Установка для одержання продуктів анодного окиснення розчину хлоридів лужних або лужноземельних металів

1. Установка для одержання продуктів анодного окиснення розчину хлоридів лужних або лужноземельних металів, що включає як мінімум один електрохімічний реактор, виконаний з декількох електрохімічних модульних комірок, кожна з яких включає коаксіально встановлені внутрішній циліндричний порожній анод і зовнішній циліндричний катод та розміщену між ними діафрагму, виконану з кераміки на основі оксидів цирконію, алюмінію та ітрію, встановлені в нижньому та верхньому вузлах кріплення з утворенням гідравлічно замкнутих анодної та катодної камер із входом у нижньому вузлі кріплення та виходом у верхньому, при цьому вхід та вихід анодної камери сполучені з порожниною анода, і анод виконаний з перфораційними отворами, розташованими як у верхній та нижній частинах анода, так і рівномірно по довжині анода, комірки реактора або реакторів виконані однотипними, анод і катод встановлені з міжелектродною відстанню (МЕВ) 8-10 мм, при цьому: d = 1,5-2,3 МЕВ, D = 3,0-4,3 МЕВ, Ld = 25-40 МЕВ, d = 0,15-0,35 МЕВ і Sk ³ Sa, де: d - зовнішній діаметр анода, D - внутрішній діаметр катода, Ld - довжина катода, d - товщина бічних стінок діафрагми, 2 (19) 1 3 88330 4 циркуляційного контуру, теплообмінник, верхній колектор катодного циркуляційного контуру та колектор збирання газоподібних продуктів анодних камер комірок розташовані на одній вертикальній осі, причому верхній колектор катодного циркуляційного контуру встановлений на висоті не меншій, ніж величина Ld від виходу катодної камери, колектор збирання газоподібних продуктів анодних камер комірок розташований над чи під верхнім колектором катодного циркуляційного контуру, лінії підведення та лінії відведення катодних та анодних камер комірок виконані у вигляді трубопроводів, що мають внутрішній діаметр не більше 0,5 МЕВ та однакову довжину - не менше 2 Ld, при цьому комірки реактора встановлені симетрично відносно вертикальної осі, на якій розташовані верхній та нижній колектори катодного циркуляційного контуру із встановленим між ними теплообмінником. 2. Установка для одержання продуктів анодного окиснення розчину хлоридів лужних або лужноземельних металів за п. 1, яка відрізняється тим, що кожна комірка виконана довжиною 380мм, причому довжина катода становить 350мм, довжина діафрагми 300 мм, довжина анода 290мм, товщина стінок діафрагми 2,5мм, міжелектродна відстань 10мм, при цьому верхній колектор катодного циркуляційного контуру встановлений на висоті не меншій, ніж 300мм від виходу катодної камери, вхід та вихід катодних камер кожної комірки з'єднані, відповідно, з нижнім та верхнім колекторами катодного циркуляційного контуру трубопроводами, що мають внутрішній діаметр 5мм і довжину не менше 600мм, а вхід та вихід анодних камер з'єднані, відповідно, з вузлом подачі вихідного розчину та з колектором збирання газоподібних продуктів анодних камер комірок трубопроводами, що мають внутрішній діаметр 5мм і довжину не менше 800мм. 3. Установка для одержання продуктів анодного окиснення розчину хлоридів лужних або лужноземельних металів за п. 1, яка відрізняється тим, що в електрохімічній модульній комірці діафрагма виконана мікрофільтраційною. Винахід належить до області хімічної технології, зокрема, до пристроїв для електролізу водних розчинів хлоридів лужних або лужноземельних металів та одержання газоподібних продуктів електролізу, таких як хлор і кисень, і може бути використаний як в процесах очищення та знезаражування води, так і в процесах електрохімічного одержання різних хімічних продуктів. У прикладній електрохімії для одержання продуктів анодного окиснення при електролізі розчинів хлоридів широко використовуються електролізери різних конструкцій, зокрема, електролізери з коаксіально розташованими циліндричними електродами та діафрагмою між ними [див. наприклад, патент Японії №02274889 А, С25В9/00, 1989]. Найбільш перспективними є модульні електролізери, які забезпечують досягнення необхідної продуктивності шляхом з'єднання необхідного числа електрохімічних модульних комірок, що дозволяє скоротити витрати на проектування та виробництво електролізерів фіксованої продуктивності, уніфікувати деталі та вузли, скоротити час монтажу та ремонту таких електролізерів [див. наприклад, патент США №5635040, C02F1/461, 03.06.97]. Відома також установка для одержання продуктів анодного окиснення розчинів хлориду лужного металу, що включає як мінімум одну комірку, з коаксіальними циліндричними електродами, розділеними діафрагмою на анодну та катодну камери, катодний та анодний циркуляційні контури, кожний з яких обладнаний газовіддільною