устройство для получения моющих и дезинфицирующих растворов

Формула изобретения

1. Устройство для получения моющих и дезинфицирующих растворов электролизом водного раствора хлорида натрия, содержащее по меньшей мере одну электрохимическую ячейку, выполненную из вертикальных коаксиальных цилиндрического и стержневого электродов, установленных в диэлектрических втулках, коаксиальной керамической ультрафильтрационной диафрагмы, установленной во втулках между электродами и разделяющей межэлектродное пространство на электродные камеры, причем в нижней и верхней втулках выполнены соответственно каналы для подвода и отвода обрабатываемого раствора в электродные камеры, приспособления для подвода и отвода обрабатываемого раствора, соединенные соответственно с каналами нижней и верхней втулок, линии подвода обрабатываемого и отвода обработанного в электродных камерах раствора, соединенные с приспособлениями для подвода и отвода раствора, линию подачи воды с установленным на ней приспособлением для дозирования в подаваемую воду хлорида натрия, соединенную с линией подвода обрабатываемого раствора в электродные камеры, источник тока, положительный и отрицательный полюса которого соединены с электродами, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит газоотделитель, установленный на линии отвода обрабатываемого раствора из камеры отрицательного электрода, газовый вывод газоотделителя соединен с приспособлением для ввода обрабатываемого раствора в камеру положительного электрода, жидкостной вывод газоотделителя соединен с приспособлением для отвода обработанного раствора из камеры отрицательного электрода и дополнительной линией с приспособлением для ввода обрабатываемого раствора в камеру отрицательного электрода, причем на дополнительной линии установлен насос и/или устройство содержит второй газоотделитель, установленный на линии отвода обработанного раствора из камеры положительного электрода, газовый вывод второго газоотделителя соединен с приспособлением для ввода обрабатываемого раствора в камеру отрицательного электрода, а жидкостной вывод второго газоотделителя соединен с приспособлением для отвода обработанного раствора из камеры положительного электрода и дополнительной линией, с установленным на ней насосом с приспособлением для ввода обрабатываемого раствора в камеру положительного электрода.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что приспособления для подвода и отвода обрабатываемого раствора выполнены в виде коллекторов и снабжены средствами для параллельного соединения двух и более ячеек.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической технологии, в частности к устройствам для электрохимической обработки воды с целью ее очистки и регулирования кислотно-основных, окислительно-восстановительных свойств и каталитической активности, и может быть использовано для получения моющих и дезинфицирующих растворов.

В прикладной электрохимии используются электролизеры различных конструкций, обеспечивающие обработку воды или получение моющих и дезинфицирующих растворов.

Известно устройство для электролиза воды [1] которое состоит из цилиндрического элекролизера с коаксиально расположенными в диэлектрических втулках электродами и диафрагмой между ними, разделяющей внутреннее пространство на катодную и анодную камеры. Каждая камера имеет отдельный вход в нижней и отдельный выход в верхней втулках электролизера, сообщающиеся с подводящими и отводящими гидравлическими линиями для протока воды под давлением. В в устройство входит источник постоянного тока, соединенный с электродами электролизера через коммутационный узел, обеспечивающий возможность перемены полярности электродов для устранения катодных отложений с одновременным переключением гидравлических линий, обеспечивающих постоянное поступление растворов из анодной и катодной камер без смещения. Отмечено, что в процессе эксплуатации данного устройства возможно получение электрохимически обработанной воды с бактерицидными свойствами.

Недостатками известного решения являются большие энергопотери при обработке воды, особенно при обработке воды с изменяющейся во времени минерализацией. Чем шире диапазон возможных измерений минерализации воды, тем выше должна быть электрическая мощность используемого источника постоянного тока.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является устройство для электрохимической обработки воды [2]

Устройство содержит по крайней мере одну электрохимическую ячейку, выполненную из вертикальных коаксиальных цилиндрического и стержневого электродов, установленных в диэлектрических втулках, ультрафильтрационной диафрагмы из керамики на основе оксида циркония, коаксиально установленной во втулках между электродами. Геометрические размеры ячейки удовлетворяют определенным соотношениям.

