Способ синтеза оксидантов из водного раствора хлорида натрия и устройство для его реализации

 

Изобретение относится к электрохимической униполярной обработке жидких сред, позволяющей придавать этим средствам регулируемые в широких пределах стабильные и метастабильные свойства дезинфицирующих растворов, что может быть использовано в самых различных областях человеческой деятельности, при снижении экологической нагрузки на природу. Способ включает подачу в анодную камеру диафрагменного электролизера водного раствора хлорида натрия с концентрацией 1-3 г/л. В катодную камеру подают раствор едкого натра с концентрацией не менее 100 г/л, который принудительно прокачивают по циркуляционному контуру катодной камеры со скоростью, обеспечивающей минимальное содержание газов в катодной камере. При этом расход водной составляющей раствора едкого натра пополняется подачей чистой воды в катодный контур. Способ осуществляется в устройстве, которое содержит диафрагменный электролизер, анодная камера которого имеет вход для раствора хлорида натрия и выход для раствора оксидантов, а катодная камера снабжена циркуляционным контуром. Циркуляционный контур катодной камеры заполнен раствором едкого натра с концентрацией не менее 100 г/л, при этом циркуляционный контур имеет емкость, заполненную концентрированным раствором едкого натра, которая снабжена патрубком с вентилем для подпитки катодного контура чистой водой, а также снабжен устройством регулирования скорости циркуляции потока раствора едкого натра. Устройство регулирования скорости циркуляции потока раствора едкого натра содержит напорный насос. Технический эффект - снижение коррозионного воздействия получаемого раствора оксидантов, снижение затрат электроэнергии и соли на единицу вырабатываемого оксиданта. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электрохимической униполярной обработке жидких сред, позволяющей придавать этим средам регулируемые в широких пределах стабильные и метастабильные свойства дезинфицирующих растворов, что может быть использовано в самых различных областях человеческой деятельности, при снижении экологической нагрузки на природу.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известен способ получения оксидантов из раствора хлорида натрия, состоящий в том, что указанный раствор с концентрацией 3-5 г/л подвергают электрохимической обработке в диафрагменном электролизере, при этом указанный исходный раствор подают в анодную и катодную камеры. В анодной камере образуется смесь оксидантов, состоящая в основном из хлорноватистой кислоты, диоксида хлора, перекиси водорода, озона, кислорода.

Указанный способ реализуется, например, в установке для синтеза оксидантов, состоящей из диафрагменного электролизера, имеющего вход в анодную камеру и выход в емкость для анолита; выход из катодной камеры соединен с емкостью для католита, которая соединена циркуляционной трубкой с входом в катодную камеру (см. патент РФ №2088539 “Устройство для получения моющих и дезинфицирующих растворов”).

В катодном контуре осуществляется циркуляция раствора хлорида натрия с постоянным пополнением контура свежим раствором хлорида натрия.

В катодной камере при относительно слабом протоке исходного раствора образуется щелочной раствор, который утилизируется тем или иным путем.

Известная установка предназначена для получения из водного раствора хлоридов щелочных металлов смеси оксидантов, состоящей в основном из хлорноватистой кислоты, хлора, диоксида хлора, перекиси водорода, озона, кислорода.

Недостатками данной установки, как показали эксперименты, являются высокие затраты электроэнергии и соли на единицу вырабатываемого оксиданта, а также низкое содержание кислородной группы оксидантов. Основную часть оксидантов в растворе (95-98%) составляют хлорсодержащие вещества.

Указанные способ и устройство приняты в качестве прототипа.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью изобретения является устранение указанных недостатков. Дополнительной целью изобретения является получение раствора оксидантов с рН до 12, что позволяет существенно снизить его коррозионное воздействие.

Предлагаемый способ электрохимического получения оксидантов из водного раствора хлорида натрия, включающий подачу в анодную камеру диафрагменного электролизера водного раствора хлорида натрия, отличается тем, что в анодную камеру подают раствор хлорида натрия с концентрацией 1-3 г/л, а в катодную камеру подают раствор едкого натра с концентрацией не менее 100 г/л, который принудительно прокачивают по циркуляционному контуру катодной камеры со скоростью, обеспечивающей минимальное содержание газов в катодной камере, при этом расход водной составляющей раствора едкого натра пополняется подачей чистой воды в катодный контур.

Электролиз ведут при напряжении не выше 6 В. В данном способе реализуются следующие электрохимические процессы:

1. Из катодной камеры под действием электрического поля гидроксильные группы переходят через диафрагму в анодный контур, а ионы натрия, оставаясь в зоне катода, постоянно пополняют их потерю, реагируя с водой;

2. На аноде происходит разряд гидроксильных групп, поступающих из катодной камеры, и ионов хлора. Поскольку электрохимический потенциал кислородных реакций на аноде ниже потенциала образования хлорных соединений, то в анодной камере значительно увеличивается количество озона и возрастает концентрация перекиси водорода, имеющей высокое значение рН. В свою очередь при рН выше 10,5 создаются условия для образования перекиси водорода и устойчивого удержания озона в растворе.

При этом удельный расход электроэнергии составляет не более 7 Вт/г оксидантов в пересчете на активный хлор. Снижение затрат электроэнергии достигается за счет:

а) более высокой проводимости раствора едкого натра в катодной камере по сравнению с раствором хлорида натрия в прототипе;

б) более низкой энергетики реакций образования кислородных соединений в анодной камере по сравнению с хлорсодержащими оксидантами, провоцируемых высоким содержанием ОН-групп, что также существенно снижает удельный расход хлорида натрия, который по предлагаемому способу не превышает 3 г на 1 г активного хлора.

