Спосіб оперативного контролю завершення процесу електрохімічної активації

Реферат: UA 73616 U UA 73616 U 5 10 15 20 25 30 35 Корисна модель належить до способів контролю електрохімічної обробки води та водносольових розчинів, зокрема до контролю завершення процесу електрохімічної активації водного розчину у непротічному діафрагмовому електролізері. Може бути використана для оптимізації технологічних процесів за участі водно-сольових розчинів в теплотехніці та енергетиці, у виробництві бетону та залізобетонних виробів, в харчовій та хімічній галузях промисловості, в медицині, біології, фармакології, в сільському господарстві та інших галузях народного господарства, де використовується електрохімічна активація, для налаштування електролізерів та оперативного контролю ефективності їх роботи в процесі експлуатації. Відомий спосіб контролю якості або завершення процесу електрохімічної активації, який полягає у тому, що водний розчин наливають в діафрагмовий електролізер, пропускають крізь розчин струм при постійній напрузі і судять про завершення процесу електрохімічної активації за зміною електропровідності розчину [Деклараційний патент на корисну модель №9995, 17 10 2005, В. Д. Куртов, Б. В. Косінов, А. Й. Апуховський]. Однак цей метод можна використовувати лише у випадку відносно низької мінералізації водного розчину, що активується, і для кожного розчину потрібно встановлювати свій критерій, оскільки електропровідність залежить не лише від концентрації, але і від типу іонів. Найбільш близьким до заявленого є температурний спосіб контролю завершення процесу електрохімічної активації, який полягає у тому, що водний розчин наливають в діафрагмовий електролізер, пропускають крізь розчин струм при постійній напрузі і судять про завершення процесу електрохімічної активації [Деклараційний патент на винахід №49551, 16 09 2002, А. Й. Апуховський, В. Д. Куртов, Б. В. Косінов]. У даному способі контроль завершення процесу електрохімічної активації водного розчину здійснюється за зміною його температури. В разі дотримання вимог щодо початкової температури та мінералізації водного розчину, його використання дозволяє забезпечити стабільність контрольованих параметрів аноліту та католіту. Однак ефективність температурного методу контролю завершення процесу електрохімічної активації суттєво знижується під час роботи з нагрітими або слабомінералізованими розчинами, що суттєво обмежує область його застосування. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити спосіб оперативного контролю завершення процесу електрохімічної активації, незалежний від початкової температури та мінералізації водного розчину, що активується, розширивши таким чином область застосування цього методу. Поставлена задача вирішується тим, що водний розчин наливають в діафрагмовий електролізер, пропускають крізь розчин струм при постійній напрузі і судять про завершення процесу електрохімічної активації, згідно корисної моделі визначають зміну величини сили 2 струму в часі і при виконанні умов dI  0 та d I  0 , де I - величина сили струму, який протікає 2 dt 40 45 50 55 dt через розчин, t - час активації, судять про завершення процесу електрохімічної активації. Запропонований спосіб оперативного контролю завершення процесу електрохімічної активації забезпечує оптимізацію тривалості процесу активації водного розчину і відрізняється від аналогів наступними перевагами: 1. Дозволяє забезпечити оперативний контроль роботи діафрагмового електролізера та точно встановити момент часу завершення процесу активації. 2. Запропонований метод є неруйнівним та відрізняється високою відтворюваністю. 3. Не залежить від температури та придатний для використання у розчинах з широким діапазоном мінералізації (0,001-1 г/л), що дозволяє розширити область застосування методу. На фіг. 1 зображено діафрагмовий електролізер, на фіг. 2 зображено графік залежності від часу сили струму, який протікає через електролізер, де: 1 - корпус, 2 - іонопроникна мембрана, 3 - електроди, 4 - блок живлення, 5 - аналізатор струму, АВ, ВС, CD, CE - ділянки, які відповідають різним стадіям електрохімічної активації, tK - момент часу завершення процесу електрохімічної активації. Для здійснення способу оперативного контролю завершення процесу електрохімічної активації водний розчин заливають у діафрагмовий електролізер, що складається з хімічно інертного корпусу 1, розділеного на дві окремі камери іонообмінною мембраною 2 та занурюють у нього електроди 3. Крізь розчин пропускають електричний струм при постійній напрузі. Для живлення використовують джерело постійної напруги 4, яке забезпечує необхідну різницю потенціалів між електродами електролізера. Послідовно з джерелом живлення 4 підключають 1 UA 73616 U аналізатор струму 5, за допомогою якого відслідковують зміну величини сили струму в часі. При 2 виконанні умов dI  0 та d I  0 , судять про завершення процесу електрохімічної активації. 