DE2806441C3 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Natriumhypochlorit in einer Elektrolysezelle - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Natriumhypochlorit in einer Elektrolysezelle

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DE2806441C3
DE2806441C3 DE2806441A DE2806441A DE2806441C3 DE 2806441 C3 DE2806441 C3 DE 2806441C3 DE 2806441 A DE2806441 A DE 2806441A DE 2806441 A DE2806441 A DE 2806441A DE 2806441 C3 DE2806441 C3 DE 2806441C3
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Description

Menge an verfügbarem Chlor (g/l)
= 2 χ (Chlor in NaClO).
Eine Ursache für die Abnahme der Menge an verfügbarem Chlor ist die, daß das Hypochlorition an der Kathode elektrochemisch nach den folgenden Gleichungen reduziert wird.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung von Natriumhypochlorit in einer diaphragmafreien Elektrolysezelle mit Anode und Kathod» ausgehend von einer wäßrigen Natriumchloridlösung. Ferner bezieht sie sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Natriumhypochlorit in einer Elektrolysezelle, das sich für eine Oxydationsbehandlung beim Sterilisieren. Entfärben, Desodorieren, Eliminieren von Eisen und Mangan aus Flußwasser (Oberwasser), Trinkwasser (Stadtwasser), Abwasser, Brauchwasser u. dgl. eignet.
Natriumhypochlorit wird im allgemeinen durch Umsetzung einer konzentrierten Natriumhydroxidlösung mit Chlorgas hergestellt und handelsübliche Qualitäten haben eine Konzentration an verfügbarem Chlor von etwa 12 Gew.-°/o. Handelsübliche wäßrige Natriumhypochloritlösungen werden während ihrer Lagerung durch die Temperatur, Verunreinigungen, Sonnenlicht u.dgl. beeinflußt und unterliegen einer Zersetzung oder chemischen Reaktion, wodurch die Konzentration an verfügbarem Chlor herabgesetzt wird. Die Abnahme der Konzentration an verfügbarem Chlor ist im Sommer besonders ausgeprägt, wobei etwa 25% des Verfügbaren Chlors Verlorengehen können.
Um diese Abnahme der Konzentration an verfügbar rem Chlor ZU Vermeiden, kann ein Verfahren angewendet werden, bei dem eine diaphragmafreie Elektrolyse' zelle neben einer Wässeibehändlüngsanlage angeord* net und eine durch Elektrolyse einer wäßrigen HClO + H* + 2e
CiO
2 H*
2e
(CIO + H* + 2e
HCI + OH (1)
HCl + OH (2)
Cl + OH )
Eine andere Ursache für die Abnahme der Menge an verfügbarem Chlor ist die Bildung von Natriumchlorat in der Lösung nach der folgenden Reaktion
ClO + 2HC10
ClO, + 2HCl (3)
Wegen dieser Ursachen sind der Grad (das Verhältnis) der wirksamen Ausnutzung des Natriumchlorids und die Stromausbeute bei konventionellen diaphragmafreien Elektrolysezellen für die Herstellung von Natriumhypochlorit schlecht und die Betriebskosten sind sehr hoch. Da die Geschwindigkeit der Reaktion (3) durch die Gleichung ausgedrückt wirü
d[C1031
dt
A[ClO 1[HClO]2
steigt die Menge an gebildeten Chlorationen mit zunehmenden Konzentrationen an verfügbarem Chlor und höheren Temperaturen. Die Stromausbeute und der Grad (das Verhältnis) der Ausnutzung des Ausgangssalzes nehmen beide in der diaphragmafreien Elektrolysezelle für die Herstellung von Natriumhypochlorit noch weiter ab.
In der US-Patentschrift 39 17 518 ist ein Verfahren zur Herstellung von Hypochloritlösungen durch Elektrolyse von wäßrigen Chloridlösungen beschrieben. Der Einfluß der Temperatur auf die Bildung von Natriumchlorat scheint darin zwar angegeben zu sein, der Einfluß des spezifischen Verhältnisses zwischen der tatsächlichen (wirksamen) Fläche der Anode und der tatsächlichen (wirksamen) Fläche der Kathode ist darin jedoch nicht angegeben oder angedeutet.