Ячейки особым образом закреплены в нижнем и верхнем коллекторах из диэлектрического материала с подводящими и отводящими каналами в камеры, причем ячейки, установленные в коллекторах, соединены параллельно гидравлически и параллельно или последовательно-параллельно электрически.

Электроды ячейки соединены с полюсами источника тока таким образом, что цилиндрический электрод является анодом, а стержневой электрод катодом. Устройство также содержит источник обрабатываемой воды, с которым электродные камеры соединены параллельно, регуляторы расхода, установленные на линиях подачи воды в электродные камеры и на линии отвода воды из анодной камеры, водоструйный насос для дозирования реагента, поступающего из емкости, установленный на линии подачи воды, и емкости с катализатором, гидравлическую обвязку и источник тока, соединенный через узел коммутации с электродами.

Однако процесс обработки воды в данном устройстве связан со сравнительно большими энергозатратами, кроме того, требует значительного количества реактивов на промывку ячеек.

Целью изобретения является снижение энергозатрат, повышение срока службы ячеек за счет исключения зарастания электродов и диафрагмы осадков, а также расширение функциональных возможностей устройства за счет увеличения интервалов изменения свойств анолита и католита.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для получения моющих и дезинфицирующих растворов электролизом водного раствора хлорида натрия, содержащее по меньшей мере одну электрохимическую ячейку, выполненную из вертикальных коаксиальных цилиндрического и стержневого электродов, установленных в диэлектрических втулках, коаксиальной керамической ультрафильтрационной диафрагмы, установленной во втулках между электродами и разделяющей межэлектродное пространство на электродные камеры, причем в нижней и верхней втулках выполнены соответственно каналы для подвода и отвода обрабатываемого раствора в электродные камеры, приспособления для подвода и отвода обрабатываемого раствора, соединенные соответственно с нижней и верхней втулками, линию подачи воды с установленным на ней приспособлением для дозирования хлорида натрия в воду, соединенную с приспособлением для подачи обрабатываемого раствора в электродные камеры, источник тока, положительный и отрицательный полюса которого соединены с электродами через узел коммутации, дополнительно содержит газоотделитель, установленный на линии отвода обработанного раствора из камеры отрицательного электрода, газовый вывод которого соединен с приспособлением ввода обрабатываемого раствора в камеру положительного электрода, а жидкостной вывод газоотделителя соединен с приспособлением для отвода обработанного раствора из камеры отрицательного электрода и дополнительной линией с установленным на ней насосом с приспособлением для ввода обрабатываемой воды в камеру отрицательного электрода, и/или устройство содержит второй газоотделитель, установленный на линии отвода обработанного раствора из камеры положительного электрода, газовый вывод которого соединен с приспособлением ввода обрабатываемого раствора в камеру отрицательного электрода, а жидкостной вывод газоотделителя соединен с приспособлением для отвода обработанного раствора из камеры положительного электрода и дополнительной линией с установленным на ней насосом с приспособлением для ввода обрабатываемой воды в камеру положительного электрода. Кроме того, приспособления для подвода и отвода обрабатываемого раствора выполнены в виде коллекторов и снабжены средствами для параллельного соединения двух и более ячеек.

В прикладной электрохимии известно использование образовавшегося при обработке водорода в процессе очистки воды, в частности в устройстве для очистки сточных вод от шестивалентного хрома.

Устройство содержит емкость, включающую катод, отделенные от него диафрагмой растворимый и нерастворимый аноды, патрубки ввода воды в анодное пространство, перетока из анодного пространства в катодное и вывода очищенной воды из анодного пространства, кроме того, устройство снабжено газоотводящей трубой, подключенной к верхней части катодного пространства, а патрубок ввода воды в анодное пространство снабжен эжектором, соединенным с газоотводящей трубой. Используя восстановительные свойства водорода, удается обеспечить снижение расхода электроэнергии и металла железного анода, затрачиваемых на очистку воды.

Однако в известном решении применение водорода направлено на изменение исходных свойств обрабатываемого раствора и снижения (за счет восстановления) контролируемой примеси Cr⁺⁶, что автоматически ведет к уменьшению расхода энергии. В предложенном решении подача водорода в анодную камеру направлена на регулирование процессов окисления восстановления, протекающих в объеме электролита с продуктами электродных реакций, что ведет к изменению свойств анолита и расширению функциональных возможностей устройства.

