Appareil électrolytique multicellulaire. L'invention a pour objet un appareil élec trolytique multicellulaire, caractérisé par le fait que chaque cellule de l'appareil est limi tée par deux plaques en matière non conclu- trice entretoisées par un encadrement qui ferme latéralement cette cellule de manière à constituer une chambre close pour l'électro lyte, cette chambre étant divisée en deux com partiments par un grillage métallique recou vert d'un diaphragme,
l'appareil étant carac térisé encore par une série d'électrodes de char bon .se projettant de chaque côté à travers chacune -de ces plaques et reliées électrique ment d'un côté à un de ces ,grillages par un contact physique direct.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention.
Fig. 1 en est une coupe transversale faite suivant la ligne 1-1 de fig. 2, Fig. 2, une élévation de face, côté anode, Fig. 3, une élévation analogue, côté ca thode, avec partie arrachée, Fig. 4, une coupe transversale partielle faite suivant la ligne 4-4 de fig. 2 et 3, Fig. 5, une coupe transversale partielle faite suivant la ligne 5-5 de fig. \? et 3.
Fig. 6, une vue en perspective, à plus grande échelle, montrant à part une électrode, Fig. 7 et 8, des coupes analogues à fig. 4, montrant deux variantes de détail, et Fig. 9, un schéma de détail.
L'appareil électrolytique représenté est plus spécialement destiné à la fabrication de la soude caustique et du chlore par l'électro lyse de l'eau salée, c'est-à-dire d'une solution de chlorure de sodium. Mais il va sans dire que l'appareil n'est pas limité à cet emploi et qu'il permet d'effectuc,@ \d'autres opérations d'électrolyse.
Le cadre de chaque cellule de l'appareil est construit en matière non conductrice, par exemple en bois, en stéatite, en ardoise, en verre, en grès, etc. Il peut être moulé d'une seule pièce 1, 2 (fig. 1 à 5) ou en plusieurs. pièces assemblées (2 pièces: la, 2a, fig. 7; 3 pièces: lb, 2b, 2b' (fig. 8); il a la forme d'une plaque rectangulaire 1 présentant un encadre ment ou rebord 2 faisant saillie de chaque côté de la plaque, plus profondément d'un côté que de l'autre. Le rebord supérieur des .cadres pré- sente, sur sa. portion centrale, une tête creuse 3 se projetant verticalement vers le haut.
La chambre 7, ménagée à l'intérieur de cette tête, est mise en communication avec le côté le plus profond du cadre, qui est le côté de l'anode, par deux conduits 4. Les diffé rentes chambres 7 des cellules juxtaposées de l'appareil communiquent entre elles, à leur partie inférieure, par des passages correspon dants 5 alignés de manière à. former, au-dessus des rebords supérieurs 2 juxtaposés, une con duite transversale pour l'arrivée de l'eau salée. A une de ses extrémités cette conduite commu nique avec un tuyau de remplissage 5a. Elle est bouchée à son autre extrémité.
Au-dessus des chambres 7 les têtes 3 présentent des ou vertures 6 qui correspondent entre elles de manière à former une conduite transversale continue pour la sortie du gaz se dégageant aux anodes (le chlore dans le cas particulier). Cette conduite communique avec chacune des chambres 7 par des, passages verticaux 8. En prolongement de chacun de ces passages 8 est ménagée, au sommet de chaque tête 3, une ouverture 9 normalement fermée hermétique ment par un bouchon 10 qui permet, au besoin, de faire communiquer chaque portion 6 de la conduite de sortie du chlore avec l'atmosphère.
Le rebord supérieur 2 du cadre de chaque cellule de l'appareil présente, en outre, à une de ses extrémités, une autre plus petite tête 12 (fig. 2 et 5), dans laquelle sont ménagés une ouverture transversale 13, un passage ver- iical 14 faisant communiquer le côté catho clique du cadre avec cette ouverture, et un passage vertical 16 disposé eu prolongement du passage 14 et faisant communiquer l'ou verture 13 avec l'atmosphère. Ce passage 16 est normalement fermé par un bouchon her métique 17.
Les ouvertures 13 des différentes cellules se correspondent de manière à former ainconduite transversale continue pour la sortie du corps se dégageant aux cathodes (dans le cas particulier le sodium transformé par l'eau de la dissolution en soude caustique).
