УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ДЕЗИНФИЦИРУЮЩЕГО РАСТВОРА - ВОДНОГО РАСТВОРА ОКСИДАНТОВ

Область применения
Полезная модель относится к области прикладной электрохимии, в частности к устройствам для электрохимического синтеза дезинфицирующих растворов - активированных водных растворов оксидантов, являющихся продуктами анодной обработки растворов электролитов, и может быть использовано для получения экологически чистых и безопасных для человека и теплокровных животных дезинфицирующих растворов, обладающих моющими свойствами, которые применяются для дезинфекции, предстерилизационной очистки и стерилизации изделий медицинского назначения в лечебно-профилактических учреждениях системы здравоохранения, в технологии производства фармацевтических препаратов, для дезинфекции и мойки различных объектов на предприятиях пищевой промышленности, коммунального хозяйства, в ветеринарии и животноводстве, а также в качестве антисептического средства для обработки гнойных ран человека и животных.
В прикладной электрохимии известны различные установки для получения активированных растворов оксидантов электролизом раствора хлорида натрия с использованием проточных электрохимических реакторов в различных гидравлических схемах [см., например, «Электрохимическая активация: история, состояние, перспективы». - М.: ВНИИИМТ, 1999, стр. 36-46].
Недостатком известных установок для получения активированных растворов оксидантов является низкий коэффициент использования соли, не превышающий 10-15%, в связи с чем дезинфицирующие растворы имеют в своем составе хлорид натрия в количестве большем, чем содержание функционально полезных оксидантов. Это приводит к усилению коррозионной активности растворов оксидантов. Антимикробная активность таких растворов быстро уменьшается во времени, за счет ускорения взаимонейтрализации хлоркислородных и гидропероксидных соединений в растворе оксидантов в присутствии хлорида натрия.
Наиболее близкой по технической сути и достигаемому результату является установка для получения дезинфицирующего средства - водного раствора оксидантов, содержащая диафрагменный электрохимический реактор, выполненный из вертикальных цилиндрических электрохимических ячеек, содержащих электроды, межэлектродное пространство в которых разделено мелкопористой диафрагмой на анодную камеру, вход и выход которой соединены анодным циркуляционным контуром с установленным на нем приспособлением для отделения анодных электролизных газов, выполненным в виде емкости с патрубком вывода электролизных газов, который соединен с линией отвода электролизных газов, патрубком ввода газожидкостной смеси из анодной камеры, причем указанные патрубки расположены в верхней части емкости, и патрубок вывода анолита, расположенный в нижней части емкости, на катодную камеру с входом и выходом, сепаратор для разделения газовой и жидкой фаз католита, выполненный в виде емкости с входом католита в верхней части, выводом электролизных газов в верхней части и выводом католита в нижней части, вход католита и выходы сепаратора соединены с линиями отвода католита и линией отвода катодных электролизных газов, узел смешения с двумя входами и одним выходом, входы узла смешения соединены с линией отвода анодных электролизных газов и с линей отвода католита, выход смесителя соединен с линией отвода водного раствора оксидантов, и с линией подачи пресной воды (см. патент РФ №2322397, C02F 1/467, 2008).
Известная установка, выполненная по модульному принципу, позволяет сравнительно легко собирать установки различной производительности и получать продукты в виде растворов оксидантов, имеющих высокую концентрацию оксидантов при малом солесодержании раствора. Недостатками установки является то, что в процессе работы установки концентрация обрабатываемого раствора хлорида натрия поддерживается путем прокачки обрабатываемого раствора через слой засыпки твердого хлорида натрия, однако при снижении или увеличении скорости прокачки раствора происходит неконтролируемое изменению концентрации раствора, что приводит к изменению электропроводности раствора и, как следствие, к нестабильности токовых нагрузок в процессе электролиза. При изменении токовых нагрузок изменяется газонаполнение анолита и католита, так как изменяется количество выделяемых электролизных газов, что в свою очередь изменяет режим циркуляции растворов и провоцирует дальнейшее изменение концентраций. Кроме того, такой способ донасыщения также требует контроля по поддержанию постоянных характеристик слоя засыпки, обеспечения возможности восстановления этих характеристик в неконтролируемый промежуток времени, что увеличивает трудозатраты на эксплуатацию установки и затрудняет автоматизацию ее работы. Кроме того, в известном решении восстановление объема католита после отбора его части на смешение, осуществляется за счет подачи пресной воды непосредственно в катодную камеру, что приводит к резкому снижению концентрации католита, уменьшению его электропроводности и возрастанию затрат на процесс. Кроме того, восстановление объема анолита происходит за счет миграционного переноса воды через диафрагму, что также приводит к нарушению постоянства концентраций обрабатываемых растворов, и как следствие, к повышенному расходу энергии.
