 2, le mélange gazeux, généralement constitué de chlore, hydrogène et air, passe dans le tube de réaction 3 où l'hydrogène se combine au chlore sous l'effet des rayons UV émis par la source 31, avant de pénétrer dans la cellule de référence 4. La conductibilité thermique initiale du mélange gazeux ayant varié, le pont de Wheatstone accuse un déséquilibre indiqué par le millivoltmètre 12 qui peut être gradué   en"/o d'hydrogène dans le    gaz.



   Ce   miNivoltmètre peut sans difficulté    commander un appareil d'enregistrement automatique.



   Au-delà dune valeur déterminée, le déséquilibre du pont peut aisément provoquer la fermeture d'un circuit électrique (non représenté) qui actionne un relais avertisseur.



   Après, avoir traversé leur groupe analyseur, les échantillons de gaz entrent dans la trompe à eau 5   ali-    mentée par la navette. A sa sortie de la trompe, le gaz est séparé de   l'eau    de navette et renvoyé à la salle d'électrolyse.



   La vanne 51 réglant le débit d'eau à la trompe permet d'agir dans une certaine mesure sur les débits des   écha, nlillons gazeux. I1 est. superfLu. de régler    ces débits d'une manière plus rigoureuse. En effet,   une particula-    rité importante du procédé selon l'invention est de ren  dire    la dosage de l'hydrogène indépendant du débit des gaz et ce dans une très large mesure, par exemple entre 30 et 300   L/h,    grâce à la   conceptionoriginaledescellu-    les de mesure et de référence.



   La fig. 2 représente schématiquement une cellule de mesure qui répond à cette exigence. Le thermomètre à résistance 21 y est monté en cul de sac. La forme de la cellule proprement dite 2 est telle que les tourbillons de gaz sont pratiquement évités ; sa section est importante afin n de réduire la vitesse de circulation du gaz en dessous de l'appendice abritant le thermomètre. L'influence de la convection est ainsi pratiquement éliminée.



   Enfin, le procédé conforme à l'invention présente encore, par rapport aux analyseurs connus, un avantage particulier et inattendu, en ce qui concerne l'entretien.



   En dépit des précautions prises, une faible partie des impuretés du gaz sont   entraînées    dans les cellules de mesure et le tube de réaction où elles se déposent sous l'effet de l'augmentation de température. De ce fait, dans les dispositifs antérieurs, il est indispensable de procéder à des nettoyages   pério,    diques de l'appareil dont la déconnexion,   le    refroidissement, le démontage et le rinçage à l'aide de solvants appropriés exigent une main d'oeuvre qualifiée et mettent l'appareil, hors service pour un temps non négligeable. A ces inconvénients majeurs viennent s'ajouter les risques de bris entraînés par ces diverses manipulations ainsi que le risques de fuite au remontage.



   Par contre, en opérant selon l'invention, le nettoyage est réduit à une opération d'une extrême simplicité et d'une efficacité éprouvée, évitant tous les risques et in  convénients susmentionnés. Il suffit    de fermer la vanne 11 (fig.   1)    durant quelques minutes : 1'eau chlorée injectée dans les   barboteurs l déborde d, ans    les cellules de mesure 2 et 4 et les tubes de réaction 3 qu'elle remplit avant de retourner dans la navette par la trompe à eau   5.    Après quelques minutes de rinçage, on ouvre la vanne 11 et les groupes analyseurs se vident automatiquement, 1'eau de rinçage étant   retournée'dans le    circuit de navette d'eau chlorée.

   L'appareil n'est mis hors service que pendant quelques minutes, le temps exact du rinçage, et la main d'oeuvre utilisée est nulle, ce qui réduit au minimum les frais d'entretien si élevés sur les appareils connus.

Claims (1)

1. REVENDICATION Procécé pour le dosage automatique et continu de l'hydrogène dans le chlore des cellules d'électrolyse, notamment dles cellules à mercure, par mesure de la différence de conductibilité thermique des gaz, avant et après combustion de l'hydrogène, caractérisé en ce que l'on établit une circulation générale en navette d'une solution aqueuse saturée en chlore entre un réservoir tampon, une pompe de circulation, un filtre et un réfrigé- rant ;

   en ce que l'on dérive de ce circuit liquide dans au moins un barboteur placé entre les cellules d'électrolyse et les appareils de mesure uoe partie du liquide en circulation, en ce que les gaz à analyser sont amenés à passer dan. s les barboteurs et les chambres de mesure de la variation de conductibilité sous l'effet de la dépression causée par une trompe'a v. de alazn ;

   entee par du liquide prélevé sur la navette d'eau saturée en chlore, et en ce qu'on ferme, pour le nettoyage périodique des appareils de mesure momentanément le circuit de liquide en aval des barboteurs tout en maintenant la pompe en fonc tionnement dans la navette générale de manière à noyer les barboteurs et à faire circuler l'eau saturée en chlore dans les chambres de mesure, le liquide étant retournée automatiquement dans le circuit général de la navette après ouverture du circuit liquide.

   SOUS-REVENDICATION Procédé selon la revendication, caractérisé en ce que la mesure d : e la différence de conductibilité thermique des gaz est effectuée au moyen do thermomètres à résistance placés en cul de sac dans des chambres de large section afin de réduire la vitesse des gaz et les tourbillons en dessous du cul de sac.