Pour régler le niveau de la soude caustique qui se forme sur le côté cathodique de chaque cellule de l'appareil, on emploie un tube 20 pouvant coulisser dans une ouverture 21 mé nagée dans le rebord inférieur 2 du cadre à une des extrémités de ce dernier. L'extrémité inférieure de ce tube 20 plonge dans un petit récipient 22 en forme d'auge. En enlevant ce tube 20 on peut vider complètement ce côte cathodique de la cellule. Une ouverture 23 (fig. 2) est ménagée à l'extrémité opposée du cadre de chaque cellule pour retirer le liquide se formant sur le côté de l'anode, lorsqu'on trouve nécessaire de vider la chambre corres pondante. Cette ouverture reste normalement bouchée, comme représenté, par une cheville.
Chaque cadre 1, 2 est muni d'un regard 24 qui s'élève verticalement au-dessus du rebord supérieur 2 et plonge par son extrémité infé rieure à travers une lumière 25 clans le côté de l'anode,,cle manière à permettre d'observer le niveau du liquide sur ce côté de la cellule.
Pour pouvoir être transportée facilement chaque cellule est: en outre munie de chevilles 26 se projetant extérieurement à gauche et à droite près des bords 2 supérieurs et inférieurs.
Les électrodes sont formées par des blocs de charbon, cylindriques, 30 qui traversent des ouvertures circulaires ménagées à travers la plaque 1 de chaque cellule. Ces blocs sont normalement soudés dans ces ouvertures, mais peuvent être enlevés séparément et remplacés par d'autres blocs sans interrompre le fonc tionnement de l'appareil. A ces blocs sont fixées des plaques rectangulaires 31, de même matière que les blocs 30, venant se loger les unes à côté des autres dans le côté de l'anode. du cadre de chaque cellule, côté encadr comme on l'a vu plus haut par la partie fai sant plus profondément saillie des rebords 2.
Ces plaques 31 formant une série d'électrodes reliées en parallèle sont étroitement rappro chées les unes des autres et remplissent pres que entièrement le côté du cadre. Elles sont fixées aux blocs 30 correspondants au moyen de vis en charbon 32 à tête brasée, ou noyée.
Dans le côté cathodique de chaque cellul-, côté encadré par la, partie faisant le moins profondément saillie (les rebords 2, est disposé un grillage métallique 35 en fer. Ce grillage est fixé aux blocs 30 au moyen d'équerres 36, le maintenant en bon contact électrique avec ces derniers. Les bords du grillage 35 sont encastrés dans une rainure peu profonde 37 ménagée sur le bord intérieur des rebords 2 du cadre. Chaque grillage est entièrement recou vert de la manière usuelle d'un diaphragme poreux 38, dont les bords sont fixés à des baguettes 38a en bois, insérées clans une autre rainure ménagée à la surface des rebords 2.
Un joint-presse 39 est intercalé dans les interstices pouvant exister entre les surfaces contiguës des -differentes cellules juxtaposées formant l'appareil, pour empêcher toute fuite de gaz ou de liquide.
Chaque ensemble cathodique formé par un grillage 35 et le diaphragme 38 correspondant étant disposé approximativement dans le plan formant le fond de l'espace cathodique du cadre, chaque série de plaques de charbon 31 formant l'anode d'une cellule viendra presque en contact avec l'ensemble cathodique -de la cellule suivante de l'appareil. Par suite, lorsque les cellules successives équipées de leurs électrodes sont amenées face à face, il existe toujours un espace suffisamment petit entre les plaques formant les anodes et chaque gril lage cathodique pour que le courant électrique puisse facilement traverser l'appareil en pas sant normalement d'une électrode à l'autre à travers le liquide électrolytique.
Lorsque les différentes cellules de l'appa reil sont assemblées et que les deux bouts de l'appareil sont hermétiquement fermés par des cloisons d'extrémité (non représentées), on in troduit le liquide formant l'électrolyte par l'embouchure de remplissage 5a, jusqu'à ce qu'on atteigne un niveau. donné dans les chambres 7, afin d'être sfr que toutes les chambres contenant les anodes, dans lesquelles ce liquide arrive en premier par les conduits 4, se trouvent entièrement remplies au début de l'opération. A mesure que ce liquide est électrolysé il se filtre à, travers les diaphrag mes 38 et remplit les chambres cathodiques, c'est-à-dire les espaces ménagés à droite des diaphragmes (fig. 1), à un niveau déterminé par la position du tube réglable verticalement 20.
