DE1944051C - Verfahren zum Einstellen des Anodenabstandes in Elektrolysezellen mit beweglicher Quecksilberkathode - Google Patents

Description

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Die Erilndiing betrifft ein Verfahren zum Einstellen des Abstandes zwischen einer oder mehreren hiingend angeordneten Anoden und einer beweglichen Quecksilberkathode von Zellen für die Elektrolyse wäßriger Lösungen während des Betriebes, wobei die Höhenverstellung der Anoden dutch in der Drehrichtimg veränderbare Motoren erfolgt.

Horizontale Quccksilberzcllen bestehen bekanntlich aus einem überdeckten länglichen Trog, der etwas geneigt ist, so daß am Doden eine die Kathode bildende Quecksilberschicht fließen kann. Die Anoden, üblicherweise Graphitanoden, sind an Sammelschienen hän<· gend so befestigt, daß ihre Unterseiten im Abstand über der fließenden Quecksilberkathode angeordnet sind. Dieser Abstand ist nun für den Wirkungsgrad der Zelle ausschlaggebend und muß daher sehr genau eingestellt werden. Da sich Graphitanoden während des Betriebs abnutzen, ist es außerdem erforderlich, daß der Abstand zwischen Anode und Kathode nachreguliert wird.

Zur Einstellung dieses Abstands während des Betriebs verwendet man bekanntlich Motoren mit umkehrbarer Drehrichtung (USA.-Patentschrift 3 390 070). Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung wird nacheinander jede der Graphitanoden von einer dafür konstruierten Vorrichtung oben ergriffen und der Quecksilberkathode genähert (deutsche Auslegeschrift 1065ί;!9). Die Annäherung erfolgt so weit, bis die Stiomstärke einen vorher festgelegten, zellenspannungsabhängigcn Wert erreicht. Es kann jedoch auch auf einen raschen Stroman tieg abgestellt werden, der sich bei Berührung von Anode und Kathode einstellt. Von diesen Meßwerten, nämlich dem Erreichen einer bestimmten Stromstärke oder dem starken Anwachsen infolge Kurzschlusses, ausgehend wird die Anode in umgekehrter Richtung so weit bewegt, bis der gewünschte Anodcnabsiand erreicht ist.

Diese Verfahren haben jedoch den Nachteil, daß sie beispielweise bei einem Einsatz von Titananoden mit einem Platinmetallüberzug nicht verwendet werden können, da sich bei derartigen Anoden auf Grund hoher Stromstärken der Überzug auflöst und verlorengeht. Bei Verwendung von Graphitanoden nimmt man in Kauf, daß infolge des hohen Stroms in den Stromleitern eine starke Erwärmung auftritt, was zu hohen Verlusten führt, und daß auf Grund der dadurch bedingten Reaktionen in dem Chlorgas zuviel Wasserstoff vorhanden ist. Ein weiterer Nachteil ergibt sich daraus, daß die Zellenspannung als Funktionsgröße zur Einrcgulicrung des Abstandes verwendet wird. Die Zcllenspannung selbst ist nämlich wiederum vom Zellenstrom, der Zcllcntcmpcratur, der Anodenstärke, der Lösiingskonzcntration und anderen' Faktoren abhängig, wobei insbesondere die Temperatur und die Konzentration schnell und häufig schwanken. Hei Verwendung der Zellenspanming als Einsfellgrößc kann es beispielsweise passieren, daß die Anodeneinstellung unnötigerweise vorgenommen wird und dann nicht genau ist, was eine Erhöhung der Energiekosten und eine Verringerung des Wirkungsgrades zur Folge hat.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, mit einem Verfuhren der eingangs genannten Art eine genaue Einstellung des Anodcnabstnmlcs automatisch oder von Hand zu ermöglichen, ohne daß von einem sehr hohen Strom bei starker Annäherung der Elek-'roden oder sogar von einem Kur/schltißstrom im Kontaktfolie «Is Null-Lage für die Abstaiidshemessung ausgegangen wird,

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahrender eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß die die Drehrichtung eines Hydraulikmotors bestimmende Strömungsn'chtung der Hydraulikflüssigkeit durch die Induktion der Änderungen des Magnetfeldes der Anodenstromzuleitimg in einen magnetischen Schalter über ein elektrisch betätigtes Ventil der Hydraulikto mntorzuleitung intermittierend gesteuert wird.

