Vorrichtung zum Regeln und zur Informationsdarstellung von Chloralkalielektrolysezellen

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln, Uberwachen, Optimieren, Bedienen, zur Informationsdarstellung und selbsttätigen Beseitigung von Kurzschlüssen in Chloralkalielektrolysezellen, die nach dem Amalgamverfahren mit Metallelektroden betrieben werden, wobei jede Elektrolysezelle mit mehreren Stromschienen ausgerüstet ist, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß an jede Stromschiene jeweils eine Metallelektrodengruppe (21) elektrisch leitend angeschlossen ist und jeder Metallelektrodengruppe eine Erfassungs- und Anzeigeeinheit (1) zugeordnet ist, wobei alle Erfassungs- und Anzeigeeinheiten mit einer gemeinsamen Verarbeitungseinheit (16) verbunden sind.
Die verwendete Erfassungs- und Anzeigeeinheit ist aufgebaut aus einer Leiterplatte (22) mit Ein-Chip-Rechner (2), einer LED-Balkenanzeige (3) und einer Gleichstromquelle.

Beschreibung

[0001] Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Regeln, Überwachen, Optimieren, Bedienen, zur Informationsdarstellung und selbsttätigen Beseitigung von Kurzschlüssen in Chloralkalielektrolysezellen, die nach dem Amalgamverfahren mit Metallelektroden betrieben werden.

[0002] In der DE-AS 1 767 840 wird eine Anordnung zur selbsttätigen optimalen Einstellung des Elektrodenabstandes und zur selbsttätigen Beseitigung von Kurzschlüssen zwischen den Zellen bei Chloralkalielektrolysezellen beschrieben, mit welcher der Betriebszustand der einzelnen Elektrolysezellen zyklisch gemessen und diese Meßwerte in einer zentralen Steuereinheit für die Steuerung der Elektrodenabstände genutzt werden. Der Betrieb ist auf die dauernde Verfügbarkeit der zentralen Steuereinheit angewiesen. Zur Sicherheit ist eine Zusatzeinrichtung eingebaut, mit der die Elektrodenabstände selbsttätig vergrößert werden, wenn die zentrale Steuereinheit ausfällt.

[0003] Mit dieser Anordnung ist eine Optimierung der einzelnen Elektrolysezellen zueinander möglich, nicht aber die Optimierung des Stromdurchgangs und damit der Stromausbeute einzelner Elektrodengruppen der Elektrolysezelle.

[0004] Aus der DE-AS 27 29 732 ist es bekannt, Chloralkalielektrolysezellen zu betreiben, indem zur Steuerung des Elektrodenabstandes ein Mikrorechner für jede Elektrolysezelle oder für je eine Gruppe von Elektrolysezellen eingesetzt wird. Die in dem Mikrorechner erfaßten und verarbeiteten Meßwerte flie-Ben potentialgetrennt zu einer zentralen Erfassungs- und Verarbeitungseinrichtung zum zentralen Bedienen und zur Informationsdarstellung. Auch mit dieser Anordnung ist nur eine Optimierung der einzelnen Elektrolysezellen zueinander möglich, nicht aber die Optimierung sämtlicher Elektrodengrupppen zueinander.

[0005] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung in Chloralkalielektrolysezellen zu schaffen, mit der alle Meßergebnisse sowohl vor Ort als auch zentral im Bedienungsstand zur Verfügung stehen, wobei der Chloralkalielektrolysebetrieb auch bei Ausfall der gemeinsamen Verarbeitungseinheit oder einer Erfassungs- und Anzeigeeinheit optimal weiter betrieben werden kann, und wobei schließlich eine optimale Stromausbeute erzielt wird und eine Kurzschlußüberwachung und Beseitigung möglich ist.

[0006] Diese Aufgabe wird bei der Vorrichtung zum Regeln, Überwachen, Optimieren, Bedienen, zur Informationsdarstellung und selbsttätigen Beseitigung von Kurzschlüssen in Chloralkalielektrolysezellen, die nach dem Amalgamverfahren mit Metallelektroden betrieben werden, wobei jede Elektrolysezelle mit mehreren Stromschienen ausgerüstet ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an jede Stromschiene 17 jeweils eine Metallelektrodengruppe 21 elektrisch leitend angeschlossen ist und jeder Metallelektrodengruppe 21 eine Erfassungs- und Anzeigeeinheit 1 zugeordnet ist, wobei alle Erfassungs- und Anzeigeeinheiten 1 mit einer gemeinsamen Verarbeitungseinheit 16 verbunden sind.

