Установка для производства гипохлорита натрия

Заявленное техническое решение относится к мобильным устройствам для получения гипохлорита натрия для обеззараживания воды в системах водоснабжения и водоотведения, а именно к установкам полной заводской готовности, которые не требуют разного рода согласований и проектно-конструкторских разработок для получения гипохлорита натрия средней производительности. Может быть использовано для периодической наработки, хранения и выдачи раствора гипохлорита натрия потребителю, например, в зоне природных катаклизмов, военных конфликтов, а также для систем водоснабжения небольших и средних населенных пунктов.
Известна «Установка для получения раствора соли кислородной кислоты хлора» по авторскому свидетельству СССР: SU 783363 А1 от 30.11.1980, МПК С25В 9/00 - [1]. Установка содержит электролизер и накопительную емкость, и с целью упрощения конструкции электролизер выполнен герметичным, расположен вне накопительной емкости и соединен с ней циркуляционными трубопроводами. При этом установка может содержать несколько электролизеров. Аналог [1] по своей конструктивной реализации идентичен заявленному техническому решению в признаках: «устройство содержит электролизер и накопительную емкость, электролизер выполнен герметичным, расположен вне накопительной емкости и соединен с ней циркуляционными трубопроводами».
Недостатком известной установки [1] является то, что устройство детально не проработано, его практическая реализация многовариантна и не предусматривается мобильность установки, а также то, что в нем не предусмотрена автоматизация процесса получения гипохлорита натрия.
Известны мобильные установки для получения гипохлорита натрия (NaOCl), содержащие емкость с раствором соли (NaCl), блок питания и погружной электролизер, например, по следующей патентной литературе:
«Установка для получения гипохлорита натрия» по патенту на изобретение РФ: RU 2176982 С2 от 20.12.2001, МПК С01В 11/06, С25В 9/00 - [2];
«Установка для электролиза "КРОНТ"» по патенту на изобретение РФ: RU 2038423 С1 от 27.06.1995, МПК С25В 1/34 - [3];
«Установка для электролиза» по патенту на изобретение РФ: RU 2095475 С1 от 10.11.1997, МПК С25В 9/00 - [4].
Конструктивным недостатком данных известных устройств по [2], [3] и [4] является то, что в них используется погружной электролизер, и, как следствие, у таких устройств очень малая производительность.
Также известны мобильные установки для получения гипохлорита натрия, например, по следующей патентной литературе:
«Установка для электролиза» по патенту на полезную модель РФ: RU 75575 U1 от 20.08.2008, МПК A61L 2/00, С25В 9/00 - [5];
«Установка для электролиза» по патенту на полезную модель РФ: RU 145535 U1 от 20.09.2014, МПК С25В 9/00 - [6].
Установки для электролиза по [5] и [6] содержат установленную на горизонтальном основании каркаса электролизную емкость с крышкой, закрепленный на держателе блок электродов, который размещен внутри электролизной емкости с возможностью извлечения через отверстие в крышке, блок питания, блок управления и панель управления, мобильный каркас установок выполнен сборным из труб, соединенных болтами в виде тележки на колесах. Тележки содержат две боковые П-образные рамы, соединенные между собой двумя верхними и двумя нижними горизонтальными стяжками, на нижних горизонтальных стяжках установлено горизонтальное основание с электролизной емкостью, к боковым П-образным рамам прикреплена вертикальная стойка, на которой размещен приборный корпус, в котором установлены блок питания и блок управления, а на передней стенке корпуса расположена панель управления. Каркас может быть выполнен сборным из трубчатых элементов с использованием резьбовых крепежных деталей в виде тележки на колесах и содержит две боковые П-образные стойки, соединенные между собой двумя верхними и двумя нижними горизонтальными перемычками, при этом горизонтальная полка установлена на нижних горизонтальных перемычках.
Недостатком данных устройств для электролиза по [5] и [6] также является их малая производительность.
Прототипом заявленного технического решения является «Электролизная установка» для производства гипохлорита натрия по патенту на полезную модель РФ: RU 86187 U1 от 27.08.2009, МПК С25В 9/00 - [7], состоящая из герметичного проточного электролизера, двух емкостей, электронасоса, циркуляционных трубопроводов с запорной и регулировочной арматурами, напорного вентилятора с патрубками для принудительного выброса водорода в атмосферу, газоанализатора водорода, источника электрического питания электролизера и блока управления. При этом в установке-прототипе [7], состоящей из емкости для растворения поваренной соли, входной патрубок которой соединен с узлом подачи воды на разбавление, оборудованным ионообменным умягчителем, обеспечивающим удаление солей жесткости в воде (соли кальция и магния), а выходной патрубок соединен с насосом-дозатором подачи исходного раствора поваренной соли в электролизер, выход которого соединен с емкостью для хранения полученного гипохлорита натрия, соединенной с насосом-дозатором патрубком для подачи гипохлорита натрия на обеззараживание воды. В систему электроснабжения установки включен электрогенератор, входящий в состав комплекта электролизной установки. Узел подачи воды оборудован электронасосом, входящим в состав комплекта электролизной установки. В состав оборудования включена аппаратура контроля уровня свободного хлора в обеззараживаемой воде, входящая в состав комплекта электролизной установки. Весь комплект оборудования установлен на единой переносной раме и обеспечивает получение и дозирование гипохлорита натрия.
