Электрохимический реактор



Электрохимический реактор
Электрохимический реактор
Электрохимический реактор

 

C25B9/08 - Электролитические способы; электрофорез; устройства для них (электродиализ, электроосмос, разделение жидкостей с помощью электричества B01D; обработка металла воздействием электрического тока высокой плотности B23H; обработка воды, промышленных и бытовых сточных вод или отстоя сточных вод электрохимическими способами C02F 1/46; поверхностная обработка металлического материала или покрытия, включающая по крайней мере один способ, охватываемый классом C23 и по крайней мере другой способ, охватываемый этим классом, C23C 28/00, C23F 17/00; анодная или катодная защита C23F; электролитические способы получения монокристаллов C30B; металлизация текстильных изделий D06M 11/83; декоративная обработка текстильных изделий местной

Владельцы патента RU 2586560:

Общество с ограниченной ответственностью "Рэслинн" (RU)

Изобретение относится к устройствам для электрохимической обработки растворов. Электрохимический реактор выполнен из одной или более помещенных в корпус 1 проточных электрохимических модульных ячеек, каждая из которых содержит вертикально расположенные катод 6, установленный в центре корпуса, смонтированную вокруг него керамическую диафрагму 7, равноудаленные от катода противоэлектроды - аноды 5, расположенные вокруг катода с диафрагмой с образованием электродных пар типа «катод-анод». Катод имеет в сечении равносторонний многогранник с количеством сторон от 3 до 12, при этом противоэлектроды выполнены в виде тел, каждое из которых имеет плоскость, параллельную той грани катода, которая образует с этой плоскостью электродную пару типа «катод-анод». Противоэлектроды могут быть выполнены в виде пластин или в виде тел, имеющих в сечении многогранник. Образованные таким образом электродные пары обеспечивают максимальную плотность тока, в результате рабочий ток, получаемый в реакторе, будет иметь большую величину. Технический результат - повышение производительности реактора при одновременном повышении его надежности, снижение расхода энергии на проведение процесса. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области химической технологии, в частности к устройствам для электрохимической обработки растворов, и может быть использовано в процессах электрохимического получения химических продуктов путем электролиза водных растворов, в частности к технологии получения хлора и хлорсодержащих окислителей для обеззараживания воды хозяйственно-питьевого водоснабжения, бытовых и промышленных сточных вод.

В современной промышленности перспективными являются модульные электролизеры, обеспечивающие достижение требуемой производительности путем соединения необходимого числа электрохимических модульных ячеек, что позволяет сократить затраты на проектирование и производство электролизеров и унифицировать детали и узлы, что имеет значение для сокращения времени монтажа и ремонта электролизеров.

Известен электрохимический реактор, применяемый в установке для электролитической обработки воды (RU 2078737, опубл. 10.05.1997) [1]. Реактор содержит несколько компактных диафрагменных электрохимических ячеек, представляющих собой проточные электрохимические модули. Каждый из модулей выполнен из вертикальных коаксиально установленных цилиндрического и стержневого электродов, керамической диафрагмы, которая разделяет межэлектродное пространство на электродные камеры. Известный реактор имеет предел производительности, так как соединение в нем более четырех модулей приводит к возникновению значительных различий в гидравлических сопротивлениях отдельных модульных ячеек и, как следствие, к неравномерности в работе отдельных модулей.

Прототипом заявленного решения является электрохимический реактор, используемый в установке для получения продуктов анодного окисления раствора хлоридов щелочных или щелочноземельных металлов (RU 2516150, опубл. 27.12.2013 [2]. Реактор выполнен из одной или более проточных электрохимических модульных ячеек, снабженных общим корпусом, в котором размещены один или несколько вертикальных катодов и три или более противоэлектродов - анодов. Коаксиально каждому катоду установлена диафрагма, а аноды расположены в пространстве между наружными поверхностями диафрагм и внутренними стенками корпуса вокруг катода с диафрагмой с образованием электродных пар типа «катод-анод» и равноудалены от катода. Катоды в ячейках реактора выполнены стержневыми из металла или графита, или трубчатыми, аноды - стержневыми, трубчатыми или проволочными.