ємністю, лінію подачі розчину хлориду лужного металу, з'єднану з анодним циркуляційним контуром і систему підтримання підвищеного тиску в анодному контурі. Газовий вивід газовіддільної ємності анодного контуру може бути з'єднаний зі змішувачем, що дозволяє одержати продукти окиснення не тільки в газоподібному виді, але й у вигляді водного розчину [див. патент РФ №2088693, С25В9/00, 1997]. Відома установка, виконана за модульним принципом, дозволяє порівняно легко збирати установки різної продуктивності, залежно від вимоги одержання продуктів у вигляді газу або розчину. Однак відома установка є порівняно громіздкою, має два циркуляційних контури, причому до газовіддільних ємностей, якими обладнані ці контури, пред'являються додаткові вимоги по об'єму та висоті їхнього розміщення відносно комірок, що приводить до збільшення габаритів установки. Спеціальні вимоги пред'являються до матеріалів трубопроводів та вузлів, що утворюють анодний циркуляційний контур, оскільки під час роботи вони зазнають безперервного впливу вкрай хімічно агресивного газорідинного середовища, що рухається зі значною швидкістю. Наявність двох циркуляційних контурів з багатьма гідравлічними сполученнями також створює додаткову небезпеку розгерметизації. Те, що анодний контур працює під тиском, висуває додаткові вимоги до матеріалів. Найбільш близькою за технічною суттю та досяжним результатом є установка для одержання продуктів анодного окиснення розчину хлоридів лужних або лужноземельних металів, яка включає як мінімум один електрохімічний реактор, виконаний з декількох електрохімічних модульних комірок, кожна з яких включає коаксіально встановлені циліндричні електроди - внутрішній порожній анод і зовнішній катод, та розміщену між ними діафрагму, виконану з кераміки на основі оксидів цирконію, алюмінію та ітрію, встановлені в нижньому та верхньому вузлах кріплення з утворенням гідравлічно замкнутих анодної та катодної камер із входом у нижньому вузлі кріплення та виходом у вер 5 хньому, при цьому вхід та вихід анодної камери сполучаються з порожниною анода, і анод виконаний з перфораційними отворами, розташованими як у верхній та нижній частинах анода, так і рівномірно по довжині анода, комірки реактора або реакторів виконані однотипними, анод і катод встановлені з міжелектродною відстанню (МЕВ) 8-10мм, і при цьому d=1,5-2,3 МЕВ, D=3,0-4,3 МЕВ, Ld=25-40 МЕВ, δ=0,15-0,35 МЕВ і Sk≥Sa, де d - зовнішній діаметр анода, D - внутрішній діаметр катода, Ld - довжина катода, δ - товщина бічних стінок діафрагми, Sk - площа поперечного перерізу катодної камери, Sa - площа поперечного перерізу анодної камери, комірки обладнані лініями підведення в катодну та анодну камери та лініями відведення з катодної та анодної камер, з'єднаними, відповідно, з нижнім та верхнім вузлами кріплення, комірки реактора встановлені на одному рівні та з'єднані гідравлічно паралельно, установка включає також лінію подачі вихідного розчину з насосом, що створює підвищений тиск, колектор подачі вихідного розчину, з'єднаний з лінією подачі вихідного розчину та з лініями підведення в анодні камери комірок, колектор збирання газоподібних продуктів анодного окиснення, з'єднаний з лініями відведення з анодних камер комірок, катодний циркуляційний контур, з'єднаний з лініями підведення та відведення катодних камер комірок, і сепараційну ємність для відділення газу, що виділився при електролізі, регулятор тиску "до себе", з'єднаний з колектором збирання газоподібних продуктів анодного окиснення, та лінію відведення газоподібних продуктів анодної камери установки, з'єднану з регулятором тиску "до себе", регулятор рівня розчину хлориду в анодних камерах [див. патент РФ №2176989, C02F1/461, С25В1/46, опубл. 2001]. Дане технічне рішення вибране авторами як прототип. Використання рішення за прототипом дозволяє виключити анодний циркуляційний контур, і тим самим спростити та здешевити установку, зменшити її габарити. Однак відоме рішення має ряд недоліків. Комірки реактора або реакторів установки, хоч і розташовані на одному рівні, але працюють в різних гідравлічних режимах, що обумовлено різницею довжин гідравлічних ліній для кожної з комірок реактора відносно загальних точок підключення реактора в гідравлічну систему установки. Це приводить до нерівномірного теплового режиму роботи комірок, до розбіжностей в хімічному складі продуктів анодного окиснення, одержаних в комірках одного й того самого реактора, нерівномірного зношування електрокаталітичного покриття анодів в комірках. Крім того, відома установка має порівняно низьку, у порівнянні з розрахунковою, продуктивність комірок по продуктах анодного окиснення внаслідок їхнього підвищеного нагрівання. 