ЭЛЕКТРОКОНТАКТНЫЙ УЗЕЛ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГИПОХЛОРИТА НАТРИЯ

Полезная модель относится к конструкциям электрохимических устройств, а именно, к установкам для получения гипохлорита натрия путем электролиза водного раствора хлорида натрия.
Известен электроконтактный узел электролизера (А.с. СССР №1103601, опубл. 10.05.99 г., бюл. 13), включающий токоподводящие шины, прижатые к боковым поверхностям головки блока анода из углеродсодержащего материала, и трубчатую систему охлаждения, при этом токоподводящие шины охватывают головку блока анода в виде полуобоймы и нижней своей частью заглублены в перекрытие электролизера, а сверху анодная головка укрыта съемной пластиной, под которой расположены каналы и теплопроводящие элементы охлаждения, заглубленные в тело анода, причем в верхней кромке полуобойм выполнены пазы под трубы системы охлаждения. Это позволяет повысить срок службы анода путем охлаждения анодных головок и упростить монтаж.
Недостатком данного электроконтактного узла является то, что оно сложно в изготовлении и обслуживании, приводит к большим затратам электроэнергии и к снижению производительности устройства за счет низкого срока службы анодов.
Известен электроконтактный узел электролизера с верхним вводом анодов (А.С. СССР №158073, опубл. 1963 г., бюл. 20), включающий анодный блок из углеродсодержащего материала, металлические медные или алюминиевые токоподводящие шины, закрепленные к головке анодного блока с помощью болтов или заливкой расплавленным металлом, например чугуном, алюминием или магнием. Токоподводящие шины прикреплены с обеих сторон к верхней части блока анода болтами, пропущенными сквозь тело анода. Токоподводящие шины выполнены в виде отливок с залитыми в их теле стальными водоохлаждаемыми трубами.
Недостатком такого электроконтактного узла электролизера является большое количество болтовых соединений (5-6 на каждый брус) со стальными накладками, требующих их подтягивания. Падение напряжения в контакте растет до 100 мВ, что приводит к потерям электроэнергии и разрушению контакта и снижению срока службы анода.
Известен электроконтактный узел электролизера (А.С. СССР №616348, опубл. бюл. 27 25.07.78 г.), включающий анодные блоки из углеродсодержащего материала с глухими отверстиями, в которые вставлены стальные штыри - 3-4 на каждый брус, спаянные с графитом и сваренные с медной токоподводящей шиной. В теле брусьев имеется зона промежуточной эвтектики.
Недостатком такого электроконтактного узла является то, что устройство сложно в изготовлении и обслуживании и приводит к большим затратам электроэнергии.
Известен электроконтактный узел электролизера для получения магния, (пат РФ №2290459, МПК С25С 7/02, С25С 3/04, 2006 г.), включающий анодный блок из углеродсодержащего материала, токоподводящую шину, электропроводник в виде пучков прутков, жестко установленных с одной стороны в электроконтактные пробки, а с другой стороны жестко присоединенных к токоподводящей шине дуговой сваркой, отличающийся тем, что токоподводящая шина выполнена в виде пластины переменного сечения по высоте с площадью минимального поперечного сечения, равной 0,7-1,1 площади суммарного поперечного сечения прутков, при этом прутки с одной стороны плотно прижаты друг к другу и скреплены сваркой в пучок, установленный с зазором в электроконтактную пробку, а с другой стороны каждый пруток приварен к токоподводящей шине веерообразно под углом 18-20° к ее наружной поверхности. С одной стороны пластины выполнен скос ступенчатой формы. Каждый пруток электропроводника приварен к токоподводящей шине с одной стороны, либо с двух сторон. Каждый из пучок прутков установлен в контактную пробку с зазором, равным 3-4 мм.
Недостатком данного электроконтактного узла является то, что переходное электрическое сопротивление анодный блок - токоподводящая шина велико, что приводит к большим потерям электроэнергии, стойкость анодного блока вследствие получения неравномерной нагрузки незначительная, что приводит к увеличению трудозатрат и к снижению срока службы контактного узла.
Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и выражается в упрощении конструкции и уменьшении переходного электрического сопротивления анод - штанга, что позволяет снизить потери электроэнергии, в увеличении стойкости анодного блока вследствие получения равномерной нагрузки, в улучшении обслуживания и в снижении трудозатрат.
Технический результат достигается тем, что электроконтактный узел электролизера для получения гипохлорита натрия, включающий анодный блок и токоподводящую шину, токоподводящая шина выполнена в виде штанги с продольными пазами в которых установлены прямоугольные выступы анода
Кроме то, штанга может быть выполнена в виде медного стержня с диаметром не менее 4-6 толщин анода и с одной стороны выполнена конической формы.
Кроме то, анод может быть выполнен в виде пластины из титана,, с активным покрытием из диоксидов рутения и титана, и суммарная ширина прямоугольных выступов составляет от 1/4 до 1/3 ширины анодной пластины, а толщина - в 4 раза больше толщины анодной пластины.
Кроме то, каждый прямоугольный выступ анодной пластины может быть закреплен в пазах болтами с гайками.
Кроме то, длина каждого паза может быть больше ширины прямоугольного выступа на величину двух толщин прямоугольных выступов.
Между отличительными признаками и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно - следственная связь.
Выполнение токоподводящей шины в виде штанги с продольными пазами, в которых установлены прямоугольные выступы анода обеспечивает равномерное распределение тока по платине и тем самым улучшить передачу тока к анодным блокам, снизить потери электроэнергии при передаче.
Выполнение штанги в виде медного стержня с диаметром не менее 4-6 толщин анода и выполнение с одной стороны конической формы обеспечивает четкую фиксацию в гнезде электролизера, что повышает надежность его работы.
Выполнение анода в виде пластины из титана с активным покрытием из диоксидов рутения и титана, при суммарной ширине прямоугольных выступов от 1/4 до 1/3 ширины анодной пластины, а толщины прямоугольных выступов - в 4 раза больше толщины выступов анодной пластины обеспечивает увеличение площади контакта анода в штанге и таким образом создает более прочное соединение между анодным блоком и токоподводящей шиной, улучшает электроконтакт пластины со штангой, что позволяет снизить потери электроэнергии. Если в качестве катодного материала могут использоваться обычная сталь, графит, титан, то к анодам предъявляются особые требования. Во-первых, аноды работают в условиях непосредственного контакта с химически активными веществами, поэтому основным требованием к материалу анода является их химическая устойчивость. Во-вторых, для проведения процесса электролитического получения гипохлорита натрия (ГПХН) с минимальными энергетическими затратами большое значение имеет материал анода. Материал анода должен способствовать разряду ионов хлора, т.е. перенапряжение выделения хлора на нем должно быть наименьшим. Использование в качестве анода титановых пластин с активным покрытием из диоксидов рутения и титана, у которых срок службы более 12 месяцев, в отечественной практике более известны под торговой маркой «оксидные рутениево-титановые аноды» (ОРТА). Аноды типа ОРТА и их модификации в процессе эксплуатации не меняют своей формы и в первую очередь межэлектродного расстояния по отношению к противоэлектроду (катоду). Титановую подложку анодов по мере срабатывания активного покрытия можно подвергать многократной регенерации и повторному нанесению активного покрытия. Это в условиях дефицитности и относительной дороговизны титана является немаловажным положительным фактором.
Закрепление прямоугольных выступов анодной пластины в пазах болтами с гайками обеспечивает улучшение электрического контакта и уменьшение переходного сопротивления между анодной пластиной и штангой, что обеспечивает повышение надежности.
За счет увеличения длины пазов в штанге по сравнению с шириной прямоугольных выступов на величину двух толщин прямоугольных выступов достигается равномерность прижатия стенок пазов к поверхности прямоугольных выступов.