Недостатком прототипа [7] является то, что он также как и аналоги [5] и [6] является установкой малой производительности и при этом предназначен для производства водяного раствора гипохлорита натрия и его непосредственной подачи насосом-дозатором к точкам обеззараживания воды в трубопроводах. В виду чего устройство [7] должно быть интегрировано в конкретную систему водоснабжения и содержать в трубопроводах после каждой точки ввода анализаторы концентрации хлора в обеззараженной воде, что сильно усложняет и удорожает установку. Кроме того, весь комплект оборудования устройства [7], установленный на единой переносной раме, должен монтироваться в конкретном помещении, в котором должна быть смонтирована дополнительная система вентиляции для принудительного выброса водорода в атмосферу, что требует дополнительных согласований и проектных решений, что сильно снижает мобильность. И при этом устройство - прототипа [7] не предназначено для периодического производства и накопления раствора гипохлорита натрия с последующей выдачей его потребителю.
В виду вышеизложенного недостатки аналогов и прототипа ставят задачу создания мобильной, универсальной и удобной в эксплуатации установки средней производительности для получения раствора гипохлорита натрия, монтаж и запуск которой на месте не требовал бы разного рода согласований и проектно-конструкторских разработок. То есть создания установки для периодической наработки, хранения и выдачи раствора гипохлорита натрия потребителю - для обеззараживания воды (и/или других целей), например, в зоне природных катаклизмов, военных конфликтов, а также для систем водоснабжения небольших и средних населенных пунктов.
Также известна «Электролизная установка» для получения гипохлорита натрия по патенту на полезную модель РФ: RU 106900 U1 от 27.07.2011, МПК С25В 9/00 - [8], состоящая из емкости для растворения поваренной соли, входной патрубок которой соединен с узлом подачи воды, а выходной патрубок соединен с насосом-дозатором подачи исходного раствора поваренной соли в узел подготовки рабочего раствора, ионообменного умягчителя, обеспечивающего удаление солей жесткости из рабочего раствора (соли кальция и магния), электролизера, выход которого соединен с резервуаром для хранения полученного гипохлорита натрия, причем резервуар снабжен напорным вентилятором с патрубком для принудительного выброса водорода в атмосферу и соединенным с насосом-дозатором патрубком для подачи гипохлорита натрия на обеззараживание воды. В состав установки включена система гидродинамической промывки электролизера, а также стабилизатор расхода рабочего раствора, представляющий собой емкость с поплавковым клапаном, входным и выходным патрубками. В установке ионообменный умягчитель обеспечивает удаление солей жесткости из солевого рабочего раствора, включающего в себя соли жесткости исходной воды и соли жесткости, содержащиеся в поваренной соли в качестве примесей. В электролизере применены биполярные разборные титановые электроды, собранные в пакеты и состоящие из катодов и анодов, а катоды биполярных электродов имеют полировку поверхности.
Пакеты биполярных электродов в точках соединения катодов и анодов имеют поперечные сплошные перегородки. Весь комплект оборудования установки установлен на единой переносной раме и обеспечивает получение и дозирование гипохлорита натрия.
Недостатком аналога [8] является то, что в отличие от заявленного технического решения, он решает задачу повышения надежности работы электролизной установки по прототипу [7] путем добавления в нее системы гидродинамической промывки электролизера, а также добавления стабилизатора расхода рабочего раствора, представляющий собой емкость с поплавковым клапаном, входным и выходным патрубками.
В заявленном же техническом решении электролизер выполнен разборным и с возможностью быстрой замены электродов, что позволяет обойтись без создания системы высокого давления жидкости и элементов электролизера, которые бы выдерживали такое высокое давление, и, следовательно, сильно упрощает, удешевляет и повышает безопасность и экономичность эксплуатации заявленной электролизной установки для производства гипохлорита натрия.
