ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2110483
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ВОДЫ
Имя изобретателя: Попов Алексей Юрьевич[RU]; Попов Дмитрий Алексеевич
Имя патентообладателя: Стерилокс Текнолоджиз, Инк. (US)
Адрес для переписки:
Дата начала действия патента: 1997.03.24
Изобретение относится к устройству для электрохимической обработки воды,
содержащему по крайней мере один проточный диафрагменный электролизер, содержащий
рабочую анодную и вспомогательную катодную камеры, снабженные отдельными входными и
выходными патрубками, при этом анодная камера снабжена замкнутым циркуляционным
контуром, образованным трубопроводом, соединяющим выходной и входной патрубки анодной
камеры, последний в свою очередь связан трубопроводом подачи воды в анодную камеру с
приспособлением для повышения давления воды, подаваемой в анодную камеру, а выходной
патрубок анодной камеры соединен трубопроводом, снабженным регулятором давления, с
газоотделительной емкостью, которая в верхней своей части соединена со смесителем газ-жидкость,
а в нижней - со сливным трубопроводом.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к сфере электрохимической обработки воды и водных
растворов солей с целью изменения ее окислительных и восстановительных свойств.
Известно устройство для электрохимической обработки воды в проточном
диафрагменном электролизере (патент Российской Федерации N 2038322). Это устройство
содержит источник обрабатываемой воды, регуляторы расхода воды, установленные на
линиях подачи воды в анодную и катодную камеры и на выходе из анодной камеры
электролизера. Оно также содержит приспособление для дозирования реагента в
обрабатываемую воду.
Недостатком указанного устройства является неполное использование дозируемого
реагента, вызванное тем, что реагент с обрабатываемой водой поступает как в анодную,
так и в катодную камеры. В результате, если нам необходимо получить воду с
окислительными свойствами, то в устройстве полезно используется только та часть
реагента, которая поступает в анодную камеру, а реагент, попавший с водой в катодную
камеру, теряется. То же самое наблюдается при получении воды с восстановительными
свойствами. Следствием этого является повышенный расход реагента, удорожающий
электрохимическую обработку воды и делающий ее недостаточно эффективной.
Наиболее близким к заявляемому устройству является аппарат для электрохимической
обработки воды (патент Великобритании N 2253860). Указанный аппарат представляет собой
проточный диафрагменный электролизер, анодная и катодная камеры которого разделены
полупроницаемой керамической диафрагмой. Обе камеры снабжены раздельными входными и
выходными патрубками, причем одна из камер является рабочей, а вторая - вспомогательной.
Рабочая камера подсоединена входным патрубком к трубопроводу обрабатываемой воды, а
вспомогательная снабжена замкнутым циркуляционным контуром, образованным
трубопроводами, соединяющими входной и выходной патрубки вспомогательной камеры с
газоразделительной емкостью, установленной выше электролизера.
ИЗВЕСТНОЕ УСТРОЙСТВО РАБОТАЕТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ
Если необходимо получить воду с окислительными свойствами, например дезинфицирующий
раствор, то в рабочую камеру, которой в этом случае является анодная камера, подают
однократным протоком обрабатываемую низкоминерализованную воду, а во вспомогательную
катодную камеру - высокоминерализованную воду, например концентрированный раствор
хлорида натрия. В процессе электролиза высокоминерализованная вода циркулирует в
катодном контуре, при этом хлорид-ионы из катодной камеры переносятся электрическим
полем через диафрагму в анодную камеру, достигают поверхности анода, превращаются на
нем в хлор, который, растворяясь в обрабатываемой воде, сообщает ей окислительные
свойства.
Недостатком известного устройства является неполное использование реагента, например
хлорида натрия, а также повышенный расход электроэнергии. Неполное использование
реагента вызвано тем, что только незначительная часть хлорид-ионов, переносимых
электрическим полем в анодную камеру, достигает поверхности анода и превращается в
хлор, основная часть хлорид-ионов уносится потоком обрабатываемой воды из анодной
камеры и бесполезно теряется. Повышенный расход электроэнергии в указанном устройстве
является следствием подачи в рабочую камеру низкоминерализованной воды, имеющей
относительно высокое омическое сопротивление.
Решаемой задачей заявляемого изобретения является получение воды с окислительными и
восстановительными свойствами при максимально полном использовании химических
реагентов и при минимальных затратах электрической энергии.
Решение поставленной задачи достигается за счет того, что заявляемое устройство для
электрохимической обработки воды, содержащее по крайней мере один проточный
диафрагменный электролизер с рабочей анодной и вспомогательной катодной камерами,
снабженными отдельными входными и выходными патрубками, характеризуется тем, что
анодная камера снабжена замкнутым циркуляционным контуром, соединяющим выходной и
входной патрубки анодной камеры, последний, в свою очередь, связан трубопроводом
подачи воды в анодную камеру с приспособлением для повышения давления воды, подаваемой
в анодную камеру, а выходной патрубок анодной камеры соединен трубопроводом,
снабженным регулятором давления, с газоразделительной емкостью, которая в верхней
своей части соединена со смесителем газ-жидкость, а в нижней - со сливным трубопроводом.
