Technische Elektrolyse Chlor-Alkali

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1 Technische Elektrolyse Chlor-Alkali
Silvia Ostendorf Technische Elektrolyse Chlor-Alkali

2 Inhaltsverzeichnis Grundlagen Diaphragmaverfahren Membranverfahren
Amalgamverfahren Vor- und Nachteile der 3 Verfahren Fazit Quelle

3 Grundlagen Die Cholr-Alkali Elektrolyse dient der Herstellung von Chlor und Natronlauge

4 Diaphragmaverfahren Anode (aus Titan): Chlorid-Ionen werden zu Chlor oxidiert Kathode (aus Eisen): Wasser wird zu Wasserstoff reduziert Natrium-Ionen bilden mit Hydroxid-Ionen Natronlauge

5 Diaphragmaverfahren Diaphragma: besteht aus 5mm dickem Stahl-Lochblech, auf das Asbestfaser und eine Teflonschicht aufgebracht sind Flüssigkeitsspiegel im Anodenraum höher als im Kathodenraum Hydroxid-Ionen bleiben im Kathodenraum Natrium-Ionen wandern durch das Diaphragma

6 Diaphragmaverfahren Natronlauge enthält hohen Anteil an Sole
Durch Eindampfen der Lösung trennt sich das NaCl ab und man erhält eine 50% Natronlauge, die noch etwa 1% NaCl enthält Salz wird erneut der Sole dem Elektrolyseprozess zugeführt

7 Diaphragmaverfahren

8 Diaphragma-/Membranverfahren Reaktionsgleichung
Oxidation an der Anode 2 Cl- Cl e- Reduktion an der Kathode 2 H2O H+ + 2 OH- 2 H+ + 2 e H2 Gesamtreaktion 2 NaCl + 2 H2O NaOH + Cl2 + H2

9 Membranverfahren Ähnlich dem Diaphragmaverfahren
Diaphragma wird durch eine ca. 0,1mm dünne chlorbeständige Kationentauschermembran ersetzt Bestehend aus Polytetrafluorethen mit negativ geladenen SO3-Resten Anionen können nicht hindurch kaum durch NaCl verunreinigte Natronlauge

10 Membranverfahren Elektrolyse: 3,2-4,2Volt
Natriumchloridkonzentration: 300g/L

11 Membranverfahren

12 Amalgamverfahren Anode: dicke, waagerecht liegende und mit Ruthenium beschichtete Titanplatte/ enthält Bohrungen zum Chlordurchlass Chlorid-Ionen werden zum Chlor oxidiert Kathode: flüssiges Quecksilber, fließt am Boden als 3-5mm dünner Film entlang Sole fließt in gleiche Richtung Natrium bildet mit dem Quecksilber Amalgam

13 Amalgamverfahren Amalgam-Zersetzer: Amalgam rieselt durch Graphitkörner, im Gegenstrom wird Wasser zugeführt Natrium reagiert mit Wasser zu konzentrierter Natronlauge und Wasserstoff 2 NaHg + 2 H2O NaOH + H Hg

14 Amalgamverfahren Elektrolyse: bei 80°C / 4-5 Volt
Stromstärke: (>) A Natriumchloridkonzentration; 270g/L

15 Amalgamverfahren

16 Amalgamverfahren Reaktionsgleichung
Oxidation an der Anode 2 Cl Cl2 + 2 e- Reduktion an der Kathode 2 Na+ + 2e Na Reaktion im Zersetzer 2 Na + 2 H2O Na+ + 2 OH- + H2 Gesamtreaktion 2 NaCl + 2 H2O NaOH + Cl2 + H2

17 Diaphragmaverfahren Vorteile: Nachteile: Niedriger Energieaufwand
Keine Umweltbelastung Bleichlauge/Chlorate können gebildet werden Nachteile: Durch NaCl verunreinigte Natronlauge Gesundheitsrisiken, wenn das Diaphragma aus Asbest besteht

18 Membranverfahren Vorteile: Nachteile:
Umweltfreundlich, nicht gesundheitsschädlich Reine Endprodukte, im Chlor nur geringe Spuren von O2 kostensparend Nachteile: Membran empfindlich gegen Erdalkalimetallionen, welche sich festsetzten können Geringe Standfestigkeit und Lebensdauer der Membran

19 Amalgamverfahren Vorteile: Hoher Strombedarf
Strikte räumliche Trennung (Bildung von Chlorknallgas-Gemisch verhindert) Konzentrierte NaOH frei von NaCl Hoher Strombedarf Umweltgefährlichkeit durch Quecksilber Hoher Reingungsaufwand der Abwässer

20 Fazit Membranverfahren ist am besten geeignet, da es Stromsparend und Umweltfreundlicher ist. Zudem erhält man ein reines Endprodukt.

21 Quelle http://www.seilnacht.com/Lexikon/chloralk. html
Elektrolyse#Membranverfahren