Сущность заявленного технического решения заключается в том, что электролизная установка для производства гипохлорита натрия состоит из герметичного проточного электролизера, двух емкостей, циркуляционного электронасоса, трубопроводов с запорной и регулировочной арматурами, напорного вентилятора с патрубками для принудительного выброса водорода в атмосферу, газоанализатора водорода, источника электрического питания электролизера и блока управления. При этом установка смонтирована в стандартном транспортном контейнере, разделенном перегородкой с дверью на аппаратный и реакторный отсеки, снабженные соответственно боковой дверью и торцевыми распашными дверями. В аппаратном отсеке контейнера установлены сетевой электрический щит для подключения к внешнему электропитанию, щит управления и источник электрического питания постоянного тока для электролизера. В реакторном отсеке контейнера установлены герметичный проточный электролизер, две идентичные емкости, электронасос, трубопроводы с запорной и регулировочной арматурами, напорный вентилятор с патрубками для принудительного выброса водорода в атмосферу. Реакторный отсек контейнера снабжен двумя штуцерами, расположенными в стенке транспортного контейнера, соответственно для подвода воды и отвода готового гипохлорита натрия от электролизной установки транспортного контейнера. Внутри контейнера штуцер подвода воды трубопроводами, через последовательно расположенные на нем запорный вентиль, первый электроуправляемый вентиль и запорный регулируемый вентиль подсоединен к входному водяному патрубку первой емкости. Первая и вторая емкости выполнены герметичными и сверху закрыты съемными крышками для осуществления доступа внутрь этих емкостей. Снизу боковые поверхности обеих емкостей соединены трубопроводом, соединяющим выход первой емкости со входом второй емкости. Выход второй емкости расположен снизу и соединен трубопроводом через запорный вентиль с входом электронасоса, выход которого трубопроводом соединен с входом проточного электролизера. Выход проточного электролизера трубопроводами подсоединен с вторым и третьим электроуправляемыми вентилями. Вход и выход электролизера снабжен тройниками с запорными вентилями для отбора проб определения концентрации раствора гипохлорита натрия. Выход второго электроуправляемого вентиля подсоединен к входному циркуляционному (для раствора гипохлорита натрия) трубопроводу первой емкости, зауженный выход которого находится у нижней и боковой внутренних поверхностях емкости и расположен наклонно (тангенциально) для придания вращательного движения раствору гипохлорита натрия. Выход третьего электроуправляемого вентиля (внутри контейнера) подсоединен трубопроводом к штуцеру отвода готового гипохлорита натрия от электролизной установки транспортного контейнера. Выход второй емкости также соединен трубопроводом с запорным вентилем и штуцером слива жидких остатков из двух емкостей и электронасоса. Воздушный патрубок входа напорного вентилятора расположен внутри реакторного отсека, а его выход соединен патрубком с воздушным входом в первую емкость, расположенным в ее верхней части. Воздушные выходы первой и второй емкостей, расположенные в их верхней части, соответственно своими патрубками соединены с общим патрубком, выход которого расположен вне контейнера и оборудован противодождевым козырьком. Во второй емкости расположен дискретный четырехпозиционный определитель уровня жидкости (во второй и, следовательно, первой емкости, как сообщающихся сосудов). От сетевого электрического щита, через щит управления запитан источник электрического питания постоянного тока для электролизера, в щите управления также расположены блоки управления, блокировки и сигнализации.
Внутри контейнера после штуцера подвода воды на трубопроводе может быть установлен прибор учета расхода воды в контейнер. В аппаратном отсеке контейнера может быть оборудовано рабочее место оператора установки. Рабочее место оператора установки в его аппаратном отсеке может быть снабжено средствами связи и кондиционером.
Технический результат состоит в создании мобильной универсальной установки полной заводской готовности средней производительности для получения раствора гипохлорита натрия.
Ограничительные признаки формулы полезной модели: «электролизная установка для производства гипохлорита натрия состоит из герметичного проточного электролизера, двух емкостей, электронасоса, циркуляционных трубопроводов с запорной и регулировочной арматурами, напорного вентилятора с патрубками для принудительного выброса водорода в атмосферу, газоанализатора водорода, источника электрического питания электролизера и блока управления», описывают общеизвестную конструкцию электролизной установки в общих совместных признаках прототипа и заявленного устройства.
Отличительные признаки формулы полезной модели: «установка смонтирована в стандартном транспортном контейнере, разделенном перегородкой с дверью на аппаратный и реакторный отсеки, снабженные соответственно боковой дверью и торцевыми распашными дверями», решает поставленную задачу повышения мобильности установки, ее универсальности, и удобства ее эксплуатации, в виду того, что
во-первых, задача повышения мобильности установки решается тем, что смонтированную в стандартном транспортном контейнере электролизную установку средней производительности для производства гипохлорита натрия возможно транспортировать к заказчику любым видом транспорта, например, автомобильным, железнодорожным, воздушным, водным и т.д.;
во-вторых, задача повышения универсальности установки, решается тем, что заявленное устройство относится к установкам полной заводской готовности, которые не требуют разного рода согласований и проектно-конструкторских разработок при монтаже и подключению установки к коммуникациям;
в-третьих, задача повышения удобства эксплуатации установки решается тем, что заявленная электролизная установка для производства гипохлорита натрия разделена на два отсека - на отсек аппаратный и реакторный отсек, при этом в аппаратном отсеке находятся электрические щиты оборудования (позволяющие эксплуатировать установку в полуавтоматическом режиме), а также может быть оборудовано рабочее место оператора.
Отличительные признаки: «в аппаратном отсеке контейнера установлены сетевой электрический щит для подключения к внешнему электропитанию, шит управления и источник электрического питания постоянного тока для электролизера» подробно раскрывают конструктивные особенности аппаратного отсека заявленного устройства, которые как следствие позволяют дополнительно повысить безопасность эксплуатации установки, так как при разделении стандартного транспортного контейнера на аппаратный и реакторный отсеки сводится к минимуму воздействие водяных аэрозолей (паров) с гипохлоритом натрия на силовую электрическую и радиоэлектронную аппаратуру, которые расположены в аппаратном отсеке. Элементы электрической аппаратуры, расположенные в реакторном отсеке выполнены во влагозащищенном и взрывозащищенном исполнении.
Отличительные признаки: «в реакторном отсеке контейнера установлены герметичный проточный электролизер, две идентичные емкости, циркуляционный электронасос, трубопроводы с запорной и регулировочной арматурами, напорный вентилятор с патрубками для принудительного выброса водорода в атмосферу» раскрывают основные элементы оборудования, установленного в реакторном отсеке контейнера.
