УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЭЛЕКТРОЛИЗА ВОДНОГО РАСТВОРА СОЛИ

Изобретение относится к электрохимии, а именно, к устройствам для проведения электролиза водного раствора соли, в частности, к электролизным установкам для получения гипохлорита натрия путем электролиза водного раствора хлорида натрия.
В настоящее время известны различные конструкции установок для проведения электролиза водного раствора соли с целью получения веществ, образующихся при взаимодействии анодных и катодных продуктов электрохимических реакций.
Так, например, известно устройство для проведения электролиза раствора соли, содержащее электролизер ящичного типа с неразделенными анодным и катодным пространствами [RU 2134733].
Используемый в данном устройстве электролизер содержит многосекционный корпус с установленными в нем параллельными электродами, которые помещены между первой и второй перегородками, разделяющими корпус на сообщающиеся последовательно друг с другом первичную секцию, электролизную секцию и секцию сбора целевого продукта. Первая перегородка, отделяющая первичную секцию от электролизной секции, выполнена в нижней части перфорированной. Устройство также содержит источник исходного раствора соли и средство для его подвода в верхнюю часть электролизной секции, а также источник воды и средство для ее подвода в верхнюю часть первичной секции.
В рассматриваемом устройстве электрохимическая реакция осуществляется в нисходящем потоке раствора электролита. При этом часть газовых пузырьков, выделяющихся в процессе протекания реакции и движущихся навстречу потоку электролита, попадают через перфорированный участок первой перегородки в первичную секцию, за счет чего снижается негативное влияние пузырьков на процесс электролиза, в частности, уменьшается экранирование пузырьками поверхности электродов. Одновременно с подачей исходного раствора соли в электролизную секцию осуществляется подача воды в верхнюю часть первичной секции с целью оптимизации температурного режима электролиза.
Указанное устройство позволяет повысить эффективность электролиза, но является сложным по конструкции.
В качестве ближайшего аналога авторами заявляемой полезной модели выбрана установка для проведения электролиза водного раствора соли, в частности, с целью получения гипохлорита натрия, описанная в RU 2125120.
Рассматриваемая установка включает проточный электролизер ящичного типа с неразделенными анодным и катодным пространствами, содержащий корпус, в котором расположены сообщающиеся друг с другом электролизная секция с установленными в ней параллельными электродами, обеспечивающая проведение электролиза по меньшей мере в две последовательные стадии, и секция сбора целевого продукта. Установка также содержит источник исходного раствора соли и средство подвода указанного раствора в электролизную секцию, установленное с возможностью его подачи в межэлектродное пространство. Для установки, изображенной на чертеже, приведенном в патенте RU 2125120, данное средство установлено в электролизной секции над верхними концевыми участками параллельных электродов. Кроме того, установка содержит источник воды и средство ее подвода в электролизную секцию, установленное с возможностью подачи воды в зону протекания электролиза раствора, полученного на предыдущей стадии электролиза. Для установки, изображенной на чертеже, приведенном в патенте RU 2125120, данное средство установлено в электролизной секции с возможностью подвода воды в зону, расположенную вблизи нижних концевых участков параллельных электродов.
В рассматриваемом устройстве осуществляется многостадийный электрохимический процесс, включающий стадию электролиза исходного раствора электролита и последующую стадию электролиза полученного на предыдущей стадии раствора, содержащего продукты электрохимической реакции, в том числе и целевой продукт, при добавлении к указанному раствору воды.
Первая стадия электролиза исходного солевого раствора в рассматриваемой установке происходит в объеме электролизной секции, расположенном выше уровня подачи воды. Последующая стадия электролиза раствора, полученного на предыдущей стадии, происходит в объеме электролизной секции, ограниченном по высоте электролизера уровнем подачи воды в электролизную секцию.
Используемый в рассматриваемом устройстве прием разбавления полученного на предыдущей стадии электролиза раствора электролита водой позволяет увеличить выход целевого продукта, а также оптимизировать температурный режим протекания электрохимических реакций. Однако при этом возрастает расход электроэнергии на проведение электролиза.
Задачей заявляемой полезной модели является снижение расхода электроэнергии на осуществление электролиза раствора электролита при обеспечении высокого выхода целевого продукта.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что установка для проведения электролиза водного раствора соли, включающая электролизер с неразделенными анодным и катодным пространствами, содержащий корпус, в котором расположены сообщающиеся друг с другом электролизная секция с установленными в ней параллельными электродами, обеспечивающая проведение электролиза по меньшей мере в две последовательные стадии, и секция сбора целевого продукта, при этом установка содержит источник исходного водного раствора соли и средство подвода указанного раствора в электролизную секцию, установленное с возможностью его подачи в межэлектродное пространство, а также средство подвода дополнительно вводимого в электролизную секцию жидкого агента, установленное с возможностью его подачи в зону протекания электролиза раствора, полученного на предыдущей стадии электролиза, согласно полезной модели содержит источник водного раствора соли, разбавленного по отношению к исходному, выход которого связан со средством его подвода в электролизную секцию.
