Brevet FR2495194A1 — publié le 19820604

Lors de la synthèse de certains composes par voie elec- trolytique, les produits formés aux électrodes Peuvent réagir sur les composés, ou bien encore modifier les conditions opératoires, abaissant par conséquent le rendement faradique de la réaction recherchée. Dans ce cas, il est nécessaire de séparer anodes et cathodes par des parois poreuses, membranes échangeuses d'ions par exemple, délimitant ainsi des compartiments anodiques et cathodiques. Dans le but de diminuer la tension d'alimentation, il est couramment fait appel à des cellules de type filtre-presse. Celles-ci nécessitent la présence de joints, toriques ou non, pour réaliser l'étanchéité entres cadres et membranes. Les contacts électriques sont généralement assurés par des plots filetés vissés dans la tranche des électrodes ce qui, du fait de leur faible épaisseur, limite la valeur maximale de la densité de courant admissible, d moins de multiplier le nombre de contacts. La présente invention se rapporte aux cellules électrolytiques pour synthèse, de type filtre-presse, équipées de parois poreuses telles que membranes échangeuses d'ions par #exemple. En ce qui concerne les considérations ci-dessus, il a été un objet de la présente invention de mettre au point un dispositif d'étanchéité entre cadres et membranes permettant de supprimer les joints. Un autre objet de l'invention a été de trouver un dispositif de contact d'électrode autorisant des densités de courant élevées, par une seule arrivée de courant rigoureusement étanche. Un autre objet encore de la présente invention a été de développer un dispositif d'injection et de récupération des solutions électrolytiques permettant une distribution et une répartition parfaite sur tes électrodes. Ces objets et d'autres de la présente invention apparaissent à partir des modes de réalisation illustrés et dans les revendications. Dans les dessins, la figure I est une vue de profil d'une cellule électrolytique pour synthèse montrant les différents éléments constitutifs selon l'invention. La figure 2 est une vue de face d'un cadre de cellule selon l'invention. La figure 3 est une vue de profil en coupe d'un cadre selon l'invention. La figure 4 est une vue de profil en coupe du dispositif d'injection ou de récupération des solutions électrolytiques placé dans un cadre selon l'invention. La figure 5 est une vue de profil en coupe du dispositif d'étanchéité au niveau des contacts d'électrodes selon l'invention. La figure 6 est une vue de face du dispositif d'injection ou de récupération des solutions électrolytiques selon l'invention. Dans la figure 1, une succession de cadres I est pressée entre des plaques d'extrémité 2 et des plaques de serrage 3 au moyen des tiges filetées 4 et des boulons 5. Les plaques d'extrémité 2 et de serrage 3 sont pourvues d'orifices 6 et 7 en communication avec les orifices 8 des cadres pour le passage des solutions électrolytiques. A l'exception des plaques de serrage, des tiges filetées, des boulons, des électrodes et des membranes non visibles sur la figure 1, toutes les pièces sont en matériau isolant et compatible avec les solutions électrolytiques dans les conditions de fonctionnement. La figure 2 présente un cadre I de forme extérieure circulaire mais pouvant être autre, avec-les orifices d'arrivée et de sortie 8 des solutions électrolytiques dont l'une est pourvue d'une gorge périphérique 9 de joint torique pour l'étanchéité entre deux cadres. L'électrode 10 est placée au centre du cadre dans une découpe prévue à cet effet ainsi que les dispositifs il d'injection et de récupération des solutions électrolytiques. La queue d'électrode pénétre dans une fente, non visible sur la figure, dans l'épaisseur du cadre et débouche dans l'orifice 12 étanché par le presse-étoupe 13 au centre duquel se fait le contact electrique. Les perçages 14 laissent le passage des tiges filetées 4.Un séparateur 15 entre électrode et membrane, en matériau isolant et compa- tible avec les solutions électrolytiques dans les conditions de fonctionnement, sous forme de grille de maille et de fil approprié au bon passage des fluides tout en assurant un régime turbulent suffisant est placé sur chaque électrode. A la périphérie de l'électrode, des injecteurs et des collecteurs de fluide se trouve sur une face du cadre une are te conique circulaire 16 et une gorge circulaire en V sur l'autre face. Les sorties de courant de deux cadres voisins sont alternativement à droite ou gauche, en haut ou en bas afin de laisser le passage au dispositif de contact qui se trouve en face de l'évidement 17 du cadre voisin. L'épaisseur totale du cadre peut être réduite au maximum afin que la couche de liquide entre l'électrode et la membrane soit aussi mince que possible pour diminuer la consommation énergetique, quelques millimètres au plus par exemple. Les figures 3 et 4 permettent de voir l'arête 16 et la gorge 18 destinées à tendre la membrane de forme ronde de préférence et de diamètre à peine supérieur à celui délimité par l'arête ou la gorge, lors du serrage de l'ensemble et à assurer l'étanchéité entre membrane et cadre. La figure 5 fait apparaître la queue de l'électrode 10 et les deux parties du presse-étoupe 13 avec ses joints d'étanchéité 19 appliqués sur les deux faces de l'électrode. Ce dispositif autorise un contact électrique sur une grande surface d'électrode. Sur la figure 2 une seule sortie est représentée