В конструкции известного реактора с катодом и анодами круглого сечения межэлектродное расстояние создается по образующим цилиндров, а потому является неодинаковым для каждой точки поверхности электродов, в результате чего между электродами будет протекать ток разной величины, а плотность тока будет распределяться по поверхности электродов неравномерно. В зоне повышенных плотностей тока будет максимальный износ рабочей поверхности электродов, что ограничит общую величину тока и, следовательно, производительность реактора. Кроме того, электрод круглого сечения имеет минимальную площадь поверхности. При ограничении допустимой плотности тока малая площадь поверхности электрода ограничивает производительность реактора. В результате непостоянной нагрузки на электроды реактора его эксплуатация потребует повышенных расходов энергии, что снижает надежность и производительность реактора.

Задача настоящего изобретения заключается в повышении производительности реактора при одновременном повышении его надежности, а также в снижении расхода энергии на проведение процесса.

Для решения поставленной задачи предлагается электрохимический реактор, выполненный из одной или более помещенных в корпус проточных электрохимических модульных ячеек, каждая из которых содержит вертикально расположенные катод, установленный в центре корпуса, смонтированную вокруг него керамическую диафрагму, равноудаленные от катода противоэлектроды - аноды, расположенные вокруг катода с диафрагмой с образованием электродных пар типа «катод-анод», при этом реактор содержит катод, имеющий в сечении равносторонний многогранник с количеством сторон от 3 до 12, а противоэлектроды выполнены в виде тел, каждое из которых имеет плоскость, параллельную той грани катода, которая образует с этой плоскостью электродную пару типа «катод-анод».

В частном случае исполнения реактора противоэлектроды могут быть выполнены в виде пластин или в виде тел, имеющих в сечении многогранник, или в виде других тел, имеющих плоскость, параллельную той грани основного электрода, которая образует с этой плоскостью электродную пару типа «катод-анод».

В заявленном реакторе электродные пары типа «катод-анод» взаимодействуют между собой по параллельным плоскостям, одна из которых принадлежит катоду, а другая - аноду. В этом случае межэлектродное расстояние для каждой точки поверхности электродов будет одинаковым, в результате чего между электродами будет протекать ток одинаковой величины, а плотность тока будет распределяться по поверхности электродов равномерно. Образованные таким образом элементарные электродные пары обеспечивают максимальную плотность тока на площади большей, чем на образующей при круглом сечении электродов, в результате рабочий ток, получаемый в заявленном реакторе, будет иметь большую величину. Соответственно производительность заявленного реактора будет выше при одновременном повышении его надежности, удельный расход энергии на проведение процесса ниже.

Кроме того, заявленное исполнение и расположение электродных пар типа «катод-анод» сохраняет возможность варьировать производительность по продуктам анодного окисления за счет увеличения объема анодной камеры и увеличения количества окруженных анодами катодов с диафрагмой. При этом достигается сокращение объема продуктов катодной обработки, что позволяет сократить выход щелочного раствора, повысив его концентрацию, и исключить расходы, связанные с его утилизацией. При этом минимальное количество сторон многогранника в сечении катода обусловлено геометрически, а многогранник с количеством сторон более 12 может привести к значительному увеличению внутреннего угла между гранями, тогда электрод начнет работать как круглый.

В зависимости от условий решаемой задачи аноды могут располагаться как максимально близко к наружной поверхности диафрагмы, так и на некотором расстоянии от нее, ограничиваясь внутренним размером стенки корпуса. Если реактор содержит один катод, то конструктивно пространство катодной камеры между внутренней поверхностью диафрагмы и поверхностью катода соединяется со средствами отвода продуктов из катодной камеры, а если реактор содержит несколько катодов, то для отвода продуктов катодной камеры эти пространства должны быть объединены общим приспособлением для вывода продуктов. Такое объединение может быть выполнено различным, в зависимости от конструктивного выполнения узлов крепления электродов и диафрагмы. Это может быть соединение с помощью гибких трубопроводов или, например, единого коллектора. Для подачи исходного раствора в анодную камеру требуется один ввод и для отвода продуктов обработки требуется один вывод независимо от количества ячеек. Таким образом, конструкция заявленного реактора проще, чем конструкция известного реактора с круглыми электродами,и обладает большей производительностью.

