イオン膜によるアルカリ生成濃度と投入塩水濃度の関係
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塩素工程の電槽電流は変わらず、陰極への水の供給量も変わらず、槽に入れる塩水の量や循環させる塩水の量も変わりません。つまり、すべての流量と電流は変わらないのです。私が変えたのは槽に入れる塩水の濃度だけです。理論上は、電流が変わらないのでKItnℓも変わらず、したがってアルカリの生成量も変わらないはずです。しかし実際には、槽に入れる塩水の濃度を高くすると、出てくる塩水の濃度が低下します（つまり薄い塩水の濃度が上昇する）。ところが実際には、私のアルカリ濃度は上昇し続けています。これは、ナトリウムイオンと一緒に水分子があまり通過しなくなったために濃度が上昇しているのでしょうか？やはり電解で生成されたナトリウムイオンが多いのか？やはり電力効率は塩水濃度の上昇に伴って高くなったのか？
ナトリウムイオン1つがイオン膜を通過するときに陰極に4〜5個の水分子を運ぶため、出口の薄塩水の濃度が上昇すると膜の含水率が下がり、浸透する水量も減少すると考えます。ですから、おそらくあなたのところで塩水の濃度が上昇したことが、アルカリ濃度の上昇を引き起こしたのでしょう。
スロットへの食塩水濃度は高すぎてはならず、そうするとイオン膜が泡立ちやすくなります。また、スロットへの食塩水濃度が以前よりどれだけ上がり、アルカリ濃度はどれだけ上がったのでしょうか？
私が言う濃度の上昇とは、もちろん制御範囲内での変動のことです。
そうすればあまり目立たないはずです。でなければ、スロットに入る塩水の濃度を上げればいいだけですから。電流が一定であれば、通過する電解槽内の電子の数も一定でなければならず、それによって生成される水素の量も一定となる。たとえイオン膜を通過するナトリウムイオンの量が多くても、物質のバランスは崩れない。 数日間にわたって電解槽の電力消費量をよく観察すれば、アルカリ濃度が高くなると電力消費量も確実に増えます。
実際の生産においては、確かに1、スラリー投入時の食塩水濃度が上昇する（スラリー投入量が変わらない場合）、例えば300g/lから302g/lに上昇し、苛性ソーダの濃度も増加する。2、スロットへの流入流量が増加し（スロット内の食塩水濃度は変わらず）、苛性ソーダの濃度が上昇する。これら2つの場合、私が考えるには、どちらの場合でもスロット内の塩水中のナトリウムイオンは増加し、それに伴ってイオン膜を透過するナトリウムイオンの量も増加するため、最終的にカセイソーダの濃度が上昇するのです。
電流が変わらない限り、そのNaイオンとOHイオンの移動量の合計は変わらないのです！電流効率を考慮しなければ、つまりOHイオンが変化しなければ、Naイオンの量も変わらない！唯一変化したのは、水の電気移動量が変わったことだけです！もちろん、塩水の濃度が上昇すると、膜の収縮によって電流効率もわずかに向上します！
濃度だけを見るとこのような結果になるかもしれませんが、実際の生産量や電力効率、そして1トンのアルカリ製造に必要な電力消費量はどうでしょうか。私は、トン当たりのアルカリ消費電力が性能を評価する最適な指標だと思います。他のものでは十分ではありません
個人的には、ナトリウムイオンが運ぶ水以外の水の濃度勾配拡散が小さくなることが原因だと思います。アノード液の濃度が上昇しても、スルホン酸層に対するカルボン酸層の影響はほとんどない。一方、カルボン酸層が電流効率を決定するため、ナトリウムイオンが運ぶ水の量は少なくなるかもしれないが、それほど大幅には減らないだろう。そうでなければセル電圧が上昇し、電流効率が低下してしまうからだ。停車時にアノード室の水がカソード室に移動することから、通電時にも同様の現象が起きると個人的には考えています。アノード液の濃度が上昇すると、水の濃度が低下したと解釈でき、それに伴い移動量も減少する。イオン膜にも専用の水チャネルがあると言われている。ナトリウムイオンがイオン膜をより多く通過するかどうかについては、個人的には濃度調整前後のアノードの入口・出口の濃度差を比較してみると参考になると思います。