УСТАНОВКА РЕГЕНЕРАЦИИ ЩЕЛОЧНОГО АККУМУЛЯТОРНОГО ЭЛЕКТРОЛИТА

Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для ионообменной очистки растворов, в частности, для декарбонизации отработанного щелочного аккумуляторного электролита. Кроме того, полезная модель может быть использована в других отраслях химической промышленности для декарбонизации растворов гидроокисей щелочных металлов.
В процессе эксплуатации щелочных аккумуляторов электролит в них карбонизируется за счет поглощения углекислого газа из атмосферы. При достижении определенной концентрации карбонатов (от 50 до 90 г/л) дальнейшая эксплуатация аккумуляторов становится невозможной из-за значительного повышения их внутреннего сопротивления и снижения электрической емкости. Отработанный электролит перед сбросом в промышленную канализацию должен быть нейтрализован до значения рН=6,5-8,5, однако на практике это требование не выполняется.
2
Известна установка, состоящая из двухкамерного электродиализатора, включающего в себя анод и катод, подключенные к источнику постоянного тока, анодную и катодную камеры, разделенные катионитовой мембраной, а также из баков католита и анолита, бака-карбонизатора, выпаривателя, конденсатора, насосов подачи анолита, католита и карбонизированного раствора, отсечного клапана и магистрали подачи углекислого газа (Патент RU №2213611). Недостатком установки является высокое энергопотребление и большие размеры конструкции (рабочая поверхность мембран более 10 м).
Известны различные конструкции ионообменных установок, предназначенных для извлечения компонентов из сложных растворов и включающих в себя ионообменную колонну и вспомогательное оборудование в виде насосов и баков (Смирнов И.Н. Иониты в химической технологии. // Л.: Химия, 1982). Недостатком известных установок является то, что ни одна из конструкций не подходит для декарбонизации щелочного аккумуляторного электролита.
Известна установка регенерации щелочного аккумуляторного электролита, содержащая бак исходной отработанной щелочи, насос, механический фильтр, анионообменный фильтр и бак чистой разбавленной щелочи (Патент RU №2173920).
Недостатком установки является сложность ее эксплуатации из-за отсутствия необходимого технологического оборудования, средств автоматического контроля технологических операций и, как следствие, увеличение расхода чистой щелочи и увеличение эксплуатационных затрат. Данная установка выбрана за прототип.
Таким образом, задачей полезной модели является разработка более надежной в эксплуатации, простой в обслуживании, полуавтоматизированной установки регенерации щелочного аккумуляторного электролита.
Технический результат, достигаемый в полезной модели, заключается в оснащении установки дополнительным оборудованием и средствами автоматического контроля и управления технологическими процессами, что значительно упрощает обслуживание установки и снижает эксплуатационные трудозатраты.
Предлагаемая установка регенерации щелочного аккумуляторного электролита содержит, как и прототип, соединенные трубопроводом бак для разбавленной отработанной щелочи, механический фильтр, химический насос, анионообменный фильтр и бак для разбавленной декарбонизированной щелочи.
В отличие от прототипа, установка дополнительно снабжена баками для десорбирующего концентрированного электролита и промывочной дистиллированной воды, двумя фильтрами обезжелезивания для очистки щелочных электролитов и дополнительным промывочным насосом, установленным после бака для дистиллированной воды с целью предотвращения перемешивания промывной дистиллированной воды и щелочи в технологических баках и трубопроводах установки.
Для регулирования потоков дистиллята и щелочи через анионообменный фильтр баки для дистиллированной воды, разбавленной отработанной щелочи и десорбирующего концентрированного электролита снабжены байпасными устройствами и на выходе из баков трубопроводы оборудованы водосчетчиками для контроля за расходом жидкостей.
Кроме того, баки для разбавленной отработанной щелочи и десорбирующего концентрированного электролита в нижней своей части имеют встроенные датчики нижнего уровня, позволяющие регистрировать окончание таких технологических операций, как регенерация отработанной щелочи и десорбция карбонат-ионов из анионообменного фильтра с последующим автоматическим отключением химического насоса.
На фиг.1 изображена схема установки регенерации щелочного аккумуляторного электролита.
Установка состоит из:
- бака для дистиллированной воды 1, снабженного байпасным устройством 2, соединенного через промывочный насос 3 с верхними патрубками фильтров обезжелезивания 4, 5 и дополнительно через микропроцессорный водосчетчик 6 с верхним патрубком анионообменного фильтра 7;
- бака для десорбирующего концентрированного электролита 8, снабженного байпасным устройством 9 и соединенного через химический насос 10 с нижним патрубком фильтра обезжелезивания 4 и далее через водосчетчик 11 с нижним патрубком анионообменного фильтра 7. Верхний патрубок анионообменного фильтра 7 соединен с баками сбора отходов 12 и разбавленной чистой щелочи 13;
- бака для отработанной разбавленной щелочи 14, снабженного байпасным устройством 15, в который через механический фильтр 17 поступает грязный исходный электролит. Нижний патрубок бака 14 соединен через химический насос 10 с нижним патрубком фильтра обезжелезивания 5 и далее через водосчетчик 16 с нижним патрубком анионообменного фильтра 7.
Баки для десорбирующего концентрированного электролита 8 и для отработанной разбавленной щелочи 14 снабжены датчиками нижнего уровня (ДНУ) для отключения химического насоса 10 при опорожнении этих баков.
Функциональное назначение и порядок работы технических элементов установки при реализации основных технологических операций рассмотрены ниже.
1 Регенерация отработанного электролита.