Техническим результатом, достигаемым при использовании данной полезной модели, является обеспечение возможности стабильной работы установки при поддержании постоянства характеристик обрабатываемых растворов и при эффективном разделении газожидкостных смесей, выводимых из электродных камер, а также снижению трудозатрат на ее эксплуатацию и снижению энергозатрат на проведение процесса и обеспечение возможности автоматизации работы установки.
Указанный технический результат достигается тем, что в установке для получения дезинфицирующего раствора - водного раствора оксидантов, содержащей диафрагменный электрохимический реактор, выполненный из вертикальных цилиндрических электрохимических ячеек, содержащих электроды, межэлектродное пространство которых разделено мелкопористой диафрагмой на анодную камеру, вход и выход которой соединены анодным циркуляционным контуром с установленным на нем приспособлением для отделения анодных электролизных газов, выполненным в виде емкости с патрубком вывода электролизных газов, который соединен с линией отвода электролизных газов, патрубком ввода газожидкостной смеси из анодной камеры, причем указанные патрубки расположены в верхней части емкости, и патрубок вывода анолита, расположенный в нижней части емкости, на катодную камеру с входом и выходом, сепаратор для разделения газовой и жидкой фазы католита, выполненный в виде емкости с входом католита в верхней части, выводом электролизных газов в верхней части и выводом католита в нижней части, вход католита а выходы сепаратора соединены с линиями отвода католита и линией отвода катодных электролизных газов, узел смешения с двумя входами и одним выходом, входы узла смешения соединены с линией отвода анодных электролизных газов и с линией отвода католита, выход смесителя соединен с линией отвода водного раствора оксидантов, и линию подачи пресной воды, электрохимический реактор содержит от 1 до 4 вертикальных диафрагменных электрохимических ячеек, соединенных параллельно, приспособление для отделения анодных электролизных газов выполнено в виде вертикальной цилиндрической емкости, с внутренним диаметром 35-40 мм и высотой 1000-1050 мм, и содержит дополнительный патрубок ввода, расположенный в нижней части емкости, сепаратор для разделения газовой и жидкой фазы католита выполнен в виде вертикальной цилиндрической емкости, с внутренним диаметром 35-40 мм и высотой 1000-1050 мм, и снабжен двумя дополнительными выводами, расположенными в нижней части емкости и дополнительным вводом, расположенным в ее нижней части, причем приспособление для отделения анодных электролизных газов и сепаратор для разделения газовой и жидкой фаз католита установлены таким образом, что верхний край приспособления и сепаратора превышают верхний край электрохимических ячеек на 50-70 мм, линия подачи пресной воды соединена с дополнительным вводом в нижней части сепаратора для разделения газовой и жидкой фаз католита, и установка содержит линии циркуляции католита, соединяющие дополнительный вывод в нижней части сепаратора с входами катодных камер ячеек, линию подачи раствора хлорида щелочного металла, соединенную с дополнительным патрубком ввода в нижней части приспособления для отделения анодных электролизных газов.
В установке сепаратор может быть выполнен с дополнительным выводом в верхней части, и установка может дополнительно содержать линию вывода избыточного католита, соединенную с верхней частью сепаратора для разделения газовой и жидкой фаз католита.