pour simplifier le dessin, mais on peut en augmenter le nombre ainsi que la surface unitaire en fonction du matériau d'électrode et de la densité de courant de travail voulue. Les injecteurs, ou collecteurs, de fluide Il représentés de profil sur les figures 3 et 4 et de face sur la figure 6 sont constitués d'une barette 20 appliquée le long de la tranche de l'électrode 10 dans le cadre 1, d'un corps 21 prolongé par des raidisseurs 22 insérés dans une fente du cadre entre la base de l'arête 16 et le fond de la gorge 18 débouchant dans les orifices 8 du cadre. ta solution électrolytique arrivant par l'orifice 8 pénètre dans les canalisations 23 du corps de l'injecteur puis dans la rainure 24 au dos de la barette 20 et est distribuée par les orifices 25 de part et d'autre de l'électrode 10. Pour la récupération de la solution électrolytique, le processus est exactement inversé. De par le fait que les injecteurs et les collecteurs sont amovibles, il est possible de modifier la distribution de fluide en faisant varier le nombre, la forme et les dimensions des orifices 25. Le type de cadre selon 1 invention présente l'avantage de transformer la cellule précédemment décrite en une cellule d'électrodialyse de type filtre-presse en retirant les électrodes intermédiaires et en ne laissant que les électrodes d'extrémité, les presse-étoupe 13 étant alors remplacés par des pinces pleines. Dans le cas d'non montage eomprennnt nn grand nombre d'éléments unitaires, il est possible d'ajouter des électrodes intermédiaires pour diminuer la tension électrique aux bornes du module en alimentant en parallèle, ou pour faire travailler plusieurs paquets de membranes à des densités de courant différentes. REVENDICATIONS 1 - Cellule électrolytique destinée à l'électrosynthese, de type filtre-presse, constituée par une succession d'éléments de base comprenant chacun un cadre, une électrode, alternativement anode ou cathode, deux séparateurs, une membrane, échangeuse d'ions ou non, positionnés entre des plaques d'extrémité et des plaques de serrage, formant ainsi une suite de compartiments alternativement anodiques ou cathodiques, caractérisée par le système d'étanchéité assuré entre les cadres par une arête conique circulaire sur l'une de leur face et par une gorge circulaire sur l'autre, destinée à recevoir l'arête du cadre voisin venant bloquer la membrane intercalée entre les deux, l'étanchéité se faisant par pressage de l'ensemble, et assurée au niveau des contacts d'électrode par deux pièces amovibles équipées de joints toriques formant presse-étoupe de part et d'autre du cadre, et caractérisée également par les injecteurs et collecteurs de fluide, amovibles, situés dans chaque cadre. 2 - Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce que les cadres, #les séparateurs, les injecteurs, les collecteurs, les presseétoupe et les plaques d'extrémité sont en matériau électriquement isolant et compatible avec les solutions en contact dans les conditions de fonctionnement, chlorure de polyvinyle, polyéthylène, téflon, par exemple. 3 - Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce que les électrodes sont positionnées à l'intérieur d'une découpe prévue à cet effet au centre du cercle délimité par la gorge ou l'arête de chaque cadre, ayant de préférence la forme d'un parallélogramme, prolongé sur deux côtés opposés par deux autres découpes recevant les injecteurs et collecteurs de fluide, et sur un troisième côté par une autre découpe prolongée par une fente dans l'épaisseur du cadre entre le fond de la gorge et la base de l'arête pour le passage de la queue d'électrode débouchant dans un orifice à la périphérie du cadre recevant le système de contact électrique. 4 - Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce que les cadres sont pourvus sur leur périphérie de moyens de passage des fluides sous forme de quatre orifices diamétralement opposés deux à deux, dont deux, sur un même diamètre sont équipés d'un joint torique périphérique pour l'étanchéité lors du serrage de l'ensemble des cadres. 5 - Cellule selon les revendications 1 et 3, caractérisée en ce que les injecteurs et les collecteurs de fluide positionnés dans les découpes prévues à cet effet dans chaque cadre comportent d'un côté des raidisseurs sous forme de languettes pénétrant dans une fente prévue à cet effet dans les cadras entre le fond de la gorge et la base de l'arête et débouchant dans les orifices périphériques d'entrée ou de sortie de fluide, et de l'autre côté une barette de l'épaisseur du cadre dont la tranche en contact avec l'électrode est percée d'un certain nombre d'orifices de forme et de dimension adéquate pour la répartition ou la récupération des fluides sur chaque face de l'électrode. 6 - Cellule selon les revendications 1 et 3, caractérisée en ce que des presse-étoupe équipés de joints d'étanchéité s'adaptent de part et d'autre de l'extrémité de la queue d'électrode dans les orifices du cadre prévue à cet effet ne laissant le passage qu'au dispositif d'arrivée de courant. 7 - Cellule selon les revendications 1 et 3, caractérisée en ce qu'un séparateur sous forme de grille est appliquée sur chaque face de ltélectrode, et de même dimension que celle-ci. 8 - Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle se transforme en cellule d'électrodialyse de type filtre-presse en supprimant les électrodes intermédiaires et en remplaçant les presseétoupe par des pièces pleines.