DD144427A1 - Vorrichtung zur durchfuehrung unter gasentwicklung ablaufender elektro-chemischer prozesse - Google Patents

Abstract

Die Erfindung hat eine Vorrichtung zur Durchführung elektro-chemischer Prozesse zum Inhalt, die eine Minimierung des unerwünschten Einflusses der Gasentwicklung auf den Sellenwiderstand und eine Anpassung des Strömungsverhaltens an die Erfordernisse des jeweiligen Elektrodenprozesses unter Ausnutzung der fördernden Wirkung der gebildeten Gase ermöglicht. Das wird dadurch erreicht, daß der Elektrodenraum in einzelne, durch Verbindungsleitungen hydrodynamisch miteinander gekoppelte UmlaufSysteme von mindestens 1 m Höhe aufgegliedert ist, welche aus senkrechten Elektrodenkanälen sowie hinter oder in der Elektrode angecrdneten Rückströmkanälen gebildet werden, die über unten und/oder oben angeordnete Überströmöffnungen unter Zwischenschaltung von Gasabtrennzonen miteinander verbunden sind, Die unterschiedliche hydrodynamische Kopplung ermöglicht es, die bekannten strömungstechnischen Reaktortypen weitgehend anzunähern und in Verbindung mit konstruktiven Varianten für die Gestaltung der Elektroden- und Rückströmkanäle verschiedene anodische und katodische Prozesse durchzuführen.

Description

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Vorrichtung zur Durchführung unter Gasentwicklung ablaufender elektrochemischer Prozesse

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine neue Vorrichtung zur Durchführung anodischer und/oder katodischer Prozesse, die unter Gasentwicklung ablaufen, wie z.B. viele organische Elektrosynthesen

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Effektivität eines Elektrolyseprozesses wird in hohem Maße durch die aufzubringende Zellspannung bestimmt» Man ist deshalb bestrebt, den Elektrodenabstand so gering wie möglich zu halten. Diesen Anforderungen werden insbesondere die Kapillarspaltzellen gerecht mit einem minimalen Elektrodenabstand von ca 0,1 mm ( F.Beck u. H.Guthke, Chemie-Ing.-Techn. hj\_, 9^3 (19-69) )· Besondere Probleme ergaben sich , wenn sich beim Elektrolyseprozeß gleichzeitig Gase an öen Elektroden entwickeln ( R_e Dworalc u. H.Wendt,Chemie-Ing«- Techn. MS h7k)» Sie stören aen laminaren Elektrolytfluß in der Elektrolysezelle und erhöhen insbesondere die elektrische Leitfähigkeit des Elektrolyten, was %\x einer Erhöhung der Zellspannung ira Vergleich zur« gasfreien Elektrolyten führt.

Weiterhin blockieren die Gasblasen vor ihrer Ablösung einen Teil der Elsktrodenoberflache. Dadurch steigt die Stromdichte an der effektiv zur Verfügung stehendem Elektrodonflache, was zu einer Vergrößerung dor Überspannungen führt. Schließlich ist bsi der !fehl der geometrischen Abmessungen den Erfordernissen des Abtransportes-der entwickelten Gase Rechnung

zu tragen. Bei vertikalen Elektrolyseuren muß deshalb die Dicke des Elektrodenraumes um so größer gewählt werden, je größer die sieh entwickelnde Gasmenge ist. Damit ergibt sich nicht nur e.ine weitere Erhöhung der Zellspannung mit einem Anstieg der pro Ladungsmenge entwickelten Gasmenge, der Strom» dichte und der Elektrodenhöhe, sondern auch eine Begrenzung der Zellenhöhe und damit der pro Grundflächeneinheit erreichbaren Stromkapazität des Elektrolyseurs(K.Hertwig, Ch.Tenner und R. Thiele, Chem.-Teehn. 29 (1977) 513).