Электрохимические модульные ячейки реактора могут быть выполнены в виде коаксиально установленных вертикальных цилиндрических внутреннего полого и внешнего электродов и содержать размещенную между ними коаксиальную мелкопористую керамическую диафрагму, разделяющую межэлектродное пространство на электродные камеры, нижнюю и верхнюю диэлектрические втулки, по оси которых выполнены отверстия, а на поверхность втулок выведены соответственно входной и выходной каналы, сообщающиеся с камерой внешнего электрода, внутренний полый электрод выполнен с перфорационными отверстиями, входной и выходной патрубки камеры внутреннего электрода установлены соответственно на нижнем и верхнем торцах внутреннего полого электрода и сообщаются с его полостью, диафрагма установлена коаксиально внутреннему электроду в приспособлениях для ее крепления, и внутренний электрод с закрепленной на нем диафрагмой установлен герметично в осевых отверстиях нижней и верхней диэлектрических втулок и нижняя и верхняя диэлектрические втулки установлены и зафиксированы на торцах внешнего электрода
Электрохимические модульные ячейки реактора могут быть выполнены в следующей модификации. Они могут содержать один цилиндрический катод переменного сечения с центральной и хвостовыми частями, установленный вертикально, 2-5 цилиндрических анодов, также установленных вертикально, керамическую диафрагму, размещенную коаксиально катоду и разделяющую межэлектродное пространство на герметичные анодную и катодную камеры, средства для подачи обрабатываемых растворов в анодную камеру, средства для отвода обработанных растворов и газов из анодной камеры, причем катод выполнен полым, центральная часть выполнена с перфорацией, а концевые части выполнены без перфорации, причем нижняя концевая часть соединена с приспособлением для подачи обрабатываемого раствора в катодную камеру, а верхняя концевая часть - с приспособлением для вывода раствора и газа из катодной камеры и диафрагма выполнена высотой, превышающей высоту центральной части катода, и закреплена на концевых частях катода с помощью фиксаторов, и ячейка снабжена цилиндрическим корпусом, электроды размещены во внутреннем пространстве корпуса, причем катод и коаксиальная ему диафрагма установлены в центре внутреннего пространства корпуса, и пространство катодной камеры ограничено внутренней поверхностью диафрагмы и внешней поверхностью катода, а аноды равномерно размещены на условной окружности, вписанной во внутреннее сечение корпуса на расстоянии 1,0-1,5 диаметра анодов от внутренней поверхности корпуса, и пространство анодной камеры ограничено внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью диафрагмы, на верхней и нижней частях корпуса установлены герметизирующие приспособления, выполненные в виде верхней и нижней крышек, содержащих приспособления крепления электродов, а средства для подачи обрабатываемого раствора в анодную камеру и средства для отвода жидкостей и газов из анодной камеры выполнены в виде каналов, размещенных в нижней и верхней крышках соответственно.
То, что электрохимический реактор содержит от 1 до 4 вертикальных диафрагменных электрохимических ячеек, соединенных параллельно, позволяет упростить контроль за работой ячеек и облегчает автоматизацию процесса обработки.
Выполнение приспособления для отделения анодных электролизных газов в виде вертикальной цилиндрической емкости, с внутренним диаметром 35-40 мм и высотой 1000-1050 мм обеспечивает эффективное отделение анодных электролизных газов от раствора анолита, выполнение емкости меньших размеров не обеспечивает эффективного разделения и создает вероятность проскока анолита, а увеличение размеров приводит к необоснованному повышению материалоемкости установки. Емкость содержит дополнительный патрубок ввода, расположенный в нижней части емкости. Этот патрубок соединен с линией подачи раствора хлорида щелочного металла, что позволяет поддерживать концентрацию анолита на заданном уровне и создает возможность для автоматизации процесса.
В установке сепаратор для разделения газовой и жидкой фаз католита выполнен в виде вертикальной цилиндрической емкости, с внутренним диаметром 35-40 мм и высотой 1000-1050 мм, и снабжен двумя дополнительными выводами, расположенными в нижней части емкости, и дополнительным вводом, расположенным в ее нижней части. Выполнение сепаратора меньших размеров не обеспечивает эффективного разделения электролизных газов и создает вероятность проскока католита в линию отвода этих газов, а увеличение размеров приводит к необоснованному повышению материалоемкости установки. Снабжение сепаратора двумя дополнительными выводами, расположенными в нижней части емкости, позволяет создать линию циркуляции католита, соединяющую первый из дополнительных выводов в нижней части сепаратора с входами катодных камер ячеек, что позволяет стабилизировать работу ячеек за счет поддержания постоянства концентрации католита, а соединение второго дополнительного вывода со смесителем позволяет направлять на получение дезинфицирующего раствора полностью дегазированный католит, что исключает возможность нейтрализации компонентов анодных газов и повышает безопасность работы установки, так как исключает возможность образования смеси анодных и катодных газов. Сепаратор также снабжен дополнительным вводом, расположенным в ее нижней части и соединенным с линией подачи пресной воды. Это позволяет повысить надежность работы установки, исключить резкое снижение концентрации католита в катодных камерах ячеек и тем самым снизить расход энергии на процесс.