Der Ansprechbcieich des magnetischen Schalters gegenüber den Änderungen der Anodenstromzuleitungen wird zweckmäßigerweise durch Drehung des magnetischen Schalters, bezogen auf den Verlauf der Anodenstromzuleitimg, eingestellt. Zur Reduzierung des Feldeinfliisses wird der magnetische Schalter durch ein Stahlrohr abgeschirmt. Eine bessere Einstcllmöglichkcit wird dadurch erreicht, daß an der Anodenstromzuleitung mehrere magnetische Schalter unterschiedlichen Stromwerten zugeordnet werden. Zwcckmäßigerweise bewegt man die Anoden gruppenweise.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß die Anodi.neinstellung dann und nur dann erfolgt, wenn sie erforderlich ist, wobei die Einstellung vollautomatisch ausgeführt werden kann. Durch Einstellen der Anodenhöhe, abhängig von einem festgelegten Magnetfluß in dem Anodenleiter, ist über eine einfache Schaltung eine äußerst genaue Einstellung des Elektrodenabstandes möglich.

An Hand der Zeichnung wird eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine Anordnung zur Einstellung der Anodenhöhe;

Fig. IA zeigt perspektivisch in einer Einzelheit die Anbringung des magnetischen Schalters;

F i g. 2 zeigt die Schaltung der Hydraulikanordnung mit den elektrischen Anschlüssen;

F i g. 3 zeigt in einem Schaltbild die elektrische Steuerung füi die Einstellung des Anodenab.standes.

Der Aufbau der in F i g. 1 gezeigten Anodcnaufhängung einer Chlor-Alkali-Zelle ist an sich bekannt (USA.-Patentschrift .1390 070). Durch den Zcllcndeckel 115 sind dabei vier I lubschrauben 114 liindurchgeführt, die über einen Kettenantrieb 111 miteinander verbunden und bewegbar sind. In F i g. L sind zwei U-förmige Profilschienen 112 gezeigt, die jeweils mit zwei gegenüberliegenden f lubschrauben 114 so verbunden sind, daß sie bei Betätigung des Kcttenantriebe 111 angehoben oder abgesenkt werden können. An den Profilschienen 112 hängen an Stäben 116 jeweils fünf Anoden 113, wobei die Verbindung der Stäbe 116 mit der Profilschiene 112 gleichzeitig elek-Irisch leitend ist. Mit einer Stirnseite einer Profilschiene 112 ist jeweils eine Anodenstromzuleitimg 129 über einen Aiisglcichsbogcn 128 leitend befestigt.

Der in F i g. 1 gezeigte Hydraulikmotor 121 ist über Leitungen 122 und 123 an die Hauptleitungen 124 bzw. 125 angeschlossen.

Aus den Hauptleitungen 124 und 125 strömt Hydraulikflüssigkeit durch die Leitungen 122 und 123 zu dem Hydraulikmotor 121 hin und davon weg, wenn ein Magnetventil 126 geöffnet ist. Abhängig von der Stellung des in F i g. 2 gezeigten Vicrwcgehahns 220 «5 infolge eines in den Leitungen 311 fließenden Stromes ist die eine oder die andere Hauptleitung 124 bzw. 125 driickbcnufschlagt. Das Magnetventil 126 wird so lange geschlossen gehalten, bis es von seinem Magneten

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(Fig. .1) betätigt wird. Hei der in Γ i g. I gezeigten der lindere Pol in einer Stellung den 24-Volt-Kreis Für

.AniirdiHiiig sind jeweils fin ein l'rtililselijenenpimr 112 den automatischen Betrieb schließt und in seiner

ein Miignelveiiiil 126 und ein Hydraulikmotor 121 andeien Stillung für den I hmdhcirieli öffnet. Pie aus

