183256. lajstromszámú szabadalom • Bipoláris diafragmás vagy membrános elektrolizáló kád és bipoláris elem
1 183 256 2 lete körül elrendezett négyszögletes keretet foglal magába. A találmány szerinti bipoláris elem terelőlemezeket foglal magába, amelyek a bipoláris fa! — amely az anód felőli oldalon „szelepfém”-ből, a katód felőli oldalon pedig acélból van kialakítva - felületeinek teljes szélességében vannak elosztva, tartalmazza továbbá egy „szelepfémből” készült anód elektródát, amely az említett, „szelepfémből” készült terelőlemezek élein helyezkedik el és nem-passziválható burkolattal van ellátva, magába foglal továbbá egy katód elektródát, ami katódosan ellenálló fémből készül és az említett acél terelőlemezek éleire van felhelyezve, a terelőlemezek váltakozva hajolnak el hol az egyik, hol a másik irányban a bipoláris falra merőleges függőleges síkhoz képest, ily módon létrehozva egy sor függőleges áramlási csatornát, amelyek a bipoláris fal majd teljes magasságában elnyúlnak, és a két szomszédos terelőlemez élei által befogott elektródafelületnek a terelőlemezek által meghatározott áramlási keresztmetszethez való aránya eltér a sorban szomszédos áramlási csatorna megfelelő arányszámától. A találmány tárgya új típusú bipoláris diaíragmás vagy membrános elektrolizáló kád és bipoláris elem. A klór és az alkáli fémek hidroxidjai, mint például a nátriumhídroxid vagy a káliumhidroxid ma már széles körben alkalmazott anyagok minden iparosított országban. Ezeket majdnem minden esetben alkáli fémek kloridjainak vizes oldatából nyerik elektrolízis útján, és a termelés nagy része olyan üzemekben megy végbe, amelyek diafragmával vagy membránnal ellátott elektrolizáló káddal dolgoznak. A mérettartó szerkezeti anyagok előtérbe kerülésével az ún. szűrőprés elrendezést használják leginkább a diafragmával vagy membránnal ellátott elektrolizáló kádakhoz. Az ilyen típusú elektrolizáló kádak számos függőleges elrendezésű bipoláris elemet tartalmaznak. Egy bipoláris válaszfal egyik oldalán a katódszerkezet, másik oldalán pedig az anódszerkezet található és az egyik bipoláris elem anódszerkezete és a sorban mellette elhelyezkedő bipoláris elem katódszerkezete között membránok vagy diafragmák vannak. Az elektrolizáló kád a sorozat két szélén egy anódos zárólemezt és egy katódos zárólemezt tartalmaz, amelyek az áramforrás megfelelő sarkaira vannak csatlakoztatva. A bipoláris lemez vagy fal többszörös feladatot tölt be. Tulajdonképpen a szóban forgó elektródatér záróiapjaként szolgál és villamosán összekapcsolja a bipoláris elem egyik oldalán lévő katódot a másik oldalon lévő anóddal. Egy keret, amely gyakran egybe van építve a bipoláris fallal, tömítőfelületet alkot az elektródatér körül. Az elektródák általában rácsszerűen vannak kiképezve, terpesztett lemezek vagy perforált lemezek, amelyeket bordák vagy összekötőelemek rögzítenek a bipoláris falhoz, azzal párhuzamosan és megfelelő távolságban. Az elektródák gyakran komplanárisan helyezkednek el a keret tömítőfelületéhez képest és az elektródák közötti rést, valamint az elektródáknak a diafragmától való távolságát sok esetben a keret tömítőfelülete és a diafrngma között elhelyezett, megfelelő vastagságú tömítések határozzák meg. Minden egyes bipoláris elem keretén be- és kiömlőnyílások vannak az elektrolit és az elektrolízis termékeinek vezetésére, úgyhogy az elektrolit bevezetése, valamint a termék kinyerése minden