88330 6 Також у відомій установці великий ризик прискореного зношування електродів комірок внаслідок впливу струмів витоку через розчини електролітів, які заповнюють гідравлічні лінії, що з'єднують комірки в єдиний реактор. Технічним результатом використання даного винаходу є підвищення продуктивності установки, зниження витрати енергії на експлуатацію установки, підвищення її надійності та ресурсу безперервної роботи, а також спрощення конструкції та зменшення габаритів. Зазначений результат досягається тим, що в установці для одержання продуктів анодного окиснення розчину хлоридів лужних або лужноземельних металів, що включає як мінімум один електрохімічний реактор, виконаний з декількох електрохімічних модульних комірок, кожна з яких включає коаксіально встановлені внутрішній циліндричний порожній анод, зовнішній циліндричний катод і розміщену між ними діафрагму, виконану з кераміки на основі оксидів цирконію, алюмінію та ітрію, встановлені в нижньому та верхньому вузлах кріплення з утворенням гідравлічно замкнутих анодної та катодної камер із входом у нижньому вузлі кріплення та виходом у верхньому, при цьому вхід та вихід анодної камери сполучаються з порожниною анода, і анод виконаний з перфораційними отворами, розташованими яку верхній та нижній частинах анода, так і рівномірно по довжині анода, комірки реактора або реакторів виконані однотипними, анод і катод встановлені з міжелектродною відстанню (МЕВ) 8-10 мм, і при цьому d=1,5-2,3 МЕВ, D=3,0-4,3 МЕВ, Ld=25-40 МЕВ, δ=0,15-0,35 МЕВ і Sk≥Sa, де d - зовнішній діаметр анода, D - внутрішній діаметр катода, Ld - довжина катода, δ - товщина бічних стінок діафрагми, Sk - площа поперечного перерізу катодної камери, Sa - площа поперечного перерізу анодної камери, комірки обладнані лініями підведення в катодну та анодну камери і лініями відведення з катодної та анодної камер, з'єднаними, відповідно, з нижнім та верхнім вузлами кріплення, комірки реактора встановлені на одному рівні та з'єднані гідравлічно паралельно, установка включає також лінію подачі вихідного розчину під підвищеним тиском, колектор подачі вихідного розчину, з'єднаний з лінією подачі вихідного розчину та з лініями підведення в анодні камери комірок, колектор збирання газоподібних продуктів анодного окиснення, з'єднаний з лініями відведення з анодних камер комірок, катодний циркуляційний контур, який з'єднаний з лініями підведення та відведення катодних камер комірок і включає пристрій для відділення газу, регулятор тиску "до себе", з'єднаний з колектором збирання газоподібних продуктів анодного окиснення, та лінію відведення газоподібних продуктів анодної камери установки, з'єднану з регулятором тиску "до себе", регулятор рівня розчину хлориду в 7 анодних камерах, реактор або реактори установки включають по 2-16 електрохімічних комірки кожний, колектор подачі вихідного розчину та колектор збирання газоподібних продуктів анодних камер комірок виконані вертикальними, відповідно, із числом вихідних та вхідних патрубків, що відповідає кількості комірок у реакторі, і патрубки колекторів розташовані симетрично відносно вертикальної осі симетрії колекторів, пристрій для відділення газу катодного циркуляційного контуру виконаний у вигляді верхнього вертикального колектора, і установка додатково включає нижній вертикальний колектор катодного циркуляційного контуру та вертикальний теплообмінник, розташований між верхнім та нижнім колекторами катодного циркуляційного контуру, вхід та вихід якого з'єднані, відповідно, з верхнім та нижнім колекторами катодного циркуляційного контуру, ці колектори також виконані із числом вихідних та вхідних патрубків, що відповідає кількості комірок у реакторі, і патрубки розташовані симетрично відносно вертикальної осі симетрії колекторів, колектор подачі вихідного розчину, нижній колектор катодного циркуляційного контуру, теплообмінник, верхній колектор катодного циркуляційного контуру та колектор збирання газоподібних продуктів анодних камер комірок розташовані на одній вертикальній осі, причому верхній колектор катодного циркуляційного контуру встановлений на висоті не менш ніж величина Ld від виходу катодної камери, колектор збирання газоподібних продуктів анодних камер комірок розташований над чи під верхнім колектором катодного циркуляційного контуру, лінії підведення та лінії відведення катодних та анодних камер комірок виконані у вигляді трубопроводів, що мають внутрішній діаметр не більше 0,5 МЕВ та однакову довжину - не менше 2 Ld, при цьому комірки реактора встановлені симетрично відносно вертикальної осі, на якій розташовані верхній та нижній колектори катодного циркуляційного