vorgesehen. dein Tninsformator 313 kommende Wechselspannung

Wie in I'i g. I A zu .sehen ist, sil/t an tier Anoden- 5 von 24 V wird in einem Gleichlichter .HS gleichstrom/iilutung 128 ein magneti.selier Schalter 329, der gerichtet. liinc Leitung geht vom Gleichrichter direkt von einem Stahlrohr 117 abgeschirmt und durch eine zum Magnetventil 126, die andere Leitung führt zu Klammer 118 gehallen Kt. Der magnetische Schalter dem Schalter 314 bzw. 316. Dei Schalter .U6 kann nur 329 wird von einem Magnetfeld betätigt, das durch durch Handbetätigung geschlossen werden. In Schließden Strom in der Anodenstromziileitung 129 erzeugt io stellung ist durch einen Pol des Si.hallers (Ilt M-VoItwird. Der magnetische Scludler329 ist über Leitungen Gleichstromkreis mit einem Drehschalter 3ÜI verbiin-312/f und 312/? an die elektrische Steuerschaltung den, während der andere Pol den 115-Volt-Wechselangeschlosscn. Das Stahlrohr 117 dient zur Ahschir- Stromkreis zum Magneten 222 des Vierwegehahns 220 nnmg, so dall nur ein Teil des erzeugten Magnetfeldes schließt und die Strönuingsriclitung der Hydraulikwirksam wird, line weitere Finstellting ist durch 15 flüssigkeit in den Leitungen 124 und 125 und srnrt die Drehung des magnetischen Schalters 329 möglich. Drehrichtiing des Flydraii'-Viiintois 121 umkehrt. Die Quer zum Stromleiter ist er am empfindlichsten, Normalstellung des Vierwefaehalms 220 entspricht der parallel zum Stromleiter spricht c nicht an. In Anhebeeinstellung für die Anoden. Der 24-Volt-Hetrieh kann der Winkel /wischen dem Schalter und Gleichstromkreis wird über die Leitungen 312.1 und der Längserstreckung dem gewünschten Ansprcch- xo 312/? zu dem magnetischen Schalter 329 und zu dem vermögen angepaßt werden. naiausgeschalteten Magnetventil 126 sowie über eine

Hei der in F i g. 2 gezeigten Hydraulikschaltung für Signallampe 317 geschlossen. Wenn der Schalter 314 den Antrieb der Hydraulikmotoren 121 von F i g. 1 für den automatischen Betrieb geschlossen ist, wild enthält ein Behälter 211 Hydraulikflüssigkeit bei Gleichstrom von 24 V den magnetischen Schaltern 129, Atmosphärendruck, die von einer Pumpe 212 über as dem magnetisch betätigten Ventil 126 und der Signalein Rückschlagventil 213 in eine Leitung 214 gepumpt lampe 317 zugeführt. Schließt einer der magnetischen wird, an die ein Speicher 215 angeschlossen ist. ^c.in in Schalter 329, so wird das Magnetventil 126 derart der Leitung 214 vorgesehener Druckschalter 216 sorgt betätigt, daß eine Anodengruppc angehoben wird und für einen vorher festgelegten konstanten Druck, der die Signallampe 317 aufleuchtet, wodurch der jeweils beispielsweise bei 70 kp/cm² liegt. Wird der Druck 30 sich in Schließstellung befindende mignelische Schalhöher, so betätigt der Schalter 216 ein Magnetventil ter 329 erkennbar ist. Nach einem ausreichenden An-217, wodurch Hydraulikflüssigkeit von der Leitung 214 heben der Anoden öffnet sich der magnetische Schalübcr eine Umgehungsleitung 218 zur Rückführlcitiing ter 329 wieder, die Anodenbcwcgung hält an und die 219 strömen kann. Der Druckschalter 216 und das Signallampe 317 erlischt.

Magnet entil 217 werden mit IK)V Wechselstrom 35 Wie in I⁷ i g. 3 gezeigt, erfolgt die Handeinstellung