Приспособление для отделения анодных электролизных газов и сепаратор для разделения газовой и жидкой фаз католита установлены таким образом, что верхний край приспособления и сепаратора превышают верхний край электрохимических ячеек на 50-70 мм. Такое выполнение позволяет исключить возможность проскока анолита и католита в линии отвода электролизных газов и повышает надежность работы установки. Уменьшение высоты размещения менее 50 мм повышает вероятность проскока жидкой фазы электролитов в газовые линии установки, а увеличение более 70 мм требует увеличения размеров емкости и сепаратора, что повышает материалоемкость установки.
В установке сепаратор может быть выполнен с дополнительным выводом в верхней части, который соединен с дополнительной линией вывода избыточного католита, что повышает функциональность установки и создает возможность автоматизации процесса при снижении выхода анодных электролизных газов, что требует уменьшения объема католита, подаваемого в смеситель для получения водного раствора оксидантов.
В зависимости от условий решаемой задачи электрохимические модульные ячейки реактора могут быть выполнены в виде коаксиально установленных вертикальных цилиндрических внутреннего полого и внешнего электродов и содержать размещенную между ними коаксиальную мелкопористую керамическую диафрагму, разделяющую межэлектродное пространство на электродные камеры, нижнюю и верхнюю диэлектрические втулки, по оси которых выполнены отверстия, а на поверхность втулок выведены соответственно входной и выходной каналы, сообщающиеся с камерой внешнего электрода, внутренний полый электрод выполнен с перфорационными отверстиями, входной и выходной патрубки камеры внутреннего электрода установлены соответственно на нижнем и верхнем торцах внутреннего полого электрода и сообщаются с его полостью, диафрагма установлена коаксиально внутреннему электроду в приспособлениях для ее крепления, и внутренний электрод с закрепленной на нем диафрагмой установлен герметично в осевых отверстиях нижней и верхней диэлектрических втулок и нижняя и верхняя диэлектрические втулки установлены и зафиксированы на торцах внешнего электрода. Установка таких ячеек целесообразна при эксплуатации установок со сравнительно небольшой производительностью - до 100 л/час водного раствора оксидантов.
Электрохимические модульные ячейки реактора могут быть выполнены в следующей модификации. Они могут содержать один цилиндрический катод переменного сечения с центральной и хвостовыми частями, установленный вертикально, 2-5 цилиндрических анодов, также установленных вертикально, керамическую диафрагму, размещенную коаксиально катоду и разделяющую межэлектродное пространство на герметичные анодную и катодную камеры, средства для подачи обрабатываемых растворов в анодную камеру, средства для отвода обработанных растворов и газов из анодной камеры, причем катод выполнен полым, центральная часть выполнена с перфорацией, а концевые части выполнены без перфорации, причем нижняя концевая часть соединена с приспособлением для подачи обрабатываемого раствора в катодную камеру, а верхняя концевая часть - с приспособлением для вывода раствора и газа из катодной камеры и диафрагма выполнена высотой, превышающей высоту центральной части катода и закреплена на концевых частях катода с помощью фиксаторов, и ячейка снабжена цилиндрическим корпусом, электроды размещены во внутреннем пространстве корпуса, причем катод и коаксиальная ему диафрагма установлены в центре внутреннего пространства корпуса, и пространство катодной камеры ограничено внутренней поверхностью диафрагмы и внешней поверхностью катода, а аноды равномерно размещены на условной окружности, вписанной во внутреннее сечение корпуса на расстоянии 1,0-1,5 диаметра анодов от внутренней поверхности корпуса, и пространство анодной камеры ограничено внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью диафрагмы, на верхней и нижней частях корпуса установлены герметизирующие приспособления, выполненные в виде верхней и нижней крышек, содержащих приспособления крепления электродов, а средства для подачи обрабатываемого раствора в анодную камеру и средства для отвода жидкостей и газов из анодной камеры выполнены в виде каналов, размещенных соответственно в нижней и верхней крышках. Установка ячеек такой конструкции целесообразна при эксплуатации установок с высокой производительностью - до 500 л/час водного раствора оксидантов и выше. Следует отметить, что замена ячеек одной конструкции на ячейки другой конструкции не требует изменения в гидравлических линиях и изменения размеров элементов установки, таких как емкость для разделения анодных электролизных газов и сепаратор.
Полезная модель иллюстрируется чертежами 1-3.
На фиг. 1 представлена блок-схема установки, а на фиг 2 и 3 представлены конструкции используемых электрохимических ячеек.
