Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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La presente invention a pour obJet des cellules d'électrolyse à
diaphragme perméable pour la production d'un gaz, en particulier des
cellules pour l'électrolyse de solutions aqueuses de chlorure de métal
alcalin.
Une difficulté majeure rencontree dans l'exploitation des cellules
à diaphragme réside dans la nécessité d'adapter le fonctionnement des cel-
lules à des variations du courant d'électrolyse. ~n cours d'exploitation,
les cellules sont en effet sou~ises à des variations périodiques importantes
du courant d'électrolyse, nécessitées notamment par des variations de la
charge du réseau électrique ou, plus généralement,par des con6idérations
d'ordre economique qui imposent à l'industrie de rétuire sa consommation
électrique pendant les périodes de la journée où la consommation domestique
est importante.
L'expérience a montré que des variations de l'intensité du courant
d'électrolyse provoquent souvent des perturbations graves tans le fonction-
nement des cellules ~ diaphragme, notamment une accélération du colmatage
des diaphragmes en amiante, si certaines précautions ne sont pas respectées.
Afin d'éviter un colmatage prématuré des diaphragmes en amiante des
cellules d'électrolyse, on propose, dans le brevet belge 71] 791 du 7 mars
1968, au nom de Imperial Chemicai Industries Ltd, de maintenir à tout
moment pendant la marche de la cellule, la vitesse de percolation de l'élec-
trolyte à travers le diaphragme sensiblement proportionnelle à la densité
du courant d'électrolyse. On agit pour ce faire sur la pression d'un gaz
produit dans la chambre anodique ou dans la chambre cathodique de la
cellule. A cet effet, la cellule est équipée d'une valve à ouverture
réglable, qui étrangle partiellement un conduit d'évacuation du gaz lorsque
la cellule fonctionne SOU8 une den~ité de courant nominale. En cas d'une
baisse de la densité du courant d'électrolyse, on diminue proportionnellement
le débit d'électrolyte et on modifie l'ouverture de la valve pour faire
varier 18 pression gazeuse dans la cellule et adapter ainsi immédiatement
la vitesse de percolation de l'électrolyte à travers le diaphragme pour
qu'elle reste à tout moment proportionnelle à la densité du courant d'élec-
trolyse.
La Demanderesse a maintenant trouvé une cellule à diaphragme perfection-
~ 35 née, con~ue pour réagir automatiquement et rapidement à une variation de la
: densité du courant d'électrolyse et/ou du débit d'admission d'électrolyte,
en sorte de maintenir à tout moment sensiblement constant, le rapport entre
la vitesse de passage de l'électrolyte à travers le diaphragme et la
densité du courant d'électrolyse.
,.. . .
:
~1.0~ ~979
Ln consequellce, l'invention a pour ob~e-t une cellule
d'électrolyse à diaphragme, comprenant une chambre anodique et
une chambre cathodique séparées par un diaphragme perméable, une
conduite ci'admission et une conduite d'ex-trac-tion d'un electrolyte,
un organe de régLage du débit d'électrolyte, un conduit d'évacua-
tion d'un gaz produit dans la chambre anodique ou dans la chambre
cathodique et une valve a ouverture reglable, montée dans le
conduit d'évacuation du gaz. La cellule suivant l'invention est
caractérisée en ce qu'elle est pourvue en outre d'un organe de
manoeuvre de la valve, comprenant un flotteur relié a la valve
par un organe de couplage et logé dans une enceinte qui est en
communication, a sa partie supérieure, avec le conduit d'évacua-
tion du gaz, en amont de la valve et, a sa partie inferieure,
avec la chambre raccordee au conduit de gaz, l'enceinte, le
f lotteur et l'organe de couplage etant agences de maniere
telle que, d'une part, pendant le fonctionnement normal de la
cellule, l'enceinte soit partiellement remplie d'électrolyte
et la valve soit partiellement ouverte et, d'autre part, un
déplacement progressif ascendant, respec-tivement descendant du
flotte.ur dans l'enceinte provoque une fermeture progressive,
respectivement une ouverture progressive de la valve.