Нижеприведенные отличительные признаки первого независимого пункта формулы полезной модели описывают конструктивные особенности элементов заявленного устройства и связи между ними для соответствия критерию полезной модели «промышленная применимость».
Сущность заявленного технического решения дополнительно поясняется графическими материалами:
На фиг. 1 представлена функциональная схема заявленной установки для получения гипохлорита натрия, смонтированной в транспортном контейнере, разделенном перегородкой с дверью.
На фиг. 2 - схематичный разрез заявленной установки, смонтированной в транспортном контейнере, разделенном перегородкой с дверью.
На фиг. 3 - фотография внешнего вида заявленной установки для получения гипохлорита натрия, смонтированной в стандартном 20 футовом транспортном контейнере с боковой дверью в аппаратный отсек и распашными торцевыми дверями реакторного отсека.
На фиг. 4 - фотография оборудования реакторного отсека транспортного контейнера с установленным оборудованием (основным).
На фиг. 5 - фотография оборудования аппаратного отсека транспортного контейнера с установленным оборудованием (с рабочим местом оператора).
На фиг. 6 - фотография внешнего вида обратной стороны транспортного контейнера с штуцерами подвода воды, отвода гипохлорита натрия, а также трубопровод отвода воздуха.
На фиг. 7 - фотография внешнего вида внутренней стороны реакторного отсека транспортного контейнера с штуцерами подвода воды, отвода гипохлорита натрия, а также трубопровод отвода воздуха из контейнера.
На фиг. 8 - фотография проточного электролизера, установленного над циркуляционным насосом, трубопроводов и вентилей.
На фиг. 9 - фотография первой емкости со снятой крышкой (завинчивающейся).
На фиг. 10 - фотография расположения жидкостного трубопровода, расположенного в первой емкости.
На фиг. 11 - фотография четырехпозиционного дискретного измерителя уровня, расположенного во второй емкости (со снятой крышкой).
На фиг. 12 - фотография напорного вентилятора с патрубками всасывания и нагнетания воздуха.
На фиг. 13 - фотография щита управления и других приборов, расположенных в аппаратном отсеке транспортного контейнера.
На фиг. 14 - фотография датчика (сенсора) водорода, расположенного на потолке реакторного отсека.
На фиг. 15 - фотография щита управления с открытой дверцей щита управления и элементов, установленных в нем.
На фигурах графических материалов позициями обозначены
1 - стандартный 20-футовый транспортный контейнер; 2 - внутренняя перегородка транспортного контейнера; 3 - дверь перегородки транспортного контейнера; 4 - аппаратный отсек транспортного контейнера (1); 5 - реакторный отсек транспортного контейнера (1); 6 - боковая дверь аппаратного отсека (4) транспортного контейнера (1); 7 - торцевые распашные двери реакторного отсека (5) транспортного контейнера (1); 8 - сетевой электрический щит для подключения к внешнему электропитанию; 9 - щит управления (ЩУ); 10 - источник электрического питания постоянного тока; 11 - герметичный проточный электролизер; 12 - первая емкость с завинчивающейся крышкой; 13 - вторая емкость с завинчивающейся крышкой; 14 - циркуляционный электронасос; 15 - напорный вентилятор; 16 - штуцер подвода воды от транспортного контейнера (1); 17 - штуцер отвода готового гипохлорита натрия от транспортного контейнера (1); 18 - запорный электроклапан подачи воды через штуцер (16); 19 - первый электроуправляемый вентиль; 20 - запорный регулируемый вентиль; 21 - трубопровод, соединяющий выход первой емкости (12) с входом второй емкости (13); 22 - трубопровод выхода жидкости из второй емкости (13), по которому жидкость проходит через открытый запорный вентиль (23), электронасос (14) и открытый запорный вентиль (24) к проточному электролизеру (11); 23 - запорный вентиль входа в циркуляционный электронасос (14); 24 - запорный вентиль выхода из циркуляционного электронасоса (14); 25 - запорный вентиль взятия пробы раствора гипохлорита натрия перед проточным электролизером (11); 26 - запорный вентиль взятия пробы раствора гипохлорита натрия после проточного электролизера (11); 27 - жидкостные трубопроводы; 28 - второй электроуправляемый вентиль входа жидкости в первую емкость (12); 29 - третий электроуправляемый вентиль выдачи готового раствора гипохлорита натрия потребителю через штуцер (17); 30 - жидкостный трубопровод первой емкости (12) с зауженным выходом, расположенным внизу емкости (12) и наклонно (тангенциально) для придания вращательного движения раствору гипохлорита натрия; 31 - жидкостный трубопровод слива остатков раствора гипохлорита натрия и промывочных жидкостей из установки (дренажный трубопровод); 32 - запорный вентиль трубопровода (31) - дренажного трубопровода; 33 - штуцер трубопровода (31) с запорным вентилем (32) для отвода остатков раствора гипохлорита натрия и промывочных жидкостей от контейнера (1) при раскрытых распашных дверях (7); 34 - воздушный патрубок входа напорного вентилятора (15); 35 - воздушный патрубок выхода из напорного вентилятора (15) и входа в первую емкость (12); 36 - воздушный патрубок выхода из первой емкости (12) - из ее верхней части; 37 - воздушный патрубок выхода из второй емкости (13) - из ее верхней части; 38 - общий патрубок вывода воздуха с примесями водорода из контейнера (1); 39 - противодождевой козырек патрубка (38) вне контейнера (1); 40 - дискретный трехпозиционный определитель (40) уровня (уровнемер) жидкости во второй (13) и связанной с ней трубопроводом (21) идентичной первой емкости (12), как в сообщающихся сосудах; 40.1, 40.2, 40.3 и 40.0 - четыре погружных титановых стержня дискретного четырехпозиционного определителя (40) уровня жидкости с контактами наличия жидкости; 41 - газоанализатор водорода; 42 - датчик (сенсор) водорода газоанализатора; 43 - прибор учета расхода воды в контейнер (В); 44 - кондиционер аппаратного отсека (4) - рабочего места оператора; 45 - частотный преобразователь центробежного циркуляционного насоса; 46 - раздельные автоматические выключатели для питания электрического оборудования установки - см. фиг. 15; 47 - контроллер управления источником питания (10) постоянного тока проточного электролизера (11); 48 - источник постоянного питания для контроллеров и других приборов; 49 - соединительные электрические колодки; 50 - контроллер Siemens «LOGO»; 51 - расширитель контроллера (50); 52 - реле включения приборов по командам контроллера (50); 53 - блок контроля уровнемера (40) во второй емкости (13). Кроме того, в графических материалах на фиг. 1 ведены сокращения Эк.1 - Эк.7, обозначающие электрические кабели, соединяющие элементы щита управления (9) с соответствующими элементами функциональной схемы заявленной установки для получения гипохлорита натрия (ГПХН) по фигуре 1.