Установка для получения дезинфицирующего раствора - водного раствора оксидантов (фиг. 1), содержит электрохимический реактор, выполненный из двух электрохимических модульных ячеек 1 и 2, соединенных параллельно. Электрохимические ячейки 1 и 2 разделены диафрагмами соответственно 3 и 4 на анодные 5 и 6 и катодные 7 и 8 камеры. Установка содержит емкость для разделения анодных электролиных газов и анолита 9 и сепаратор 10 для разделения катодных электролизных газов и католита. Установка содержит линию 11 подачи раствора хлорида щелочного металла, соединенную с нижней частью емкости 9. Вывод емкости 9 соединен линией 12 с входами анодных камер 5 и 6, а выходы анодных камер 5 и 6 соединены линией 13 с верхней частью емкости 9, образуя анодный циркуляционный контур. Верхняя часть емкости 9 соединена линией 14 со смесителем 15. На линии 14 после вывода из емкости 9 установлен регулятор давления «до себя» 16. Установка содержит линию подачи пресной воды 17, соединенную с нижней частью сепаратора 10. Вывод в нижней части сепаратора 10 соединен линией 18 с входами катодных камер 7 и 8, а выходы катодных камер 7 и 8 соединены линией 19 с верхней частью сепаратора 10, образуя катодный циркуляционный контур. Верхняя часть сепаратора соединена с линией 20 отвода катодных электролизных газов (водорода). Нижняя часть сепаратора 10 соединена линией 21 со смесителем 15. Верхняя часть сепаратора соединена с линией 22 отвода избыточной части католита. Верхняя часть смесителя 15 соединена с линией 23 отвода целевого продукта - дезинфицирующего раствора - водного раствора оксидантов. Линия 11 снабжена насосом 24 и регулировочным вентилем 25, а линии 17 и 22 снабжены регулировочными вентилями 26 и 27.
Установка работает следующим образом.
Катодные 7 и 8 камеры, сепаратор 10 и смеситель 15 по линии 17 заполняются пресной водой. Анодные камеры 5 и 6 и емкость 9 заполняются раствором хлорида щелочного металла (натрия) по линии 11. На электроды электрохимических ячеек 1 и 2 подают напряжение. Подача напряжения осуществляется источником, стабилизированным по току (на чертеже не показан).
При проведении процесса электролиза в анодных 5 и 6 и в катодных 7 и 8 камерах на электродах выделяются электролизные газы. За счет уменьшения кажущейся плотности анолита в результате газонаполнения анолит из анодных камер 5 и 6 поднимается к выходу анодных камер и поступает по линии 14 в емкость 9 для отделения анодных электролизных газов. После отделения газов кажущаяся плотность анолита увеличивается, и он опускается в нижнюю часть емкости 9 и по линии 12 поступает на вход анодных камер 5 и 6. При использовании в анолите хлорида щелочного металла в анодных камерах 5 и 6 выделяются электролизные газы - смесь оксидантов, преимущественно хлор, содержание примесей в смеси определяется составом пресной воды и чистотой соли, использованной для получения раствора хлорида щелочного металла, подаваемого по линии 11.
Анодные электролизные газы по линии 14 поступают в смеситель 15.
При проведении процесса в катодные камеры 7 и 8 через мелкопористую диафрагму поступают ионы щелочного металла, на катоде выделяется электролизный газ - водород, и католит в виде газожидкостной смеси по линии 19 поступает в сепаратор 10, из верхней части которого по линии 20 выводится газ и увлеченный им шлам, образовавшийся в результате увеличения значения pH католита в процессе электролиза. В зависимости от режима электролиза по линии 22 может быть выведена из процесса обработки и часть католита.
По линии 21 из сепаратора 10 выводится католит и подается в смеситель 15, где смешивается со смесью оксидантов, поступившей по линии 14 из анодных камер 5 и 6.
Полученный продукт - водный раствор оксидантов - выводится по линии 23 и подается потребителю.
При проведении процесса за счет подачи раствора хлорида по линии 11 с помощью насоса 24 и регулятора давления «до себя» 16 создается превышение давления в анодных камерах 5 и 6 над катодными 7 и 8, что подавляет перенос ионов гидроксила через диафрагмы 3 и 4, что повышает выход целевых продуктов.
На фиг. 2 и 3 показаны схематические разрезы электрохимических ячеек, которые могут быть использованы в установке.