контуру із встановленим між ними теплообмінником. Діафрагма в комірках установки виконана мікрофільтраційною. При використанні установки в процесах водопідготовки для одержання суміші оксидантів оптимальними є наведені у формулі розміри конструктивних елементів, а саме - кожна комірка виконана довжиною 380мм, причому довжина катода становить 350мм, довжина діафрагми 300мм, довжина анода 290мм, товщина стінок діафрагми 2,5мм, міжелектродна відстань 10мм, при цьому верхній колектор катодного циркуляційного контуру встановлений на висоті не менш ніж 300мм від виходу катодної камери, вхід та вихід катодних камер кожної комірки з'єднаний, відповідно, з нижнім та верхнім колекторами катодного циркуляційного контуру трубопроводами, що мають внутрішній діаметр 5мм і довжину не менше 600мм, а вхід та вихід анодних камер з'єднані, відповідно, з вузлом подачі вихідного розчину та з колектором збирання газоподібних продуктів анодних камер комірок трубопроводами, що мають внутрішній діаметр 5мм і довжину не менше 800мм. При здійсненні винаходу істотним є виконання комірок зі співвідношенням розмірів, зазначених в 88330 8 обмежувальній частині формули. Конструкція вузлів кріплення елементів комірки не є істотною. Так, можуть бути використані комірки за патентом РФ №2176989, або комірки, розміри основних елементів яких задовольняють наведеним співвідношенням, а вузли кріплення електродів та діафрагми виконані якось інакше, наприклад, із втулками та/або прокладками іншої форми Те, що реактор або реактори установки включають по 2-16 електрохімічних комірки кожний, дозволяє забезпечити симетричне встановлення реакторів відносно вертикальної осі і тим самим забезпечити ідентичність умов їхньої роботи. Установка є працездатною і при використанні реактора, що складається з однієї комірки, але це приведе до зниження ефективності роботи установки та підвищить вартість її продукції за рахунок нераціонального використання устаткування, тобто, не забезпечить досягнення зазначеного технічного результату. При кількості комірок більше 16 виникає необхідність у збільшенні об'ємів таких елементів устаткування, як живильна система, колектори, теплообмінник, що приводить до підвищення витрат і зниження ефективності роботи реактора. Виконання пристрою для відділення газу катодного циркуляційного контуру у вигляді верхнього колектора, обладнання цього контуру вертикальним теплообмінником та нижнім вертикальним колектором катодного циркуляційного контуру дозволяє забезпечити ефективну систему циркуляції в катодному контурі без додаткових витрат, тільки за рахунок газліфта та теплової енергії, що виділяється в комірках реактора. Суттєвим є вертикальне розташування теплообмінника, а його конструкція вибирається залежно від конкретних умов роботи установки. Крім того, таке виконання також дозволяє забезпечити ідентичність роботи комірок. В установці колектор збирання газоподібних продуктів анодних камер комірок виконаний вертикальним, що також спрямовано на забезпечення однакових умов роботи комірок. Те, що колектори (верхній та нижній катодного циркуляційного контуру, подачі вихідного розчину в анодні камери комірок і для збирання газоподібних продуктів анодної камери) виконані із числом вхідних патрубків, що відповідає кількості комірок у реакторі, те, що патрубки введення в них розташовані симетрично відносно вертикальної осі симетрії колекторів, і те, що вони розташовані на одній осі симетрії, дозволяє забезпечити однаковий гідравлічний режим у всіх комірках. При іншому розташуванні патрубків у колекторах та іншому розташуванні самих колекторів неможливо забезпечити однаковий режим роботи комірок, що приводить до нерівномірності роботи комірок, різного теплового балансу в них, і, як наслідок, зміни умов циркуляції, зниження продуктивності та до розбіжностей в хімічному складі одержуваних продуктів. При невеликій кількості комірок в реакторі, до шести штук, доцільно використовувати колектори циліндричної форми, тому що в цьому випадку полегшується процес симетричного розміщення вхідних патрубків і знижується ймовірність утворення застійних зон у самих колекторах, а при чи 9 слі комірок від шести до шістнадцяти колектори можуть мати в перетині форму правильних багатокутників, із числом граней, що відповідає числу комірок. Об'єм колекторів та їхня висота визначаються залежно від умов вирішуваної задачі, зокрема, від продуктивності комірок, їхньої кількості в реакторі або реакторах установки. Верхній колектор катодного циркуляційного контуру повинен бути встановлений на висоті не менш ніж величина Ld від виходу катодної камери, тому що при меншій висоті не забезпечується ефективна циркуляція