Beziehung zwischen der Alkaligenerierungskonzentration der Ionenmembran und der Konzentration des Salzwassers, das in die Anlage eingespeist wird
Thread Content
Die Stromstärke in den Chlorierungszellen bleibt unverändert, die Menge an Wasser am Kathodenbereich bleibt gleich, ebenso wie die Menge an Salzwasser, das in die Zellen gelangt, sowie die Menge des zirkulierenden Salzwassers. Mit anderen Worten: Alle Flussraten und Ströme bleiben konstant. Ich habe nur die Konzentration des Salzwassers geändert. Theoretisch sollte sich der Strom nicht ändern – daher sollte auch der Wert von KItnℓ unverändert bleiben. Meine Produktion von Alkali sollte somit ebenfalls unverändert bleiben. Wenn man die Konzentration des Salzwassers erhöht, wird das austretende Wasser weniger konzentriert sein – doch in Wirklichkeit steigt meine Alkalikonzentration weiter an. Liegt das daran, dass weniger Wassermoleküle zusammen mit den Natriumionen durchdringen? Gibt es einfach zu viele durch Elektrolyse erzeugte Natriumionen? Steigt auch der Wirkungsgrad mit zunehmender Salzkonzentration?
Denn jedes Natriumion bringt beim Durchgang durch die Ionenmembran 4 bis 5 Wassermoleküle zum Kathodenende. Ich denke, wenn die Konzentration des salzhaltigen Wassers an der Ausgangsseite zunimmt, sinkt der Wassergehalt der Membran, wodurch die Menge des durchdringenden Wassers abnimmt. Daher könnte es an einem erhöhten Salzgehalt dort liegen, der zu einer Erhöhung der Alkalität führt.
Die Konzentration des Salzwassers, das in den Behälter eingeleitet wird, darf nicht zu hoch sein – sonst bildet sich leicht Schaum an der Ionenmembran. Wie viel ist die Konzentration des Salzwassers im Vergleich zu vorher gestiegen? Und wie viel ist die Konzentration der Base gestiegen?
Mit einem Anstieg der Konzentration meine ich natürlich einen Anstieg, der im kontrollierten Bereich liegt.
Das sollte dann nicht allzu auffällig sein, sonst würde man einfach die Konzentration des Salzwassers im Kanal erhöhen. Da die Stromstärke konstant ist, muss auch die Anzahl der Elektronen, die durch den Elektrolysezellen fließen, konstant sein. Dadurch entsteht ebenfalls eine konstante Menge an Wasserstoff. Selbst wenn mehr Natriumionen durch die Ionenmembran gelangen, wird das Stoffgleichgewicht nicht gestört. Sie können innerhalb einiger Tage den Stromverbrauch des Elektrolyseurs genauer überwachen – wenn die Konzentration der Lauge hoch ist, ist der Stromverbrauch sicherlich hoch.
In der praktischen Produktion steigt tatsächlich 1. die Konzentration des Salzwassers im Eingangstrakt – bei unveränderter Durchflussmenge des Salzwassers – beispielsweise von 300 g/l auf 302 g/l; dadurch erhöht sich auch die Konzentration der Natronlauge. 2. Der Durchfluss in den Kanal nimmt zu (die Konzentration des Salzwassers im Kanal bleibt unverändert), die Konzentration der Caustic Soda steigt. In diesen beiden Fällen ist meiner Ansicht nach Folgendes der Fall: In jedem Fall nimmt die Menge an Natriumionen im Salzwasser zu. Dadurch erhöht sich auch die Menge an Natriumionen, die durch die Ionenmembran gelangen. Letztendlich führt das zu einer Erhöhung der Konzentration von Caustikalkali.
Die Stromstärke bleibt unverändert, und die Gesamtmenge an Na- und OH-Ionen, die sich bewegen, ändert sich ebenfalls nicht! Wenn man die Stromeffizienz außer Acht lässt, d.h. wenn sich die OH-Ionen nicht ändern, dann ändern sich auch die Na-Ionen nicht! Das Einzige, was sich geändert hat, ist die Elektromigration des Wassers! Natürlich führt ein Anstieg der Salzkonzentration sowie eine Kontraktion der Membran dazu, dass die Stromausbeute leicht zunimmt!
Allein aufgrund der Konzentration kann dieses Ergebnis entstehen – aber wie sieht es mit der tatsächlichen Produktion, der Effizienz sowie dem Stromverbrauch pro Tonne Natronlauge aus? Ich denke, der Stromverbrauch pro Tonne Alkali ist der beste Indikator für die Leistung – alle anderen Faktoren sind nicht ausreichend aussagekräftig
Ich persönlich denke, es liegt daran, dass die Konzentrationsdiffusion des Wassers außerhalb der von Natriumionen getragenen Wassermoleküle abnimmt. Ein Anstieg der Konzentration der Anodenlösung hat nur einen geringen Einfluss auf die Carbonsäureschicht im Vergleich zur Sulfonsäureschicht. Da es gerade die Carbonsäureschicht ist, die die Stromeffizienz bestimmt, wird vermutet, dass weniger Wasser von den Natriumionen mitgeführt wird. Allerdings wird dieser Unterschied nicht allzu groß sein – andernfalls würde der Zelldruck ansteigen und die Stromeffizienz sinken. Durch das Anhalten kann auch das Wasser im Anodenraum in den Kathodenraum wandern; ich bin der Ansicht, dass dieses Phänomen auch beim Einschalten auftritt. Da die Konzentration der Anodenlösung zunimmt, kann man dies als einen Rückgang der Wasserkonzentration betrachten, wodurch auch die Migrationsmenge abnimmt. Es wird gesagt, dass es im Ionenmembran auch spezielle Wasserkanäle gibt. Was die Frage betrifft, ob Natriumionen eher durch die Ionenmembran gelangen, so denke ich, dass ein Vergleich des Konzentrationsunterschieds an den Anoden-Eingang- und -Ausgangsstellen vor und nach der Konzentrationsanpassung hilfreich sein könnte.