Die US-Patentschriften 38Φ9 281 und 38 19 504 betreffen eine Elektrolysezelle für die Herstellung von AlkaJimetaNhypochloriten, insbesondere die Verwendung einer Vielzähl von Einheitszellen gemäß der US-Paten(schrift 38 49 281 mit speziellen Elektrodenkonstruktionen. in keiner dieser beiden US-Patent· Schriften ist angegeben, daß die Oberflächengröße der Anode im Verhältnis zur Öberflächengröße der Kathode einer bestimmten Beziehung genügen sollte, lim Verbesserte Strömäüsbeüten zu erzielen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, Natriumhypo-
chlorit billig und mit hohem Wirkungsgrad, d.h. mit einer hohen Amibeute herzustellen.
Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Mit dieser Vorrichtung ist ein Verfahren zur Herstellung von Natriumhypochlorit durchzuführen, welches die angegebenen Reaktionen (1) bis (3) hemmen kann, bei dem die Konzentration an Natriumhypochlorit und die Stromausbeute auf hohen Werten gehalten werden und das Ausgangssalz wirkungsvoll ausgenutzt wird.
Die Reaktionen (1) und (2) können gehemmt oder verhindert werden, wenn eine wäßrige Natriumchloridlösung in einer diaphragmafreien Elektrolysezelle mit mindestens einer Einheitszelle elektroiysiert wird, indem das Verhältnis zwischen der tatsächlichen (wirksamen) Anodenfläche und der tatsächlichen (wirksamen) Kathodenfläche in der Elektrolysezelle auf mindestens etwa 1,5 :1 gebracht wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann auch die Reaktion (3) gehemmt oder verhindert werden, indem die Elektrolytlösung, beispielsweise unter Verwendung mindestens einer Kühleinrichtung, die in oder zwischen Einheitszellen vorgesehen ist, abgekühlt wird, um die Elektrolytlösung auf einer Temperatur von etwa 50° C oder weniger, vorzugsweise von 5 bis 45° C, zu halten. Diese Weiterbildung der Erfindung erlaubt einen noch wirtschaftlicheren Betrieb der Elektrolysezelle.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Stromausbeute (Stromausnutzung) und dem Verhältnis von tatsächlicher (wirksamer) Anodenfläche zu tatsächlicher (wirksamer) Kathodenfläche,
F i g. 2 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der wirksamen durchschnittlichen Stromdichte an der Kathode und der Stromausbeute (Stromausnutzung),
F i g. 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Menge an gebildetem Natriumchlorat und der Temperatur des Elektrolyten und
Fig.4 bis 9 verschiedene Ausführungsi'ormen der Vorrichtung.
Die Beziehung zwischen dem Verhältnis von tatsächlicher (wirksamer) Anodenfläche zu tatsächlicher (wirksamer) Kathodenfläche und der Stromausbeute, bezogen auf die Konzentration an verfügbarem Chlor, wurde untersucht, um die Elektrolysebedingungen zu finden, unter denen die oben angegebenen kathodischen Reduktionsreaktionen (1) und (2) gehemmt oder verhindert werden und die Konzentration an Natriumhypochlont und die Stromausbeute, bezogen auf die Konzentration an verfügbarem Chlor, aufrechterhalten werden. Dabei wu>-de festgestellt, daß die Stromausbeute mit zunehmendem Verhältnis von tatsächlicher (wirksamer) Anodenfläche zu tatsächlicher (wirksamer) Kathodenfläche zunimmt. Zur Durchführung der Elektrolyse bei Stromausbeuten, die vom wirtschaftlichen Standpunkt aus betrachtet ausreichen, muß die tatsäch liehe Anodenfläche vorzugsweise mindestens etwa das 1,5fache der tatsächlichen Kathodenfläche betragen.