По имеющимся у заявителя сведениям, совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого объекта критерию "новизна".
Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность полезной модели, может быть многократно использована в производстве различных модификаций установок для получения гипохлорита с получением технического результата, заключающегося упрощении конструкции и в повышении безопасности их применения, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого объекта критерию "промышленная применимость".
Сущность заявляемой полезной модели поясняется примером конкретного выполнения, где на представленном чертеже показан общий вид установки для получения гипохлорита натрия путем электролиза водного раствора хлорида натрия.
На фиг. 1 показан электроконтактный узел электролизера в виде анодного блока, закрепленного на штанге;
на фиг. 2 показано сечение по А-А;
на фиг. 3 показана конструкция электрода;
на фиг. 4 - то же, что на фиг. 3, вид сбоку;
на фиг. 5 показана конструкция штанги, вид сбоку;
на фиг. 6 - то же, что на фиг. 5 вид сверху.
Перечень позиций, указанных на чертежах:
1 - штанга;
2 - паз;
3 - прямоугольный выступ;
4 - анодная пластина;
5 - резьбовое крепление;
6 - отверстие под крепеж;
7 - калиброванная часть;
8 - установочная часть.
Электроконтактный узел электролизера для получения гипохлорита натрия включает штангу 1 в виде медного стержня диаметром 30-60 мм, т.е. с диаметром не менее 4-6 толщин выступов анода. В продольных пазах 2 штанги 1 установлены прямоугольные выступы 3 анодной пластины 4, выполненной из титана, покрытого после травления оксидами рутения, иридия или палладия. Суммарная ширина прямоугольных выступов составляет от 1/4 до 1/3 ширины анодной пластины, а толщина - в 2-3 раза больше толщины анодной пластины.
Анодная пластина 4 закреплена в пазах 2 длина каждого паза больше ширины прямоугольного выступа на величину двух толщин прямоугольных выступов и закреплена в пазах 2 штанги 1 посредством резьбового крепления, включающего болт, гайку и шайбы, изготовленные из титана и установленного в отверстии под крепеж 6. На калиброванную часть 7 прямоугольных выступов 3 антикоррозионное покрытие не наносится. Установочная часть 7 штанги 1 выполнена конической для установки без заклинивания в упорах электролизера (не показаны).
Устройство работает следующим образом.
Умягченная вода и солевой раствор концентрацией 260-280 г/л NaCl подаются в установку, где смешиваются в статическом смесителе. Полученный разбавленный солевой раствор с концентрацией 25-30 г/л поступает в электролитическую ячейку. После полного заполнения электролизера раствором от блока питания (выпрямителя) подается токовая нагрузка на клеммы электролизера. При этом на штанги 1 подается напряжение, которое передается через прямоугольные выступы 3 на анодные пластины 4. За счет разницы потенциалов между анодом и катодом осуществляется процесс электролиза раствора хлорида натрия. Процесс окисления гипохлорита с последующим образованием хлоратов замедляется при понижении температуры раствора, поэтому электролиз проводится при низких температурах в интервале 20-25°C.
2
2
Полученный методом электролиза продукт - раствор гипохлорита натрия NaClO - имеет рН 8,5 9,5, а концентрация активного хлора составляет 8 г/л. При введении раствора в поток обрабатываемой воды образуется хлор новатистая кислота HClO - эффективное дезинфицирущее средство. Расход дозирования раствора зависит от области применения и местных норм. В процессе электролиза солевого раствора на катоде происходит выделение водорода Н, а на аноде - атомарного хлора с последующей рекомбинацией до молекулярного хлора Cl, взаимодействие которого с гидроксил ионом ОН - приводит к образованию иона гипохлорита ClO-. Суммарная реакция образования гипохлорита натрия выглядит следующим образом:
Таким образом, устройство для подвода тока к анодам электролизера для получения гипохлорита натрия характеризуется простотой конструкции и удобством эксплуатации.