3
Установка для получения гипохлорита натрия смонтирована в стандартном транспортном контейнере (1), разделенном перегородкой (2) с дверью (3) на аппаратный (4) и реакторный (5), снабженные соответственно боковой дверью (6) и торцевыми распашными дверями (7). В аппаратном отсеке (4) контейнера (1) установлены сетевой электрический щит (8) - (внешнее трехфазное напряжение частотой 380 В, частотой 50 Гц и мощностью до 20 кВт), для подключения к внешнему электропитанию, щит управления (9) и источник электрического питания постоянного тока (10) для проточного электролизера (11). Разделение объема стандартного транспортного контейнера (1) на два отсека - аппаратный (4) и реакторный (5) необходимо для повышения удобства эксплуатации, а также для защиты электроники от возможных воздействий паров, тумана раствора гипохлорита натрия, а также создания в аппаратном отсеке (4) рабочего места оператора, изолированного от реакторного отсека. В реакторном отсеке контейнера установлены герметичный проточный электролизер (11), две идентичные емкости (12) и (13) с завинчивающимися (съемными) крышками, циркуляционный электронасос (14), трубопроводы с запорной и регулировочной арматурами, напорный вентилятор (15) с патрубками для принудительного выброса водорода в атмосферу. Реакторный отсек (5) контейнера снабжен двумя штуцерами (16) и (17), расположенными в стенке транспортного контейнера (1), соответственно для подвода (16) воды отвода (17) готового гипохлорита натрия от электролизной установки транспортного контейнера (1). Внутри контейнера штуцер подвода воды (16) трубопроводами, через последовательно расположенные на нем запорный электроклапан (18), первый электроуправляемый вентиль (19) и запорный регулируемый вентиль (20) подсоединен к входному водяному патрубку первой емкости (12), находящемуся в верхней части первой емкости (12). Запорный электроклапан (18) решает задачу повышения удобства эксплуатации установки, так как при внезапном возможном отключении электричества он перекрывает доступ воды в установку, исключая ее перелив в емкости (21) и (13). Первая (12) и вторая (13) емкости выполнены герметичными и сверху закрыты съемными крышками (завинчивающимися) для осуществления доступа внутрь этих емкостей. Идентичные емкости (12) и (13) выполнены из химически нейтрального материала, не взаимодействующего с гипохлоритом натрия, например, из полиэтилена. Первая емкость (12) служит для первоначальной засыпки в нее соли NaCl и ее растворения в воде, а вторая емкость (13) служит для точного измерения уровня жидкости (раствора гипохлорита натрия). Снизу боковые поверхности обеих емкостей (12) и (13) соединены трубопроводом (21), соединяющим выход первой емкости (12) со входом второй емкости (13). Выход второй емкости (13) расположен снизу и соединен трубопроводом (22) через запорный вентиль (23) со входом электронасоса (14), выход которого трубопроводом соединен через запорный вентиль (24) со входом проточного электролизера (11). Вход и выход проточного электролизера (11) снабжен трубопроводными тройниками с запорными вентилями (25) и (26), соответственно предназначенными для взятия проб раствора гипохлорита натрия до и после проточного электролизера (11). Выход проточного электролизера (11) трубопроводами (27) подсоединен со вторым (28) и третьим (29) электроуправляемыми вентилями. Выход второго электроуправляемого вентиля (28) подсоединен к входному циркуляционному (для раствора гипохлорита натрия) патрубку первой емкости (12) с трубопроводом (30), зауженный выход которого (30) находится у нижней и боковой внутренних поверхностях емкости (12) и расположен наклонно (тангенциально) для придания вращательного движения раствору гипохлорита натрия. Две идентичные емкости (12) и (13) расположены вдоль длинной стенки контейнера (1) для организации свободного прохода оператора, чем также достигается повышение удобства эксплуатации установки. Идентичность емкостей (12) и (13) также позволяет облегчить определение объема раствора готового гипохлорита натрия, так как показания его объема (по показаниям уровня во второй емкости) необходимо только увеличить в два раза. Кроме того, такое использование вместо одной двух емкостей (12) и (13) дополнительно позволяет производить растворение соли в первой емкости (12) - где происходит активное вращательное движение жидкости и измерение уровня жидкости во второй емкости, где отсутствует вращательное движение жидкости. Наличие двух емкостей (12) и (13), объемом по 1-му м позволяет также уменьшить их высоту, что облегчает удобство