Insbesondere würden eine mit einem Oxid eines Metalls der Platingruppe überzogene Titananode und eine Titankathode verwendet und es wurde die Stromausbeute beim Verändern des Verhältnisses von tatsachlicher Anodenfläche zu tatsächlicher Kathodenfläche unter Konstanthaltung der Stromdichte an der Anode ermittelt. Dabei wurde die in der F i gä 1 dargestellte Beziehung (die Temperatur der Elektrolytlösung betrug 40°C) festgestellt Die Stromausbeme ändert sich in Abhängigkeit von dem Typ der verwendeten Anode, aber die Kurve, welche die Beziehung zwischen d<_. Stromausbeute und dem Verhältnis repräsentiert, zeigt die gleiche Tendenz, ungeachtet des Typs der verwendeten Anode. Wenn das oben angegebene Verhältnis der tatsächlichen Flächen mindestens etwa 1,5 :1 beträgt, ist die Stromausbeute
ίο wirtschaftlich tragbar, ungeachtet des Typs der verwendeten Anode.
Der Grund ist der, daß die Stromverluste, die eine Folge der kathodischen Reduktionsreaktionen (1) und (2) sind, bei gegenüber denen der Anode kleineren
π tatsächlichen Flächen der Kathode abnehmen, weil die Geschwindigkeit der kathodischen Reduktionsreaktion von Natriumhypochlorit durch die Diffusion bestimmt wird.
Die Beziehung zwischen der wirksamen durchschnittliehen Stromdichte an der Kathode ..nd der Stromausbeute wurde ebenfalls ermittelt, oie in F ι g. 2 (die Temperatur der Elektrolytlösung betrug 40 C) dargestellt ist. Wenn die tatsächliche Fläche der Kathode kleiner ist als diejenige der Anode, nimmt die wirksame Stromdichte an der Kathode zu. Die in F i g. 2 gezeigte Tendenz für die Stromausbeute, bezogen auf die Konzentration an verfügbarem Chlor, zuzunehmen, wenn die wirksame durchschnittlich«: Stromdichte an der Kathode bei gleichzeitiger Konstanthaltung der Stromdichte an der Anode zunimmt, ist die gleiche wie die in F i g. 1 dargestellte Tendenz. Die F i g. 2 zeigt auch, daß die wirksame durchschnittliche Stromdichte an der Kathode auf mindestens etwa 20 A/dm2, vorzugsweise 20 bis 80 A/dm2, einzustellen ist. Das heißt mit anderen Worten, in einer Elektrolysezelle mit einem solchen Aufbau, bei dem die tatsächliche Fläche der Anode mindestens etwa das l,5fache der tatsächlichen Fläche der Kathode beträgt, kann Natriuinhypochiorit mit einer besseren Stromausbeute (Stromausnutzung) erhalten werden, wenn die wirksame durchschnittliche Stiomdichte an der Kathode auf etwa 20 bis etwa 80 A/dm? eingestellt wird. Die wirksame durchschnittliche Stromdichte an der Anode beträgt zweckmäßig nicht mehr als etwa 60 A/cm2 und im Hinblick auf die Haltbarkeit der Anode soll sie vorzugsweise nicht mehr als etwa 20 A/cm2 betragen.
Die Konzentration der Lösung des Ausgangssalzes und die Temperatur der Elektrolytlösung sind Faktoren, welche die Stromausbeute bei der Herstellung von
w Nairiumhypochlorif durch Elektrolyse einer wäßrigen Natnumchloridlösung in einer diaphragmafreien Elektrolysezelle beeinflussen. Bei der ersten Ausführungsforrr beträgt die Konzentration der wäßrigen Natriumchlorid-Ausgangslösung vorzugsweise etwa 20 bis etwa 50g'l zur Herstellung einer wäßrigen Natriumhypochloritlösung mit einer Konzentration an verfügbarem Chlor vofi mindestens etwa 3, vorzugsweise mindestens 6 g/l, die für einen wirtschaftlichen Betrieb und für die Erzielung einer hohen Stromausbeute
bo erforderlich ist. Der pH-Wert der wäßrigen Natnumchlorid^Ausgangslösungbeträgt etwa 5 bis etwa· 10 und eine geeignete Temperatur für die wäßrige NaCI-Ausgangslösung ist eine Temperatur oberhalb von etwa 5° C1 vorzugsweise von 15 bis 45° C.