Zur Beseitigung bzw. Minimierung dieser negativen Auswirkungen der Gasentwicklung ist man z.B« darum bemüht, den voks Strom durchflossenen Querschnitt des Elektrodenraumes von dem Querschnitt, durch den der Abtransport des Gases erfolgt, zu trennen. Dazu bedient man sich sogenannter ⁿ Vorgehängter Elektroden", die perforiert sind und auf deren Rückseite der Abtransport der entstehenden Gase erfolgt { F. Beck, Elektroorganische Chemie, Akademieverlag Berlin 197*0· Damit erreicht man zwar niedrige Abstände Anode - Katode bzw.Elektrode - Diaphragma und eine Verringerung des Gasphasenanteiles im eigentlichen Elektrolyseraum, nicht aber bessere Ablösung der Gasblasen von der Elektrodenoberfläche. Infolge der unkontrollierten Rückvermischung ergeben sich außerdem niedrigere Strömungsgeschwindigkeiten längs der Elektrodenoberfläche und damit ungünstige Bedingungen für den Stromtransporte

Eine weitere Möglichkeit besteht in einem Zwangsumlauf des Elektrolyten durch die Zelle mit nachfolgend angeordneter Entgasungszone. Dadurch kann die Gasbeladung des Elektrolyten im stationären Zustand beliebig gesenkt werden bei gleichzeitiger Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeiten längs der Elektrodenfläche. Es ergeben sich sowohl gute Bedingungen für die Ablösung der Gasblasen von der Elektrodonoberfläche als auch für den Stofftransport. Ein solcher Zwangsumlauf erfordert aber nicht nur höhere apparative Aufwendungen und einen Mehrbedarf an Energie (N.IbI, E.Adam, Chemie-Ing* Tecfcn« 3ί7(ΐ965) 573 )> sondern auch das einem stationären Rührkessel angenähert© Verweilzeitverhalten verursacht bei

einer Reihe von elektrochemischen Prozessen niedrigere Ausbeuten.

Den Nachteil der zusätzlichen Aufwendungen für den Zwangsumlauf kann man vermeiden, wenn der Auftrieb der sich entwickelden Gase im Sinne des Mammutpurapenprinzips zur Kreislaufführung ausgenutzt wird. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Elektrolyseräurae in parallel durchströmte Kanäle aufgeteilt v/erden, die oben und unten durch Querkanäle mit einem Ruckströrakanal verbunden sind und an dessen oberen Ende eine Entgasungszon© angeordnet ist (z.B, DD 995^S)_e Dieser Rucks tr ö'mkanal kann sowohl innerhalb als auch außerhalb der Zelle angeordnet sein. In beiden Fällen ergeben sich bei technischen Elektrolyseuren relativ lange Verbindungskr.näle und große dort umlaufende Flüssigkeitsmengen« Die dann vorliegenden, zum Teil unübersichtlichen hydrodynamischen Bedingungen führen zu zusätzlichen Druckverlusten und damit zu einer Verringerung des für die Kreislaufführung nutzbaren Anteiles am Auftrieb des Gas-Flüssigkeitsgemisches= Ist der Ruckströmkanal innerhalb der Zelle parallel zu den Strömungskanälen angeordnet, dann wird dafür ein Teil der als Elektrodenfläche nutzbaren Gesamtfläche benötigt, was sich mindernd auf die erreichbare Raum- Zeit- Ausbeute auswirkt.

Es wurde auch bereits vorgeschlagen, den Ruckströmkanal zur Zirkulation innerhalb oder hinter der Elektroden anzuordnen, wobei aber durch Rückvermischung innerhalb des ElektrodenraxjTiies nicht diö maximale mögliehe Umlaufmenge zwischen Rückströmkanal und Elektrodenr'aura gefördert wird. In der DD 115 582 werden gerippte, aber vor dem Diaphragma durchgehende, spaltförmige Elektrolytkanäle von 1,5 bis 2mra Breite bildende Elektroden verwendet, die mit einem dahinter angeordneten, die gesamte Elektrodenbreite einnehmenden Rückströmkanal verbunden sein können. ¥ie die angegebene geringe Spannungsdifferenz bei Beispielen mit und ohne Rückströmkanal ( 2,68 zu 2,76 V) zeigt, ist in diesem Fall der El.eic-. trolytkreislauf über den Rückströmkanal nahezu wirkungslos»