На фиг. 2 представлен разрез электрохимической модульной ячейки. Ячейка содержит вертикальные цилиндрические внутренний полый электрод 28 и внешний электрод 29. На торцах электрода 29 установлены верхняя 30 и нижняя 31 диэлектрические втулки, по оси которых выполнены отверстия, внешний электрод 29 снабжен патрубками 32 в верхней части и симметричным 33 в нижней части. Диафрагма 34 из керамики на основе оксидов алюминия коаксиально установлена между электродами 28 и 29.
Входной и выходной патрубки 35 и 36 камеры внутреннего электрода 28 установлены на его торцах.
Электрод 28 выполнен с перфорационными отверстиями 37, оси которых расположены по винтовой линии на поверхности электрода 28.
Диафрагма 34 установлена коаксиально внутреннему электроду 28 в приспособлениях 38 и 39 для ее крепления
В диэлектрических втулках 30 и 31 выполнены пазы для размещения упругих прокладок 39.
Ячейка работает следующим образом.
Через патрубки 33 и 36 обрабатываемая среда поступает соответственно в камеры внешнего 29 и внутреннего 28 электродов, разделенных диафрагмой 34. В камере внутреннего электрода раствор заполняет полость электрода 28 и поступает в пространство между диафрагмой 34 и наружной поверхностью электрода 28. После подачи напряжения на внешней поверхности электрода 28 начинается интенсивное выделение электролизных газов, и газовые пузырьки увлекают электролит вверх. Так как на внутренней поверхности электрода 28 электролиз не идет, то электролит внутри полого электрода менее насыщен газовыми пузырьками и имеет большую кажущуюся плотность, что приводит к организации внутренней циркуляции электролита в камере полого электрода 28, из патрубка 35 выводится газожидкостная смесь и направляется на разделение газовой и жидкой фаз.
В камере внешнего электрода 29 электролит поступает на обработку через патрубок 33, и пройдя камеру электрода 29 снизу вверх, выводится через патрубок 32. Циркуляция электролита в камере внешнего электрода может быть организована через внешний циркуляционный контур.
На фиг. 3 представлен разрез электрохимической модульной ячейки, которая содержит вертикальный цилиндрические внутренний полый катод 40 и четыре трубчатых анода 41. Катод 40 размещен в центре корпуса 42, а аноды 41 равномерно размещены соответственно на условной окружности, вписанной в поперечное сечение корпуса 42, на расстоянии, равном 1, 5 диаметра анодов от стенки корпуса 42. На катоде 40 закреплена диафрагма 43.
На верхнем торце корпуса 42 установлена крышка 44, а на нижнем торце корпуса 42 установлена крышка 45. На крышках 44 и 45 закреплены катод 40, аноды 41. Катод 40 и аноды 41 установлены в отверстиях в крышках 44 и 45 и снабжены герметизирующими приспособлениями 46 и 47. Катод 40 выполнен из центральной части 48, которая выполнена перфорированной, например, из стержней, закрепленных с равномерным шагом и образующих вертикальные пазы, и верхнего и нижнего концевых частей 49 и 50. Диафрагма 43 закреплена на верхнем 49 и нижнем 50 концевых частях катода с помощью герметизирующих фиксаторов 51 и 52. В теле нижней крышки 45 выполнен канал для подвода обрабатываемого раствора в анодную камеру, а в теле верхней крышки 44 выполнен канал для отвода газов из анодной камеры (на чертеже не показаны). Приспособления для подачи раствора в катодную камеру и для отвода жидкостей и газов из катодной камеры соединены соответственно с полостями нижней 50 и верхней 49 концевых частей катода 40 (на чертеже не показаны).
Ячейка работает следующим образом.
В катодную камеру, ограниченную наружной поверхностью центральной части 48 катода 40 и внутренней поверхностью диафрагмы 43 через полость нижней части 50 катода 40, поступает обрабатываемый раствор, например, вода, а в анодную камеру, ограниченную наружной поверхностью диафрагмы 43 и внутренней поверхностью корпуса 42, через канал для подачи обрабатываемых растворов, выполненный в нижней крышке (на чертеже не показан), поступает обрабатываемая жидкость - например, раствор хлорида натрия.