[0007] Erfindungsgemäß ist die Erfassungs- und Anzeigeeinheit 1 aufgebaut aus einer Leiterplatte 22 mit Ein-Chip-Rechner 2, einer LED-Balkenanzeige 3, elektrischen Meßleitungen 4 für die Messung des Elektrolysestromes und 6 für die Messung der Temperatur, einem Gleichstromwandler 9 mit einem Transformator 7 und einer Diode 8, sowie aus einem Optokoppler 5 mit Übertragungsleitungen 12, 13 zur Verarbeitungseinheit 16.

[0008] Als besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn die Erfassungs- und Anzeigeeinheit 1 unmittelbar bei der Elektrolysezelle installiert ist und wenn eine Potentialtrennung zwischen den einzelnen Erfassungs- und Anzeigeeinheiten 1 und der gemeinsamen Verarbeitungseinheit 16 mittels eines Optokopplers 5 erfolgt.

[0009] Zweckmäßig erfolgt die selbsttätige Steuerung der Metallelektrodengruppe 21 über die gemeinsame Verarbeitungseinheit 16.

[0010] Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung erfolgt das Optimieren der Stromausbeute mit der Metallelektrodengruppe 21 vor Ort in Abhängigkeit von den Meßwerten der Erfassungs-und Anzeigeeinheiten 1.

[0011] Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher der Stromdurchgang für jede Metallelektrodengruppe gemessen, angezeigt und in eine gemeinsame Verarbeitungseinheit übertragen wird, wird eine Optimierung der Stromausbeute erreicht und eine größere Betriebssicherheit hinsichtlich der Kurzschlußüberwachung auch bei Ausfall der gemeinsamen Verarbeitungseinheit gewährleistet.

[0012] Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird in den schematischen Darstellungen gemäß Fig. 1 und 2 beispielhaft erläutert.

[0013] Die Fig. 1 zeigt das Schaltbild des Verbundes zwischen den Chloralkalielektrolysezellen und der gemeinsamen Verarbeitungseinheit 16 über die jeder Metallelektrodengruppe zugeordneten Erfassungs- und Anzeigeeinheiten 1.

[0014] Die Fig. 2 zeigt den Aufbau der Erfassungs- und Anzeigeeinheiten 1.

[0015] Zur Ermittlung des in der Stromschiene 17 fließenden Elektrolysestromes wird auf der Stromschiene zwischen einem festvorgegebenen Abstand ein Spannungsabfall ΔU abgegriffen und der auf der Leiterplatte 22 montierten Erfassungs-und Anzeigeeinheit 1 über die Meßleitung 4 zugeführt.

[0016] Die Temperatur der Stromschiene 17 wird mit Hilfe eines Halbleitertemperaturfühlers (AD 590 von Analog Devices) ermittelt und über die elektrische Meßleitung 6 in die Erfassungs- und Anzeigeeinheit 1 eingeführt. Unter Beachtung der Temperatur der Stromschiene 17 wird in der Erfassungs- und Anzeigeeinheit 1 aus dem gemessenen Spannungsabfall gemäß der Bezeichnung A U = f (I, T) die Stromstärke ermittelt. Dabei bedeuten

AU = Spannungsabfall

T = Temperatur der Stromschiene

I = Stromstärke des Elektrolysestromes.

[0017] Die Stromstärke des Elektrolysestromes wird im Ein-Chip-Rechner 2 errechnet und sowohl in der LED-Balkenanzeige 3 dargestellt als auch mittels eines Optokopplers 5 und der Übertragungsleitung 12 nach der Verarbeitungseinheit 16 übertragen. Die Verarbeitungseinheit 16 ruft die Meßwerte der Erfassungs- und Anzeigeeinheiten 1 über die Übertragungsleitung 13 ab. Über die Meßleitungen 18, 19 wird der Verarbeitungseinheit 16 der Spannungsabfall der Elektrolysezelle und die Temperatur des Elektrolyten in der Elektrolysezelle zur Verfügung gestellt.

[0018] Über die Befehlsleitung 20 erfolgt die selbsttätige Steuerung des Abstandes der Metallelektrodengruppe 21 von der Quecksilberkathode gemäß einem Mittelwert aus den Meßwerten der Erfassungs- und Anzeigeeinheiten 1.