Изобретение поясняется фигурами, где на фиг. 1 схематически изображен горизонтальный разрез электрохимического реактора - прототипа, на фиг. 2 - горизонтальный разрез заявляемого электрохимического реактора, на фиг. 3 - вертикальный разрез заявляемого электрохимического реактора.

Заявленный реактор содержит корпус 1, выполненный из диэлектрического материала, который имеет верхнюю крышку 2 и нижнюю крышку 3, которые выполнены также из диэлектрического материала. На крышке 2 выполнен патрубок 4 для отвода продуктов анодной обработки. На крышке 3 закреплены аноды 5. Катод 6 имеет выход через крышки 2 и 3 и крепится с помощью резьбы. Диафрагма 7 через уплотнительные кольца герметично закреплена в крышках 2 и 3. Для подвода продуктов обработки к анодной камере предусмотрен патрубок 8, а для отвода и подвода к катодной камере - патрубки 9 и 10. Для подвода отрицательного потенциала служит клемма 11, а положительного - клемма 12, обе клеммы через проводники соединяются с источником тока.

Реактор работает следующим образом. В корпус 1 через патрубок 8 насосом или самотеком, со скоростью, обеспечивающей постоянство заданного уровня анолита в анодной камере, подается продукт, требующий анодной обработки, например раствор хлорида натрия. В катодную камеру с регулируемой скоростью протока через патрубок 9 подается электропроводящий раствор, например водопроводная вода. После подачи напряжения на электроды в анодной камере образуется анолит, на поверхности анодов 5 может идти выделение электролизных газов, например хлора. Из верхней части анодной камеры через патрубок 4 в крышке 2 отбираются продукты анодной обработки. Образующийся католит в катодной камере через патрубок 10 сбрасывается в канализацию или накапливается как щелочной реагент.

Для сравнительного эксперимента было собрано два реактора: реактор по прототипу и заявляемый, каждый из которых содержал один катод и 4 анода. Корпус реакторов выполнен из трубы ХПВХ, с внутренним диаметром 200 мм. В центре корпусов установлен катод. В реакторе-прототипе катод был выполнен из трубы 12Х18Н10Т диаметром 16 мм и длиной рабочей части 300 мм, в заявляемом реакторе - из стальной квадратной трубы 12Х18Н10Т, сторона квадрата 16 мм и длиной рабочей части 300 мм. В каждом реакторе катод окружен диафрагмой толщиной 2,5 мм, с внутренним диаметром 24 мм, выполненной из оксидной керамики. Аноды расположены вокруг основного катода с диафрагмой с образованием сопрягаемых пар типа «катод-анод». Аноды в реакторе-прототипе выполнены из трубы ВТ 1-00 диаметром 16 мм, длиной рабочей части 300 мм и располагались в вершинах квадрата, вписанного в окружность радиусом 28 мм. Аноды в заявляемом реакторе были выполнены в виде пластины 25×300 из титанового листа толщиной 1,5 мм марки ВТ 1-00 и располагались строго параллельно плоскостям профильного катода таким образом, чтобы межэлектродное расстояние составило 12 мм. На поверхность анодов в обоих реакторах было нанесено электрокаталитическое покрытие ОРТА. В каждом из реакторов на поверхности катода, по всей его высоте между входными и выходными отверстиями расположено по 12 отверстий с шагом 30 мм по винтовой линии.

Для проведения испытаний реакторы поочередно подключались к установке, содержащей приспособления для подачи обрабатываемого раствора в катодные и анодные камеры реактора, приспособления для отвода продуктов электролиза из анодной и катодной камер реактора. Реакторы испытывали на получение хлора. Для этого в анодную камеру подавался раствор хлорида натрия концентрацией 260 г/л, в катодную - водопроводная вода. Перепад давления между камерами составлял 2,2 кгс/см2. На электроды подавалось напряжение 2,5 В и после выхода на рабочий режим замерялся ток и количество выделившегося хлора. В реакторе-прототипе рабочий ток составил 95А, при этом токе из верхней части анодной камеры отбирался хлор в количестве 120 г/ч. Расход энергии составил 1979 Вт×ч на 1 кг хлора. В заявляемом реакторе рабочий ток составил 104 А, при этом токе количество выделившегося хлора составило 140 г/ч. Расход энергии составил 1857 Вт×ч на 1 кг хлора. Как видно из представленных данных, реактор согласно изобретению имеет более высокую производительность, более низкий расход энергии.