Außerdem kann die Kreislaufführung durch die fördernde Wirkung der gebildeten Gase nur bei solchen Prozessen verwendet werden, bei denen die vorliegende vollständige RüClevermischung nicht zu Ausbeuteminderungen führt»

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine neue Vorrichtung zur Durchführung unter Gasentwicklung ablaufender katodischer und/oder anodischer Prozesse, wobei El©ktrolyseure mit niedrigem inneren ¥iderstand, günstigen Stoffübergangsbedingungen und möglichst kompakter Bauweise zur Verfugung gestellt werden, in denen der unerwünschte Einfluß der Gasblason minimiert und das Strößiungsverhalten des Elektrolyten den Erfordernissen des durchzuführenden Elektrodenprozesses gut angepaßt ist, sowie ein niedriger spezifischer Elektroenergieverbrauch und hohe Raum—Zeit-Ausbeuten erzielt werden.

Darlegung des ¥esens der Erfindung

Der Ei-findung liegt die Aufgabe zugrunde, durch konstruktive Maßnahmen Umlaufsysteine mit einer hohen Umlaufgeschwindigkeit des Elektrolyten auszubilden, die in unterschiedlicher ¥eise entsprechend den Erfordernissen dos Elektrolyseprozesses hydrodynamisch gekoppelt werden· Es wird eine Vorrichtung zur Durchführung unter Gasentwicklung ablaufender katodischer und/oder anodischer Prozesse der Elektroden vorgeschlagen, in der an einer oder auch an beiden Elektroden der Elektrodenraua in einzelne, durch Verbindungsleitungen hydrodynamisch miteinander gekoppelte Uralaufsysterne von mindestens 1 ib Höhe aufgegliedert ist, welche aus senkrechten Elektrodeixkanälen von 2 bis 20 mm Breite und 0,5 bis 5 mm Dicke sowie hinter oder in der Elektrode angeordneten, 1 bis 10 mm dicken Rückströmkanälen gebildet werden, die über unten und oben angeordnete Überströmöffnungen unter Zwischenschaltung von Gasabtrennzonen verbunden sind.

Die geometrische Form der Elektrodenkanäle kann rechteckig sein oder auch beliebige andere Querschnittsformen aufweisen« Vorzugsweise werden solche Profilierungen angewandt, di© eine große xiirksanie Elektrodenfläche bei-möglichst gleichmäßiger

Stromdichteverteilung'ergeben. Das ist z.B. bei trapez- odor halbkreisförmigen Querschnitten der Elelctrodenkanäle und möglichst schmalen Zwischonstegen der Fall. Der Querschnitt der Rucks trönikariä Ie muß mindestens den doppelten Querschnitt der Elektrodenkanäle aufweisen» Bei Spaltbreiten zwischen 0,5 und 5 mra durchläuft der Spannungsabfall j© nach der Gasentvicklungsgeschwindiglceit, den Stoffeigenschaften des Elektrolyten und der Eiektrodenhöhe ein ausgeprägtes Minimum.

Die stationäre Zweiphasen-Spaltströmung und die hohen Umlaufgeschwindigkeiten) bei denen der stationäre Gasphasenanteil im Elektrolyten niedrig und der Stofftransport zur und von der Elektrode begünstigt ist, werden erst bei Elektrodenhöhen von mindestens 1 m voll ausgebildet. Besonders vorteilhafte Strömungsbedingungen ergeben sich bei Höhen der Kanäle um oder über 2 ta· Dadurch ist es zugleich möglich, große Stromkapazitäten pro Grundflächeneinheit unterzubringen«

Unter diesen erfindungsgemäßen Bedingungen gelingt es, bei minimalem Abstand Elektrode - Diaphragma in geteilten Zellen, bzw« Anode ~ Katode in ungeteilten Zellen, hohe Umlaufgeschwindigkeiten zu erreichen, wodurch der stationäre Gasphasonanteil im Elektrolyten niedrig gehalten und der Stofftransport zur und von der Elektrode begünstigt ist.

