УСТАНОВКА ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ХЛОРИДОВ
INSTALLATION FOR ELECTROCHEMICAL DECOMPOSITION OF AQUEOUS SOLUTIONS OF CHLORIDES

Изобретение относится к области химической технологии, в частности к устройствам для электролиза водных растворов хлоридов щелочных или щелочноземельных металлов и получения газообразных продуктов электролиза, таких как хлор и кислород, и может быть использовано как в процессах очистки и обеззараживания воды, так и в процессах электрохимического получения различных химических продуктов.
Из "Уровня техники" известна установка для получения продуктов анодного окисления раствора хлоридов щелочных или щелочноземельных металлов, содержащая электрохимический реактор, выполненный из нескольких электрохимических модульных ячеек, каждая из которых содержит коаксиально установленные внутренний цилиндрические полый анод, внешний цилиндрический катод и размещенную между ними диафрагму, выполненную из керамики на основе оксидов циркония, алюминия и иттрия, установленные в нижнем и верхнем узлах крепления с образованием гидравлически замкнутых анодной и катодной камер с входом в нижнем узле крепления и выходом в верхнем. При этом вход и выход анодной камеры сообщаются с полостью анода и анод выполнен с перфорационными отверстиями, расположенными как в верхней и нижней частях анода, так и равномерно по длине анода, ячейки реактора или реакторов выполнены однотипными. Ячейки снабжены линиями подвода в катодную и анодную камеры и линиями отвода из катодной и анодной камер, соединенными соответственно с нижним и верхним узлами крепления. Ячейки реактора установлены на одном уровне и соединены гидравлически параллельно, установка содержит также линию подачи исходного раствора под повышенным давлением, коллектор подачи исходного раствора, соединенный с линией подачи исходного раствора и с линиями подвода в анодные камеры ячеек, коллектор сбора газообразных продуктов анодного окисления, соединенный с линиями отвода из анодных камер ячеек. Катодный циркуляционный контур соединен с линиями подвода и отвода катодных камер ячеек и содержит приспособление для отделения газа, регулятор давления "до себя", соединенный с коллектором сбора газообразных продуктов анодного окисления, и линию отвода газообразных продуктов из анодной камеры установки, соединенную с регулятором давления "до себя", регулятор уровня раствора хлоридов анодных камерах. Реактор или реакторы установки содержат по 2-16 электрохимических ячейки каждый, коллектор подачи исходного раствора и коллектор сбора газообразных продуктов анодных камер ячеек выполнены вертикальными с числом входных и выходных патрубков, соответствующим количеству ячеек в реакторе, и патрубки коллекторов расположены симметрично относительно вертикальной оси симметрии коллекторов. Приспособление для отделения газа катодного циркуляционного контура выполнено в виде верхнего вертикального коллектора, и установка дополнительно содержит нижний вертикальный коллектор катодного циркуляционного контура и вертикальный теплообменник, расположенный между верхним и нижним коллекторами катодного циркуляционного контура, вход и выход которого соединены соответственно с верхним и нижним коллекторами катодного циркуляционного контура, эти коллекторы также выполнены с числом выходных и входных патрубков, соответствующим количеству ячеек в реакторе, и патрубки расположены симметрично относительно вертикальной оси симметрии коллекторов, коллектор подачи исходного раствора. Нижний коллектор катодного циркуляционного контура, теплообменник, верхний коллектор катодного циркуляционного контура и коллектор сбора газообразных продуктов анодных камер ячеек расположены на одной вертикальной оси. Коллектор сбора газообразных продуктов анодных камер ячеек расположен над или под верхним коллектором катодного циркуляционного контура, линии подвода и линии отвода катодных и анодных камер ячеек выполнены в виде трубопроводов. При этом ячейки реактора установлены симметрично относительно вертикальной оси, на которой расположены верхний и нижний коллекторы катодного циркуляционного контура с установленным между ними теплообменником (см. патент РФ №2270885, кл. МПК С25В 1/46, опубл. 27.02.2006).
Технической проблемой является недостаточно высокая эффективность работы существующих устройств устройства.
Технический результат заключается в повышении эффективности работы устройства за счет экономии потребляемой электрической энергии.
Технический результат обеспечивается тем, что установка для электрохимического разложения водных растворов хлоридов, включающая проточные электрохимические реакторы, состоящие из внутреннего трубчатого титанового катода, внешнего трубчатого титанового анода и размещенной между ними трубчатой керамической ионопроницаемой диафрагмы, нижнего и верхнего анодных коллекторов, сепаратора, нижнего и верхнего катодных коллекторов и насосов, согласно изобретению дополнительно содержит программируемый контроллер, обеспечивающий корректировку режима работы каждого электрохимического реактора с помощью датчиков. При этом контроллер обеспечивает возможность регулирования скорости подаваемого водного раствора хлорида, регулирования электропитания каждого электрохимического реактора и корректировки избыточного давления в анодных камерах. Каждый электрохимический реактор имеет отдельный источник электропитания, а анодные камеры электрохимических реакторов выполнены с возможностью поддержания в них избыточного давления по отношению к давлению в катодных камерах.
В соответствии с частными случаями выполнения устройство имеет следующие особенности.
Установка по п. 1 отличается тем, что внутренняя поверхность трубчатого титанового электрода - анода имеет гальваническое покрытие металлами платиновой группы - рутением и иридием.
Установка содержит 2-16 электрохимических реакторов.
Электрохимические реакторы содержат верхнюю и нижнюю втулки, имеющие в нижней и верхней частях входы и выходы.