Eine geeignete Temperatur für die Elektrolyse bei der ersten Aüsführungsform des Verfahrens kann innerhalb des Bereiches Von etwa 5 bis weniger als etwa 60°C liegen. Eine geeignete Spannung beträgt etwa 2,3 bis
etwa iO, vorzugsweise 4 bis 5 Volt und geeignete Stromdichten sind Kathodenslromdichten von etwa 20 bis etwa 80, Vorzugsweise Von 20 bis 40 A/dm2, und Anodenstrorhdichten von etwa 4 bis etwa 60, vorzugsweise von IÖ bis 20 A/dm3. s
Bei dem konventionellen Verfahren zur Herstellung von Natriumhypoehlorit wird die Elektrolyse bei einer Stromdichte von 5 bis 20 A/dm2 sowohl an der Anode als auch an der Kathode im Hinblick auf den Verbfauch an Elektrodenmaterial, des Temperaturanstiegs der .Elektrolytlösung und der Stromausbeute der Anode durchgeführt.
Es ist allgemein bekannt, daß, da das Anodenmaterial 5- bis lOmal kostspieliger ist als das Kalhodenmaterial. die Stromdichte an der Anode in der Regel höher ist als die Stromdichte an der Kathode, um Kosten für die Elektrodenmaterialien einzusparen, und daß die Stromdichte zwischen den Elektroden herabgesetzt wird, um äie Spannung zu vermindern.
Im Hinblick auf die vorstehenden Angaben wurden daher auch Untersuchungen durchgeführt, bei denen die Stromausbeute durch Einstellung der Temperatur der Elektrolytlösung erhöht wurde. Insbesondere wurden Untersuchungen durchgeführt, um einen geeigneten Temperaturbereich für die Elektrolytlösung herauszufinden, der die Reaktion (3) hemmt oder verhindert, und es wurden Untersuchungen in bezug auf den Einfluß der Temperatur auf die Bildung von Natriumhypoehlorit in einer diaphragmafreien Elektrolysezelle durchgeführt. Dabei wurde die in der Fig. 3 dargestellte Beziehung jo ermittelt.
Die F i g. 3 zeigt, daß die Natriumchloratmenge, welche die Stromausbeute herabsetzt und den Grad der wirksamen Ausnutzung des Natriumchlorids vermindert, ansteigt, wenn die Temperatur steigt, und daß die J5 Natriumchloratmenge bei mehr als 50"C sich abrupt ändert, weil hier ein Umkehrpunkt in der Nähe von 50° C vorliegt. Die Konzentration an gebildetem verfügbarem Chlor muß herabgesetzt werden, um die Stromausbeute und den Grad der wirksamen Ausnutzung des Ausgangs-Natriumchlorids bei der Herstellung von Natriumhvnorhlnrit in piner dianhrapmafreien Elektrolysezelle zu erhöhen. Um die Konzentration an verfügbarem Chlor bei gleichzeitiger Verhinderung der Herabsetzung der Stromausbeute und des Grades der wirksamen Ausnutzung des Ausgangs-Natriumchlorids zu erhöhen, und um somit das Verfahren wirtschaftlich durchzuführen, muß die Verweilzeit des Natriumchlorid enthaltenden Elektrolyten in der Elektrolysezelle erhöht werden. Dieses führt zu einer deutlichen Erhöhung der Temperatur, und die Menge an nach der Reaktion (3) gebildetem Natriumchlorat nimmt zu. Das Ansteigen der Temperatur soll deshalb aktiv verhindert werden.