эксплуатации, так как понижен уровень засыпки соли NaCl в первую емкость (12). Выход третьего электроуправляемого вентиля (29) внутри контейнера подсоединен трубопроводом к штуцеру (17) отвода готового гипохлорита натрия от электролизной установки транспортного контейнера (1). Первый (19), второй (28) и третий (29) электроуправляемые вентили позволяют первоначально задавать (отрегулировать) степень их открытия, чем в процессе настройки установки можно ее дополнительно отрегулировать на оптимальный режим работы. Выход второй емкости (13) также соединен трубопроводом (31) запорным вентилем (32) слива жидких остатков из двух емкостей (12), (13) и электронасоса (14) через штуцер (33) из контейнера (1) при открытых распашных воротах (7). Воздушный патрубок входа (34) напорного вентилятора (15) расположен внутри реакторного отсека (5), а его выход соединен патрубком (35) с воздушным входом в первую емкость, расположенным в верхней части первой емкости (12). Воздушные выходы первой (12) и второй (13) емкостей, расположенные в их верхней части и соответственно своими патрубками (35), (36) соединены с общим патрубком (38), выход которого расположен вне контейнера (1) и оборудован противодождевым козырьком (39). Соединение двух емкостей (12) и (13) воздушными патрубками (36) и (37) дополнительно служит для выравнивания давления в обеих емкостях для точного измерения уровня жидкости. Во второй емкости (13) расположен дискретный четырехпозиционный определитель (40) уровня жидкости во второй (13) и связанной с ней трубопроводом (21) идентичной первой емкости (12), как в сообщающихся сосудах. Дискретный четырехпозиционный определитель (40) уровня жидкости имеет четыре погружных титановых стержня определения уровня (40.1, 40.2, 40.3 и 40.0) с контактами наличия электропроводной жидкости, соответственно, с уровнями: «1» - уровень прекращения подачи воды (верхний уровень), «2» - уровень начала включения насоса (14) для ускорения растворения соли (средний уровень), «3» - уровень окончания выдачи раствора гипохлорита натрия (нижний уровень), «0» - базовый минимальный уровень жидкости в двух емкостях (12) и (13). От сетевого электрического щита (8) через щит управления (9) запитан источник (10) электрического питания постоянного тока для электролизера (11). В щите управления (9) также расположены блоки управления, блокировки и сигнализации. В аппаратном отсеке находится газоанализатор (41) водорода (см. фиг. 13), чувствительный датчик (сенсор) - (42) которого (см. фиг. 14) закреплен на потолке реакторного отсека (5). Газоанализатор (41) водорода электрическим кабелем связан со щитом управления (9). Внутри контейнера после штуцера подвода воды на трубопроводе может быть установлен прибор (43) учета расхода воды в контейнер (1). В аппаратном отсеке (4) контейнера (1) может быть оборудовано рабочее место оператора установки (см. фиг. 5). Рабочее место оператора установки в его аппаратном отсеке (4) может быть снабжено средствами связи и кондиционером (44) - см. фиг. 5. В аппаратном отсеке (4) также может быть установлен (см. фиг. 13) частотный преобразователь ((45) - см. фиг. 5 и фиг. 13) центробежного циркуляционного насоса (14) для плавной регулировки его производительности. Внутри щита управления (9) - см. фиг. 15, могут быть установлены: раздельные автоматические выключатели (46) для питания электрического оборудования установки, контроллер (47) управления источником питания (10) постоянного тока проточного электролизера (11), источник постоянного питания (48) для контроллеров и других приборов, соединительные электрические колодки (49), контроллер Siemens «LOGO» (50), расширитель (51) контроллера (50), реле (52) включения приборов по командам контроллера (50), блок (53) контроля уровня (40) во второй емкости (13) и другие приборы.
Работает заявленная установка для получения гипохлорита натрия (ГПХН) следующим образом.
Первоначально после монтажа заявленной установки в контейнере (1) (у заказчика или потребителя) и ее подключении к сетям электричества, холодного водоснабжения, а также к емкостям (на фигурах не показаны) для хранения готового ГПХН приступают к включению установки.
Процесс получения раствора гипохлорита натрия в заявленной установке может быть функционально разделен на четыре стадии:
1 - подготовка к автоматическому производству;
2 - солерастворение;
3 - наработка ГПХН;
4 - выдача готового ГПХН с концентрацией 6-8 г/л (грамм/литр) в автоматическом или ручном режиме, когда установка первоначально не подключена к емкостям для хранения готового ГПХН.