Таким образом, заявленное изобретение позволяет повысить производительности реактора при одновременном повышении надежности, снизить расхода энергии на проведение процесса.

1. Электрохимический реактор, выполненный из одной или более помещенных в корпус проточных электрохимических модульных ячеек, каждая из которых содержит вертикально расположенные катод, установленный в центре корпуса, смонтированную вокруг него керамическую диафрагму, равноудаленные от катода противоэлектроды - аноды, расположенные вокруг катода с диафрагмой с образованием электродных пар типа «катод-анод», отличающийся тем, что реактор содержит катод, имеющий в сечении равносторонний многогранник с количеством сторон от 3 до 12, при этом противоэлектроды выполнены в виде тел, каждое из которых имеет плоскость, параллельную той грани катода, которая образует с этой плоскостью электродную пару типа «катод-анод».

2. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что противоэлектроды выполнены в виде пластин.

3. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что противоэлектроды выполнены в виде тел, имеющих в сечении многогранник.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу непроницаемой для газа и жидкостей установки одного или нескольких граничащих друг с другом расходующих кислород электродов в электрохимическую полуячейку.

Изобретение относится к способу получения озона, заключающемуся в электролизе водного раствора кислого фтористого аммония с концентрацией 30-40% NH4HF2, осуществляемом в диафрагменном электролизере с анодом из стеклоуглерода при анодной плотности тока ниже 1,8 А/см2 в условиях охлаждения системы электролит - электроды в диапазоне температуры 0-30°С.

Изобретение относится к области химической технологии и, более конкретно, к электролизу воды, и предлагает способ получения потока газа путем прохождения потока воздуха по ионной поверхности, применимый при производстве электроэнергии.

Изобретение относится к электрохимической модульной ячейке для обработки растворов электролитов. Ячейка содержит герметичный корпус с верхней и нижней крышками, цилиндрические, вертикально установленные, коаксиально расположенные по отношению друг к другу наружный и внутренний полый электроды и расположенную между электродами микропористую диафрагму, разделяющую межэлектродное пространство на электродные камеры, образующую с внутренним электродом герметичную камеру.

Изобретение относится к электрохимическому способу получения сложных гибридных каталитических систем на основе модифицированного углерода, содержащих на поверхности оксидные вольфрамовые бронзы, в котором каталитические системы получают из расплава 30 мол.% K2WO4, 25 мол.% Li2WO4 и 45 мол.% WO3 в импульсном потенциостатическом режиме при перенапряжении не выше 300 мВ с использованием платинового анода, притом что электроосаждение ведут на угольную подложку.
Изобретение относится к способу получения нитрата церия(IV) электрохимическим окислением нитрата церия(III) в анодной камере электролизера, содержащей раствор с начальной концентрацией нитрата церия(III) 100-130 г/л и начальной концентрацией свободной азотной кислоты в анолите и в католите 8-12 г/л, при плотности тока на платинированном ниобиевом аноде 1-3 А/дм2.

Изобретение относится к способу защиты от окисления биполярных пластин топливных элементов и коллекторов тока электролизеров с твердым полимерным электролитом (ТПЭ), заключающемуся в предварительной обработке металлической подложки, нанесении на обработанную металлическую подложку электропроводного покрытия благородных металлов методом магнетронно-ионного напыления.

Изобретение относится к аноду для выделения кислорода при высоком анодном потенциале, содержащему основу из титана или его сплавов, первый промежуточный слой диоксида марганца, нанесенный на основу, второй промежуточный слой оксидов олова и сурьмы, нанесенный на первый промежуточный слой, и внешний слой, состоящий из диоксида свинца.