betrieben. der Anoden durch Umlegen des Schalters 314, .so d.iß

Die Hydraulikflüssigkeit in der Leitung 214 wird dieser dem Transformator .113 den piimarscitigen mit dem Betriebsdruck den Mydraiilikinoloren 121 Strom zuführt, jedoch den 24-Volt-Gleichstromkreis zugeführt. Die Slrünuingsrichtung und somit die durch den magnetischen Schalter 329 unterbricht.
Drehrichtung der Hydraulikmotoren 121 /um Heben 40 Die Handeinstellung der Anoden eifoigt jedoch auch b/w. Senken der Anoden wird von Vicrvvcpehähni'ii 220 dann, wenn der Schalter 314 nicht umgelegt wird, Δλ gesteuert, von denen zwei gezeigt sind. Abstellventile auch dann ein geschlossener Kreis /um Magnetventil 221 gestatten eine Unterbrechung der Zufuhr von 126 besteht, wenn der Kieis über die luafnetischeit Hydraulikflüssigkeit zu bestimmten Zdlentdlcn, falls Schalter 329 offen ist Das Schließen des SJi.illers 316 dies aus Sicherheitsgründen erforderlich sein sollte. 45 in einer Richtung läßt ilen I'rimi'irwechselslromkreis Bei der in F i g. 2 gezeigten Stellung des Vierwege- zinn Vierwegehahn 220 ollen, während iLt 24-Volthahns 220 wirkt dir Hydraulikmotor 121 in Hubrich- Gleichstromkreis über den Drehschalter 318 gcschlostung. Der Vierweychahn 220 wird von einem Magne- sen ist. Durch den Schalter 318 kann iigeiidein ten 222 gesteuert. In der Leitung 124 sitzt ein Durch- Magnetventil 126 gewählt, geöffnet ιιικΙ somit eine flußregier 223, in der leitung 125 ein Durchllul.iregler 50 Anodengriippe angehoben weiden, während die 224. welche die Stiömimg, unter Druck oder als Rück- magnetischen Schalter 329 nicht enegt sind. Die StKHIi bei Atniosphärendriick, steuern und für gleiche Wirkung des Magnetventils 126 für il.is Anheben Motorgeschwindigkeilen in einer Richtung sorgen, einer Annucngruppc dutch Steuerung des Ihdraiihkwährend sie eine freie Riicksliömung der Hydraulik- motors 121 erfolgt so laii^e, bis der Schaltet .Uft Irei-(lüssigkcit in entgegengesetzter Richtung ermöglichen. 55 gegeben und in seine außermittige Stellung zuriick-Da die Leitungen 124 und 125 auf dem ZcllendcckelM5 gefühlt ist. Das Schließen des Schalters 316 in entangeordnet sind, sind, um das Abnehmen des Zellen- gcgcngcsct/tcr Richtung aklivieit zusätzlich den Vierdcckels 115 zu erleichtern, liexible Anschlüsse 225 Vor- wcgchalin 270, was zu einem Absenken der gleichen gesehen, die elektrisch nicht leitend sind. Jeder Zelle Anodengruppc führt.

ist ein Vierwcgchahn 220 und jedem Hydraulikmotor 60 Iu F i g. 3 ist außerdem ein: weitere Anordnung

121 ein Magnetventil 126 zugeordnet. zum Überwachen des Spannungsabfalls in den

Uci dem in l·'i g. .1 gezeigten Schaltbild transfer- Anodcnstromzuleitungen 129 ge/eiut. bei welcher mit

micrt ein Transformator 313 Wechselstrom von 1I5V Millivoltinctcin 415 b/w. 416 veibundi-ne Drehschnl-

auf eine Betriebsspannung von 24 V. Hn Wecrs:!- ter 411 und 412, die auf der gleichen Well.· 117 wiu

stromleiter geht direkt zum Transformator 313, wa'h- 65 der Drehschalter 318 sit/en. mit an den Auodenslroin-

rend der andere /11 einem zweipoligen Schalter 314 Zuleitungen 129 befindlichen Kontakten 413 und M-*

geht, von dem ein Pol in jeder Schließstellung den verbindbar sind. Der Spannungsabfall wild dü'v-i

Stromkreis zum Transformator 313 schliellt, während jeweils /wischen in einem Abstand, bezogen aiii di-n

Vciliiiil (In Anodciistromzulcitiing. angeordneten Kontakten 413 iinil <(I4 gemessen.

I in cihndungsficinäß verwendeter magnetischer Schallet 329 ist s<» ai'sgelegt. daß er imlci dem IIiiilluß cine-, Magnetfeldes iiflncl. das etwa halb so statk isl wie das fin das Sehlii I'cn des Schalters erforderliche. Der Unterschied zwischen Öffnen und Schließen ist so bemessen, daß eine .v bis 10"/_nige Abnahme des Slmms. bezogen aiii dm Schließwert, den Schaller öflnrt

Die Abschirmung des mapnctischcn Schalters 329 ist so weit gesättigt, daß sie erst bei etwa 80" „ des Arbeitswertes wirksam ist. Der Schaltet wird also nur dem leid aiispcsel/t. welches die oberen 20¹Y_n des Stioms ei zeugt. Wenn der Strom in der Anodenstrom-7.uli*itiinp 129 von W)ⁿ/, des Schließ- b/w. Auslöscwertes bis zum Auslrsewcrl selbst zunimmt, so ändert sich das vom Schaltet gefühlte Feld von ungefähr 0 bis 1()0"_/n des Aiislösewcrles. Die Differenz /wischen Schließen und Öffnen bzw. Auslosen und II lierbrcchen ist deshalb sehr gering, so daß die l.mpfindlichkut des Schalters erhöhl ist.

