Електрохімічна установка

Реферат: UA 120345 U UA 120345 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до електрохімічних виробництв отримання водню, лугів та галогенів (хлору і брому). Електрохімічна установка двокамерна, електрохімічний процес з катіонообмінною мембраною із перфторполіефіру, живлення сировиною безпосередньо в анодну камеру крізь герметичний дозатор сипучих матеріалів, або розчиненням сілі в окремому апараті з анолітом при веденні процесу з циркуляцією електролітів, на виході газу з обох камер встановлений зворотний холодильник. Відомі електрохімічні установки для отримання водню, лугів та хлору основані на діафрагмовому електролізному процесі, недоліком таких установок є перетік з анодної камери в катодну аноліту з подальшим випарюванням католіту і кристалізації з нього хлориду натрію з подальшим направленням на розчинення і подачу в анодну камеру, при цьому використовується багато допоміжного обладнання і виробничої площі, багато механічних втрат католіту і аноліту, нераціональне використання теплової енергії на стадії випарювання католіту. Відомі електрохімічні установки для отримання водню, лугів та хлору основані на мембранному електролізному процесі, дані установки більш економічні, ніж попередні, але їх недоліком є виключна направленість для переробки хлориду натрію або калію, неможливий перенастрій на іншу сировину, система контролю виробництва знаходиться окремо від електролізних камер, процес проводиться при циркуляції електроліту що потребує допоміжних герметичних насосів і ємностей для великих об'ємів католіту та аноліту, живлення сіллю відбувається після її розчиненню в воді або аноліті, а також складна конструкція і пуск в експлуатацію. Задача корисної моделі - електрохімічна установка для отримання водню, лугів та галогенів (хлору і брому), основана на мембранному електролізному процесі, з легким та швидким перенастроюванням на різну сировину з отриманням інших продуктів виробництва, з виключенням допоміжного обладнання, зменшення кількості герметичних насосів трубопроводів та автоматики, зменшення виробничої площі, а також для використовування в ланових умовах (хлорування природної води). Поставлена задача вирішується тим, що кожна камера має незалежні змійовики охолодження електролітів та містить манометри, датчики температури, рівнеміри, вихідні патрубки газів зі зворотними холодильниками, датчики концентрації розчину електролітів/ізоляційні екрани, герметичний дозатор сировини та рН-метр в анолітній камері (Фіг.1-2). На Фіг.1-2 зазначено 1 - католітна камера 2 - анолітна камера 3 - змійовик охолодження електролітів, 4 - катод, 5 - анод, 6 - вихідні патрубки для газів зі зворотним холодильником, 7 рівнеміри, 8 - датчики концентрації розчину електроліту 9 - шини електричного живлення, 10 ізоляційні екрани, 11 - рН - метр 12 - катіонообмінна мембрана, 13 - мембранна рама, 14 датчик температури 15 - манометри, 16 - зливні патрубки електролітів, 17 - герметичний дозатор сировини, 18 - патрубки подачі води, реагентів та циркулюючих електролітів, 19 фланцевий корпус камери, 20 - бокові опорні плити, 21 - прокладка, (конструктивно електолізер двокамерний зі фланцевим з'єднанням частин - бокові опорні плити 20 кріпляться к фланцевому корпусу камер 19 крізь прокладку 21 ізольованими болтами, далі до мембранної рами 13, електричне живлення до електродів підводиться крізь бокові опорні плити 20, шинами електричного живлення 9, для запобіганню контакту з шинами 9 встановленні ізоляційні екрани 10, всі внутрішні частини електролізера вироблені з хімічно стійких матеріалів. Опис роботи корисної моделі Католіт в мінімальній концентрації крізь патрубок 18 подається в католітну камеру 1, одночасно аноліт з максимальною концентрацією розчину солі подається крізь патрубок 18 в анолітну камеру 2, електроліти подаються до верхнього рівня по вказуванню рівноміра 7, (тиск повинен бути в обох камерах рівний так як це є тиском електроліту на мембрану 12). Після заповнення обох камер електролітом включається електричне живлення крізь шини 9, електричні параметри вказуються окремими приладами, по досягненні робочого режиму температура процесу вимірюється в обох камерах датчиком температури 14 і підтримується пропусканням хладагенту крізь змійовик 3, а також за рахунок конденсації та звороту води при проходженні парогазової суміші крізь вихідні патрубки для газів з зворотним холодильником 6. При наростанні концентрації лугу в католітній камері 1 (по вказуванні датчика концентрації 8) частина католіта (до мінімального рівня по рівнеміру) невеликим потоком зливається крізь нижній патрубок 16 з одночасним вливанням води крізь патрубок 18 для виключення різкого перепаду