Заявляемая установка обеспечивает возможность подачи в зону, где осуществляется электролиз раствора, полученного на предыдущей стадии электролиза, дополнительного жидкого агента, в качестве которого используют разбавленный по отношению к исходному водный раствор соли. Как показали проведенные авторами экспериментальные исследования, проведение электролиза с добавлением на каждой последующей стадии указанного жидкого агенте приводит к увеличению выхода целевого продукта. По-видимому, при разбавлении раствора электролита указанным жидким агентом уменьшается концентрация реагентов и происходит смещение реакций между находящимися в растворе продуктами электрохимического превращения в сторону образования целевого продукта. При этом за счет того, что указанный жидкий агент содержит диссоциированные ионы соли, повышается электропроводность раствора электролита, который подвергается электролизу, и, как следствие, снижаются затраты электроэнергии на проведение электролиза.
Кроме того, в зависимости от конкретно осуществляемого процесса электролиза температуру описанного выше жидкого агента выбирают из условия оптимизации температурных условий протекания электрохимических реакций, что также
положительно сказывается на увеличении выхода целевого продукта и снижении затрат электроэнергии на электролиз.
Таким образом, заявляемая установка обеспечивает снижение расхода электроэнергии на проведение электролиза при обеспечении высокого выхода целевого продукта.
Заявляемая установка может содержать электролизер как непрерывного, так и периодического действия, при этом электролизная секция может быть выполнена в виде единой камеры, в которой обеспечивается проведение электролиза по меньшей мере в две стадии, или в виде ряда последовательно соединенных камер, с помощью которых осуществляется многостадийный процесс электролиза.
На фигуре представлено схематичное изображение общего вида одного из частных случаев выполнения заявляемой установки.
Установка содержит проточный электролизер с неразделенными анодным и катодным пространствами, включающий корпус 1, в котором расположены сообщающиеся друг с другом электролизная секция 2 с установленными в ней параллельными электродами 3 и секция 4 сбора целевого продукта, в которой имеется патрубок 5 для слива целевого продукта. Указанные секции 2 и 4 образованы расположенной в корпусе 1 перегородкой 6, которая установлена с зазором относительно дна корпуса 1. Установка также содержит источник 7 исходного водного раствора соли, выход которого связан со средством 8 его подвода в электролизную секцию 2, установленным над электродами 3 с возможностью подачи указанного раствора в межэлектродное пространство. Кроме того, установка содержит источник 9 разбавленного по отношению к исходному водного раствора соли. В частности, источник 9 может представлять собой емкость, в которой происходит разбавление водой поступающего в нее от источника 7 исходного водного солевого раствора. Выход источника 9 соединен со средством 10 подвода разбавленного по отношению к исходному водного раствора соли в электролизную секцию 2. Средство 10 установлено вблизи нижних концевых участков электродов 3 с возможностью подачи разбавленного по отношению к исходному водного раствора соли в зону 11, в которой осуществляется электролиз раствора электролита, полученного на предыдущей стадии электролиза.
Для представленной на фигуре установки зона 11 представляет собой ту занимаемую раствором электролита часть объема электролизной секции 2 по высоте электролизера, в котором в электролите присутствует заметное количество целевого
проекта электролиза. Уровень расположения средства 10 соответствует уровню верхней границе указанной части объема электролизной секции 2.
Установка работает следующим образом.
Исходный водный солевой раствор от источника 7 с помощью средства 8 подают сверху в межэлектродное пространство электродов 3. В зону 11 электролизной секции 2 от источника 9 с помощью средства 10 подают разбавленный по отношению к исходному водный раствор соли.
Первая стадия электролиза исходного водного солевого раствора происходит в объеме электролизной секции 2, расположенном выше уровня расположения средства 10. Последующая стадия электролиза раствора электролита, содержащего реагенты, участвующие в электрохимических реакциях, и некоторое заметное количество целевого продукта, происходит при добавлении в зону 11 разбавленного по отношению к исходному водного раствора соли. Указанная стадия электролиза протекает в объеме электролизной секции 2, лежащем ниже уровня расположения средства 10.
По окончании электролиза раствор, содержащий целевой продукт, поступает в секцию 4 сбора целевого продукта и сливается через патрубок 5.