/weckmäßiget weise isl der magnetische Schalter 329 so eingestellt, daß er bei etwa 130°/_n des normalen An.'ileiiMioms arbeitet Bei dieser Finstcllung werden bei Betätigung des Schalters die Anoden so lange angehoben, bis der Sliom auf etwa 115°/_n der normalen Sttonisiäike absinkt. Dann öffnet der Schalter, und die Anoden weiden in der zugeordneten Slellu ig angehalten.

I in hohci Strom in einer Anodcnstromz.ulcilung 129 schließt den magnetischen Schalter 329. Dadurch wud «let 24-Volt-< ileichstromkreis geschlossen. Das Magnetventil 126 wird pcöffnct. so daß der Motor 121 in der das Anheben der zugeordneten Anodengruppe hci\< >nufcnden Richtung gedreht wird. Auf Grund des Anheben· der Anoden fließt in dei Anodcnsliom-7uleitunp ein geringerer Strom, wodurch das magnetische Feld am magnetischen Schalter 329 verringert wird, woduich der magnetische Schalter 329 öffnet. Das Magnetventil 126 schließt und der Hydraulikmotor 121 hält an. Der automatische Kurzschlußschulz heht die Anoden weit genug an, um einen Kurzschluß oder einen andeien /»island, bei welchem ein zu hoher Strom fließt /u beseitigen, bewirkt jedoch eine Stromabnahme von nur 5 bis 10%. Die Anoden werden also weit genug bewegt, um einen abnormalen Strom zu korrigieren, dabei wird jedoch der Korrekturwert nicht übcisihrillcn. Die Anordnung bietet deshalb einen konstanten Schutz vor Kurzschlüssen oder

irgendeiner anderen elcl.liischcn (Jherbclasttmg. Der übliche Sicherheitsfaktor, der beim einstellen der Anoden normalerweise berücksichtigt wird, kann somit unberücksichtigt bleiben, und die Anoden könneu in die Stellung gebracht werden, die ein Arbeiten dci Zelle bei optimalem Wirkmipsgiad gcwiihilcistct. Wenn eine Flektrolysczellc mn dem crfindungsgemäßcn Verführen betiicben wird, kann die Betriebsspannung gegenüber den bisher bekannten Verfahren ίο um 0.05 bis 0.4 V pro /eile cmiediigl werden, was zu hohen l.insparimgcn an l'ncrpirkosten führt. Bei Verwendung von (iraphitanoden ergibt sich außerdem eine Verminderung de« Verbiaiichs

Claims (5)

1. Patentansprüche

   1 Verfahren zum Finslellen des Abstandes zwischen einer oder inch t ei cn hängend angeordneten Anoden und cinei beweglich η Quecksilberkathode von /.eilen für die I lokliolysc wäßriger Lösungen während des Betriebes, wobei die Höhenverstellung der Anoden durch in dei Drehrichtung veränderbare Motoren '-rfolpi. dadurch gekennzeichnet, daß die die Drehrichtung eines Hydraulik motors (121) bestimmende Strömuni siichtimg der llydiaiilikfliissipkeil durch die Induktion der Änderungen des Magnetfeldes der Anodcnstiomznlcitung (129) in einen magnetischen Schalter (329) über ein Magnetventil (126) der Hydraulikmotorzuleitimg (123) intcrmillicicnd gesteuert W'ird.
2. 2. Verfahren zum I-.instcllcn des Abstandes nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß iW Ansprechbcrcichdcs magnetischen Schalters (329) gegenübet den Änderungen des Magnetfeldes der Anodcnsiromzulcilunpcn (129) durch Drohung des magnetischen Schaller·- (329), bezogen auf den Verlauf der Anodenslrom/iileitung. eingestellt wird.
3. 3. Verfahren zum Hinstellen des Abstandes nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Schaltet (329) dutch ein Stahlrohr (117) abgeschirmt wud.
4. 4. Verfahren zum 1 insteilen des Abstandes nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gc. ennz:ichncl, daß an der Anodcnslroni7uieitung mehrere magnetische Schalter (329) unterschiedlichen Stromwerten zugeordnet werden.
5. 5. Verfahren zum Hinstellen des Abstandes nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden gruppenweise bewegt werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen