DE2806441B2

DE2806441B2 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Natriumhypochlorit in einer Elektrolysezelle

Info

Publication number: DE2806441B2
Application number: DE2806441A
Authority: DE
Inventors: Nobutaka Tokio Goto
Original assignee: Chlorine Engineers Corp Ltd
Current assignee: ThyssenKrupp Nucera Japan Ltd
Priority date: 1977-02-18
Filing date: 1978-02-15
Publication date: 1980-05-22
Also published as: CA1114329A; AU515212B2; DE2806441C3; SE7801873L; FR2381112A1; ES466797A1; GB1559957A; FR2381112B1; IT7848069A0; DE2806441A1; BR7800889A; PT67666A; AR215047A1; DK73478A; NL7801186A; IT1102383B; US4151052A; SE430176B; PT67666B; AU3335178A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung von Natriumhypochlorit in einer diaphragmafreien Elektrolysezelle mit Anode und Kathode ausgehend von einer wäßrigen Natriumchloridlösung. Ferner bezieht sie sich aaf 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.-%. 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 verfügbarem Chlor zu vermeiden, kann ein Verfahren angewendet werden, bei dem eine diaphragmafreie Elektrolysezelle neben einer Wasserbehandlungsanlage angeordnet und eine durch Elektrolyse einer wäßrigen 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 Nienge an verfügbarem Chlor stellt die Chlormenge in der wäßrigen Natriumhypochloritlösung dar und sie wird durch die folgende Gleichung

ίο ausgedrückt:

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 reduzier», wird.

HClO + H⁺ + 2e
ClO" + 2H⁺ + 2e
(ClO" + H⁺ + 2e

HCl + 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

CIOJ + 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 J5 von Natriumhypochlorit schlecht und die Betriebskosten sind sehr hoch. Da die Geschwindigkeit der Reaktion (3) durch die Gleichung ausgedrückt wird

d[C10j
d7~~

= K[ClO][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

Vt tatsächlichen (wirksamen) Fläche der Anode und der tatsächlichen (wirksamen) Fläche der Kathode ist darin jedoch nicht angegeben oder angedeutet.

Die US-Patentschriften 38 49 281 und 38 19 504 betreffen eine Elektrolysezelle für die Herstellung von

bo Alkalimetallhypochloriten, insbesondere die Verwendung einer Vielzahl von Einheitszellen gemäß der US-Patentschrift 38 49 281 mit speziellen Elektrodenkonstruktionen. In keiner dieser beiden US-Patentschriften ist angegeben, daß die Oberflächengröße der

b5 Anode im Verhältnis zur Oberflächengröße der Kathode einer bestimmten Beziehung genügen sollte, um verbesserte Stromausbeuten zu erzielen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, Natriumhypo-

chlorit billig und mit hohem Wirkungsgrad, d. h. mit einer hohen Ausbeute 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 elektrolysiert 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 50⁰C 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,

Fig.2 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der wirksamen durchschnittlichen Stromdichte an der Kathode und der Stromausbeute (Stromausnutzung),

Fig.3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Menge an gebildetem Natriumchlorat und der Temperatur des Elektrolyten und

Fig.4 bis 9 verschiedene Ausführungsformen 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 Natriumhypochlorit und die Stromausbeute, bezogen auf die Konzentration an verfügbarem Chlor, aufrechterhalten werden. Dabei wurde 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 tatsächliche Anodenfläche vorzugsweise mindestens etwa das l^fache der tatsächlichen Kathodenfläche betragen.

Insbesondere wurden eine mit einem Oxid eines Metalls der Platingruppe überzogene Titananode und eine Titankathode verwendet und es wurde die Stromausbeute beim Verändern des Verhältnisses von tatsächlicher Anodenfläche zu tatsächlicher Kathodenfläche unter Konstanthaltung der Stromdichte an der Anode ermittelt Dabei wurde die in der F i g. 1 dargestellte Beziehung (die Temperatur der Elektrolytlösung betrug 40° C) festgestellt Die Stromausbeute ändert sich in Abhängigkeit von dem Typ der verwendeten Anode, aber die Kurve, welche die Beziehung zwischen der Stromaiisbeute und dem Verhältnis repräsentiert, zeigt die gleiche Tendenz, ungeachtet des Typs der verwendeten Anode. Wenn das oben angegebene Verhältnis der tatsächlichen Rächen 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 tatsächlichen Flächen der Kathode abnehmen, weil die

Geschwindigkeit der kathodischen Reduktionsreaktion

von Natriumhypochlorit durch die Diffusion bestimmt wird.

Die Beziehung zwischen der wirksamen durchschnitt -

liehen Stromdichte an der Kathode und der Stromausbeute wurde ebenfalls ermittelt, die in Fig.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, v/enn die wirksame durchschnittliche 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 Natriumhypochlorit mit einer besseren Stromausbeute (Stromausnutzung) erhalten werden, wenn die wirksame durchschnittliche Stromdichte an der Kathode auf etwa 20 bis etwa 80 A/dm² 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 Natriumhypochlorit durch Elektrolyse einer wäßrigen Natriumchloridlösung in einer diaphragmafreien Elektrolysezelle beeinflussen. Bei der ersten Ausführungsform beträgt die Konzentration der wäßrigen Natriumchlorid-Ausgangslösung vorzugsweise etwa 20 bis etwa 50 g/l zur Herstellung einer wäßrigen Natriumhypochloritlösung mit einer Konzentration an verfügbarem Chlor von mindestens etwa 3, vorzugsweise mindestens 6 g/l, die für einen wirtschaftlichen Betrieb und für die Erzielung einer hohen Stromausbeute

so erforderlich ist. Der pH-Wert der wäßrigen Natriumchlorid-Ausgangslösung beträgt etwa 5 bis etwa 10 und eine geeignete Temperatur für die wäßrige NaCl-Ausgang&lösung ist eine Temperatur oberhalb von etwa 5°C, vorzugsweise von 15bis45°C.

Eine geeignete Temperatur für die Elektrolyse bei der ersten Ausführungsform 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 10, vorzugsweise 4 bis 5 Volt und geeignete Stromdichten sind Kathodenstromdichten von etwa 20 bis etwa 80, vorzugsweise von 20 bis 40 A/dm-', und Anodenstromdichten von etwa 4 bis etwa 60, vorzugsweise von 10 bis 20 A/dm².

Bei dem konventionellen Verfahren zur Herstellung von Natriumhypochlorit wird die Elektrolyse bei einer Stromdichte von 5 bis 20 A/dm-' sowohl an der Anode als auch an der Kathode im Hinblick auf den Verbrauch 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 Kathodenmaterial, die Stromdichte an der Anode in der Rege! höher ist als die Stromdichte an der Kathode, um Kosten für die Elektrodenmaterialien einzusparen, und daß die Stromdichte zwischen den Elektroden herabgesetzt wird, um die 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 Natriumhypochlorit in einer diaphragmafreien Elektrolysezelle durchgeführt. Dabei wurde die in der F i g. 3 dargestellte Beziehung ermittelt.

Die Fig.3 zeigt, daß die Natriumchloratmenge, weiche die Stromausbeute herabsetzt und den Grad der wirksamen Ausnutzung des Natriumchlorids vermindert, ansteigt, wenn die Temperatur steigt, und daß die Natriumchloratmenge bei mehr als 5O⁰C sich abrupt ändert, weil hier ein Umkehrpunkt in der Nähe von 50⁰C 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 Natriumhypochlorit in einer diaphragmafreien 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 Natriumhypochlorit mit einer Konzentration an verfügbarem Chlor von mindestens etwa 3 g/l 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 Ver fahrens, die zur wirtschaftlichen Herstellung voi Natriumhypochlorit ohne deutliche Zunahme an Ener gieverbrauch und der Menge an verbrauchtem Aus gangssalz angewendet werden kann, besteht darin, dal die Temperatur der Elektrolytlösung auf nicht mehr al: etwa 50°C, vorzugsweise auf nicht mehr als 45°C gehalten wird, indem aktiv gekühlt wird.

Wenn die Lebensdauer der Elektroden oder dei elektrische Widerstand berücksichtigt wird, so betrag die Temperatur der Elektrolytlösung vorzugsweise etwa 5°C oder höher. Bei der zweiten Ausfiihrungsforrr des Verfahrens können mit Ausnahme der Temperatui von etwa 50°C oder weniger, auf der der Elektrolyt gehalten wird, die gleichen Verfahrensbedingungen wit bei der ersten Ausführungsform angewendet werden.