Ce niveau peut être réglé séparément dans chaque élément de l'appareil, pour permettre d'obtenir la différence voulue entre le niveaa de l'électrolyte à la cathode et à l'anode dans chaque cellule constitutive de l'appareil.
Le chlore qui le dégage clans les chambres. contenant les anodes monte clans les chambres 7, où il bouillonne dans la lessive qui se trouve dans lesdites chambres, de manière à maintenir celle-ci complètement mélangée. De là il s'é chappe dans le conduit formé par les passages 6, aux extrémités duquel il peut être -recueilli de toute manière connue. D'une manière ana logue l'hydrogène se dégageant dans les chambres cathodiques peut être recueilli aux extrémités -de la conduite formée par les pas sages 13 ménagés dans les petites têtes 12 des rebords supérieurs 2.
Une barre en cuivre 40 est reliée électri quement à chacun des grillages 38, lesquels constituent en fait les cathodes dans chaque cellule de l'appareil. Cette barre se projette de haut en bas à travers les rebords 2 corres pondants des cadres. En reliant par -un con ducteur 41 deux barres 40 non adjacentes (comme représenté schématiquement fig. 9) il n'existe plus de différence de potentiel entre les deux grillages extrêmes 35 (fig. 9) et aucun courant ne traverse plus l'électrolyte dans les deux cellules consécutives repré sentées.
Lorsqu-une cellule a été ainsi isolée, le bouchon correspondant 10 peut être enlevé pour permettre de boucher l'ouverture 8, et le chlore des autres éléments traverse alors le passage 6 sans entrer dans cet élément.
On comprend que, par le moyen des tubes aéglables 20, prévus pour l'enlèvement de la soude caustique,du côté cathodique de chaque cellule, le niveau,de cette soude caustique peut être abaissé à volonté, et, en fait, être ramené à zéro séparément dans chaque cellule, c'est-à- dire qu'à ce moment le seul liquide, qui se trouvera dans l'élément, sera celui qui se trouve dans la chambre de l'anode, la soude caustique étant enlevée à mesure qu'elle se forme, comme c'est le cas en pratique clans la plupart des appareils du type individuel.
On voit ainsi que l'appareil décrit, tout en gardant tous les avantages de l'électrolyseur Lambert du type dit "filtre-presse", permet néanmoins un fonctionnement qui -est en fait le même que celui du type "individuel". De plus, il présente l'avantage que les électrodes peuvent être séparées ou remplacées dans chaque cellule séparément sans interrompre le fonctionnement du reste de l'appareil.
En prévoyant des moyens pour courtcircuiter cer tains éléments de l'appareil, il est rendu pos sible de maintenir toute la série en fonctionne ment comme un tout, jusqu'à ce que le ren dement -de l'ensemble de l'appareil ait atteint le point où il n'est plus économique d'employer le même appareil.
Avec cette construction, le courant peut facilement traverser l'ensemble de l'appareil perpendiculairement aux surfaces des élec trodes grâce au fait que l'anode d'une cellule constitutive de l'appareil est très rapprochée du diaphragme métallique constituant la ca thode de la cellule adjacente. Ensuite, une surface de contact entre les diaphragmes et l'électrolyte plus grande que dans les appa reils connus est réalisée, sans qu'il soit néces saire d'accroître les dimensions extérieures. des cadres des cellules. De cette manière, un meil leur contrôle du :débit de la saumure à travers les diaphragmes est rendu possible.
Cette construction présente encore l'avan tage de donner une surface presque plane des plaques 31 constituant les anodes fixées aux extrémités des blocs 30.
Multicellular electrolytic apparatus. The object of the invention is a multicellular electrolytic apparatus, characterized in that each cell of the apparatus is limited by two plates of non-conclu- sive material spaced by a frame which laterally closes this cell so as to constitute a chamber. closed for electro lyte, this chamber being divided into two compartments by a metal mesh covered with a diaphragm,
the apparatus being further characterized by a series of char electrodes projecting from each side through each of these plates and electrically connected on one side to one of these grids by direct physical contact.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the object of the invention.