Den schematischen Aufbau eines solchen Umlaufsystems in ei~ zier Halbzelle zeigen Figuren 1 und 2» Fig» 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein einzelnes Umlaufsystem, Fig» 2 einen Querschnitt in Höh© der Mittellinie. Darin stellt 1 den Elektrodenträger dar, in den die Ruckströ'mkanäIe 2 und die Entgasungszone 3 eingearbeitet sind. Die abgeschiedenen Gase verlassen die Zelle durch den Stutzen k. Auf dem Elektrodenträger befindet sich di© Elektrode 5 roit den oben und unten angeordneten Überströmöffuungen 6 zu den Ruckströmkanälen« Die Elektrolyse-Elektrodenkanäle 7 werden seitlich durch den Dichtrahfiien 8 bzw. die Abstandsstreifen 10 begrenzt, auf denen das Diaphragma 9 aufliegt«, Aus Fig, 2 ist die Lage der einzelnen Ströjnungskanäle zueinander ersichtlich, die durch die

Abstandsstreifen 10 bzw· durch Rippen auf dem Elektrodenträ~ ger voneinander abgetrennt sind· Zur Zuführung des Elektrollyten dient der Stutzen 11. Die Abführung erfolgt am oberen Ende des Elektrolyseurs an der dem Eintrittsstutzen gegenüberliegenden Seite ( im Bild nicht dargestellt).

Di© erfindungsgemäße Anordnung von parallel angeordneten Elektrolyse- und Rucks trötnkanälen läßt sich bevorzugt in Vorrichtungen gemäß Fig. h und 5 verwirklichen, die nach dem Filterpressenprinzip unter Verwendung plattenförmiger Elektroden aufgebaut sind« Damit lassen sich gleichzeitig mehrere Einzelelemente zu einer kompakten Elektrolysezelle vereinigen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist aber keineswegs allein auf Filterpressenzellen beschränkt. Für die konstruktive Gestaltung der Elektrolyse- und Rückströmkanäle einer Halbzelle ergeben sich folgende Möglichkeiten, die in Fig.3 ( a-1) sehematiseh dargestellt sind: Darin bedeuten:

1 Elektrodenträger

2 Abstandsstreifen für Rucks tr örßkanäle

3 Elektrode

k Abstandsstreifen für Elektrolysekanäle 5 Diaphragma Konstruktive Varianten für die Rückströmkanäle:

- Ruckströmkanäle in $<ε>η Elektrodenkörper integriert (Fig. 3, a-c)

" Ruckströmkanäle in den Elektrodenträger aus elektrisch leitendem oder aus isolierendem Material eingearbeitet. ( Fig. 3 , d~f)

- Rückströmkanäle in den Elektrodenträger aus leitendem oder isoliertem Material integriert ( Fig. 3» g-i)

- Rückströrskanäle, gebildet durch Abstandsstreifen aus nichtleitendem, flexiblem Material zwischen Elektrodenträger und Elektrode ( Fig« 3» Ö-l)

Konstruktive Varianton für die Slektrodenkanäleί

- Elektrodenkanäle, gebildet durch Abstandsstreifen aus flexible^, nichtleitendem Material zwischen Elektrode und Diaphragma ( Fig. 3» a, d_t g, j )

U Λ \i

- Elektrodenkanäle, in die Elektrode eingearbeitet (Fig« 3» b, ©, h, It)

- Elektrodenkanäle, gebildet durch gerippte Diaphragmen (Figo 3, o, f, i, 1 )

Die Elektroden können sowohl aus kompakten Materialien bestehen als auch in Forra von Verbundelektroden, z.B. aus einem Ventilmetall mit ganz oder teilweise aktivierter Oberfläche, eingesetzt werden.

Als Diaphragmen können sowohl mikroporöse flexible Materialien, beispielsweise PVC oder Ionenaustausohermembranen, z.B. aus sulfoniertera Polytetrafluorethylen, verwendet v/erden.