Подготовка к автоматическому производству ГПХН начинается с засыпки соли NaCl оператором в первую емкость (12) через ее верхнее отверстие при снятой завинчивающейся (съемной) крышке, при этом соль для удобства транспортировки заносят в реакторный отсек (5) через открытую распашную дверь (7). После засыпки соли в первую емкость (12) ее герметично закрывают завинчивающейся крышкой и закрывают распашную дверь (7) контейнера (1).
Дальнейшая работа установки осуществляется в автоматическом режиме, так из щита управления (9) осуществляется процесс приготовления ГПХН в зависимости от программы, находящейся в программируемом логическом контроллере (50). После нажатия кнопки «Пуск» на щите управления (9) открывается электроклапан (18) и первый электроуправляемый вентиль (19) и в первую емкость (12) через запорный регулируемый вентиль (20), которым возможно дополнительно регулировать расход воды, вода из внешнего источника холодного водоснабжения начинает поступать в первую емкость (12), постепенно ее заполняя до уровней, определяемых датчиком уровня (40), установленным во вторую емкость (13). Так как первая (12) и вторая (13) емкости соединены трубопроводом (21) то они одновременно заполняются водой, как сообщающиеся сосуды. Датчик уровня LE (40) представляет собой систему из четырех стержней из титана ВТ 1-0 10.0 мм разной длины, соответственно (40.0), (40.1), (40.2) и (40.3), присоединенных к блоку (53) контроля уровнемера (40), которым является, например, блок согласования сигналов датчиков - тип «БКК1-24», установленному в щите (9) управления (ЩУ). На лицевой панели ЩУ (9) высвечивается уровень раствора в емкости, тремя дискретными значениями («Уровень 1» - верхнее значение, «Уровень 2» - среднее значение и «Уровень 3» - нижнее значение), измеряемый датчиком уровня LE (40). «Уровень 0» является базовым минимальным уровнем жидкости, от которого начинается отсчет уровнемера (40) в блоке (53). Контроль заполнения визуальный по лампочкам (светодиодам) индикации уровня лицевой панели ЩУ (9). После заполнения первой (12) и второй (13) емкостей водой до значения «Уровень 2» по сигналу с контроллера LOGO (5) ЩУ (9) открывается второй электроуправляемый вентиль (28), при этом запорные краны (20), (23), (24) должны быть открыты, а запорные краны (25), (26), (32) должны быть закрыты. С помощью сигнала с контроллера LOGO (50) ЩУ (9) включает воздушный напорный вентилятор (15) и циркуляционный насос (14). Контроль включения производится по лампочкам (светодиодам) индикации «Воздуходувка» и «Насос», размещенным на лицевой панели ЩУ (9) на дверце щита управления (9). При этом, солевой раствор поступает из нижней части первой емкости (12) по трубопроводу (21) во вторую емкость (13), где измеряют ее уровень дискретным уровнемером (40). Далее по трубопроводу (22) через открытый запорный вентиль (23) поступает в электролизер (11), из которого через второй электроуправляемый вентиль (28) поступает в трубопровод (30) и тангенциально вдоль стенки выбрасывается в первую емкость (12), омывая по кругу и растворяя соль. Таким образом, организуется режим рециркуляции солевого раствора, что повышает скорость растворения соли. По окончании процесса растворения соли в воде, что составляет 10 минут, после достижении значения «Уровень 2» в первой (12) и второй (13) емкостях, начинается процесс наработки ГПХН. Процесс наработки ГПХН начинается с включения источника питания (10) постоянного тока (далее - ИП (10)) по сигналу с контроллера LOGO (50) ЩУ (9). ИП (10) обеспечивает электроэнергией процесс электролиза при постоянном токе 100 А и напряжением до 130 В. Напряжение между рабочими электродами проточного электролизера (11), как было установлено практическим путем, может изменятся от 102 до 87 В, в зависимости от концентрации гипохлорита натрия в системе. Контроль включения осуществляется по лампочке (светодиоду) индикации «Источник питания», размещенной на панели ЩУ (9). Тем самым, запускается процесс электролиза солевого раствора и получение ГПХН в проточном электролизере (11), при котором вода разлагается на кислород и водород. Кислород окисляет соль, образуя ГПХН. Чистый водород вместе с раствором ГПХН поступает в первую емкость (12), перемешивается с воздухом, поступающим из напорного вентилятора (15) - «воздуходувки» и удаляется по трубопроводу (38) за пределы контейнера (1). При достижении «Уровня 1» жидкости в емкостях (12) и (13), что соответствует полному заполнению обоих емкостей, закрывается запорный электроклапан (18) подачи воды и первый электроуправляемый вентиль (19) и прекращается подача воды в емкости (12) и (13). Продолжительность цикла рециркуляции с наработкой ГПХН определяется по технологической карте. По завершении цикла рециркуляции по сигналу с контроллера LOGO (50) ЩУ (9) выключается ИП (10), закрывается второй электроуправляемый вентиль (28), открывается третий электроуправляемый вентиль (29) и готовый раствор ГПХН с помощью циркуляционного насоса (14) перекачивается через штуцер (17) потребителю, например, в емкость дозации, при наличии свободного места в емкости. На фигурах в графических материалах емкость дозации не приведена. В случае отсутствия свободного места в емкости дозации или отсутствии самой такой емкости готовый ГПХН остается в первой (12) и второй (13) емкостях в контейнере (1). При этом цикл работы заявленной установки заканчивается. На ЩУ (9) зажигается лампочка (светодиод) «Конец цикла» В заявленной установке предусмотрена система дренажа (для отвода остатков раствора гипохлорита натрия и возможных промывочных жидкостей от контейнера (1) при раскрытых распашных дверях (7)), предназначенная для аварийного и технологического сброса с отводом в производственную канализацию. Она состоит из дренажного трубопровода (31) и дренажного запорного вентиля (32) и штуцера (33), через который при открытых распашных дверях (7) вручную производят слив остатков раствора ГПХН и возможные промывочные жидкости из установки, например, через подсоединенный к штуцеру (33) гибкий трубопровод - на фигурах не показан.