In der (den) Einheitszelle(n), die bei den Ausführungs formen des Verfahrens verwendet wird (werden) können die Zellwände und Zellunterteilungen au: korrosionsbeständigen und elektrisch isolierender Materialien, wie Polyvinylchlorid, Polypropylen, Acrylharzen oder Polycarbonatharzen, bestehen. Zu geeigneten Anodenmaterialien gehören mit einem Metall dei 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 dei Anode und der Kathode können je nach Wunsch variieren, so lange das Verhältnis von tatsächlich« Anodenfläche zu 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 Einheitszelle einen odei mehrere Abstandhalter, die einen Kontakt zwischen den Elektroden verhindern, und geeignete Elektrodenträger. Die Anode und die Kathode können bei der Ausführungsformen irgendeine 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 1,5 :1 wird somit durch Einstellung der Größe der tatsächlichen (wirksamen) OberflächengröBe 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 50^cC oder weniger wird auch die Reaktion (3) der Bildung von Natriumchlorat gehemmt oder verhindert, wodurch die Konzentration an Natriumhypochlorit auf einem höheren Wert gehalten wird.

Die erste Ausfuhrungsform 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

Natriumhypochloritlösung in guter Ausbeute und mit geringen Kosten hergestellt werden. Die Vorrichtung und das Verfahren eignen sich daher insbesondre für die Herstellung von Natriumhypochlorit, das für die Wasserbehandlung u. dgl. verwendet wird. ">

Eine besonders wirksame Kühlung der Elektrolytlösung bei der zweiten Ausführungsform kann dadurch erzielt werden, daß man mindestens eine Kühleinrichtung in oder zwischen den Einheitszellen, welche die Elektrolysezelle bilden, vorsieht und die Elektrolytlö- i^(l sung durch die Kühleinrichtung hindurchfließen läßt. Ausführungsformen zum Kühlen der Elektrolytlösung unter Verwendung von Kühleinrichtungen sind in den F i g. 4 bis 9 dargestellt.

Die Fig. 4 und 5 zeigen einu Vorrichtung bzw. π erläutern ein Verfahren, bei dem die Elektrolytlösung 2 elektrolysiert wird, während sie durch Hindurchleiten der Elektrolytlösung 2 durch eine Kühleinrichtung 3, die zwischen den Einheitszellen 4 der Elektrolysezelle vorgesehen sind, gekühlt wird. Die Fig. 5 zeigt 2i\ insbesondere eine Ausführungsform, die sich für die Verhinderung eines Stromverlustes eignet, wobei die Kühleinrichtung 3 und die Einheitszellen 4, unterteilt durch Unterteilungsplatten 8, eine integrale einheitliche Struktur bilden. Die F i g. 6 zeigt eine Ausführungsform. 2 > bei der die Kühleinrichtung 3 entlang der inneren Oberfläche der Einheitszelle 4 zum Kühlen der Elektrolytlösung 2 vorgesehen ist. Die F i g. 7 zeigt eine Einrichtung zum Kühlen der Elektrolytlösung mittels der Kühleinrichtung 3, die mit der Kathode 6 eine jo 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 Bezugsziffer 6 eine Kathode.

Die Fig.8 erläutert diese Ausführungsform mehr im r> 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 4e ist mit einem Elektrolytlösungsauslaß 10 verbunden. Jede Unterteiiungspiatte 8 weist eine Öffnung 11 für den Durchgang der Elektrolytlösung auf und durch die öffnung 11 steigt die Elektrolytlösung. Die Kühleinrichtung 3 ist zwischen den Einheitszellen 4c und 4d vorgesehen. Wenn die « Elektrolytlösung durch die Einheitszellen steigt, strömt die Elektrolytlösung durch die Kühleinrichtung zwischen den Einheitszellen 4c und 4c/ und die Temperatur der Elektrolytlösung wird bei etwa 50°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 vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Kunstharz, wie Polyvinylchlorid oder Polypropylen. Bei dem Kühlmedium kann es sich um eine Flüssigkeit, wie Wasser, eine Kochsalzlösung u. dgl., oder um ein Gas, wie Freongas, Äthylengas, gasförmiges Ammoniak u. dgl., handeln. Die Wärme in dem Elekrolyten wird somit durch Übertragung auf das Kühlmedium abgeführt.