elektródatémél különkülön megy végbe elosztó- és gyűjtőhelyek útján, amelyek az elektrolizáló kádon kívül helyezkedhetnek el vagy belső járatokként vannak kialakítva, amelyeket úgy nyerünk, hogy koaxiális lyukakat fúrunk a keret teljes vastagságában. Műszaki és gazdaságossági szempontokból egyaránt szükségessé vált olyan elektrolizáló tér kialakítása, amely nagy elektródafelületekkel rendelkezik, de ugyanakkor az elektródatér szélessége minimális és amely terek párhuzamosan betáplálhatók és leüríthetők elosztókkal és gyűjtőterekkel, amelyek akár az elektródatéren belül vagy azon kívül vannak elhelyezve. Az egyik ilyen műszaki megoldás a bipoláris elektrolizáló kádak energiaellátására vonatkozik, amely igen nagy számú sórbakapcsolt egységcellából áll és ezért a kivezetőkapcsoknál többszáz voltos tápfeszültségre van szükség. Figyelembe véve a korszerű szilícium egyenirányítók áramirányfordítási képességének határait, az egyes egyenirányító áramkörök csak egy bizonyos számú sorbakapcsolt elektrolizáló teret tudnak árammal ellátni. Éppen ezért kívánatos, hogy az elektródafelületek a lehető legnagyobbak legyenek, hogy elfogadható arányt kapjunk az egyenirányító áramkörök költségei és az elektrolizáló kádak termelési kapacitása között. Ugyanakkor a tömör elrendezés és annak szükségessége, hogy megtakarítsuk az igen drága, a kivitelezéshez azonban elengedhetetlenül szükséges anyagokat, megkívánják, hogy a bipoláris elemek a lehető legvékonyabbak legyenek, hogy az elektródaterek mélységét és szélességét a minimumra lehessen csökkenteni. így tehát a korszerű elektrolizáló kádakat már úgy alakítják ki, hogy az elektródafelület 2 m2-nél is nagyobb legyen, ugyanakkor az elektródatér mélysége mindössze néhány cm nagyságrendű. Ezek a cellageometriák, habár bizonyos szempontból optimálisnak tekinthetők, problémát jelentenek a teljes cellafelület egyenletes üzemeltetése tekintetében és ez a probléma még súlyosabbá válik azáltal, hogy az elektrolízist — kézenfekvő gazdaságossági okok miatt — nagy áramsűrűséggel kellene elvégezni. így például a nátriumklorid-oldatnak a fent leírt típusú elektrolizáló kádban történő elektrolízisénél - mikoris a kád egy félig permeábilis diafragmával, mint katíonos membránnal van ellátva — a majdnem telített sóoldatot az egyes anódterekbe egy bevezető nyíláson keresztül vezetik be, ami többnyire az anód fenékrészének környezetében van kialakítva. Az elhasznált sóoldat és az anódnál keletkezett klórgáz a cellát az anódtér tetején vagy ahhoz közeleső nyíláson keresztül hagyja el és egy elosztó-csővezetékben lesz összegyűjtve; majd a klór leválasztása után a sóoldatot vagy visszavezetik a telítési/tisztítási fokozatba, vagy pedig a frissen telített sóoldattal együtt az anódtérbe kerül visszavezetésre. A nátriumionok a membránon keresztül a katódtérbe vándorolnak, a kátédnál hidrogén és nátriumhídroxid keletkezik. A katódtérbe vizet vagy hígított nátriumhidroxidot vezetnek be, a hidrogéngázt és a koncentrált kausztikumot pedig regenerálják. A kloridionoknak az anód aktív felületére, a kettős anódos rétegen keresztül diffúzió útján való átvitelével együttjáró, jól ismert kinetikai problémák általában igen nagy örvénylést és magas ionkoncentrációt követelnének meg az anolitben, azaz az anolit ütközési sebességének igen nagynak kellene lennie, az anód felülete mentén, hogy csökkenjen 5 '0 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
