199169. lajstromszámú szabadalom • Elektrolizáló berendezés
1 199169 2 A találmány tárgya elektrolizáló berendezés vizes oldatok elektrolízisére. Az elektrolit összetételét és hőmérsékletét az elektrolízis hatékonysága érdekében — például fémek elektrolitikus leválasztása, raffinálása, különféle vegyűletek anódos oxidációval történő előállítása, illetve ilyen oxidációt igény' lő vegyi folyamatok végrehajtása, továbbá galvánozás, stb. esetén — megfelelő előírt értéken kell tartani. A koncentrációkülönbségek kiegyenlítése érdekében az oldat keverésére van szükség. Ha a folyamat az elektrolit fűtését vagy hűtését kívánja meg, gondoskodni kell az elektrolit áramoltatásáról az elektródák és a hőcserélő, illetve a fűtőegység között. A hűtés nélkül végrehajtott folyamatoknál — például galvánozás — az elektrolit túlmelegedésének elkerülése érdekében korlátozni kell az oldat térfogategységére vonatkoztatott árammennyiség értékét és viszonylag nagy méretű elektrolizáló kádakra van szükség. A fűtés vagy hűtés alkalmazása sok esetben elkerülhetetlen. Fém, mangán vagy mangán(IV)-oxid elektrolitikus leválasztásánál például fűtés, illetve hűtés nélkül nem állítható elő jó minőségű termék. A hűtést, illetve a fűtést többnyire az elektrolit áramoltatása mellett az elektrolitba merülő hőcserélőkkel biztosítják. Az ipari elektrolizáló cellák hűtésének és fűtésének napjainkban széles körben elterjedt módszere szerint az elektrolizáló kádban lévő elektrolitot a cellák és külső — az elektrolizáló kádon kívül elrendezett — hőcserélők között cirkuláltatják. Ilyen megoldásokat ismertet például Winnacker-Küchler: Chemische Technologie, 2. kötet 639. oldal, 1982, vagy Ullmann’s Encyclopedia der technischen Chemie, 4. kiadás, 24. kötet, 608. oldal, 1983. A megoldás hátránya a folyamatos, intenzív cirkuláltatással járó többletenergia igény, valamint az, hogy a fűtés, illetve hűtés szempontjából beállított cirkuláció a koncentrációkülönbségek kiegyenlítése szempontjából nem biztos, hogy megfelelő. Az elektrolit fűtésére elterjedt megoldás még az elektrolizáló cellában lévő elektrolitba történő közvetlen gőzbevezetés. Ilyen megoldást ismertet például Winnacker-Küchler: Chemische Technologie, 2. kötet, 639. oldal, 1982. A hő- és elektrolitveszteségek csökkentése céljából a cellát befedik, vagy az elektrolit felületét folyékony paraffinnal borítják be. A koncentrációkülönbségek kiegyenlítése érdekében szükséges cellán belüli oldatcirkuláció az esetben sem biztosítható kellő mértékben. Az elektrolit keverésére ismert az a módszer, amelynek lényege, hogy az elektroliton valamilyen gázt buborékoltatnak keresztül. A gázt nyomás alatt vezetik be az elektrolizáló kád fenekére lefektetett perforált elosztócsőbe. Ilyen megoldás ismerhető meg például az 1 392 705 számú GB (brit) szabadalmi leírásból. A 3 959 112 számú US szabadalmi leírás szerint az elektrolizáló kád fenekén elhelyezett perforált elosztócső helyett célszerű e porózus anyagból készült elosztócsövet hasz-, nálni, mivel az a finomabb buborékok egyenletesebb elosztását biztosítja. Bár a buborékok hatásosan keverik az elektrolitot, az ilyen megoldások hátránya, hogy az elektrolizáló kád fenekén elrendezett gázelosztó csövek miatt a kádak tisztítása nehézkes, aminek következménye lehet, hogy az elosztócsövekre tapadó felhalmozódó iszap a buborékoltató nyílásokat eltömíti és a kívánt keverőhatás elmarad. A fenti problémák kiküszöbölésére a 4 263 120 számú US szabadalmi leírásban olyan megoldást javasolnak, amely szerint a buborékos oldatkeverésre szolgáló gázt nem a kád fenekére fektetett csöveken vezetik az elektrolitba, hanem az anódlemezek alsó éléhez erősített elosztócsöveken át juttatják az elektrolizáló kádba. Eltekintve attól, hogy ez a megoldás kifejezetten csak az oldat keverésére, illetve a koncentrációkülönbségek kiegyenlítésére szolgál, és az esetleg szükséges fűtést vagy hűtést nem biztosítja, hátránya, hogy alkalmazása állandó felügyeletet igényel, továbbá a gázt az élektrolit hőmérsékletére elő kell melegíteni, és előzetesen vízgőzzel kell telíteni, hogy a bepárlás hatására az elektrolit koncentrációja ne változzon. A gáz komprimálásához és előkészítéséhez szükséges ráfordítások továbbá az elektrolízis költségeit növelik. A találmánnyal célunk vizes oldatok elektrolízisére olyan berendezés kialakítása, amelynek révén a fenti hiányosságok kiküszöbölhetők és az elektrolit folyamaton belüli intenzív keverése külön energiafelhasználás nélkül megoldható. A kitűzött feladat megoldására olyan elektrolizáló berendezést alakítottunk ki, amelynek elektrolitot befogadó elektrolizáló kádja van, amelyben függőleges helyzetben, váltakozó polaritással egymással párhuzamos pozitív és negatív elektródák vannak elrendezve és az elektrolizáló kádhoz kívülről vagy belülről hőcserélő csatlakozik és/vagy az elektrolizáló kádban hőátadó közeg bevezetésére szolgáló perforált gőzvezetékek vannak elrendezve, és a találmány szerint az elektrolizáló kádban a pozitív és negatív elektródákon kívül függőleges kádtér válaszfalakat rendeztünk el úgy, hogy azok alsó pereme a kádfenék fölött, felső pereme pedig az elektrolit felszíne alatt helyezkedik el. Diafragmás elektrolizáló kád esetében az elektrolizáló kád álfenékkel van ellátva, amelynek nyílásaihoz felül nyitott, az elektródák felé néző oldalon diafragmákkal ellátott anódszekrények alsó része vízzáróan csatlakozik, és a találmány szerint az anódszekrényekben elrendezett pozitív elektródák síkjára merőlegesen mindkét oldalon anódszekrény válaszfalak vannak elrendezve, amelyeknek alsó pereme az elektrolit alsó szintje fölött, felső 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