Außerdem wird die Stromdichte an der Kathode, wie oben angegeben, zweckmäßig auf mindestens etwa 20 A/dm2 eingestellt, um die Stromausbeute, bezogen auf die Konzentration des gebildeten verfügbaren Chlors, zu erhöhen und die kathodische Reduktionsreaktion der Hypochloritionen zu hemmen oder zu verhindern. Die Temperatur der Elektrolytlösung steigt jedoch an, wenn die Stromdichte zunimmt Wenn die Elektrolyse bei einer Kathodenstromdichte von mindestens etwa 20 A/dm2 durchgeführt wird, um Natriumhypoehlorit mit einer Konzentration an verfügbarem Chlor von mindestens etwa 3 g/I auf wirtschaftliche Weise herzustellen, steigt die Temperatur der Elektrolytlösung deutlich an. Es muß daher der Anstieg der Temperatur der Elektrolytlösung Verhindert werden.
Eine weiter verbesserte Ausführungsform des Verfahrens, die zur Wirtschaftlichen Herstellung von Natriumhypochlorit ohne deutliche Zunahme an Eher^ gieverbfauch und der Menge an verbrauchtem Aüsgangssalz angewendet werden karin^ besteht darim. daß die Temperatur der Elektrolytlösung auf nicht mehr als etwa 50°C, vorzugsweise auf nicht mehr als 45°C gehalten wirdt indem aktiv gekühlt wird;
Wenn die Lebensdauer der Elektroden oder der elektrische Widerstand berücksichtigt wird, so betrügt die Temperatur der Elektrolytlösung vorzugsweise etwa 5" C oder höher. Bei der zweiten Ausführungsform des Verfahrens können mit Ausnahme der Temperatur von etwa 50°C oder weniger, auf der der Elektrolyt gehalten wird, die gleichen Verfahrensbedingungen wie bei der ersten Ausführungsform angewendet werden.
In der (den) Einheilszelle(n), die bei den Ausführungsformen des Verfahrens verwendet wird (werden), können die Zellwände und Zellunterteilungen aus korrosionsbeständigen und elektrisch isolierenden Materialien, wie Polyvinylchlorid, Polypropylen, Acrylharzen oder Polycarbonatharzen, bestehen. Zu geeigneten Anodenmalerialien gehören mn einem Metall der Platingruppe überzogenes Titan, mit einem Oxid eines Metalls der Platingruppe überzogenes Titan u. dgl., und zu geeigneten Kathodenmaterialien gehören Eisen, Nickel. Titan, rostfreier Stahl u. dgl. Die Größe der Anode und der Kathode können je nach Wunsch variieren, so lange das Verhältnis von tatsächlicher Anodenfläche >:u tatsächlicher Kathodenfläche etwa 1.5 :1 oder mehr beträgt. Es besteht keine Beschränkung in bezug darauf, wie groß dieses Verhältnis sein kann, im allgemeinen beträgt es jedoch bis zu mehr als 5:1. Ein bevorzugtes Verhältnis zwischen der tatsächlichen Anodenfläche und der tatsächlichen Kathodenfläche beträgt 1,5 :1 bis 3 :1. Wie für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich, enthält die Einheitszeile einen oder mehrere Abstandhalter, die einen Kontakt zwischen den Elektroden verhindern, und geeignete Elektrodenträger. Die Anode und die Kathode können bei den Ausführunesformen ireendeine beliebige Gestalt haben, beispielsweise kann es sich dabei um eine ebene Plattenelektrode, eine stabförmige Elektrode, eine gitterförmige Elektrode u. dgl. handeln. Die Größe der tatsächlichen (wirksamen) Oberfläche sowohl der Anode als auch der Kathode wird nach den Formgebungen der verwendeten Anode und Kathode errechnet. Das Verhältnis von tatsächlicher (wirksamer) Anodenfläche zu tatsächlicher (wirksamer) Kathodenfläche von mindestens etwa 13:1 wird somit durch Einstufung der Größe der tatsächlichen (wirksamen) Oberflächengröße der Anode und der Größe der tatsächlichen (wirksamen) Oberflächengröße der Kathode erhalten, die mit der wäßrigen Natriumchlorid-Elektrolytlösung in Kontakt steht
Die angegebenen Reaktionen (1) und (2) werden gehemmt oder verhindert und durch Einstellung der Temperatur der Elektrolytlösung auf etwa 500C oder weniger wird auch die Reaktion (3) der Bildung von Natriumchlorat gehemmt oder verhindert wodurch die Konzentration an Natriumhypoehlorit auf einem höheren Wert gehalten wird.