Dans la cellule suivant l'invention, la valve est
conçue de façon a occuper en fonctionnement normal une position
pour laquelle elle étrangle partiellement le conduit d'évacuation
du gaz, la cellule étant alimentée sous un debit nominal d'élec-
trolyte. La valve est reliee au f lotteur par l'organe de couplage
qui est concu pour ouvrir ou fermer progressivement la valve
suivant que le flotteur descend ou monte dans l'enceinte. ~illSi,
si la densite de courant vient à diminuer, la pression du gaz dans
30 la chambre ou il est produit par l'electrolyse chute immediatement-
et, par voie de consequence, la vitesse de passage de l'electrolyte
a travers le diaphragme varie immediatement et proportionnelle-
ment. Pendant le reglage du debit d'admission d'électrolyte dans
;~ - 2 -
la cellule pour l'adapter a la nouvelle valeur de la densité de
courant, le niveau d'électrolyte dans la chambre va fluctuer en
actionnant la valve, pour se stabiliser finalemen-t à une valeur
dépendant de la perméabilité du diaphra~me et de la pression du
gaz dans la chambre, en amont de la valve.
Dans la cellule suivant l'invention, la chambre (anodi~
que ou cathodique) qui est reliée au conduit de gaz contenant la
valve, peut être prolongée au-dessus du niveau normal de l'élec-
trolyte dans ladite chambre, pour cons~ituer l'enceinte proprement
dite contenant le flotteur.
En variante, l'enceinte peut former une cavité
distincte des chambres anodique et cathodique de la cellule.
Dans une forme de réalisation particulierement avan-
tageuse de la cellule suivant l'invention, l'enceinte contenant
le flotteur forme une cavité distincte des chambres anodique et
cathodique et est raccordée a la chambre reliée au conduit de gaz
contenant la valve, dans une zone de celle-ci où l'électrolyte est
à l'abri d'un dégagement de gaz. Dans cette forme de réalisation
de la cellule suivant l'invention, l'électrolyte présent
dans l'enceinte contenant le flotteur n'est pas le siège d'un
.. . . :
- 2a -
3 ~o~ 9
dégagement de ga~, de sorte que son poids spécifique apparent est independant
de la marche de la cellule et est egal à son poids specifique vrai.
L'invention s'applique indifferemment aux cellules à diaphragmes hori-
zontaux, par exemple du type de celles decrites et revendiquees dans les
brevets belges 781 959 du 12 avril 1972 et 787 989 du ]O avril 1973~ tous les
deux au nom de la Demanderesse, et aux cellules à diaphragmes verticaux, par
exemple du type de celles décrites et revendiquées dans les brevets belges
726 223 du 30 décembre 1968, 780 912 du 20 mars 1972 et 806 280 du 19
octobre 1973, tous au nom de la Demanderesse.
Des particularités et détails de l'invention ressortiront de la descrip-
tion des figures annexées qui représentent trois formes de réalisation
particulières de la cellule suivant l'invention.
La figure I montre, en section transversale verticale, une première
forme de réalisation de l'invention, appliquee à une cellule à electrodes
ver~icales;
La figure 2 montre, en section transversale verticale, une variante
préférée de la cellule de la figure l;
La figure 3 montre, en section transversale verticale, une troisième
forme de réalisation de l'invention appliquée à une cellule à diaphragme
horizontal.
Dans ces figures, des mêmes notations de référence désignent des
éléments identiques.
On a représente à la figure ~ une cellule à diaphragme à électrodes
verticales du type de celles décrites par exemple dans les brevets belges
25 726 223, 780 912 et ~06 280 précités et convenant pour l'électrolyse
t'une saumure de chlorure de sodium.
