ПРОТОЧНЫЙ ЭЛЕКТРОЛИЗЕР

Полезная модель относится к проточным электролизерам для электрохимического окисления трехвалентного америция до шестивалентного в азотнокислом растворе с целью селективного выделения америция из жидких высокоактивных отходов (ВАО).
Может быть использована в химической отрасли промышленности, а преимущественно, в радиохимическом производстве в составе установки селективного выделения америция из жидких ВАО гидрометаллургического передела комбинированной технологической схемы переработки ОЯТ РБН (отработавшее ядерное топливо реакторов на быстрых нейтронах).
При осуществлении указанного процесса в электролизере должны быть соблюдены следующие условия:
- обеспечение ядерно-безопасной конструкции по геометрическим размерам электролизера, но при этом все необходимые для осуществления процесса электролиза узлы и детали должны быть предусмотрены в конструкции электролизеры;
- надежность оборудования;
- минимизация отходов, подлежащих захоронению после проведения процесса электролиза;
- простота технологического процесса.
Известен электролизер по авторскому свидетельству СССР №605869, кл. C25C 7/02, 1978, включающий корпус с крышкой, катод с центральным каналом (в аналоге - центральное осевое отверстие), технологические патрубки.
Известен электролизер по авторскому свидетельству №602616, кл. C25C 7/00, 1978, содержащий корпус с крышкой, анод и катод (в аналоге - электроды), технологические патрубки.
Недостатками известных электролизеров являются:
- смешение сред катодного и анодного пространств, что недопустимо для предлагаемого процесса окисления;
- отсутствие патрубка подвода реагента во внутренний электрод в двух последнем из перечисленных электролизеров.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является электролизер для растворения оксидов металлов (патент РФ №2404130, кл. C25C 7/00, 2008), принятый в качестве прототипа.
Электролизер для растворения оксидов металлов содержит цилиндрический корпус, крышку, днище, технологические патрубки, электролитическую ячейку с расположенным коаксиально корпусу катодом с центральным каналом, пористой трубчатой мембраной и анодом. Недостатком прототипа применительно к процессу электрохимического окисления является то, что в нем отсутствуют патрубки отвода реагентов из катодного пространства. Отсутствие патрубков предполагает смешивание сред анодного и катодного пространств, что недопустимо для предлагаемого процесса электролиза.
При этом отсос «чистых» газов катодного пространства вместе с «грязными» газами будет дополнительно нагружать систему очистки радиоактивных газов.
Указанные недостатки аналогов и прототипа отсутствуют в предлагаемом в качестве полезной модели техническом решении.
Заявляемая полезная модель «Проточный электролизер» отличается от прототипа тем, что в наружной стенке катода расположены отверстия, а между внутренней и наружной стенками катода расположен кольцевой канал. А также тем, что содержит разделитель с патрубком сдувки газов и патрубком слива отработанной кислоты.
Технической задачей заявляемой технической модели является устранение указанных в аналогах и прототипе недостатков, обеспечение эффективности процесса окисления при соблюдении ядерно-безопасных геометрических размеров устройства.
Технический результат достигается благодаря тому, что подача раствора азотной кислоты в катодное пространство, выход отработанной кислоты из катодного пространства, выход из катодного пространства образовавшихся в нем газов осуществляется через отверстия, кольцевой канал, разделитель и патрубки, расположенные на катоде.
Заявляемая полезная модель «Проточный электролизер» соответствует условиям патентоспособности.
Заявляемая полезная модель обладает новизной, так как совокупность ее существенных признаков неизвестна из уровня техники, как показали проведенные заявителем патентные исследования и представленный выше анализ аналогичных заявляемому технических решений.
Полезная модель промышленно применима, так как может быть использована в химической отрасли промышленности, а преимущественно, в радиохимическом производстве в составе установки селективного выделения америция из жидких ВАО гидрометаллургического передела комбинированной технологической схемы переработки ОЯТ РБН.