католіту, а крім того, у цьому випадку буде потрібне більше тривале перебування католіту у верхньому колекторі для забезпечення необхідного ступеня дегазації, що у свою чергу призведе до погіршення роботи теплообмінника та створить імовірність появи надлишкового гідростатичного тиску в катодних камерах і порушення режиму електролізу. Колектор же збирання газоподібних продуктів анодних камер комірок розташований над чи під верхнім колектором катодного циркуляційного контуру, залежно від вимог до розміщення установки. Те, що вхід та вихід катодних камер кожної комірки з'єднані, відповідно, з нижнім та верхнім колекторами катодного циркуляційного контуру трубопроводами, які мають внутрішній діаметр не більше 0,5 МЕВ та однакову довжину - не менше 2 Ld, а вхід та вихід анодних камер з'єднані, відповідно, з колектором подачі вихідного розчину та з колектором збирання газоподібних продуктів анодних камер комірок трубопроводами, що мають внутрішній діаметр не більше 0,5 МЕВ та однакову довжину не менше 2 Ld, забезпечує необхідний технологічний режим роботи комірок, необхідний рівень циркуляції католіту в катодному циркуляційному контурі, рівномірне надходження вихідного розчину в анодну камеру, запобігання винесенню аноліту з газоподібними продуктами електролізу з анодної камери і, крім того, підвищує надійність та безпеку установки, тому що різко знижується ймовірність виникнення струмів витоку. При використанні трубопроводів з більшим внутрішнім діаметром і меншою довжиною виникає ймовірність порушення режиму роботи установки за рахунок появи негативних явищ, зазначених вище. Доцільно використовувати в комірках діафрагму, яка виконана мікрофільтраційною, тому що таке виконання забезпечує необхідну величину струму, що протікає через комірку і в той же час дозволяє одержувати продукти електролізу необхідного ступеня чистоти. Установка за винаходом названа авторами установкою "АКВАХЛОР". У назві установки може вказуватися її продуктивність, так, наприклад, установка, що виробляє 500г газоподібної суміші оксидантів за годину, має назву "АКВАХЛОР-500". На Фіг.1 представлена схема установки для одержання продуктів анодного окиснення водного розчину хлориду лужного або лужноземельного металу. На Фіг.2 представлене схематичне зображення комірки, використовуваної в установці. 88330 10 На Фіг.3-5 представлені схеми установки для одержання продуктів анодного окиснення водного розчину хлориду лужного або лужноземельного металу з різною технологічною обв'язкою. Установка (Фіг.1) включає реактор з декількох (показані два) модульних електрохімічних комірок 1. Електрохімічна модульна комірка (Фіг.2) включає вертикальні циліндричні внутрішній порожній анод 2 і зовнішній катод 3. На торцях електродів 2 та 3 за допомогою вузлів кріплення (показані схематично) коаксіально встановлена між електродами 2 та 3 діафрагма 4 з кераміки на основі оксиду цирконію, а також вхідний 5 та вихідний 6 патрубки анодної камери, встановлені на торцях електрода 2 і вхідного 7 та вихідного 8 патрубків катодної камери. Анод 2 виконаний з перфораційними отворами, розташованими у верхній та нижній частинах анода 2, а також з додатковими отворами, розташованими по всій його довжині. Установка (Фіг.1) включає лінію подачі під тиском вихідного розчину 9, колектор подачі вихідного розчину 10, виконаний вертикальним, лінії підведення вихідного розчину 11 в анодні камери, з'єднані з колектором 10 та із входом 5 анодної камери, лінії відведення газоподібних продуктів анодної камери 12, з'єднані з виходом анодних камер 6 та з колектором 13 збирання газоподібних продуктів анодної камери. Установка включає катодний циркуляційний контур, утворений верхнім 14 та нижнім 15 колекторами катодного циркуляційного контуру, лініями підведення катодних камер комірок 16, з'єднаними із входом катодних камер 7, лініями відведення катодних камер 17, з'єднаними з виходами катодних камер 8, і встановлений між колекторами 14 та 15 вертикальний теплообмінник 18. Установка також включає регулятор рівня аноліту в комірках 19 з блоком керування 20, з'єднаний лінією зв'язку з регулювальним вентилем 21, лінію відведення газоподібних продуктів анодної камери установки 22, з'єднану з виходом колектора 13 і верхньою частиною регулятора рівня аноліту 19, регулятор тиску "до себе" анодних газів 23 з лінією відведення газоподібних продуктів установки 24. Між регулятором рівня аноліту 19 і регулятором тиску 23 встановлений манометр 25. Установка включає лінію відведення газоподібних продуктів катодної камери установки 26, з'єднану з виходом колектора 14 та з ємністю 27 збирання винесеного католіту. Ємність 27 з'єднана з лінією відведення газу 