Schwerpunktforum: pH-Wert und Gleichgewichtsberechnungen
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Alt 17.07.2017, 15:07   #1   Druckbare Version zeigen
garonne  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 5
elektrolyse und kalk kohlensäure gleichgewicht

Hallo,

Ich habe eine Frage zu einer Industrieanlage auf der ich ab und an mal arbeite und wo es Probleme gibt mit Kalk.

Es handelt sich um eine Anlage die Meerwasser nutzt um eine Hypochloritlösung mittels Elektrolyse herstellt. Diese wird dann wiederum in Meer/Prozesswasser eingeleitet um biologische Ablagerungen in den Kanälen/Rohren zu vermeiden.

Das Problem gibt es nun mit der Elektrolyseanlage. Hier muss in sehr geringen abständen mit Säure gereinigt werden, da sehr Kalkablagerungen entstehen die die Rohre "verblocken" (naja, immerhin wird der Durchmesser geringer).

Die temperatur des Meerwassers schwankt natülich je nach Jahreszeit und wir haben festgestellt das sich das Kalk noch mehr bildet, wenn es warm ist.

Jetzt im Sommer sagen wir mal das das Wasser 24 Grad hat.

Die Formel meiner Elektrolyse: 2 NaOH + Cl2 --> NaCLO + NaCl + H2O

Ich habe nachgesehen, das Meerxasser hat einen ungefähren Salzgehalt von 37,4 g/kg und einen pH Werrt von durchschnittlich 8,05.

Das heisst doch das ich bei dem Kalk-Kohlensäure Gleichgewicht mehr oder weniger recht "mittig" bin, also hauptsächlich HCO3- Ionen habe. Das sollte doch eigentlich nicht ausfallen?!

Info: Das Meerwasser wird vor der Elektrolyse gefiltert: 0,5mm. Nach der Herstellung des Natriumhypochlorites wird es in einem Tank "gelagert" und nach und nach verwendet.

Wieso habe ich so viel Kalk? Wo kommt das her?

Von der Elektrolyse? Die Elektroden haben wir noch nicht angesehen...

Die Chlorkonzentration meiner Lösung wird mittels der Einstellung der 'Ampere' geändert. Wir brauchen eine Konzentration von 0,3 bis 2 ppm. Der Durchfluss des meerwassers kann relativ hoch sein, zwischen 4000 und 35000 m3/h.

Vielen Dank für eure Hinweise.

MFG
garonne
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Alt 17.07.2017, 17:02   #2   Druckbare Version zeigen
Nobby Männlich
Mitglied
Beiträge: 15.660
AW: elektrolyse und kalk kohlensäure gleichgewicht

Wie ist denn der Härtegrad von dem Wasser. Vermutlich hast Du irgendwo eine Anreicherung. Dazu müßte man die Prozeßströme der Wässer wissen.
__________________
Vena lausa moris pax drux bis totis
Nobby ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 19.07.2017, 09:15   #3   Druckbare Version zeigen
garonne  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 5
AW: elektrolyse und kalk kohlensäure gleichgewicht

Ich verstehe nicht ganz weshalt ich den Härtegrad brauche.

Bisher dachte ich das es sich hier um Salzwasser handelt und das man den Härtegrad eigentlich nur für Trinkwasser bestimmt.

Ich weiss das, wenn ich eine hohe Konzentration an Calcium und Magnesium Ionen habe, sich dann Hyroxide bilden können.....

Jedenfalls dachte ich auch das meine Ablagerungen (ich bin mir nicht mal sicher ob es wirklich kalk ist)zum beispiel kristalliertes NaCl sein kann ? Oder eine saturierung an hypochlorite?

Eventuell würde eine Analyse der Ablagerungen mich weiterbringen?
Wir reinigen die Rohre übrigens mit Säure.

Nach jder produktion wird die Anlage mit reinem Meerwasser gereinigt und dann geleert, bis wir wieder produzieren. Könnte das ein Grund sein für die Ablagerungen? So richtig kann ich es mir nicht vorstellen....

