172244. lajstromszámú szabadalom • Eljárás klorid iont tartalmazó vizes oldatok elektrokémiai bontására
9 172244 10 állvány- vagy kerettagokba, melyek viszont el vannak látva megfelelő tömítéssel és kialakításuk olyan, hogy biztosítsa a megfelelő távolságot az egyes elemek között, így kialakítva az anód-, katód- és pufferteret. A kerettagok ugyanakkor el vannak látva a fentiekben részletezett beömlő- és kiömlő nyílásokkal és egymáshoz rögzítve vannak kötőgerendákkal, csavarokkal vagy más, önmagában ismert alkalmas eszközzel. Erre az úgynevezett „présszűrő” elrendezésre jellegzetes példát ismertet a 2 282 058 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás. Alternatív módon a cellatest kialakítható megfelelő anyagból készült olyan dobozként, amelyben az anód, katód és a membrán megfelelő helyen végzett beszerelésével alakítjuk ki a cellatereket. Ilyen elrendezés ismert a 3 324 023 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásból. Továbbá a cella lehet „hagyományos” klór-alkáli típusú, vagyis a cellában átlapolt elrendezésű anódok és katódok vannak, továbbá a bevonatos azbeszt-diafragmát a fentiekben ismertetett membránok valamelyikével helyettesítjük a kívánt pufferterek kialakítására. Ilyen cellaelrendezés ismert a 3 458 411 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásból. Úgy véljük, szakember számára nyilvánvaló, hogy a fentiekben ismertetett cellaelrendezések pusztán példák arra nézve, hogy milyen cellatípusok alkalmazhatók. A fentiekben ismertetett egyes cellaszerkezetek esetében a korábbiakban már említett, megfelelő minőségű anyagokat használjuk a cella egyes részeinek kialakításához. Továbbá úgy véljük, szakember számára az is nyilvánvaló, hogy az egyes esetekben alkalmazott cellaelrendezés az adott cellával szemben támasztott követelményektől függ. A csatolt rajzlapokra, illetve ábrákra visszatérve az 1. ábrán — amely a találmány szerinti, három rekeszből álló elektrolizáló cella sematikus ábrázolása — a cellatest az 1 referenciaszámot viseli. Az 1 cellatest a 3 anódtérből, a 7 katódtérből és az anód- és a katódteret elválasztó 11 pulfertérből van kialakítva. Az anód- és a katódtérben az 5 anód, illetve a 9 katód van elhelyezve. A 11 pufferteret határolva, illetve azt a 3 anódtértől és a 7 katódtértől elválasztva a cellában a 13 és a 15 zárófal vagy membrán van elhelyezve, ahol a zárófal — mint említettük — hidratált kationcserélőgyanta-membrán, ami nem más, mint egy szulfonsavcsoportokat hordozó fluorozott kopolimerből készült film. A 3 anódtér el van látva a 17 beömlő nyílással, amelyen keresztül az elektrolitot, például nátrium-klorid-oldatot tápláljuk be. A 3 anódtér ugyanakkor el van látva a 19 kiömlő nyílással, amelyen keresztül a kimerült elektrolit távolítható el az anódtérből. Továbbá a 3 anódtér el van látva a 21 gázkivezető nyílással, amelyen keresztül az elektrolízis gázhalmazállapotú bomlástermékei, így például az elemi klórgáz távolítható el az anódtérből. Bár az ábrán látható módon az elektrolit beömlő nyílása és a gázhalmazállapotú elektrolízistermékek kivezető nyílása az anódtér felső részén, míg a kimerült elektrolit elvezetésére szolgáló kiömlő nyílás az anódtér alsó részén helyezkedik el, kívánt esetben ezek a beömlő és kiömlő nyílások másképp is elrendezhet ők. Hasonló módon all puffertér is el van látva a 23 beömlő nyílással és a 27 kiömlő nyílással. Ha a találmány szerinti elektrolizáló cellát nátrium-klorid-oldat elektrolizálására használjuk