28 та лінією скидання католіту 29. Крім того, установка включає лінію подачі 30 охолодного агента - води в теплообмінник 18 та лінію відведення води 31 з теплообмінника 18. Установка включає також зворотний клапан 32, який разом з регулятором тиску 23 забезпечує підтримання підвищеного тиску в анодному контурі. Манометр 25 дозволяє проводити візуальний контроль за величиною тиску в анодному контурі. Подача під тиском вихідного розчину по лінії 9 може здійснюватися за рахунок пристрою для підвищення тиску 33, виконаного у вигляді насоса (Фіг.3) У цьому випадку установка може включати ємність для вихідного розчину або для розчинення 11 солі 34 і буферну ємність з манометром 35 та додатковий зворотний клапан 36. Якщо буде потреба в одержанні цільового продукту установки у вигляді водного розчину оксидантів, на лінії відведення води 31 з теплообмінника 18 може бути встановлений змішувач 37 (Фіг.4), виконаний, наприклад, у вигляді ежектора, при цьому ежектор з'єднаний з лінією 24 відведення цільового газоподібного продукту та обладнаний лінією 38 відведення цільового продукту у вигляді розчину оксидантів. Залежно від умов використання установки, при наявності вимог до значення рН одержуваного водного розчину оксидантів, установка може включати додаткову лінію 39, що з'єднує нижню частину ємності 27 з лінією 24 і змішувачем 37 (Фіг.5), для забезпечення регулювання рН розчину оксидантів. У цьому випадку доцільно встановити на лінії 29 відведення католіту з ємності 27 регулювальний вентиль 40. Установка працює в такий спосіб. По лінії 9 (Фіг.1) при відкритому вентилі 21 в установку під тиском подається концентрований розчин хлориду лужного або лужноземельного металу, наприклад, розчин хлориду натрію. Розчин надходить у колектор 10, звідки, через трубопроводи підведення 11 рівномірно розподіляється по анодних камерах комірок 1 зі швидкістю, що забезпечує сталість заданого рівня аноліту в комірках 1. Рівень аноліту контролюється за допомогою манометра 25 та автоматично підтримується за допомогою регулятора рівня розчину аноліту в анодних камерах 19, зв'язаного блоком керування 20 з регулювальним вентилем 21. Після подачі напруги на електроди 2 та 3 (Фіг.2) в анодній камері на зовнішній поверхні порожнього циліндричного анода 2 починається інтенсивне виділення електролізних газів, переважно, хлору. За рахунок перфораційних отворів циліндричного порожнього анода 2 аноліт надходить у внутрішню порожнину анода 2, звільняється від бульбашок газу і у такий спосіб здійснюється інтенсивна внутрішня циркуляція аноліту. З верхньої частини порожнього анода 2 через вихід 6 відбирається газ (переважно, хлор) і надходить у колектор збирання газоподібних продуктів анодної камери 13. З колектора 13 газоподібні продукти електролізу по лінії 22 надходять у верхню частину регулятора рівня розчину аноліту в анодних камерах 19, для відділення винесеного з анодної камери аноліту, і газоподібні продукти електролізу видаляються з анодного простору через регулятор тиску 23 по лінії 24. Одержаний анодний газ може направлятися безпосередньо споживачу або надходити в змішувач 37 (фіг. 4) газ-рідина, у якому змішується з водою, що виходить із охолодного контуру теплообмінника 18, цільовий продукт надходить до споживача по лінії 38 у вигляді водного розчину оксидантів. Катодна камера комірок 1 перед включенням заповнюється водою (або вихідним розчином). Після подачі напруги на електроди 2 та 3 на внутрішній поверхні катода 3 починає виділятися електролізний газ - водень і надходити в розчин, що находиться у катодній камері - в католіт. За раху 88330 12 нок наявності в католіті бульбашок газу і розігрівання католіту в процесі роботи комірки, його уявна густина зменшується та починається рух католіту угору. По лінії відведення 17 католіт з бульбашками газу надходить у колектор 14. У колекторі 14 католіт звільняється від електролізних газів, переважно, водню, і надходить для охолодження у вертикальний теплообмінник 18. В зовнішній контур теплообмінника 18 протитечією по лінії 30 подається охолодний агент - вода, що виводиться з теплообмінника по лінії 31. З теплообмінника 18 охолоджений католіт надходить у колектор 15. Густина католіту збільшується і він повертається на повторну обробку - по лініях підведення 16 рівномірно розподіляється по катодних камерах комірок 1. Водень, що містить пари та частинки винесеного католіту, з колектора 14 по лінії 26 подається в ємність 27, у якій відбувається коалесценція краплин католіту і очищений водень по лінії 28 виводиться із циклу обробки. Накопичений в ємності 27 католіт може використовуватися для приготування реагентів, застосовуваних у процесах попередньої