Und würde es etwas bringen den Gleichricgter (also da wo die elektrolyse stattfindet), einmal anzusehen?

Danke für eure Hinweise

Garonne
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Alt 19.07.2017, 09:26   #4   Druckbare Version zeigen
Muzmuz  
Mitglied
Beiträge: 5.976
AW: elektrolyse und kalk kohlensäure gleichgewicht

Zitat:
Zitat von garonne Beitrag anzeigen
Ich verstehe nicht ganz weshalt ich den Härtegrad brauche.
Weil offensichtlich Kalk ausfällt.

Zitat:
Zitat von garonne Beitrag anzeigen
Bisher dachte ich das es sich hier um Salzwasser handelt und das man den Härtegrad eigentlich nur für Trinkwasser bestimmt.
In der Regel ja. Meerwasser ist selten ein Prozesswasser, daher stellen sich selten Anforderung an dessen Wasserhärte.

Zitat:
Zitat von garonne Beitrag anzeigen
Ich weiss das, wenn ich eine hohe Konzentration an Calcium und Magnesium Ionen habe, sich dann Hyroxide bilden können.....
Bevor es zu den Hydroxiden kommt, werden sich die Karbonate bilden.

Zitat:
Zitat von garonne Beitrag anzeigen
Jedenfalls dachte ich auch das meine Ablagerungen (ich bin mir nicht mal sicher ob es wirklich kalk ist)zum beispiel kristalliertes NaCl sein kann ? Oder eine saturierung an hypochlorite?
Unwahrscheinlich. NaCl löst sich zu gut, da fällt bei Wassermangel anderes Zeugs früher aus. Die vorhandenen Mengen an Hypochlorit werden auch nicht ausreichen, um eine Übersättigung zu erlangen.

Zitat:
Zitat von garonne Beitrag anzeigen
Eventuell würde eine Analyse der Ablagerungen mich weiterbringen?
Wir reinigen die Rohre übrigens mit Säure.
Wenns mit Säure weggeht ist das ein guter Indikator für Karbonate. Bilden sich Gasblasen dabei ?
Aber klar, wenn du die Möglichkeit einer profunden chemischen Analyse der Ablagerungen hast, nutze sie !

Zitat:
Zitat von garonne Beitrag anzeigen
Nach jder produktion wird die Anlage mit reinem Meerwasser gereinigt und dann geleert, bis wir wieder produzieren. Könnte das ein Grund sein für die Ablagerungen? So richtig kann ich es mir nicht vorstellen....
Wenn ihr nach der Spülung mit Meerwasser nicht mit Süßwasser nachspült, dann werden die Reste eintrocknen und Rückstände bilden - die sich dann oft bei der neuen Befüllung schlecht oder auch gar nicht mehr lösen. Das kann durchaus die Ursache für die Ablagerungen sein.

Zitat:
Zitat von garonne Beitrag anzeigen
Und würde es etwas bringen den Gleichricgter (also da wo die elektrolyse stattfindet), einmal anzusehen?
Ich sehe mir Gleichrichter spätestens dann an, wenn ich sie einschalten will. Sonst findet der Finger schwer auf den EIN/AUS-Knopf
Als Grund für Ablagerungen kann ich mir den Gleichrichter jetzt erst mal eher weniger vorstellen.

lg,
Muzmuz
Muzmuz ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 19.07.2017, 16:19   #5   Druckbare Version zeigen
garonne  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 5
AW: elektrolyse und kalk kohlensäure gleichgewicht

Zitat:
Zitat von garonne Beitrag anzeigen
Nach jder produktion wird die Anlage mit reinem Meerwasser gereinigt und dann geleert, bis wir wieder produzieren. Könnte das ein Grund sein für die Ablagerungen? So richtig kann ich es mir nicht vorstellen....

Wenn ihr nach der Spülung mit Meerwasser nicht mit Süßwasser nachspült, dann werden die Reste eintrocknen und Rückstände bilden - die sich dann oft bei der neuen Befüllung schlecht oder auch gar nicht mehr lösen. Das kann durchaus die Ursache für die Ablagerungen sein.