Die erste Ausführungsform bewirkt die Hemmung der beiden Reaktionen (1) und (2) und die zweite Ausführungsform bewirkt die Hemmung der drei Reaktionen (1), (2) und (3). Die Natriumhypochloritkonzentration kann daher hoch gehalten und eine wäßrige
Natriumhypoclilorillösung in guter Ausbeute und mit geringen Kosten hergestellt werden. Die Vorrichtung und das Vcivahren eignen sich daher insbesondre für die Herstellung von Natriumhypochlorit, das für die Wasserbehandlung ti. dgl. verwendel wird.
Eine besonders wirksame Kühlung der Elektrolytlösung bei der zweiten Ausführungsform kann dadurch er/lielt werden, daß man mindestens eine kühleinrichtung in oder zwischen den Einheitszelleii, welche die Elektrolysezelle bilden, vorsieht UnJ die Elektrolytlösung durch die Kühleinrichtung hindurchfließen läßt. Ausführungsformen /um Kühlen der Elektrolytlösung unter Verwendung von Kühlcinrichtungen sind in den Γ ig.4 bis9dargestellt.
Die Fig.4 uml 5 /eigen eine Vorrichtung bzw. erläutern ein Verfahren, bei dem die Elektrolytlösung 2 clektrolysiert wird, während sie durch I lindurchleiten
zwischen den Einheitszellen 4 der Elektrolysezelle vorgesehen sind, gekühlt wird. Die Fig. 5 zeigt insbesondere eine Ausführungsform. die sich für die Verhinderung eint«, Stromverlustes eignet, wobei die Kühleinrichtung 3 und die Einheitszellen 4, unterteilt durch llnterteilungsplatten 8, eine integrale einheitliche Struktur bilden. Die Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform. bei der die Kühleinrichtung 3 entlang der inneren Oberfläche der i.inheils/elle 4 zum Kühlen der Elektrolytlösung 2 vorgesehen ist. Die F i g. 7 zeigt eine Einrichtung zum Kühlen der Elektrolytlösung mittels 'ler Kühleinrichtung 3. die mit der Kathode 6 eine Einheit bildet, wobei das Kühlwasser oder ein Kühlgas 9 an die Innenflächen der Kathode 6 geführt wird. In den Fig.4 bis 7 bezeichnet die Bezugsziffer 5 eine Anode und die Bezugsziffcröeine Kathode.
Die Fig. 8 erläutert diese Ausführungsform mehr im Detail. In der Fig 8 besteht die Elektrolysezelle 1 aus einer Vielzahl von Einheitszellen 4. die durch Unterteilungsplatten 8 unterteilt sind. Die unterste Einheitszelle 4a ist mit einem Elketrolytlösungseinlaß 7 direkt verbunden und die oberste Einheitszelle Ae ist mit einem Elektrolytlösungsauslaß 10 verbunden. Jede Unterleiiungsptatte S weist eine Öllnung 11 für den Durchgang der Elektrolytlösung auf und durch die Öffnung 11 steigt die Elektrolytlösung. Die Kühleinrichtung 3 ist zwischen den Einheitszcllen Ac und Ad vorgesehen. Wenn die Elektrolytlösung durch die Einheitszellen steigt, strömt die Elektrolytlösung durch die Kühleinrichtung zwischen den Einheitszellen 4fund Ad und die Temperatur der Elektrolytlösung wird bei etwa SO" C oder weniger gehalten.