In der F i g. 8 sind die Anode 5 und die Kathode 6 horizontal angeordnet, die Struktur der in dieser Ausführungsform verwendeten Elektrolysezelle ist jedoch nicht auf die in der F i g. 8 dargestellten Struktur beschränkt. Außerdem hat in der F i g. 8 die Elektrolysezelle eine Strukiur, bei der die Einheitszellen vertikal übereinander angeordnet sind. Die Elektrolysezelle kann auch eine solche Struktur haben, bei der die Einheitszellen seitlich nebeneinander angeordnet sind. Die Anzahl der Einheitszellen unterliegt keinen speziellen Beschränkungen und die Anzahl der Kühleinrichtungen kann ebenfalls erhöht oder vermindert werden, je nach der Anzahl der vorhandenen Einheitszellen. Im allgemeinen werden beim Betrieb 3 bis 15 Einheitszellen, 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 Konzentration an verfügbarem Chlor) aufrechtzuerhalten ist, wird eine hohe Stromausbeute aufrechterhalten und das Ausgangs-Natriumchlorid 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 Kathodenstromdichten 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

Stromdichte an der Anode 15 A/dm²
Konzentration der zugeführten

wäßrigen Natriumchloridlösung 30 g/l

Temperatur der Elektrolytlösung 55°C

Tabelle I

Stromdichte an der Kathode (A/dnr) 15*) 23 45 60

75

Verhältnis von tatsächlicher
Anodenfläche zu tatsächlicher
Kathodenfläche

1,0 1,5

3,0

4,0

5,0

ίο

Kort sctzung

Stromdichte an der Kathode (A/dm²)

15*) 23 45 60 75

Konzentration an gebildetem 6499 6542 6696 6776 6823

verfügbarem Chlor (ppm)

Stromausbeute (%) 63 64 66 69 70

*) Vergleich.

Die Ergebnisse der vorstehenden Tabelle I zeigen, daß gute Ergebnisse erhalten werden, wenn das Verhältnis von tatsächlicher Anodenfläche zu tatsächlicher Kathodenfläche mindestens etwa 1,5 :1 beträgt.

Beispiel 2

Es wurde eine wäßrige Natriumchloridlösung bei variierenden Temperaturen unter den nachfolgend angegebenen Bedingungen unter Verwendung einer diaphragmafreien Elektrolysezelle mit dem in F i g. 8 dargestellten Aufbau elektrolysiert, die aus Polyvinylchlorid bestand mit Ausnahme der Elektroden und die eine mit Rutheniumoxid überzogene Titananode und

Tabelle II

eine Titankathode enthielt. Zum Vergleich wurde das obige Verfahren wiederholt, wobei diesmal jedoch die is Elektrolysetemperaturen auf 60⁰C eingestellt wurden. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle II angegeben.

Elektrolysebedingungen	15 A/dm²
20 Stromdichte an der Anode	30 A/dm-'
Stromdichte an der Kathode
Konzentration der zugeführten	30 g/l
wäßrigen Natriumchloridlösung
Konzentration des	etwa 7,5 g/l
25 gebildeten Natriumhypochlorits

Temperatur ( C) 10 20

30

40

60*)

Stromausbeute (%)
*) 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 50'C Stromausbeuten erhalten werden können, die einen

78,5

73,1

67,6

61,0

wirtschaftlichen Betrieb erlauben. Bei einer Temperatur von mehr als 50⁰C, beispielsweise bei 60⁰C, betrug die Stromausbeute etwa 60% und die Elektrolyse konnte nicht wirtschaftlich durchgeführt werden.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims

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 Einheitszeiten enthält oder daraus besteht.

3. Verfahren zur Herstellung von Nairiumhypochlorit 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/dm² 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 50⁰C oder weniger zu halten, wodurch eine Natriumhypochloritlösung mit einer Konzentration an verfügbarem Chlor von mindestens etwa 3 g/l erhalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Temperstur der Elektrolytlösung bei 5 bis 45° C hält.