Отработанный электролит, поступивший в бак для отработанной разбавленной щелочи 14 из аккумуляторных банок через механический фильтр 17 и предварительно там разбавленный, из бака 14 подается химическим насосом 10 через фильтр обезжелезивания 5, заполненный пенополистирольными гранулами, в анионообменный фильтр 7, где осуществляется сорбция карбонат-ионов. Регулирование потока щелочи через анионообменный фильтр 7 осуществляется байпасным устройством 15 по показаниям водосчетчика 16, Очищенный от карбонат-ионов электролит из анионообменного фильтра 7 подается в бак для чистой разбавленной щелочи 13. По мере опорожнения бака для отработанной разбавленной щелочи 14 срабатывает датчик нижнего уровня (ДНУ) и химический насос автоматически отключается.
2. Промывка после регенерации.
После сорбции карбонат-ионов промывка анионообменного фильтра 7 осуществляется подачей дистиллированной воды насосом 3 из бака дистиллированной воды 1. Регулирование расхода дистиллята осуществляется байпасным устройством 2 по
показаниям микропроцессорного водосчетчика 6, который отключает водяной насос 3 при прохождении через анионообменный фильтр 7 определенного объема дистиллята.
3. Десорбция карбонат-ионов из анионообменного фильтра.
Десорбция карбонат-ионов осуществляется раствором концентрированной чистой щелочи. Из бака десорбирующего концентрированного электролита 8 химическим насосом 10 через фильтр обезжелезивания 4, заполненный пенополистирольными гранулами, десорбирующий электролит подается в анионообменный фильтр 7. Расход электролита регулируется байпасным устройством 9 по показаниям водосчетчика 11. Вытесненный из анионообменного фильтра 7 карбонизированный раствор поступает в бак сбора отходов 12. Эти отходы представляют собой концентрированный раствор карбоната калия и могут быть использованы для отмывки загрязненного оборудования. В момент опорожнения бака десорбирующего концентрированного электролита 8 срабатывает датчик нижнего уровня (ДНУ), автоматически отключающий химический насос 10.
4. Промывка после десорбции.
Как и при предыдущей промывке, дистиллят подается насосом 3 из бака дистиллированной воды 1. Регулирование расхода дистиллята осуществляется байпасным устройством 2 по показаниям микропроцессорного водосчетчика 6, который отключает водяной насос 3 при прохождении через анионообменный фильтр 7 определенного объема дистиллята.
5. Промывка механических фильтров.
В нижней части фильтров обезжелезивания 4 и 5 имеется смотровое окно, позволяющее наблюдать за накоплением грязи на нижней границе плавающей пенополистирольной загрузки. Периодически плавающая загрузка промывается обратным потоком воды до устранения мутности в нижней части фильтров. При этом вода из бака дистиллированной воды 1 насосом 3 подается в верхнюю часть фильтров обезжелезивания 4 и 5, создается "кипящий слой", гранулы пенополистирола трутся друг о друга, грязь смывается и уходит в бак сбора отходов 12.
В качестве примера рассмотрим результаты производственных испытаний установки регенерации, проведенных в вагонном депо "Челябинск-Пассажирский" ЮУЖД.
На регенерацию поступал отработанный грязный электролит с концентрацией КОН 250 г/л и содержанием карбонат-ионов 45 г/л. В баке отработанной разбавленной щелочи 14 он предварительно разбавлялся в 8 раз. Концентрация КОН в отработанной разбавленной щелоче 31 г/л, а карбонат-ионов 5,6 г/л. После регенерации (раствор
пропущен через анионообменный фильтр 7) получен прозрачный раствор чистой разбавленной щелочи с концентрацией КОН 31 г/ли содержанием карбонат-ионов 0,3 г/л.
Эффективность использования фильтров обезжелезивания 4 и 5. отображена в таблице 1.
Таблица 1.
Электролит
Характеристика электролита до фильтрации
Характеристика электролита после фильтрации
Примечание
1
2
3
4
Десорбирующий концентрированный (фильтр 4)
Желтоватого цвета с визуально наблюдаемыми мелкодисперсными примесями
Прозрачный, чистый, без наблюдаемых примесей, железо отсутствует
Оптимальный расход электролита достигается регулированием байпасных устройств 9 и 15
Отработанный разбавленный (фильтр 5)
Грязновато-серого цвета с крупными механическими включениями темного цвета (графита, битума и ДР.)
Прозрачный, чистый, без наблюдаемых крупнодисперсных примесей, железо отсутствует
Эффективность использования промывочного насоса и отдельного бака для дистиллята отображена в таблице 2.
Таблица 2.
Остаточное содержание электролита в промывочной воде из анионообменного фильтра 7
Примечание
Технологические требования
Без дополнительного промывочного насоса
С дополнительным промывочным насосом
1
2
3
4
0,5 г/л
3,6 г/л
0,35 г/л
Регулирование расхода промывной дистиллированной воды из бака 1 осуществляется байпасным устройством 2
Все технологические процессы автоматически контролируются посредством датчиков верхнего ДВУ и нижнего ДНУ уровней, а стадии промывки микропроцессорным водосчетчиком 6. Каждая технологическая операция запускается вручную, а при ее окончании установка отключается автоматически, поэтому оператору нет необходимости постоянно находиться около установки. Все это упрощает обслуживание установки, предотвращает незапланированный расход чистой щелочи и снижает эксплуатационные затраты.
Предлагаемая полезная модель регенерации щелочного аккумуляторного электролита является эффективной установкой для безреагентной очистки отработанного аккумуляторного электролита от механических примесей и карбонат-ионов.