тиску стовбуру електроліту, отриманий водний розчин лугу (20-40 %) подається споживачу. При падінні концентрації розчину солі в аноліті (по вказуванню датчика 8) з герметичного живильника 17 сіль насипом подається в аноліт, де швидко розчинюється, або розчиняється в окремій ємності з анолітом в разі його циркуляції (датчик 8 вказує підвищення 1 UA 120345 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 концентрації), регуляція рН аноліту проводиться подачею реагенту крізь патрубок 18, індикація рН проводиться рН - метром 11. Водень та отриманий галоген відводяться крізь патрубки зі зворотним холодильником 6 споживачу. Приклади використання корисної моделі Приклад 1. Отримання водню, хлору та гідроксиду натрію. Розчин 10 % гідроксиду натрію подається крізь патрубок 18 в католітну камеру 1, одночасно розчин хлориду натрію концентрацією 310 г\л, рН 3-4 подається крізь патрубок 18 в анолітну камеру 2, рівень електролітів максимальний по рівнеміру 7 і однаковий (тиск на манометрах 15 рівний), якщо при однаковому рівні електроліту тиск різний його рівняють добавленням води в католіт (в процесі роботи тиск електролітів регулюють тиском газів або потоком електролітів при їх циркуляції). Далі підключають електричне живлення і починають процес електролізу. 2 Параметри процесу - міцність струму анода і катода - 25-35 А\дм ,напруга - 4,2В міцність 2 струму на мембрані - 40 А\дм , температура процесу - 60-80 °C, рН аноліту 2-4, виробіток до концентрації хлориду натрію не менше 260 г\л, процес ведуть до концентрації католіту 25-45 % по датчику 8 з подальшим зливом частини (до мінімального рівня по рівнеміру) розчину лугу і поданням води до катіонітної камери. Концентрація хлориду натрію в аноліті при його досипанні з живильника не менш як 260 г\л, рН регулюється поданням соляної кислоти (10-15 %) крізь патрубок 18 (при рН більш 3,5). Технічні данні процесу - вихід хлору по струму - 98 %, (кисень не 2 більш 0,5 %) вихід водню по струму - 99 % (хлор не більш як 0,005 %), вихід хлору з 1 м виробничої площі за 1 годину - 8-10 кг, гідроксид натрію (в рахунку 100 %,хлориду не більш як 0,1 %) - 10-12 кг. Затрати електричної енергії - (1 кг хлору, 1,2 кг гідроксиду натрію100 %, 0,0280,03 кг водню) - 3,8-4 кВт\год. Даний процес можливо вести як з циркуляцією електролітів так і без неї. Приклад 2. Отримання водню, брому та суміш гідроксидів натрію і калію з розчинів природних або техногенних хлоридів і бромідів лужних металів. Сировина (розчини) обробляються розчином соди, гідроксиду натрію та хлористим барієм, отримана пульпа фільтрується та випарюється до концентрації 350-400 г\л суми хлоридів та бромідів лужних металів, при цьому початкова концентрація іонів брому не менш як 50 г\літр. Підготовка та початок роботи проходить як і в прикладі 1. 2 Параметри процесу - міцність струму на аноді 35-40 А\дм , напруга 4,5 В, міцність струму на 2 мембрані 40 А\цм , виробіток до концентрації бромідів в циркулюючому аноліті не менш 4 г\л, температура процесу 65-80 °C, рН аноліту 2,5-3,5, концентрація суми гідроксидів натрію та калію в циркулюючому католіті не більш як 300 г\л (далі вивід частини католіту, та розбавлення водою залишку до 100 г\л по сумі гідроксидів). В зворотний холодильник на анодній камері подається вода температурою 55-60 °C (для виключення конденсації брому), отриманні пари брому конденсуються в допоміжному холодильнику (в комплект електролізера не входить і на кресленні 1 його немає). Технічні параметри процесу - вихід брому по струму - 96 % (хлор - 0,15 %), вихід водню по 2 струму - 98 % (брому та хлору немає), вихід брому з 1 м виробничої площі за 1 годину 19-21 кг, суми гідроксиди натрію та калію (в рахунку 100 %, броміди – 0,1 %) - 12-14 кг. Затрати електричної енергії (1 кг брому, 0,65-0,8 кг суміші безводних гідроксидів натрію та калію, 0,015 кг водню) - 2-2,2 кВт\год. Процес проводиться виключно при циркуляції аноліту, постійна циркуляція католіту необов'язкова і проводиться періодично. Джерела інформації: 1. Виробництво хлору, каустичної соди та неорганічних хлорпродуктів. Якіменко Л.М. Видавництво Химия 1974 рік. 2. Прикладна електрохімія Тамілов А.П. Видавництво Химия 1984 рік. 3. Патент СРСР №1724592, кл.CO2F 1146, 1989 рік. 50 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 Електрохімічна установка, яка відрізняється тим, що кожна камера має незалежні змійовики охолодження електролітів, манометри, датчики температури, рівнеміри, вихідні патрубки газів зі зворотними холодильниками, датчики концентрації розчину електролітів/ізоляційні екрани, герметичний дозатор сировини та рН-метр в анолітній камері. 2 UA 120345 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3