И вся совокупность существенных признаков и каждый признак в отдельности воспроизводимы и не противоречат достижению желаемого технического результата.
Для подтверждения указанного выше представляем описание конкретного конструктивного выполнения заявляемого устройства и его работы.
Заявляемая полезная модель иллюстрируется следующими чертежами.
На фиг. 1 показан продольный разрез электролизера,
на фиг. 2 и фиг. 3 - сечения А-А и Б-Б - элементы катода и разделителя.
Проточный электролизер содержит цилиндрический корпус 1 с фланцем. В корпусе 1 размещается электролитическая ячейка, состоящая из анода 2, пористой трубчатой мембраны 3 и катода 4 с центральным каналом 5. На корпусе размещены патрубок 6 вывода раствора ВАО и патрубок 7 грязной сдувки. Корпус 1 закрыт крышкой 8, на которой закреплен анод 2, катод 4 и токоподвод 9 положительный. На катоде в свою очередь закреплены токоподвод 10, патрубок ввода кислоты И, разделитель 12, патрубок 13 слива отработанной кислоты и патрубок 14 сдувки газов. На крышке 8 расположен патрубок 15 ввода исходного раствора. В верхней части катода между внутренней 16 и наружной 17 стенками (см. фиг. 3) катода 4 имеется кольцевой канал 18 (см. фиг. 3) и отверстия 19 в наружной стенке 17 катода 4 для входа в кольцевой канал 18 отработанной кислоты и выделившихся газов.
Пористая трубчатая мембрана 3 представляет собой цилиндрическую емкость с пористыми стенками. Мембрана 3 располагается в корпусе коаксиально с анодом 2 и катодом 4 и разделяет растворы анодного и катодного пространств электролизера. Основное назначение мембраны 3 - не допустить массообмена между растворами анодного и катодного пространств, и, в то же время, обеспечить пропускание тока электролиза заданной величины без существенного падения напряжения на мембране 3. Проточный электролизер также содержит днище 20.
Такая конструкция обусловлена требованиями к размерам оборудования, обеспечивающим ядерную безопасность.
Заявляемый электролизер работает следующим образом.
Электролизер работает в непрерывном проточном режиме. Через патрубок 15 в анод 2 под действием внешнего побудителя расхода подается раствор ВАО. В катод 4 (внутреннее пространство мембраны 3) через патрубок 11, расположенный на катоде 4 по центральному каналу 5, подается раствор азотной кислоты. Раствор из катода 4 с пониженным содержанием азотной кислоты совместно с выделяющимися в катодном пространстве газами выходит через отверстия 19 в наружной стенке 17 кольцевого канала 18. На катод 4 и анод 2 подается электрическое напряжение. Под действием постоянного тока электролиза в аноде 2 протекают реакции окисления америция, окисление серебра, электролитическое разложение воды. В катодном пространстве происходит выделение оксидов азота, что вызывает снижение концентрации кислоты.
Раствор ВАО после прохождения через электролизер выдается через патрубок 6 вывода раствора ВАО. Выделяющиеся из анодного пространства газы отсасываются в систему газоочистки через патрубок 7. Раствор из катодного пространства с пониженным содержанием азотной кислоты совместно с выделяющимися «чистыми» газами поступает в разделитель 12, после которого газы выдаются в систему газоочистки через патрубок 14 сдувки газов, а кислота выходит через патрубок 13 слива отработанной кислоты.
При использовании заявляемого электролизера в производстве и конструктивного решения подачи кислоты в катод, выдачи кислоты и образовавшихся газов из катода через отверстия, каналы, разделитель и патрубки, размещенные на разделителе в катоде, возникают следующие технические преимущества:
1) повышение производительности процесса электролиза;
2) упрощение эксплуатации электролизера;
3) упрощение технологического процесса;
4) минимизация радиоактивных отходов, подлежащих захоронению после проведения процесса электролиза;
5) повышение надежности работы.
Кроме того, к преимуществам заявляемого электролизера можно отнести также конструктивную простоту, простоту в обслуживании и экономичность.