Fig. 1 is a cross section taken along the line 1-1 of FIG. 2, Fig. 2, a front elevation, anode side, FIG. 3, a similar elevation, ca thode side, with part broken away, Fig. 4, a partial cross section taken along line 4-4 of FIG. 2 and 3, Fig. 5, a partial cross section taken along line 5-5 of FIG. \? and 3.
Fig. 6, a perspective view, on a larger scale, showing an electrode apart, FIG. 7 and 8, sections similar to FIG. 4, showing two variants of detail, and Fig. 9, a detailed drawing.
The electrolytic apparatus shown is more especially intended for the manufacture of caustic soda and chlorine by the electrolysis of salt water, that is to say of a solution of sodium chloride. But it goes without saying that the apparatus is not limited to this use and that it allows other electrolysis operations to be carried out.
The frame of each cell of the device is constructed from a non-conductive material, for example wood, soapstone, slate, glass, stoneware, etc. It can be molded in one piece 1, 2 (fig. 1 to 5) or in several. assembled parts (2 parts: la, 2a, fig. 7; 3 parts: lb, 2b, 2b '(fig. 8); it has the shape of a rectangular plate 1 having a frame or rim 2 projecting from each side of the plate, deeper on one side than the other The upper edge of the frames has, on its central portion, a socket head 3 projecting vertically upwards.
The chamber 7, formed inside this head, is placed in communication with the deepest side of the frame, which is the side of the anode, by two ducts 4. The various chambers 7 of the juxtaposed cells of the 'apparatus communicate with each other, at their lower part, by corresponding passages 5 aligned so as to. form, above the juxtaposed upper rims 2, a transverse duct for the arrival of the salt water. At one of its ends, this pipe communicates with a filling pipe 5a. It is blocked at its other end.
Above the chambers 7, the heads 3 have or vertures 6 which correspond to one another so as to form a continuous transverse pipe for the outlet of the gas being released at the anodes (chlorine in the particular case). This pipe communicates with each of the chambers 7 by vertical passages 8. As an extension of each of these passages 8 is formed, at the top of each head 3, an opening 9 normally closed hermetically by a plug 10 which allows, if necessary, to communicate each portion 6 of the chlorine outlet pipe with the atmosphere.
The upper rim 2 of the frame of each cell of the apparatus has, moreover, at one of its ends, another smaller head 12 (fig. 2 and 5), in which are formed a transverse opening 13, a worm passage. - iical 14 communicating the cathodic side of the frame with this opening, and a vertical passage 16 disposed as an extension of the passage 14 and communicating the opening 13 with the atmosphere. This passage 16 is normally closed by a her metical plug 17.
The openings 13 of the different cells correspond so as to form a continuous transverse duct for the exit of the body emerging at the cathodes (in the particular case the sodium transformed by the water of the solution into caustic soda).
To adjust the level of the caustic soda which forms on the cathode side of each cell of the apparatus, a tube 20 is used which can slide in an opening 21 formed in the lower rim 2 of the frame at one end of the latter. . The lower end of this tube 20 plunges into a small container 22 in the form of a trough. By removing this tube 20, this cathode side of the cell can be completely emptied. An opening 23 (Fig. 2) is provided at the opposite end of the frame of each cell to remove the liquid forming on the side of the anode, when it is found necessary to empty the corresponding chamber. This opening normally remains blocked, as shown, by an ankle.
Each frame 1, 2 is provided with a sight 24 which rises vertically above the upper rim 2 and plunges at its lower end through a slot 25 in the side of the anode, so as to allow '' observe the liquid level on this side of the cell.
In order to be able to be easily transported, each cell is: furthermore provided with pegs 26 projecting outwardly to the left and to the right near the upper and lower edges 2.
The electrodes are formed by cylindrical carbon blocks 30 which pass through circular openings made through the plate 1 of each cell. These blocks are normally welded in these openings, but can be removed separately and replaced with other blocks without interrupting the operation of the apparatus. To these blocks are fixed rectangular plates 31, of the same material as the blocks 30, coming to be received one beside the other in the side of the anode. of the frame of each cell, on the framed side as seen above by the part protruding more deeply from the edges 2.
These plates 31 forming a series of electrodes connected in parallel are closely brought together and almost entirely fill the side of the frame. They are fixed to the corresponding blocks 30 by means of charcoal screws 32 with brazed or embedded heads.