elemi klór és nátrium-hidroxid előállítása céljából, abban az esetben a 23 beömlő nyíláson át a puflértérbe vizet vezetünk és kívánt esetben a 27 kiömlő nyíláson át híg nátrium-hidroxid-oldatot vezetünk ki. Továbbá a 7 katódtér el van látva a 29 kiömlő nyílással és a 25 beömlő nyílással, amelyeken nátrium-klorid-oldat elcktrolizálása esetében elektrolízistermékként nagy tisztaságú tömény nátrium-hidroxid-oldatot távolítunk el, illetve vizet vagy nátrium-hidroxid-oldatot vezetünk be. Továbbá adott esetben a katódtér el lehet látva a gázhalmazállapotú melléktermékek elvezetésére szolgáló nyílással (az ábrán nem látható). Az anódtér beömlő és kiömlő nyílásaihoz hasonlóan a katódtér és a puffertér beömlő és kiömlő nyílásai is kívánt esetben másképp rendezhetők el, mint az az 1. ábrán látható. A 2. ábrán az 1. ábrán ábrázolt elektrolizáló cella módosított változatának sematikus ábrázolása látható, azaz a módosítás értelmében az anód- és a katódtér között több, mint egy puffertér van elrendezve. Mint az a 2. ábrán látható, a 2 cellatest úgy van kialakítva, hogy a 4 anódtere és a 8 katódtere van, amelyeket a 12 és a 14 puffertér választ el egymástól. A 4 anódtérben a 6 anód, illetve a 8 katódtérben a 10 katód nyert elhelyezést. A 16, 18 és 20 zárófalak vagy membránok határolják a 12 és 14 pufferteret, és elválasztják azokat a 4 anódtértől és a 8 katódtértől. Mindhárom membrán anyaga a korábbiakban részletesen ismertetett, szulfonsavcsoportokat hordozó fluorozott kopolimerből készült film. A 4 anódtér el van látva a 22 beömlő nyílással és a 24 kiömlő nyílással az elektrolit, például a nátrium-kloridoldat betáplálására és kiürítésére. Az anódtér el van látva továbbá a 26 gázkivezető nyílással az elektrolízis során képződő gázalakú termékek, például az elemi klór elvezetésére. A 12 és 14 puffertér el van látva a 30 és 32 beömlő nyílásokkal és a 36 és 38 kiömlő nyílásokkal. Amennyiben az elektrolizáló cellát nátrium-klorid-oldat elektrolizálására alkalmazzuk, akkor jellemző módon a 30 és a 32 beömlő nyílásokon át vizet vezetünk be a pufferterekbe, illetve a 36 és a 38 kiömlő nyílásokon át híg nátrium-hidroxid-oldatot távolítunk el belőlük. A 8 katódtér is el van látva a 40 beömlő nyílással és a 34 kiömlő nyílással. Ha az elektrolizáló cellát nátrium-klorid-oldat elektrolizálására hasznosítjuk, akkor a 34 kiömlő nyíláson át nagy tisztaságú tömény nátrium-hidroxid-oldatot távolítunk el, illetve a 40 beömlő nyíláson át vizet vagy híg nátrium-hidroxid-oldatot táplálunk be. Mint az 1. ábrán ábrázolt elektrolizáló cella esetében is, itt is elláthatjuk a katódteret a gázalakú melléktermékek, például a hidrogéngáz eltávolítására szolgáló nyílással (nem ábrázoltuk). A 3. ábrán a 2. ábrán vázolt elektrolizáló cella módosított változatának, azaz egy, az anód- és a katódtér között négy pufferteret tartalmazó elektrolizáló cellának a sematikus ábráját láthatjuk. Mint aza 3. ábrán látható, az 1 cellatest úgy van kialakítva, hogy a cellának a 3 anódtere és a 13 katódtere van. Ezeket a tereket egymástól az 5, 7, 9 és 11 pufferterek választják el. A 3 anódtérben a 15 anód, illetve a 13 katódtérben a 17 katód helyezkedik el. A 19, 21, 23, 25 és 27 membránok vagy zárófalak határolják a puffertereket és választják el azokat az anód- és a katódtértől. A 19, 21 és 23 zárófalak a korábbiakban részletesen ismertetett, szulfonsavcsoportokat hordozó fluorozott kopolimer filmjéből 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 5