Die Struktur der in den obigen Ausführungsformen verwendeten Kühleinrichtung 3 unterliegt keinen speziellen Beschränkungen. So kann beispielsweise, wie in der Fig.9 dargestellt, die eine perspektivische Ansicht einer Kühleinrichtung ist. die Struktur eine solche sein, bei der ein Kühlmedium durch zahlreiche Rohrleitungen geführt wird. Um einen Stromverlust in der Kühleinrichtung zu verhindern, besteht die Kühleinrichtung vorziigssvcise aus einem elektrisch isolierenden Kunstharz, wie Polyvinylchlorid oder Polypropylen. Bei dem Kühlmedium kann es srcli um eine Flüssigkeit, wie > Wasser, eine Kochsalzlösung u. dgl., oder um ein Gas, wie Freohgas, Äthylengas, gasförmiges Ammoniak u.dgl., handeln. Die Wärme in dem Elekrolyien wird somit durch Übertragung auf das Kühlmedium5 abgeführt.
ι« In der F i p. 8 sind die Anode 5 und die Kathode 6 horizontal angeordnet, die Struktur der in dieser Ausführungsform verwendeten Elektrolysezelle ist jedoch nichl auf die in der F i g. 8 dargestellten Struktur beschränkt. Außerdem hat in der F i g. 8 die Elektrolysezelle eine Struktur, bei der die Einheitszellen vertikal übereinander angeordnet sind. Die Elektrolysezelle kann auch eine solche Struktur haben, bei der die Einncüszeücri sc;i!;cn nebeneinander angeorunct Sinti. Die An?ahl der Einheitszellen unterliegt keinen speziellen Beschränkungen und die Anzahl der Kühlcinrichlungcn kann ebenfalls erhöht oder vermindert werden, je nach der Anzahl der vorhandenen Einheitszeiten. Im allgemeinen werden beim Betrieb 3 bis 15 Einhcilszellen. vorzugsweise 5 bis 10 Einheitszellen.
verwendet.
Da bei dieser Ausführungsform auch die Bildung von Natriumchlorat als Folge der Reaktion (3) in der Elektrolytlösung verhindert wird und eine hohe Konzentration an Natriumhypochlorit (eine hohe
in Konzentration an verfügbarem Chlor) aufrechtzuerhalten ist, wird eine hohe Stromausbeute aufrechterhalten und das Ausgangs-Nalriumchlortd auf wirksame Weise ausgenutzt. Auf diese Weise kann Natriumhypochlorit wirtschaftlich hergestellt werden.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, ohne jedoch auf diese beschränkt zu sein. Die darin angegebenen Teile. Prozentsätze. Verhältnisse u.dgl. beziehen sich, wenn nichts anderes angegeben ist, auf das Gewicht.
Beispiel 1
Eine wäßrige Natriumchloridlösung wurde unter den nachfolgend angegebenen Bedingungen bei variierenden Kathodenstrorndichten unter Verwendung einer diaphragmafreien Elektrolysezelle aus 5 Einheitszellen elektrolysiert. die jeweils aus Polyvinylchlorid bestanden mit Ausnahme der Elektroden und die eine mit Rutheniumoxid überzogene Titananode und eine Titankathode enthielten, die beide horizontal angeordnet waren. Die erzielten Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle I angegeben.
Elektrolysebedingungen
Strömdichte an der Anöde 15 A/dm2
Konzentration der zugeführten
wäßrigen Natriumchloridlösung 30 g/l
Temperatur der Elektrolytlösung 55° C
Tabelle I
Stromdichte an der Kathode (A/dm )
23
45
75
Verhältnis von tatsächlicher
Anodenfläche zu tatsächlicher
Kathodenfläche
1,5
3,0
4,0
5,0
Forlsel/iiim
Slromdichle an tier Kathode (A/dm3) IS*) 23 45 60
75
Konzentration an gebildetem
verfügbarem Chlor (ppm)
Stromausbeule (%)
*) Vergleich.