In the cathode side of each cell, the side framed by the, the part which protrudes the least deeply (the edges 2, is arranged a metal mesh 35 of iron. This mesh is fixed to the blocks 30 by means of brackets 36, maintaining it. in good electrical contact with the latter. The edges of the mesh 35 are embedded in a shallow groove 37 formed on the inner edge of the edges 2 of the frame. Each mesh is completely covered in the usual manner with a porous diaphragm 38, of which the edges are fixed to wooden rods 38a, inserted in another groove made on the surface of the edges 2.
A press-seal 39 is interposed in the interstices which may exist between the contiguous surfaces of the different juxtaposed cells forming the apparatus, to prevent any leakage of gas or liquid.
Each cathode assembly formed by a mesh 35 and the corresponding diaphragm 38 being disposed approximately in the plane forming the bottom of the cathode space of the frame, each series of carbon plates 31 forming the anode of a cell will almost come into contact with it. the cathode assembly -of the next cell of the device. As a result, when the successive cells equipped with their electrodes are brought face to face, there is always a sufficiently small space between the plates forming the anodes and each cathode grid so that the electric current can easily pass through the apparatus without normal health. from one electrode to another through the electrolytic liquid.
When the various cells of the device are assembled and the two ends of the device are hermetically closed by end partitions (not shown), the liquid forming the electrolyte is introduced through the filling mouth 5a , until we reach a level. given in the chambers 7, in order to be sure that all the chambers containing the anodes, in which this liquid arrives first through the conduits 4, are completely filled at the start of the operation. As this liquid is electrolysed it filters through the diaphragms 38 and fills the cathode chambers, that is to say the spaces left to the right of the diaphragms (fig. 1), to a level determined by the position. vertically adjustable tube 20.
This level can be adjusted separately in each element of the apparatus, to make it possible to obtain the desired difference between the level of the electrolyte at the cathode and at the anode in each constituent cell of the apparatus.
The chlorine which gives off it in the rooms. containing the anodes rises in the chambers 7, where it bubbles in the laundry which is in said chambers, so as to keep the latter completely mixed. From there it escapes into the conduit formed by the passages 6, at the ends of which it can be collected in any known manner. In a similar manner, the hydrogen released in the cathode chambers can be collected at the ends of the pipe formed by the wise steps 13 formed in the small heads 12 of the upper rims 2.
A copper bar 40 is electrically connected to each of the grids 38, which in fact constitute the cathodes in each cell of the apparatus. This bar projects from top to bottom through the corresponding edges 2 of the frames. By connecting by a conductor 41 two non-adjacent bars 40 (as shown schematically in fig. 9) there is no longer any potential difference between the two end grids 35 (fig. 9) and no current passes through the electrolyte any longer. in the two consecutive cells represented.
When a cell has been isolated in this way, the corresponding plug 10 can be removed to allow the opening 8 to be blocked, and the chlorine from the other elements then passes through the passage 6 without entering this element.
It will be understood that, by means of the adjustable tubes 20, provided for the removal of the caustic soda, from the cathode side of each cell, the level of this caustic soda can be lowered at will, and, in fact, be brought back to zero separately in each cell, that is to say that at this moment the only liquid, which will be in the element, will be that which is in the chamber of the anode, the caustic soda being removed as that it is formed, as is the case in practice in most devices of the individual type.
It can thus be seen that the apparatus described, while retaining all the advantages of the Lambert electrolyser of the so-called “filter press” type, nevertheless allows operation which is in fact the same as that of the “individual” type. In addition, it has the advantage that the electrodes can be separated or replaced in each cell separately without interrupting the operation of the rest of the apparatus.
By providing means for bypassing certain elements of the apparatus, it is made possible to keep the whole series in operation as a whole, until the yield of the whole apparatus has reached. the point where it is no longer economical to use the same device.
With this construction, the current can easily pass through the whole of the apparatus perpendicular to the surfaces of the electrodes thanks to the fact that the anode of a constituent cell of the apparatus is very close to the metallic diaphragm constituting the cathode of the adjacent cell. Then, a contact surface between the diaphragms and the electrolyte larger than in known devices is achieved, without it being necessary to increase the external dimensions. cell frames. In this way, better control of the flow of brine through the diaphragms is made possible.
This construction also has the advantage of giving an almost flat surface of the plates 31 constituting the anodes fixed to the ends of the blocks 30.