Nach einem weiteren Merkmal vorliegender Erfindung wird die hydrodynraaische Kopplung der einzelnen Umlaufsysteine und damit das Strömungsverhalten durch eine entsprechende Anordnung der Verbindungskanäle nach einer der folgenden Varianten dem Elektrodetiprozeß angepaßt:

- Der Elektrolyt wird durch oben und unten angeordnete gemeinsame Verbindungsleitungen zu« und abgeführt, so daß alle Umlaufsysteme parallel durchströmt werden.

- Der Elektrolyt durchströmt alle Umlaufsysteme nacheinander über abwechselnd oben und unten zwischen je zwei benachbarten Umlaufsystemen angeordnete Verbindungskanäle·

- Der Elektrolyt durchströmt alle Elektrodenlcanäl© nacheinander, indem der Rucks trömkanal des vorhergehende"« mit dem Elektrodenkanal jedes nachfolgenden Zellenelenientes verbunden wird.

- Die Umlaufsysteme werden gruppenweise zusammengefaßt vom Elektrolyten nacheinander durchströmt, während sie innerhalb der Gruppen parallel durchströmt werden.

Dabei können die Überströmöffnungen bzw. Verbindungsleitungen zwischen den Umlaufsystemen in der Ebene der Rüclcströmkanäle, der Elektroden oder der Slektrodenkanäle bzw. in mehreren Ebenen angeordnet werden.

Die damit realisierbaren verschiedenen Strömungstypen elektrochemischer Reaktoren, in Verbindung mit den dargestellten

konstruktive Varianten, und der Auswahl geeigneter Elektroden, materialien, ermöglichen eine große Anwendungsbreite vorliegender Erfindung.

Au3führungsbeispiela

Anhand von Beispielen werden Ausfübrungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben j

Beispiel 1 ·

Durch die in Fig. 1 angedeutete Gasblasenentwicklung im Elektrolyt-Strömungskanal und den dadurch bedingten Auftrieb wird der Elektrolytumlauf über die Überströmö'ffnungen und die RuckströmkanäIe bewirkt. Bei einer geteilten Zelle kann eine solche in Fig« 1 und 2 dargestellte Halbzelle tnit einer weiteren, erf indungsgeisäß aufgebauten oder eine beliebigen anderen Gegenelektrode zu einer kompletten Elektrolysezelle kombiniert -ersrden. Bei einer ungeteilten Zolle tritt anstelle des Diaphragmas die Gegenelektrode« Bei einer Dimensionierung der Elektroden- und RuckströmkanäIe gemäß vorliegender Erfindung werden mittlere Gasphasenanteile von 0,1 bis 0,2 und Strömungsgeschwindigkeiten, bezogen auf die reine flüssige Phase von 0,1 bis 0,*l m/s erreicht. Es bildet sich eine Zweiphasen-Spaltströtsung mit bevorzugt kleinen Gasblasen aus, die sich schnell von der Elektrodenoberfläche ablösen. Der Spannungsabfall durchläuft in Abhängigkeit von der Spaltdicke ein ausgeprägtes Minimum, welches sich in Abhängigkeit von der Gasentwicklungsgeschwindigkeit, den Stoffeigenschaften des Elektrolyten und der Elektrodenhöhe bei Spaltdicken zwischen 0,5 und 5 era einstellt»

Beispiel 2

Alle einzelnen Umlauf systeiae sind oben und unten durch gemeinsame Sammelleitung miteinander verbunden, wie schematisch in Fig. k dargestellt ist, Dsr Umlauf des Elektrolyten in einem der fünf parallel geschalteten UmlaufSysteme ist durch Pfeile verdeutlicht« Die Bedeutung der Ziffern ist die gleiche wie bei der Beschreibung von Fig»1 und 2 angegeben» Der Elektrolyt verläßt die Zelle ara Stutzen 12,

_ Q <_ έ«9 B ' %J?