Die Ergebnisse der vorstehenden Tabelle I zeigen, daß gute Ergebnisse erhalten werdcn( wenn das Verhältnis von tatsächlicher Anodenfläche zu tatsächli» eher Kathodenfläche mindestens etwa 1,5 : I beträgt.
Beispiel 2
Es wurde eine wäßrige Natriurnciiioridiosung bei variierenden Temperaturen unter den nachfolgend angegebenen Bedingungen unter Verwendung einer diaphragmafreien Elektrolysezelle mit dem in Fig.8 dargestellten Aufbau elektrolysiert, die aus Polyvinylchlorid bestand mit Ausnahme der Elektroden und die eine mit Rutheniumoxid überzogene Titananode und
Tabelle II
6499 6542 6696 6776 6823
63 64 66 69 70
eine Titankathode enthielt. Zum Vergleich wurde das obige Verfahren wiederholt, wobei diesmal jedoch die Elekirolyselemperaturen auf 600C eingestellt wurden. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle M angegeben.
2ö Stromdichte ah der Anode
Stromdichte an der Kathode
Konzentration derzugeführten
wäßrigen Natriumchloridlösung
Konzentration des
gebildeten Natriumhypochlorits
Ϊ5 A/dm2
30 A/dm2
30 g/l etwa 7,5 g/l
Temperatur ( C) 10 20
30
40
60*)
Stromausbeule (%)
*) Vergleich.
86,2
Aus den Ergebnissen der vorstehenden Tabelle II ist zu ersehen, daß durch Einstellung der Temperatur der Elektrolytlösung auf nicht mehr als etwa 500C Stromausbeuten erhalten werden können, die einen 78,5
73,1
67,6
61,0
wirtschaftlichen Betrieb erlauben. Bei einer Temperatur von mehr als 5O0C, beispielsweise bei 6O0C, betrug die Stromausbeute etwa 60% und die Elektrolyse konnte -to nicht wirtschaftlich durchgeführt werden.

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zur Herstellung von Natriumhypochlorit in einer diaphragmafreien Elektrolysezelle mit Anode und Kathode ausgehend von einer wäßrigen Natriumchloridlösung, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der tatsächlichen (wirksamen) Anodenfläche und der tatsächlichen (wirksamen) Kathodenfläche in der Elektrolysezelle mindestens 1,5 :1 beträgt
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die diaphragmafreie Elektrolysezelle eine Vielzahl von Einheitszellen enthält oder daraus besteht
3. Verfahren zur Herstellung von Natriumhypochlorit in einer Elektrolysezelle gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame durchschnittliche Stromdichte an der Kathode mindestens etwa 20 A/dm2 beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame durchschnittliche Stromdichte an der Kathode etwa 20 bis etwa 80 A/dm-' beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 — 4, dadurch gekennzeichnet daß man die Elektrolytlösung mit mindestens einer in oder zwischen den Einheitzellen vorgesehenen Kühleinrichtung kühlt, um sie auf einer Temperatur von etwa 50° C oder weniger zu halten, wodurch eine Natriumhypochloritlösung m. einer Konzentration an verfügbarem Chlor von mindestens Ptwa 3 «Ί erhalten wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Tenperpfir der Elektrolytlösung bei 5 bis 45° C hält.
Natriumchloridlösung hergestellte wäßrige Natriumhypochloritlösung direkt in diese Wasserbehandlungsanlage eingeleitet wird, Auch in diesem Falle kann jedoch die Menge an verfügbarem Chlor bei der Herstellung einer wäßrigen Natriumhypochloritlösung herabgesetzt werden.
Die Menge an verfügbarem Chlor stellt die Chlormenge in der wäßrigen Natriumhypochloi hlösung dar und sie wird durch die folgende Gleichung
ίο ausgedrückt:
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