Изобретение относится к электрохимическому способу получения трис(2-хлорэтил)фосфата из красного фосфора. Способ характеризуется тем, что процесс электролиза проводят в непрерывном режиме путем постоянной подачи порошкообразного красного фосфора и смеси этиленхлоргидрина, воды и электропроводящей добавки в циркуляционный контур проточного бездиафрагменного электролизера фильтр-прессного типа, где суспензию подвергают электролизу, с отводом части электролизуемой смеси из циркуляционного контура через фильтр, после которого из отфильтрованного раствора выделяют трис(2-хлорэтил)фосфат отгонкой электролита, который вместе с отфильтрованным красным фосфором возвращают на электролиз.
Изобретение относится к технологиям получения композиционных материалов на основе оксидов металлов и неметаллических веществ - терморасширенного графита, и может быть использовано в производстве токосъемных элементов электроподвижного состава, скользящих щеток в электродвигателях малой мощности, электродов для электрохимического производства и анодных заземлителей и др.

Группа изобретений может быть использована для биологической очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод. Для осуществления способа не менее 70% активного ила подвергают обработке пероксидом водорода в течение 2 часов в непрерывном режиме с внесением пероксида водорода в количестве от 2 до 4 (масс.

Группа изобретений может быть использована для подготовки воды в системах хозяйственно-питьевого и промышленного назначения. Способ включает кавитационную обработку водной среды струйной кавитацией с эжектированием в кавитатор воздуха или кислородно-воздушной смеси, последующую обработку среды в гидродинамическом реакторе с вращающимся магнитным полем и ферромагнитными элементами в виде игл, отстаивание обработанной водной среды и отделение шлама.

Изобретение относится к системам очистки жидкости, преимущественно воды, применяемым в бытовом и/или питьевом водоснабжении. Система очистки жидкости содержит узел питания 1, в котором осуществляется вытеснение концентрата из емкости, представляющей собой устройство концентрирования жидкости 4, содержащее внутреннюю перегородку 17, разделяющую внутреннее пространство устройства 4 на накопительную полость 5 с переменным объемом для исходной жидкости и вытеснительную полость 6 для исходной жидкости, предназначенную для вытеснения концентрата из накопительной полости устройства концентрирования жидкости.

Изобретение относится к очистке сточных вод с использованием пневматической флотации и может быть применено при очистке промышленных сточных вод, полученных при мойке средств хранения нефти и нефтепродуктов.

Изобретение относится к дезинфицирующему устройству общего характера с использованием озона, более конкретно изобретение относится к дезинфицирующему устройству с использованием озона, которое подходит для обработки пищи, хотя может быть применено и в других областях.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способу изготовления водной пасты гидрата закиси никеля. В качестве исходного сырья используют щелочные промышленные стоки непосредственно с участка изготовления металлокерамических окислоникелевых электродов, содержащие примесь KOH, K2SO4 и взвесь гидрата закиси никеля, которые отстаивают, затем взвесь промывают и фильтруют.
Изобретение относится к способам переработки промышленных отходов, содержащих экологически опасные токсичные вещества, в частности гликоли. Предложен способ утилизации отработанных противообледенительных жидкостей, включающий перемешивание отработанных противообледенительных жидкостей с мелкодисперсным природным цеолитом, выдерживание суспензии в течение 20-24 часов и отделении водно-гликолевого раствора фильтрацией или декантацией.

Изобретение относится к устройствам для обеззараживания (стерилизации) воды, а именно к обеззараживанию потока воды физическими методами, конкретно - к бытовым аппаратам для получения кипяченой питьевой воды, может быть использовано для получения холодной кипяченой питьевой воды путем стерилизации водопроводной воды.

Изобретение относится к системам СВЧ-обработки материалов и может быть использовано для обеззараживания осадков промышленных, бытовых и сельскохозяйственных сточных вод.

Изобретение относится к устройствам для вакуумной или комбинированной термической и вакуумной дегазации жидкостей, в том числе воды, с использованием центробежного эффекта.

Настоящее изобретение относится к способу синтеза адсорбционного материала, состоящего из однофазного четырехвалентного марганцевого фероксигита (δ-Fe(1-x)MnxOOH), в котором 0,05-25% железа изоморфно замещено атомами марганца. Синтез проводят в проточном реакторе непрерывного действия при слабокислых условиях (рН 4-7) и высоком окислительно-восстановительном потенциале (300-800 мВ). Полученный сорбент рекомендован для удаления как пятивалентного, так и трехвалентного мышьяка. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 4 пр.
Наверх