La cellule comprend une embase 1 formant la sole proprement dite de
la cellule et supportant, à sa périphérie, un caisson rectangulaire 2 en
acier, obturé par un couvercle 3. A l'intérieur du caisson 2, des -
cathodes 4 alternent avec des rangées de plaques d'anodes sensiblement
verticales et parallèles 5 traversant la ~ e de la cellule et raccordées,
sous celle-ci, à une amenee de courant, non représentée.
Les anodes 5 sont par exemple constituées de plaques en graphite ou,
de préference, de plaques en titane portant, sur leurs deux faces un
revêtement connu en soi~ resistant aux conditions regnant dans la
cellule et catalysant la decharge des ions chlore sur l'anode. A titre
d'exemple, le revêtement des anodes peut comprendre un métal du groupe
du platine ou un composé, par exemple un oxyde, d'un métal du groupe du
platine.
4 ~0~-3~7~t
Les cathodes 4 son~ formees ~'un treillis en acier, fixé aux parois
du caisson 2 et profile en sorte de former des poches cathodiques s'étendant
entre les anodes 5. Le treillis cathodique 4 est entièrement recouvert,
sur sa face orientée vers les anodes, d'un diaphragme, non représenté, qui
sépare ainsi la cellule en une chambre cathodique et une chambre anodique.
La chambre anodique est en communication, à travers le couvercle 3,
avec une conduite 6 d'admission d'une saumure de chlorure de sodium à
electrolyser et avec un conduit 7 d'evacuation de chlore produit aux anodes
5 pendant l'electrolyse.
La chambre cathodique est en communication, à travers la paroi du
caisson 2, avec un conduit 8 d'évacuation d'hydrogène produit aux
cathodes 4, pendant l'électrolyse, et avec une conduite 9 d'extraction
d'une lessive caustique.
Une valve 10, montée dans la conduite d'admission de saumure permet
de régler le débit d'admission de saumure introduit dans la cellule,
tandis qu'un tube en U renversé 11, prolongeant la conduite 9, permet de
régler le niveau du catholyte dans la chambre cathodique, en faisant pivoter
le tube 1] autour de l'axe du conduit 9.
Une valve 12 montée dans le conduit de chlore 7, permet de régler la
pression du chlore dans l'enceinte 13 délimitée sous 1~ couvercle 3, au-
dessus du niveau 14 de la saumure dans la chambre anodique.
Suivant l'invention, la valve ]2 est reliée à un flotteur 15 par une
bielle d'actionnement 16, de manière que l'ouverture ou la fermeture de la
valve 12 soit opérée automatiquement par une descente ou une montée du
niveau de saumure 14. La position de la valve 12 est réglée de manière
à obturer partiellement le conduit 7 pendant le fonctionnement nominal
de la cellule, pour maintenir alors l'enceinte 13 sous une pression de
chlore.
Cette particularite de la cellule suivant l'invention permet d'adapter
- facilement le fonctionnement de la cellule à une diminution de la densité
du courant d'électrolyse, de manière à maintenir sensiblement constant le
rapport i entre la vitesse de passage de la saumure à travers le diaphragme
et la densité de courant. A cet effet, la diminution de
la densité de courant provoque immédiate~ent une réduction de la pression
de chlore dans l'enceinte ]3 et, par voie de conséquence, une diminution de
la vitesse de passage de la saumure à travers le diaphragme.
En obturant partiellement la valve 10, on peut diminuer le débit
d'admission de saumure dans la cellule pour l'adapter à la nouvelle densité.
de courant. Le flotteur 15 et la valve 12 reagissent alors immediatement
l O ~ ~ 9 ~ ~
à cette variation du débit de saumure, pour faire régner, dans l'enceinte
13, une pression de chlore qui maintient le rapport - précité, constant.
En variante, la valve 10 peut être actionnée automatiquement lors
d'une variation de la densité de courant, en étant par exemple couplée à
un ampèremètre monté dans le collecteur d'amenée de courant aux anodes
ou à un voltmètre relié aux bornes de la cellule.