Die Verbindungskanäle sind in den Ebenen der Rückströmkanäle und der Elektrode angeordnet. Es erfolgt annähernd vollständige Rückvermischung innerhalb der Zelle (Strömungsform analog dem stationären Rührkessel). Bei sehr breiten Zellen kann es, wenn der Elektrolyt auf der einen Seite unten zugeführt wird und an der diagonal gegenüberliegenden Seite austritt, auch zur Überlagerung mit einer gerichteten Strömung und damit zu- einem Konzentrationsgefälle von der Eintritts- zur Austrittsstelle kommen. Das kann vorhindert worden durch ausreichende Dimensionierung der Querkanäle oder durch Anordnung eines gemeinsamen Rückströmkanals für alle parallel durchströmten Elektrolysekanäle.

Beispiel·^

Die einzelnen Umlaufsysteme werden allein oder in Gruppen zusammengefaßt nacheinander vom Elektrolyten durchströmt, während innerhalb der Umlaufsysteme annähernd vollständige Rückvermischung vorherrscht ( Ströraungsforra analog einer Rührkesselkaskade). Damit ist die Möglichkeit gegeben, eine beliebige Anzahl von Reaktionsstufen hintereinander su schalten, ohne daß der maximal mögliche, durch die Gasentwicklung bewirkte Flüssigkeitsumlauf innerhalb der einzelnen Umlaufsysteme beschränkt zu werden braucht. In Fig. 5 ist eine solche Anordnung, bei sonst analogem Aufbau wie in Fig. h, dargestellt.

Der Elektrolyt wird swischen den Elektrodenkanälen 7» den Überströfflöffnungen 6 und den Ruckströrskanälen. 2 im Kreislauf geführt, wie durch Pfeile verdeutlicht. Durch die im Vergleich zur Dosiergeschvrindigkeit große Umlaufgeschwindigkeit wird innerhalb der einzelnen Umlaufsysteme wieder ein annähernd vollständige Rückvermischung erreicht. Diesem umlaufenden Flüssigkeitsstrom wird durch die dosierte Menge ein wesentlich kleinerer, gerichteter Volumenstrom überlagert, der über den Eintrittes tutzen ( im Bild verdeckt) in das erste Uralaufsystent gelangt und durch die abwechselnd oben und unten angeordnete, jo zwei Umlaufsysteme verbindenden Übgrströmöfftmngen 6 bis zum Austrittsstutzen 12 geführt wird* Die abgetrennten Gase werden über die oberhalb des Fiüssigkeitsspiegels angeordnete Entgasungszona 3 durch den

. - ίο - ^ VS

Stutzen h abgeführt. Die Bedeutung der übrigen Ziffern ist die gleiche wie in Fig. 1_?2 und k.

Die Überströmöffnungen zu den benachbarten Uralaufsystemen sind bei dieser Variante so zu dimensionieren, daß ein Rückvermischung zwischen ihnen weitgehend unterdrückt wird. Die in Fig. 5 beispielsweise in der Ebene der Elektrode angeordneten Umströraöffnungen können auch in den Ebenen der Elektrodenkanäle bzw» der Rückströmkanäle angeordnet werden. Auch eine Trennung der Überströmöffnungen innerhalb eines Umlaufsystems von der Verbindungskanälon zwischen den einzelnen Umlaufsystemen ist möglich ( unterschiedliche Ebenen, unterschiedliche Höhen im Elektrolyseur). Dabei kann auch ein durchgehender, alle Umlaufsysterne verbindender Kanal angeordnet wenden, wenn durch eine dem Volumenstrom richtig angepaßte Diruensionierung die Rückvermischung weitgehend verhindert wird. Ein unten angeordneter Verbindungskanal hat den Vorteil, daß die Zelle über den Eintrittsstutzen vollständig entleert werden kann«

Schließlich kann es bei größeren Elektrolyseuren von Vorteil sein, in Gruppen zusammengefaßte Umlaufsysteine nach der in Fig. 5 angegebenen ¥eise miteinander zu verbinden, während innerhalb einer Gruppe die hydrodynamische Kopplung nach Beispiel 2 erfolgt.

Beispiel h

Eine dem idealen Ströiaungsrohr angenäherte Strömungsfortn wird erreicht, wenn die einzelnen Uralaufsysteme nacheinander mit hohen Elektrolytgeschwindigkeiten durchströmt werden, ohne daß die Möglichkeit einer Rüokvermischung zwischen ihnen gegeben ist. Dazu wird jeder Rückströmkanal mit dem Elektrodenkanal der benachbarten Zeile verbunden, wie das schematisch in den Figuren 6 bis 8 dargestellt ist. Pig. 6 zeigt die Draufsicht auf ein© Halbzelle ( ohne Diaphragma) mit teilweise unterbrochenen Ebenen der Elektrodenkanäle bzw. Elektroden«, Fig» 7 zeigt eins. Schnittdarstellung in Höhe der oberen Überströmöffnungen und Fig. 8 eine Schnitt— darstellung Iu Höbe der Mittellinie. Bor bei 11 eintretende Elektrolyt gelangt durch die erst© der Überströmöffnungen

in den ersten Slektrodenkanal 7 und über die obere Überströ'm öffnung in den Ruckströmkanal, welcher mit der unteren Über— ströraöffnung zu dem benachbarten Elektrodenieana1 verbunden ist» Der Elektrolyt durchläuft so nacheinander sämtliche Elektrodenkanäle und verläßt die Zelle durch den Austrittsstutzen 12. Sämtliche Rückströmicanäle sind oberhalb des Flüssigkeitsspiegels durch die Gasabtrennzone 3 verbunden» Die abgeschiedenen Gase treten durch den Stutzen k aus· Die übrigen Ziffern haben die gleiche Bedeutung wie in Fig. 1 , 2, h und 5.

Bei dieser Variante ist die Anzahl der hintereinanderzuschaltenden Elektrodenkanäle bzw. die Dosiermenge nur in einem bestimmten Bereich frei wählbar. Die Dosiermenge wird begrenzt dureh den Volunienstrom, welcher auf Grund der fördernden Wirkung der entwickelten Gasmenge maximal transportiert werden kann« Andernfalls baut sich eine Wiveaudifferenz zwischen Eintrittsseite und Austrittsseite auf, die zu einem Flüssigkeitsübertritt durch die Gasabtrennzone führen würde_e Durch Kombination mit Beispiel 2 , also durch Hintereinanderschaltung mehrerer in sich parallel geschalteter Segmente kann, dieses Prinzip dem jeweiligen Elektrodenprozeß weitgehend angepaßt werden.

28,SU IS/8-oiM;

Claims (2)

Ey f indungsanspruch

1« Vorrichtung zur Durchführung unter Gasentwicklung ablaufender katodischer und/oder anodischer Prozesse, gekennzeichnet dadurch, daß an einer oder auch an beiden Elektroden der Elektrodenraum in einzelne, durch Verbindungsleitungen hydrodynamisch miteinander gekoppelte Uralauf systeme von mindestens 1 m Höhe aufgegliert ist, welche aus senkrechten Elektrodenkanälen von 2 bis 20 mm Breite und 0,5 bis 5 nun Dicke sowie hinter oder in der Elektrode angeordneten 1 bis 10 mm dicken Rückströmkanälen gebildet werden, die über unten und/oder oben angeordnete Üborströmöffnungen unter Zwischenschaltung einer Gasabtrennzone verbunden sind·

2»_e Vorrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Elektrodenkanälo vorzugsweise rechteckig, trapezförmig oder halbkreisförmig ausgebildet ist und die Zwischenstege schmal gehalten -werden·

H₆ Vorrichtung nach den Punkten 1 und % > dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Umlaufsysterne um oder über Z m beträgt·

^ Vorrichtung nach den Punkten 1 bis 3 dadurch zeichnet, daß die Ruckströrakanäla mindestens den doppelten Querschnitt der Elektrodenkanäle haben.

Vorrichtung nach dem Punkten 1 . bis ^f* dadurch gekenn~ zeichnet,daß vorzugsweise nach dem Fxlterpressenprinzip aufgebaute Elektrolysezellen nsit plattenförmigen Elektroden verwendet werden«

Vorrichtung nach den Punkten 1 bis <@ dadurch gekennzeichnet, daß di© Rückströmkanäle in den Elektrodenkörper integriert sind.