[0019] Dazu werden die Meßwerte aller Metallelektrodengruppen 21 einer jeden Elektrolysezelle zu einem Mittelwert addiert. Aus diesem Mittelwert und einem Vorgabewert wird ein Differenzwert gebildet. Der Vorgabewert wird aus dem Widerstandsbeiwert

errechnet.

[0020] Die Symbole bedeuten:

U_z = Spannungsabfall der Elektrolysezelle

F_A = Fläche der Anode

I_z = Gesamtstromstärke der Elektrolysezelle, d.h. Addition der Stromstärke aller Metallelektrodengruppen einer jeden Elektrolysezelle

T_z = Temperatur des Elektrolyten in °C

K = Widerstandsbeiwert

[0021] Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind K-Werte bis 0,08 [V.A^-1. m² ] möglich, während sonst K-Werte von 0,09 bis 0,1 [V.A^-1. m² ] üblich sind.

[0022] Sobald ein Differenzwert einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, wird ein Alarm ausgelöst. Durch gezieltes Heben oder Absenken vor Ort werden dann in Abhängigkeit von den Meßwerten der Erfassungs- und Anzeigeeinheit 1 die Metallelektrodengruppen 21 wieder optimiert.

[0023] Die Arbeitsweise der dezentralen Erfassungs- und Anzeigeeinheiten 1 wird anhand der Fig. 2 erläutert.

[0024] Die an der Stromschiene 17 abgegriffene Potentialdifferenz (AU) wird über die elektrische Meßleitung 4 in den Ein-Chip-Rechner 2 (Mikroprozessor mit PROM) eingegeben. Die Temperatur der Stromschiene 17 wird mittels eines Halbleitertemperaturfühlers (AD 590 Analog Devices) in den Ein-Chip-Rechner 2 über die elektrische Meßleitung 6 eingeführt. Der Ein-Chip-Rechner 2 ordnet der abgegriffenen Potentialdifferenz (ΔU) einen Meßwert für den Elektrolysestrom zu und korrigiert diesen Wert entsprechend der Temperatur der Stromschiene 17. Der korrigierte Meßwert für den Elektrolysestrom wird in der LED-Balkenanzeige 3 optisch dargestellt und mittels eines Optokopplers 5 - bestehend aus Leuchtdioden 10, 15 und Phototransistoren 11, 14 - über die Übertragungsleitung 12 der Verarbeitungseinheit 16 zugeführt.

[0025] Die einzelnen Funktionsträger der Erfassungs- und Anzeigeeinheit 1 sind auf einer Leiterplatte 22 angeordnet. Die Erfassungs- und Anzeigeeinheiten 1 sind angeschlossen an einen Gleichstromwandler 9, der gespeist wird über die Diode 8 und den Transformator 7.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Regeln, Überwachen, Optimieren, Bedienen, zur Informationsdarstellung und selbsttätigen Beseitigung von Kurzschlüssen in Chloralkalielektrolysezellen, die nach dem Amalgamverfahren mit Metallelektroden betrieben werden, wobei jede Elektrolysezelle mit mehreren Stromschienen ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, daß an jede Stromschiene (17) jeweils eine Metallelektrodengruppe (21) elektrisch leitend angeschlossen ist und jeder Metallelektrodengruppe (21) eine Erfassungs- und Anzeigeeinheit (1) zugeordnet ist, wobei alle Erfassungs- und Anzeigeeinheiten (1) mit einer gemeinsamen Verarbeitungseinheit (16) verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungs- und Anzeigeeinheit (1) aufgebaut ist aus einer Leiterplatte (22) mit Ein-Chip-Rechner (2), einer LED-Balkenanzeige (3), elektrischen Meßleitungen (4) für die Messung des Elektrolysestromes und (6) für die Messung der Temperatur, einem Gleichstromwandler (9) mit einem Transformator (7) und einer Diode (8) sowie aus einem Optokoppler (5) mit übertragungsleitungen (12, 13) zur Verarbeitungseinheit (16).

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungs- oder Anzeigeeinheit (1) unmittelbar bei der Elektrolysezelle installiert ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Potentialtrennung zwischen den einzelnen Erfassungs- und Anzeigeeinheiten (1) und der gemeinsamen Verarbeitungseinheit (16) mittels eines Optokopplers (5) erfolgt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die selbsttätige Steuerung der Metallelektrodengruppe (21) über die gemeinsame Verarbeitungseinheit (16) erfolgt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Optimieren der Metallelektrodengruppe (21) vor Ort in Abhängigkeit von den Meßwerten der Erfassungs- und Anzeigeeinheiten (1) erfolgt.

Zeichnung