Dans une forme de réalisation modifiee de la cellule de la figure 1,
représentée à la figure 2, le flotteur 15 est disposé dans une enceinte
17 en forme de cloche renversée, logee sous le couvercle 3 et emergeant
au-dessus du niveau de saumure 14. L'enceinte 17 est ouverte à sa partie
supérieure et est en communication, à sa partie inférieure, avec un
tube 18 s'étendant sur toute la hauteur des électrodes et débouchant
dans la chambre anodique, au voisinage immédiat de la sole de la
cellule. Le flotteur 15 est relié à la valve 12 par un ensemble de bielles
articulées 19, 20 et d'un levier 21.
Cet agencement particulier de la cellule suivant l'invention a pour
conséquence que la saumure contenue dans l'enceinte 17 n'est pas le siège
d'un dégagement de chlore, contrairement à la masse de saumure contenue
dans le couvercle, de sorte que SOIl poids spécifique n'est pas influencé
par la densité du courant d'électrolyse Il s'ensuit que, pendant le fonc-
tionnement de la cellule, la saumure dans l'enceinte 17 va s'établir à
un niveau 22, inférieur au niveau 14 dans le couvercle.
En variante, un tube 32 peut relier le conduit 7, en aval de la
valve 12, avec la chambre anodique, dans une zone de celle-ci voisine des
extrémités supérieures des électrodes. Cette variante de la cellule
évite que le niveau 14 de la saumure dans la chambre anodique puisse
descendre en dessous d'un niveau critique, par exemple en cas d'avarie
dans le circuit d'évacuation du chlore.
On a représenté, à la figure 3, une forme de réalisation de l'invention
appliquée à une cellule à diaphragme horizontale. Celle-ci comprend une
enceinte étanche 23 divisée en une chambre cathodique inférieure 24 et
une chambre anodique supérieure 25, par une cathode horizontale ajou~ée
26, portant un diaphragme non représenté.
La chambre anodique 25 contient une série d'anodes horizontales 27
suspendues au-dessus de la cathode 26 par des~âtonnets 28 couplés à une
amenée de courant, non représentée. Elle est en communication avec une
conduite 6 d'admission de saumure et avec un conduit 7 d'évacuation du
chlore produit aux anodes 27.
La chambre cathodique 24 est en communication à la fois avec un
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conduit 8 d'évacuation d'hydrogène produit à la cathode et avec une
conduite 9 d'extraction d'une lessive caustique.
Une valve 12, à ouverture réglable est mon~ée dans le conduit 7, pour
régler la pression te chlore au-dessus du niveau de saumure dans la
chambre anodique 25.
Conformé~ent à l'invention, la valve 12 est reliée à un flotteur 15 dis-
posé dans une enceinte 29 qui est située à côté de la cellule et qui est
en communication, à sa partie inférieure, avec un tube 30 débouchant dans la
chambre anodique 25, sous le niveau de saumure et, à sa partie supérieure,
avec un tube 31 débouchant dans le conduit d'évacuation de chlore 7, en
amont de la valve 12.
Le tube 31 reliant l'enceinte 29 au conduit de chlore 7 est avanta-
geufiement utilisé pour ~ passage de la bielle 16 reliant la valve 12 au
flotteur 15.
De preférence, le tube 30 débouche dans la chambre anodique 25 au-
; dessous des anodes 27, pour éviter que le poids spécifique de l'électrolyte
contenu dans l'enceinte 29 soit influencé par le dégagement du chlore aux
anodes.
Dans la description des figures, qui précède, on n'a considéré que le
cas où la valve 12 es~ montée dans le conduit d'évacuation du chlore. Il
est toutefois évident qu'en variante, la valve 12 peut être montee dans ].e
conduit 8 d'évacuation de l'hydrogène, l'enceinte contenant le flotteur 15
étant alors reliée au conduit 8, en amont de la valve,et à la chambre
cathodique.
L'invention n'est évidemment pas limitee à la description qui precède,
de nombreuses modifications pouvant y être apportées.
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