Известно также применение кислорода, в частности в способе умягчения природной воды, согласно которому используют электролизер с катодным и анодным пространствами с раздельным выводом католита и анолита и очисткой католита от труднорастворимых соединений, при этом процесс ведут с использованием пористого или перфорированного катода и умягчаемую воду подают вдоль него, а часть очищенного католита насыщают кислородом, образующимся в анодной камере, и фильтруют через катод.

Недостатком является усложнение конструкции за счет использования пористого или перфорированного катода, а кроме того, следует отметить, что в известном решении применение кислорода направлено на снижение потенциала катода за счет деполяризации, в то время как в предложенном решении он используется для регулирования окислительно -восстановительных реакций в объеме раствора с участием продуктов электродных реакций, что ведет к изменению свойств полученного католита, т.е. расширению функциональных возможностей устройства.

На фиг. 1-3 представлены блок-схемы вариантов выполнения устройства.

На фиг. 1 представлена схема устройства, содержащая обвязку ячейки из двух газоотделителей, соединенных как с анодной, так и с катодной камерами; на фиг. 2 вариант выполнения устройства, содержащий один газоотделитель, соединенный только с катодной камерой; на фиг.3 устройство с газоотделителем, соединенным только с анодной камерой.

Устройство для получения моющих и дезинфицирующих растворов (фиг. 1-3) содержит электрохимическую ячейку 1, в качестве которой может быть использована электрохимическая ячейка, описанная в прототипе заявка РСТ W_о 93/20014, газоотделители 2, 3, каждый из которых имеет газовый и жидкостной вывод и установлен на линиях отвода обработанного раствора из камер соответственно отрицательного и положительного электродов, линию ввода обрабатываемого раствора 4, с которой параллельно соединены электродные камеры. Линия ввода 4 содержит линию подачи 5 воды и линию подачи 6 солевого раствора.

Устройство работает следующим образом.

Исходный обрабатываемый раствор, содержащий воду и раствор хлорида натрия, в необходимых соотношениях поступает в анодную и катодную камеры. Количество хлорида в воде определяется условиями решаемой задачи, однако чаще всего применяются концентрации до 5 г/л. Включается источник тока. После проведения электрохимической обработки из ячейки по отдельным трубопроводам анолит и католит поступает в газоотделители 2 и 3.

При поступлении католита в газоотделитель 2 по газовому выводу образующийся водород поступает на приспособление ввода обрабатываемого раствора в камеру положительного электрода, а по жидкостному выводу часть обработанного раствора выводится из камеры отрицательного электрода, а часть с О₂ и Cl₂ по дополнительной линии с установленным на ней насосом поступает на приспособление для ввода обрабатываемой воды в камеру отрицательного электрода.

При поступлении анолита в газоотделитель 3 образующийся газ О₂ и Сl₂ поступает на приспособление ввода обрабатываемого раствора в камеру отрицательного электрода, а по жидкостному выводу часть обработанного раствора выводится из камеры положительного электрода, а часть с Н₂ по дополнительной линии с установленным на ней насосом поступает на приспособление для ввода обрабатываемой воды в камеру положительного электрода.

Экспериментальные данные по получению анолита и католита из воды с различной степенью минерализации по схеме 1 представлены в табл.1, по схеме 2 в табл.2, по схеме 3 в табл.3.

Как показывает сравнение, при одинаковых с прототипом расходах энергии значение рН анолита на 1 1,5 выше, чем в растворах, полученных по прототипу, при этом значение окислительно-восстановительного потенциала выше.

Растворы католита, обладая практически тем же значением рН, имеют более низкие значения окислительно -восстановительного потенциала, что характеризует полученные растворы как более активные. Кроме того, полученные анолиты обладают более низкой интенсивностью выделения свободного хлора.

Также, по сравнению с прототипом снижается в 5 6 раз интенсивность роста катодных отложений.

Предложенное решение позволяет повысить ресурс работы устройства, уменьшая расход энергии, повысить степень активированности растворов при обработке растворов на установке, и, как следствие, уменьшить расход соли, повысить экологическую безопасность.