Заявленная установка снабжена системой автоматических блокировок при следующих возможных технических неисправностях:
1 - циркуляционный насос (14) не включается при отсутствии минимального уровня воды в первой (12) и второй (13) емкостях;
2 - ИП (10) отключается при отключении насоса циркуляционного насоса (14) и/или напорного вентилятора (15);
3 - остановка установки при появлении второго порога двухуровневого газоанализатора водорода (41), например, газоанализатора водорода серии ИГС-98 (при достижении первого порога концентрации водорода выдается звуковой и световой сигнал оператору установки, а при достижение второго уровня дополнительно прекращается работа установки).
Установка позволяет производить ГПХН из поваренной соли водный раствор гипохлорита натрия концентрацией по эквиваленту хлора 6-8 г/л. Обеспечение требуемой концентрации гипохлорита натрия обеспечивается рециркуляцией раствора соли через электролизер при его работе.
Заявленное устройство является мобильной и универсальной установкой полной заводской готовности средней производительности для получения водного раствора ГПХН, так как смонтировано в стандартном 20 футовом транспортном контейнере, который можно эксплуатировать как на транспортном средстве, так и при установке его на землю (на подготовленную площадку, фундамент и т.д.). При этом не требуются разного рода согласования и проектно-конструкторские разработки на монтаж и подключение такой установки (отсутствие необходимости разработки проекта на электролизную станцию) для получения гипохлорита натрия, что сильно сокращает сроки начала эксплуатации установки. Также достигается быстрое возведение объектов по обеззараживанию питьевой и сточных вод, так как в наличии имеется необходимый раствор ГПХН, необходимый для обеззараживания воды.
Таким образом, из выше приведенного следуют дополнительные достоинства заявленного технического устройства:
отсутствие подготовки солевого раствора;
применение поваренной соли низкого качества;
автоматизация процесса приготовления раствора ГПХН;
отсутствие необходимости разработки проекта на установку;
быстрое возведение объектов по обеззараживанию питьевой и сточных вод с заявленной установкой.
Все это удешевляет как саму заявленную установку, так продукта ее производства водного раствора ГПХН для непосредственного применения по назначению.
Данные обстоятельства дают возможность использования установки в зоне природных катаклизмов, военных конфликтов, а также для систем водоснабжения небольших и средних населенных пунктов при периодической наработке, хранению и выдачи потребителю раствора ГПХН для обеззараживания воды в системах водоснабжения и водоотведения. При этом установка удобна в эксплуатации, в виду того, что система управления установкой автоматизирована и после ее подключения и настройки присутствие оператора необходимо только при первоначальной загрузке поваренной соли NaCl в первую емкость установки, а также при выдаче готового раствора гипохлорита натрия - NaOCl из установки потребителю, то есть осуществлена возможность эксплуатации установки в полуавтоматическом режиме.
Исходя из вышеизложенного, заявленное устройство под названием «установка для получения гипохлорита натрия» обладает всеми критериями полезной модели, так как совокупность ограничительных и отличительных признаков формулы полезной модели является новым (такая совокупность неизвестна на данном уровне развития техники) для таких установок, и, следовательно, соответствует критерию "новизна".
«Установка для получения гипохлорита натрия» изготовлена, испытана и ее широкое внедрение не представляет никаких конструктивно-технических и технологических трудностей, откуда следует соответствие критерию "промышленная применимость".
Литература
1. Авторское свидетельство СССР: SU 783363 А1 от 30.11.1980, МПК С25В 9/00, «Установка для получения раствора соли кислородной кислоты хлора».
2. Патент на изобретение РФ: RU 2176982 С2 от 20.12.2001, МПК С01В 11/06, С25В 9/00, «Установка для получения гипохлорита натрия».
3. Патент на изобретение РФ: RU 2038423 С1 от 27.06.1995, МПК С25В 1/34, «Установка для электролиза "КРОНТ"».
4. Патент на изобретение РФ: RU 2095475 С1 от 10.11.1997, МПК С25В 9/00, «Установка для электролиза».
5. Патент на полезную модель РФ: RU 75575 U1 от 20.08.2008, МПК A61L 2/00, С25В 9/00, «Установка для электролиза».
6. Патент на полезную модель РФ: RU 145535 U1 от 20.09.2014, МПК С25В 9/00, «Установка для электролиза».
7. Патент на полезную модель РФ: RU 86187 U1 от 27.08.2009, МПК С25В 9/00, «Электролизная установка» - прототип.
8. Патент на полезную модель РФ: RU 106900 U1 от 27.07.2011, МПК С25В 9/00, «Электролизная установка».