Vorrichtung nach den Punkten 1 bis H dadurch gekenn«· zeichnet, daß die RuckstrÖmkanäle in dem Elektrodenträgör aus elektrisch leitendem oder isolierendem Material eingearbeitet sind«

Vorrichtung nach den Punkten 1. bis t& dadurch gekennzeichnet , daß die Rüekströmlcanäle durch Abstandsstreifen aus nichtleitendem, flexiblem Material gebildet werden. Vorrichtung nach den Punkten 1. bis B dadurch gekennzeichnet , daß die Elektrodenkanäle durch Abstandsstreifen aus flexiblem, nichtleitendem Material zwischen Elektrode und Diaphragma bzw. Elektroden und Gegenelektrode gebildet werden.

Vorrichtungen nach den Punkten 1» bis f| ,dadurch gekennzeichnet , daß die Elektrodenkanäle in die Elektrode eingearbeitet sind.

Vorrichtung nach den Punkten 1· bis ά dadurch gekennzeichnet, daß die Elaktrodenkanäle durch Verwendung gerippter Diaphragmen ausgebildet worden. Vorrichtung nach den Punkten 1 · bis 41 ,dadurch gekonnte ich net, daß plattenförmige Festelektroden aus kompaktem Material verwendet werden.

Vorrichtung nach den Punkten 1 .bis 4$ S dadurch gekonnt zeichnet, daß Verbundelektroden aus einem Ventilmetall mit ganz oder teilweise aktivierter Oberfläche verwendet werden.

Vorrichtung nach den Ptmkten I.bis 4# ,dadurch gekennzeichnet , daß bei geteilten Zellen Diaphragmen aus mikroporösen flexiblen Materialien,z.B« aus Polyvinylchlorid ,verwendet werden.

Vorrichtung nach den Punkten 1.bis t% ,dadurch gekennzeichnet, daß bei geteilten Zellen Ionenaustauschermembranen, z.B. aus Polytetrafluoräthylen, verwendet werden.

Vorrichtung nach den Punkten 1· bis 4t§ , dadurch^jekejina_ej_chn_ejb, daß die hydrodynamisch© Kopplung der einzelnen Umlaufsystetae durch oban und unten in der elektrolysezelle angeordnete gemeinsame Verbindungsleitungen in der Weise erfolgt, daß sie vom zugeführten Elektrolyten parallel durehflossen werden.

Vorrichtung nach den Punkten 1. bis *IS , dadurch gekennzeichnet, daß die hydrodynamische Kopplung benachbarter Uralaufsysteme durch abwechselnd oben und unten in der Elektrolysezelle angeordnete Verbindungsleitungen in der Weise erfolgt, daß sie vom zugeführten Elektrolyten nacheinander durchflossen "»erden.

Vorrichtung nach den Punkten 1, bis τ? > dadurch gekennzeichnet , daß die hydrodynamische Kopplung der einzelnen Uni laufsysteme durch Verbindung dos Rückströmkanals des vorhergehenden mit dem Elektrodenkanal des nachfolgenden Zollenelernents erfogt und der Elektrolyt all© Elektrodenkanäle nacheinander durchströmt.

Vorrichtung nach Punkt 1. bis 4% , dadurch gekennzeichnet , daß die Überströraöffnungen bzw» Verbindungsleitungen zwischen den Uralaufsystemen in der Ebene der Rückströiakanäle, der Elektroden oder der Elektrodenkanäle bzw» in mehreren Ebenen angeordnet sind*

Vorrichtung nach Punkt 1. bis Ίϋί ', dadurch gekennze_ichn©_t, daß die Umlauf systeme gruppenweise zusammengefaßt sind und vom Elektrolyten nacheinander durchströmt -werden, während die Umlaufsysteme innerhalb einer Gruppe parallel durchströmt werden. Vorrichtung nach Punkt 1. bis Jl-O » dadurch gekenn- ζeichnejfc, daß bei parallel durchströmten Elektrodenkanälen ein gemeinsamer Ruckströmkanal angeordnet wird.