хімічної обробки води - коагулянтів, флокулянтів, а також для очищення устаткування (ємностей, фільтрів) від забруднень. Також можливо направляти католіт, що має значну концентрацію гідроксиду натрію (до 150г/л), на упарювання з метою одержання твердої товарної каустичної соди. Крім того, католіт, що має підвищене значення рН, якщо буде потреба, по лінії 39 надходить у змішувач 37 (Фіг.5) для регулювання рН водного розчину оксидантів. Вихідний розчин для подачі в установку по лінії 9 може бути приготовлений на місці шляхом розчинення твердої солі в ємності 34 (Фіг.3), і за допомогою насоса 33, що створює надлишковий тиск, він надходить у лінію 9. Для забезпечення безперервності роботи установки можливе також використання буферної ємності 35. Винахід ілюструється наступними прикладами, які, однак, не вичерпують всіх можливостей реалізації винаходу. У всіх прикладах використовувалася комірка за патентом РФ №2176989, названа авторами ПЭМ-7, анод і катод якої встановлені з міжелектродною відстанню - МЕВ=10мм. При цьому зовнішній діаметр анода d становив 16мм (d=1,6 МЕВ), внутрішній діаметр катода D дорівнював 36мм (D=3,6 МЕВ), довжина катода Ld дорівнювала 350мм (Ld=35 МЕВ), товщина стінок діафрагми δ дорівнювала 2мм (δ=0,2 МЕВ), площа поперечного перерізу катодної камери Sk становила 4см2, площа поперечного перерізу анодної камери Sa становила 2,5см2, тобто, Sk≥Sa. Ультрафільтраційна діафрагма була виготовлена з кераміки складу: оксид цирконію - 70%, оксид алюмінію - 27% та оксид ітрію - 3%. На поверхні анода по всій його висоті між вхідними та вихідними отворами було розташовано 9 отворів із кроком 30мм по гвинтовій лінії. На поверхню титанового анода було нанесене покриття ОРТА, патрубки входу та виходу анодної камери були виготовлені з титану марки ВТ100, ущільнення діафрагми були виконані із фторопласту марки Ф4. Приклад 1 13 88330 Установка АКВАХЛОР-500, виконана відповідно до даного опису винаходу та оснащена електрохімічним реактором із шістнадцяти модульних електрохімічних комірок ПЭМ-7, виготовлена відповідно до наведеного вище опису. Трубопроводи подачі та відведення катодного циркуляційного контуру були виконані з полівінілхлориду, довжиною 700мм, трубопроводи подачі вихідного розчину в анодні камери та відведення газоподібних продуктів електролізу з них були виконані із фторопласту, довжиною 800мм. Всі трубопроводи мали внутрішній діаметр 5мм. Колектори установки були виконані циліндричними, кожен з них мав по два вхідних патрубка, симетрично розташованих відносно вертикальної осі. В установці використо 14 вувався вертикальний теплообмінник типу "труба в трубі", при цьому верхній колектор катодного циркуляційного контуру був розташований на висоті 350мм. Установка за прототипом - АКВАХЛОР-500, серійно вироблена відповідно до патенту РФ №2176989, також оснащена електрохімічним реактором з 16 модульних електрохімічних комірок ПЭМ-7. Для роботи установок використовувався вихідний розчин концентрацією 200г/л для одержання суміші оксидантів (переважно, хлору) електролізом водного розчину хлориду натрію. У процесі електролізу в анодному контурі підтримували надлишковий тиск 3кгс/см2. Результати досліджень наведені в таблиці 1. Таблиця 1 Показники Концентрація хлориду натрію у вихідному розчині, г/л Сила струму через одну модульну електрохімічну комірку, А Напруга на одній модульній електрохімічній комірці, В Ефективна сила струму, А Споживана електрична потужність, Вт Продуктивність по оксидантам, г/год. Витрата хлориду натрію на синтез 1 грама оксидантів, г Питома витрата електроенергії на синтез оксидантів, Вт×год./г Продуктивність по знезараженій питній воді (1мг/л), л/год. Габаритні розміри електрохімічного блока установки, см Маса електрохімічного блока установки, кг Як видно із представленої таблиці, установка відповідно до винаходу має більш високу продуктивність, більш низьку витрату енергії. Також установка при більш високій продуктивності має менші габарити та масу. Приклад 2 Ті ж установки досліджувалися в тих же умовах на стабільність одержуваних результатів у часі. Через 2000 годин роботи продуктивність по оксидантам установки за прототипом падає на 1030% через порушення герметичності ущільнень діафрагми в комірках установки за прототипом, у той час як пристрій за винаходом працює зі збереженням параметрів роботи на первинному рівні. Винахід дозволяє підвищити продуктивність установки, знизити витрату енергії на експлуатацію установки, підвищити її надійність та ресурс безперервної роботи, а також спростити конструкцію та зменшити габарити установки. Використання установки для одержання продуктів анодного окиснення дозволяє розширити гаму одержуваних продуктів, одержувати цільовий продукт у вигляді суміші газів або у вигляді водного розчину, скоротити витрату реагентів на проведення процесу. Використання: електроліз водних розчинів хлоридів лужних або лужноземельних металів та одержання газоподібних продуктів електролізу, таких як хлор і кисень, для використання як у процесах очищення та знезаражування води, так і у процесах електрохімічного одержання різних хімічних продуктів. Суть винаходу: установка для оде Модель установки АКВАХЛОР Прототип Винахід 200 200 30 30 3 2,5 480 480 1440 1200 550 620 1,85 1,75 2,6 1,93 550000 620000 90×36×120 40×50×170 38 32 ржання продуктів анодного окиснення розчину хлоридів лужних або лужноземельних металів, що включає як мінімум один електрохімічний реактор, виконаний з 2-16 електрохімічних комірок, кожна з яких включає коаксіально встановлені внутрішній циліндричний порожній анод та зовнішній циліндричний катод і розміщену між ними діафрагму, виконану з кераміки на основі оксидів цирконію, алюмінію та ітрію, встановлені в нижньому та верхньому вузлах кріплення з утворенням гідравлічно замкнутих анодної та катодної камер з входом в нижньому вузлі кріплення та виходом у верхньому, при цьому вхід та вихід анодної камери сполучаються з порожниною анода, і анод виконаний з перфораційними отворами, розташованими як у верхній та нижній частинах анода, так і рівномірно по довжині анода, комірки реактора або реакторів виконані однотипними, анод і катод встановлені з міжелектродною відстанню (МЕВ) 8-10мм, і при цьому d=1,5-2,3 МЕВ, D=3,0-4,3 МЕВ, Ld=25-40 МЕВ, δ=0,15-0,35 МЕВ і Sk≥Sa, де d - зовнішній діаметр анода, D - внутрішній діаметр катода, Ld - довжина катода, δ - товщина бічних стінок діафрагми, Sk - площа поперечного перерізу катодної камери, 15 Sa - площа поперечного перерізу анодної камери, комірки обладнані лініями підведення в катодну та анодну камери та лініями відведення з катодної та анодної камер, виконаними у вигляді трубопроводів, що мають внутрішній діаметр не більше 0,5 МЕВ та однакову довжину - не менше 2 Ld, установка включає також лінію подачі вихідного розчину під підвищеним тиском, колектор подачі вихідного розчину та колектор збирання газоподібних продуктів анодних камер комірок виконані вертикальними, відповідно, із числом вихідних та вихідних патрубків, що відповідає кількості комірок у реакторі, і патрубки колекторів розташовані симетрично відносно вертикальної осі симетрії колекторів, колектор подачі вихідного розчину, з'єднаний з лінією подачі вихідного розчину та з лініями підведення в анодні камери комірок, колектор збирання газоподібних продуктів анодного окиснення, з'єднаний з лініями відведення з анодних камер комірок, катодний циркуляційний контур, який з'єднаний з лініями підведення та відведення катодних камер комірок та включає пристрій для відділення газу, регулятор тиску "до себе", з'єднаний з колектором збирання газоподібних продуктів анодного окиснення, та лінію відведення газоподібних продуктів з анодної камери установки, з'єднану з регулятором тиску "до себе", регулятор рівня розчину хлориду в анодних камерах, пристрій для відділення газу катодного циркуляційного контуру, виконаний 88330 16 у вигляді верхнього вертикального колектора, і установка додатково включає нижній вертикальний колектор катодного циркуляційного контуру та вертикальний теплообмінник, розташований між верхнім та нижнім колекторами катодного циркуляційного контуру, вхід та вихід якого з'єднані, відповідно, з верхнім та нижнім колекторами катодного циркуляційного контуру, ці колектори також виконані із числом вихідних та вхідних патрубків, що відповідає кількості комірок у реакторі, і патрубки розташовані симетрично відносно вертикальної осі симетрії колекторів, колектор подачі вихідного розчину, нижній колектор катодного циркуляційного контуру, теплообмінник, верхній колектор катодного циркуляційного контуру та колектор збирання газоподібних продуктів анодних камер комірок розташовані на одній вертикальній осі, причому верхній колектор катодного циркуляційного контуру встановлений на висоті не менш ніж величина Ld від виходу катодної камери, колектор збирання газоподібних продуктів анодних камер комірок розташований над чи під верхнім колектором катодного циркуляційного контуру, лінії підведення та лінії відведення катодних та анодних камер комірок, при цьому комірки реактора встановлені симетрично відносно вертикальної осі, на якій розташовані верхній та нижній колектори катодного циркуляційного контуру із встановленим між ними теплообмінником. 17 Комп’ютерна верстка А. Рябко 88330 Підписне 18 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601