--> Um welche "Reste" handelt es sich hier? Um die Karbonate, die ausgefallen sind? Wenn es nicht das Salz ist, was nach der letzten Aussage unwahrscheinlich ist...
Die Anlage steht nicht sehr lange, ich denke maximal 12 h aber es kann auch viel kürzer sein, 3h zum Beispiel.
Wenn es Karbonate sind, wie würde da meine Reaktion ablaufen?

2H2O + CO2 --> H3O+ + HCO3-
H2O + HCO3- --> H3O+ + CO32-
2HCO3- --> CO32- + H2O +CO2
Ca2+ + CO32- --> CaCO3

Wäre es dann letztendlich das Calcit was ausfällt?

Was die anderen Fragen betrifft, werde ich mich informieren.

Dankeschön

Garonne
garonne ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 26.07.2017, 09:47   #6   Druckbare Version zeigen
garonne  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 5
AW: elektrolyse und kalk kohlensäure gleichgewicht

Hallo nochmal,

Also wenn hier wirklich Carbonationen gebildet werden und die sich dann mit Z.B. Calcium verbinden, dann fällt Calcit aus. Das denke ich habe ich verstanden.

Aber wieso?
Was passiert während der Elektrolyse, dass sich die Carbonate bilden?

Ist es auf Grund der Reaktion an meiner Kathode?
2 H2O + 2e- --> 2OH- + H2

Aber das OH- reagiert ja gleich weiter zu
Cl2 + 2OH- --> ClO- + Cl- + H2O

Wird mein Wasser trotzdem basisch?

Und selbst wenn es basich ist, dann fällt doch Calcit nicht einfach so aus, oder?! Was für Bedingungen brauhe ich dafür? Verdunstung?

Danke schonmal im Voraus.

LG
Garonne
garonne ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 26.07.2017, 10:01   #7   Druckbare Version zeigen
Muzmuz  
Mitglied
Beiträge: 5.976
AW: elektrolyse und kalk kohlensäure gleichgewicht

Wer sagt denn, dass alle OH- sofort reagieren müssten ?
Schau dir die Chloralkalielektrolyse an, mit dem Prozess kannst du sogar ziemlich konzentrierte NaOH herstellen.

Je höher der pH und je wärmer, desto eher fällt Kalk aus - es braucht nur Ca-Ionen und Karbonat/Hydrogencarbonat/Kohlensäure im System.
Verdunstung fördert die Kalkablagerung zusätzlich, ist aber nicht notwendig.

Aber denk mal nach:
Hauptsächlich entziehst du dem System durch die Elektrolyse HCl und gibst Chlor zurück.
Anders formuliert, du nimmst 2 HCl raus und erhältst nach Chlorrückführung 1 HCl und 1 HClO. Aus 2 Teilchen starker Säure wird 1 Teilchen starke Säure + 1 Teilchen schwache Säure.
Natürlich wird das Wasser dadurch basischer.
Muzmuz ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 27.07.2017, 11:42   #8   Druckbare Version zeigen
garonne  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 5
Hallo und Danke fur die Antwort.

Was genau muss ich unter Chlorrückführung verstehen?
Heisst das, wenn ich die Hypochloritlösung dosiere, dann ändere ich das Verhältnis von der Konzentration der Ionen im Wasser wieder und NaClO dissociiert? So wie NaCl, das ja ach nicht solide zu sein scheint.

Muss das Meerwasser übersättigt sein an Carbonationen damit das Calcit ausfällen kann?
Im Endeffekt frage ich mich, wie wir den Prozess bei uns eventuell verbessern können, um nicht mehr so viel Kalk auszufällen. Ist die einzige Lösung das Wasser weicher zu machen? Mittels Ionenaustausch zum Beispiel.
Das Reinigen mit Säure ist arbeits, zeit- und geldaufwenidig...

Vielen Dank
Garonne
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