Gli elettrolizzatori a celle a membrana sono dotati di un modulo sigillato costituito da due camere, separate da una membrana a scambio cationico flessibile, per impedire la miscelazione di cloro e idrogeno gassoso. Le due camere sono formate rispettivamente dai gruppi anodo e catodico e, una volta collegate a un'alimentazione elettrica, è dove avviene l'elettrolisi.
Gli assemblaggi anodici e catodici (elettrodi) sono caratteristiche di progettazione critiche di un elettrolizzatore e devono essere fabbricati con materiali speciali per prevenire la corrosione da parte del cloro.
L'anodo è dove viene generato il cloro ed è stato storicamente prodotto da leghe di grafite o platino. I moderni elettrolizzatori sono dotati di anodi in titanio per la resistenza alla corrosione. L'elemento catodico è in genere meno sensibile alla corrosione ed è spesso prodotto in nichel, sebbene sia possibile utilizzare l'acciaio inossidabile.
Inoltre, ogni elettrodo è rivestito per migliorare le prestazioni energetiche e l'efficienza del processo di elettrolisi.
- I rivestimenti catodici per pentole promuovono elettrocataliticamente l'evoluzione dell'H2 e forniscono resistenza all'avvelenamento da impurità e alle correnti inverse allo spegnimento.
- I rivestimenti per pentole anodiche sono per la promozione elettrocatalitica dell'evoluzione cl2 e hanno prestazioni superiori di usura alcalina e valori di clorato di salamoia di uscita più bassi
La membrana flessibile al centro di ogni modulo è completamente supportata in un design "zero-gap" per evitare lo sbattimento o il pizzicamento del materiale della membrana (sezione trasversale di un gruppo di moduli dettagliato di seguito).
Un elettrolizzatore modulare su scala industriale, come l'elettrolizzatore INEOS BICHLOR, è costituito da tali moduli disposti elettricamente in serie all'interno di un telaio. In genere un certo numero di elettrolizzatori sono installati in una cella affiancata, con la quantità progettata per soddisfare la capacità complessiva desiderata dell'impianto.
Operazione
- L'elettrolita (salamoia agli anodi e caustica ai catodi) entra attraverso i tubi di alimentazione, bagnando completamente la membrana al centro della cellula, per un funzionamento intrinsecamente più sicuro:
- La corrente elettrica inizia a fluire attraverso i ragni metallici e gli elettrodi della cella di elettrolisi
- Gli ioni sodio (Na+) o potassio (K+) passano attraverso la membrana a scambio ionico semipermeabile
- Le bolle di gas di cloro si formano all'anodo e salgono nella parte superiore della camera.
Le bolle di idrogeno gassoso si formano sul catodo e salgono verso l'alto
- I gas di cloro e idrogeno vengono quindi estratti dalla parte superiore delle rispettive camere
La reazione complessiva per l'elettrolisi della salamoia è: 2NaCl + 2H2O → Cl2 + H2 + 2NaOH