В результате указанных электрохимических процессов получаемый анолит содержит от 50 до 70% хлорсодержащих и 30-50% кислородсодержащих оксидантов. Такой раствор обладает высокими биоцидными свойствами за счет высокого содержания озона, быстродействие которого в 20 раз превышает таковое у хлора, и достаточно хорошим последействием за счет наличия хлорной группы оксидантов.

Примеры реализации предлагаемого способа.

Пример1. В качестве обрабатываемой жидкости использован раствор хлорида натрия с концентрацией 2 г/л, который пропускался через анодную камеру диафрагменного электролизера. Через катодную камеру электролизера прокачивался прокачивался раствор едкого натра с концентрацией 200 г/л.

Скорость протока

в анодном контуре 0,3 м/с

Скорость протока

в катодном контуре 0,3 м/с

Напряжение питания 3 В. При этом сила тока была 3 А.

Получен оксидант с содержанием активного хлора 300 мг/л.

Пример 2. В качестве обрабатываемой жидкости использован раствор хлорида натрия с концентрацией 2 г/л, который пропускался через анодную камеру диафрагменного электролизера. Через катодную камеру электролизера прокачивался раствор едкого натра с концентрацией 200 г/л.

Скорость протока

в анодном контуре 0,3 м/с

Скорость протока

в катодном контуре 0,6 м/с

Напряжение питания 3 В. При этом сила тока была 5 А.

Получен оксидант с содержанием активного хлора 700 мг/л.

Пример 3. В качестве обрабатываемой жидкости использован раствор хлорида натрия с концентрацией 2 г/л, который пропускался через анодную камеру диафрагменного электролизера. Через катодную камеру электролизера прокачивался прокачивался раствор едкого натра с концентрацией 200 г/л.

Скорость протока

в анодном контуре 0,3 м/с

Скорость протока

в катодном контуре 0,8 м/с

Напряжение питания 3 В. При этом сила тока возросла до 8 А.

Получен оксидант с содержанием активного хлора 900 мг/л.

Устройство для реализации указанного способа содержит диафрагменный электролизер, имеющий вход в анодную камеру для раствора хлорида натрия и выход для раствора оксидантов, циркуляционный катодный контур, соединенный с емкостью для католита.

Указанная цель достигается за счет того, что циркуляционный контур катодной камеры заполнен раствором едкого натра с концентрацией не менее 100 г/л, емкость для католита соединена с источником чистой воды и в циркуляционный катодный контур включено устройство регулирования скорости протока раствора едкого натра.

Кроме того, устройство регулирования скорости циркуляции потока может быть снабжено напорным насосом.

На чертеже показана схема предлагаемого устройства.

Установка содержит кран 1 на входном патрубке, проточный диафрагменный электролизер 2 с анодной камерой 3, катодной камерой 4 и диафрагмой 5. На входе в катодную камеру имеется регулятор скорости циркуляции щелочи 6. Выше катодной камеры 4 установлена емкость 7, заполненная концентрированным раствором щелочного металла, соединенная трубопроводом 8 с выходом из катодной камеры 4 и трубопроводом 9 со входом в катодную камеру. Емкость 7 снабжена патрубком с вентилем 10 для подпитки катодного контура чистой водой.

РАБОТА УСТРОЙСТВА

Установка вырабатывает оксиданты в виде смеси NaCIO, Н₂О₂, О ₃, O₂, содержащихся в насыщенном ОН-группами водном растворе.

Установка работает следующим образом.

Водный раствор поваренной соли с концентрацией от 1 до 3 г/л подается по трубопроводу через входной кран 1 в анодную камеру 3. При подаче электропитания на электроды электролизера в анодной камере идет процесс образования оксидантов.

При циркуляции щелочи через катодную камеру 4 происходит разряд катионов натрия на катоде с образованием металлического натрия и немедленное его вступление в реакцию с водой с выделением водорода и образованием гидроксильных групп, непрестанно восполняющих отток таковых в анодную камеру.

При работе установки едкий натр в катодном контуре не расходуется, но постоянно участвует в процессе электролиза воды. Потери воды из катодного контура при электролизе компенсируется ее подачей через вентиль 10.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Аналогичные установки серийно выпускаются НПО “Перспектива”.

Формула изобретения

1. Способ электрохимического получения оксидантов из водного раствора хлорида натрия, включающий подачу в анодную камеру диафрагменного электролизера водного раствора хлорида натрия, отличающийся тем, что в анодную камеру подают раствор хлорида натрия с концентрацией 1-3 г/л, а в катодную камеру подают раствор едкого натра с концентрацией не менее 100 г/л, который принудительно прокачивают по циркуляционному контуру катодной камеры со скоростью, обеспечивающей минимальное содержание газов в катодной камере, при этом расход водной составляющей раствора едкого натра пополняется подачей чистой воды в катодный контур.

2. Устройство для электрохимического получения оксидантов из водного раствора хлорида натрия, содержащее диафрагменный электролизер, анодная камера которого имеет вход для раствора хлорида натрия и выход для раствора оксидантов, а катодная камера снабжена циркуляционным контуром, отличающееся тем, что циркуляционный контур катодной камеры заполнен раствором едкого натра с концентрацией не менее 100 г/л, при этом циркуляционный контур имеет емкость, заполненную концентрированным раствором едкого натра, которая снабжена патрубком с вентилем для подпитки катодного контура чистой водой, а также снабжен устройством регулирования скорости циркуляции потока раствора едкого натра.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что устройство регулирования скорости циркуляции потока раствора едкого натра содержит напорный насос.

РИСУНКИ