Нижние входы анодных камер электрохимических реакторов соединены с нижним анодным коллектором, а верхние выходы анодных камер всех электрохимических реакторов соединены с верхним анодным коллектором, верхние выходы катодных камер всех электрохимических реакторов соединены с верхним катодным коллектором, а нижние входы катодных камер всех электрохимических реакторов соединены с нижним катодным коллектором.
Для проведения самоочистки катодных камер она содержит циркуляционный насос.
Сущность настоящего изобретения поясняется следующими иллюстрациями:
Фиг. 1 отображает электрохимический реактор;
Фиг. 2 отображает схему работы устройства.
На иллюстрациях отображены следующие конструктивные элементы:
1 - катод;
2 - анод;
3 - диафрагма;
4 - анодная камера;
5 - катодная камера;
6 - катодная втулка;
7 - анодная втулка;
8 - клеммы;
9 - клеммы;
10 - катодные штуцеры;
11 - анодные штуцеры;
12 - штуцер для подачи воды;
13 - датчики;
14 - контроллер;
15 - устройство электропитания;
16 - циркуляционный насос;
17 - насос дозатор;
18 - электрохимический реактор.
Установка для электрохимического разложения водных растворов хлоридов включает 12-16 электрохимических реакторов 18. При этом каждый электрохимический реактор 18 состоит из внутреннего трубчатого титанового катода 1, внешнего трубчатого анода 2 и размещенной между ними трубчатой керамической ионопроницаемой диафрагмы 3. Нижние и верхние концы электродов 1, 2 и ионопроницаемых диафрагм 3 закрыты катодными 6 и анодными 7 втулками, благодаря которым образованы замкнутые анодная 4 и катодная 5 камеры. Камеры 4, 5 имеют сверху и снизу отдельные катодные входные и выходные штуцеры 10 и анодные входные и выходные штуцеры 11. Во внутреннюю полость трубчатого катода 1 через штуцеры 12 подается охлаждающая жидкость в противотоке по отношению движения рабочего солевого раствора электролита. На контактные клеммы 8, 9 подается электропитание.
Установка содержит 2-16 электрохимических реакторов 18. Верхние штуцеры 12 трубчатого катода 1 соединены с коллектором водяным верхним, через который сверху вниз подается охлаждающая электрохимические реакторы 18 вода, через нижние штуцеры 12 трубчатого катода 1 вода собирается в коллекторе водяном нижнем. Далее, вода поступает в регулятор давления газа для получения водного раствора хлора.
Анодные камеры 4 электрохимического реактора 18 верхними штуцерами 11 соединены с коллектором анодным верхним, а нижними штуцерами - с коллектором анодным нижним.
Катодные камеры 5 электрохимических реакторов 18 верхними штуцерами 10 соединены с коллектором катодным верхним, а нижними штуцерами 10 - с коллектором катодным нижним.
Установка содержит датчики 13, выполненные с возможности передачи сигнала на контроллер 14, который управляет режимами работы электрохимических реакторов 18 и установкой в целом.
Контроллер 14 имеет программно-аппаратный комплекс и обеспечивает возможность регулирования скорости подаваемого водного раствора хлорида, регулирования электропитания каждого электрохимического реактора и корректировки избыточного давления в анодных камерах. Контроллер 14 обеспечивает заданную величину количества получаемых продуктов электрохимического разложения за счет регулирования скорости подаваемого водного раствора хлорида путем подачи сигнала на электромагнитные клапаны и насос-дозатор 17, экономию электрической энергии путем подачи управляющего сигнала на каждое устройство электропитания 15, корректировку избыточного давления в анодных камерах 4 электрохимических реакторов 18 путем подачи управляющего сигнала на циркуляционный насос 16. Такой принцип конструктивного выполнения повышает эффективность работы устройства.
Внутренняя поверхность трубчатого титанового электрода - анода 2 имеет гальваническое покрытие металлами платиновой группы - рутением и иридием.
Устройство функционирует следующим образом.
Перед подачей электропитания для электрохимической обработки солевого раствора электролита анодные 4 и катодные 5 камеры электрохимических реакторов заполняют солевым раствором электролита через нижние коллекторы - коллектор анодный нижний и коллектор катодный нижний с помощь насоса-дозатора 17.
Одновременно с подачей электропитания для проведения электрохимической обработки солевого раствора электролита подается электропитание на циркуляционный насос 16 и насос-дозатор 17, которые обеспечивают циркуляцию солевого раствора электролита в катодных 5 и анодных камерах 4 электрохимических реакторов 18. В анодных камерах 4 поддерживают избыточное давление по отношению к давлению в катодных камерах 5, что способствует более интенсивному прохождению ионов из анодных камер 4 реакторов через керамические ионопроницаемые диафрагмы 3 в катодные камеры 5 и экономии электрической энергии.
Продукты электрохимического разложения из анодных камер 4 реакторов через коллектор анодный верхний поступают в сепаратор газ-жидкость и разделяются там на газообразную фазу оксидантов и жидкую фазу оксидантов. Газообразная фаза из сепаратора поступает на регулятор давления газа, смешивается с водой, затем полученный водный раствор газообразных оксидантов подают на выход установки. Жидкую фазу оксидантов из сепаратора через коллекторы анодные нижние подают в анодные камеры реактора 18 на вторичную переработку.
Продукты катодного разложения солевого раствора электролита из катодных камер 5 электрохимических реакторов 18 через коллектор катодный верхний поступают в емкость сбора католита, где разделяются на газообразную фазу и жидкую фазу. Избыток католита поступает из емкости сбора католита на выход установки.