2 dt 5 10 15 20 25 30 35 dt Електропровідність водного розчину з мінералізацією більше 0,001 г/л зумовлена, в першу чергу, наявністю розчинених речовин. Тому зростання сили струму (ділянка АВ на фіг. 2), що протікає крізь електролізер, обумовлене перенесенням крізь мембрану реактора наявних іонів та дисоціацією води. З часом виникає градієнт концентрацій, аніони збираються у прикатодній камері, а катіони - у прианодній камері діафрагмового електролізера. Отже, кількість розчинених іонів, які беруть участь у протіканні струму, зменшується. Це свідчить про розділення наявних іонів по камерах реактора відповідно до знаку їхнього заряду і проявляється як спад сили струму, що протікає крізь електролізер (ділянка ВС на фіг. 2). В момент часу tK розділення розчинених у водному розчині іонів завершується, значення сили струму приймає мінімальне значення і можна судити про завершення процесу електрохімічної активації. Подальше протікання струму крізь діафрагмовий електролізер можливе за рахунок дисоціації води (ділянки CD та СЕ на фіг. 2) за низької та високої мінералізації водного розчину відповідно. Практична реалізація способу оперативного контролю завершення процесу електрохімічної активації проводилась у стаціонарному діафрагмовому електролізері, виготовленому з органічного скла марки ТОСП. Анодну та катодну камери активатора, об'ємом 2 л кожна, було розділено чотирма шарами нетканого поліпропілену марки FS 2203-10. В якості аноду та катоду було використано графітові електроди для електрохімічних ванн (робоча площа кожного 2 електрода 0,052 м ). Між електродами електрохімічного реактора прикладалась різниця потенціалів у 200 В, яку отримували від напівпровідникового стабілізованого джерела живлення ПСИП-500. Визначення зміни сили струму в процесі електрохімічної активації проводилось за допомогою аналогово-цифрового перетворювача з частотою 15 вимірювань на хвилину. Границя абсолютної похибки вимірювання сили струму не перевищує ± 0,0025 А. Для вимірювання водневого показника рН використовувався рН-метр "рН-301" з комбінованим скляним електродом ЭСК-10601/7 (ГОСТ 22261-94) та сенсором температури ДТ-1000-1. Границі допустимої абсолютної похибки вимірювання рН - ± 0,05. Вимірювання питомої електропровідності проводилось за допомогою кондуктометра СОМ-100. Робочий діапазон вимірювання приладу становить 0-9990 мкСм, похибка - ± 2 %. В якості контрольного розчину для електрохімічної активації було використано водопровідну воду з мінералізацією 0,21 г/л. Зміну величини контрольних параметрів розчину в процесі електрохімічної активації наведено в табл. 1. На 30-ій секунді проходження процесу електрохімічної активації зафіксовано максимальне значення величини сили струму, що протікає крізь електролізер. Впродовж 30-275-ої секунд активації спостерігалось поступове зменшення величини сили струму, що протікає крізь електролізер, водночас електропровідність та водневий показник аноліту та католіту досягли оптимальних (за даних умов) величин. В часовому інтервалі між 275-ою та 300-ою секундами зміна величини сили струму не 2 відбувалась, отже, умови dI  0 та d I  0 - виконувались. 2 dt 40 dt Водночас, в зазначеному часовому інтервалі зміни електропровідності та водневого показника також не спостерігались, що свідчить про завершення процесу електрохімічної активації. Таблиця 1 Параметр Час активації, с Сила струму, А рН аноліту рН католіту Питома електропровідність аноліту, мкСм/см Питома електропровідність католіту, мкСм/см Значення 90 180 0,230 0,190 7,205 6,855 7,810 8,615 0 0,225 7,480 7,480 30 0,250 7,585 7,485 350 360 353 350 365 363 45 2 275 0,135 6,700 8,500 300 0,135 6,695 8,495 332 318 315 355 321 320 UA 73616 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Спосіб оперативного контролю завершення процесу електрохімічної активації, переважно водних розчинів мінералізацією від 0,001 до 1 г/л, який полягає у тому, що водний розчин наливають в діафрагмовий електролізер, пропускають крізь розчин струм при постійній напрузі і судять про завершення процесу електрохімічної активації, який відрізняється тим, що визначають зміну величини сили струму в часі і при виконанні умов 10 d2I dI  0 та  0 , де I dt dt2 величина сили струму, який протікає через розчин, t - час активації, судять про завершення процесу електрохімічної активації. Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3