В катодной камере вода заполняет полость катода 40 и через отверстия в центральной части 48 катода 40 поступает в пространство между внутренней поверхностью диафрагмы 43 и наружной поверхностью центральной части 48 катода 40. Поступление воды в катодную камеру прекращают после ее заполнения. После подачи напряжения на внешней поверхности катода 40 начинается выделение газа (газообразного водорода), и газовые пузырьки увлекают католит (жидкость, находящуюся в катодной камере) вверх. Так как на внутренней поверхности центральной части 48 катода 40 электролиз не идет, то католит просто заполняет внутреннее пространство полого электрода и, поскольку он имеет меньшее газонаполнение и большую кажущуюся плотность, возникает циркуляция католита в камере катода 40.
В анодную камеру, ограниченную наружной поверхностью диафрагмы 43 и внутренней поверхностью корпуса 42, через канал для подачи обрабатываемых растворов, выполненный в нижней крышке (на чертеже не показан), поступает раствор - например, раствор хлорида натрия. Циркуляция электролита в анодной камере осуществляется за счет конвективного движения электролита под действием выделяющихся на анодах 41 электролизных газов, в частности хлора, диоксида хлора и кислорода. Газожидкостная смесь, содержащая электролизные анодные газы и анолит, выводятся через приспособление для отвода жидкостей и газов из анодной камеры (на чертеже не показано) и направляется на разделение газовой и жидкой фаз. В процессе работы ячейки ионы металла (в частности, натрия) из анодной камеры под действием электрического тока переходят через диафрагму 43 в катодную камеру и образуют раствор гидроксида натрия.
В процессе получения дезинфицирующего раствора была использована установка, содержащая реактор из одной ячейки, соответствующей ячейке, изображенной на фиг. 2. Длина катода - внешнего электрода в ячейках составляла 360 мм при внешнем диаметре 38 мм, а внутреннем - 34 мм, длина диафрагмы 300 мм, при толщине 3 мм. Общая длина анода составляла 400 мм, при наружном диаметре 16 мм, а внутреннем - 14 мм. На поверхность анода нанесено электрокаталитическое покрытие ОРТА. Производительность установки составляла 50 л/час водного раствора оксидантов, при расходе энергии на уровне 0,8 кВт/час, концентрации раствора 500 мг/л оксидантов напряжении на ячейке 4,0 В.
2
3
В процессе получения дезинфицирующего раствора также была использована установка, содержащая реактор из 4 ячеек, соответствующих ячейкам, изображенным на фиг. 3. Ячейки выполнены с высотой корпуса 380 мм. Каждая из ячеек содержала один катод и четыре анода. Катод выполнен из стали, с центральной частью длиной 300 мм, выполненной из 18 стальных стержней диаметром 2 мм. Диаметр центральной части катода составлял 18 мм, а диаметр концевых частей - 16 мм. Аноды выполнены из титановой трубы с нанесенным на ее поверхность электрокаталитическим покрытием ОРТА. Внешний диаметр анодов - 16 мм. Аноды равномерно размещены в цилиндрическом корпусе с внутренним диаметром 78 мм. Центр каждого анода находился на расстоянии 24 мм от внутренней стенки корпуса. На концевых частях катода закреплена диафрагма толщиной 2,5 мм, с наружным диаметром 28 мм, выполненная из керамики на основе оксида алюминия (AlO). Во внутренние полости анодов подавался теплоноситель - вода - с расходом 20 литров в час через каждый анод. Производительность установки составляла 500 л/час раствора оксидантов при концентрации раствора - 500 мг/л оксидантов. Расход энергии на уровне 1,5 кВт/час, напряжении на одной ячейке 5-6 В.
Обе установки были в эксплуатации в течение 48 часов непрерывной работы. В течение всего времени пробега концентрация анолита по хлориду натрия находилась на уровне 200-210 г/л. Не наблюдалось изменение концентрации, выходящей за пределы этого интервала, изменение же в пределах интервала не оказывает влияния на режим работы ячеек. Концентрация католита составляла 10-12% по гидроксиду натрия, колебания концентрации не превышали 0,5% и не оказывали влмяния на режим работы ячеек. В течение всего времени не наблюдался проскок анолита или католита в газовые магистрали установок.
Как следует из приведенных доводов, при использовании данной полезной модели, обеспечивается стабильная работа установки при поддержании постоянства характеристик обрабатываемых растворов и при эффективном разделении газожидкостных смесей, выводимых из электродных камер, а также снижению трудозатрат на ее эксплуатацию и снижению энергозатрат на проведение процесса и обеспечение возможности автоматизации работы установки.