Кроме того, на трубопроводе подачи воды в анодную камеру может быть установлен фильтр.
Заявляемое устройство изображено на чертеже.
|
3аявляемое устройство состоит из анодной камеры 1, образованной анодом 2 и керамической
полупроницаемой диафрагмой 3, и катодной камеры 4, образованной катодом 5 и дифрагмой 3.
Оно также содержит входные 6 и 7, выходные 8 и 9 патрубки анодной и катодной камер
соответственно. Входной патрубок 6 анодной камеры соединен трубопроводом 10 подачи воды
(на чертеже - вода I) в анодную камеру с приспособлением 11 для повышения давления воды.
Выходной патрубок 8 анодной камеры 1 соединен с входным патрубком 6 трубопроводом 12,
образующим замкнутый циркуляционный контур анодной камеры. Кроме того, выходной
патрубок 8 анодной камеры соединен трубопроводом 13, снабженным регулятором давления 14,
с газоотделительной емкостью 15. Последняя трубопроводом 16 соединена со смесителем газ-жидкость
17, установленным на трубопроводе 18, служащем для подачи в смеситель 17 воды, которой
сообщаются окислительные свойства (на чертеже - вода III). В нижней части
газоотделительной емкости 15 имеется сливной трубопровод 19.
К входному патрубку 7 катодной камеры 4 подсоединен трубопровод 20 с запорным краном 21
для подачи в катодную камеру вспомогательной воды (на чертеже - вода II). Выходной
патрубок 9 катодной камеры 4 соединен трубопроводом 22 с газоотделительной емкостью 23,
которая связана с входным патрубком 7 трубопроводом 24, создающим замкнутый
циркуляционный контур катодной камеры. Газоотделительная емкость 23 снабжена сливным
трубопроводом 25 и выпускным отверстием 26 для выпуска электролизных газов в атмосферу.
На трубопроводе 10 подачи воды в анодную камеру 1 может быть установлен фильтр 27.
|
ЗАЯВЛЯЕМОЕ УСТРОЙСТВО РАБОТАЕТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ
В анодную камеру 1 с помощью приспособления 11 под избыточным давлением подается
высокоминерализованная вода (на чертеже - вода I), например насыщенный раствор хлорида
натрия. Под действием этого давления вода из анодной камеры 1 проникает через
керамическую диафрагму 3 в катодную камеру 4 и заполняет ее. После заполнения анодной и
катодной камер водой I включается источник питания (на чертеже не обозначен),
подсоединенный своими полюсами к аноду и катоду. После подачи электрического
напряжения на анод и катод между ними протекает электрический ток. Под действием
электрического тока на поверхности анода 2 хлорид-ионы превращаются в хлор, который
частично растворяется в воде, а частично в виде пузырьков газа вместе с пузырьками
кислорода, образовавшимися при электролизе воды, поднимается в верхнюю часть анодной
камеры 1 и, увлекая за собой анолит, полученный при анодной обработке воды I, выходит
через выходной патрубок 8 из анодной камеры 1. Далее основная часть анолита отделяется
от газа и по трубопроводу 12 поступает к входному патрубку 6, через который возвращается
в анодную камеру 1. Таким образом, большая часть анолита циркулирует по замкнутому
контуру, образованному анодной камерой 1 и трубопроводом 12, соединяющим патрубки 8 и 6.
Электролизные газы с меньшей частью анолита поступают по трубопроводу 13 через
регулятор 14 давления (который поддерживает в анодной камере давление, необходимое для
проникновения анолита через диафрагму в катодную камеру), в газоотделительную емкость
15. В емкости 15 электролизные газы отделяются от анолита и по трубопроводу 16 поступают в
смеситель газ-жидкость 17 (в качестве которого может использоваться, например,
водоструйный насос). Смеситель 17 установлен на трубопроводе 18, по которому в него
поступает вода, например водопроводная (на чертеже - вода III), которой сообщаются
окислительные свойства после растворения в ней электролизных газов, образовавшихся в
анодной камере 1. Из газоотделительной емкости 15 уловленный анолит сливается по
трубопроводу 19 и может возвращаться в анодную камеру 1 на повторную обработку для более
полного использования оставшейся в нем соли. Возврат анолита из емкости 15 в анодную
камеру 1 осуществляется с помощью приспособления 11 для повышения давления воды. В
качестве такого приспособления может быть использован или насос, соединенный с
емкостью для высокоминерализованной воды, или герметичная емкость с этой водой, в
которой создается избыточное давление сжатым воздухом, или емкость с этой же водой,
установленная на большей высоте относительно электролизера.
В катодной камере 4 на катоде 5 под действием электрического тока образуются пузырьки
водорода. Католит, получающийся при обработке воды в катодной камере 4, насыщается
гидроксильными ионами и приобретает восстановительные свойства. Пузырьки водорода,
поднимаясь в верхнюю часть катодной камеры 4, выходят из нее через выходной патрубок 9,
увлекая за собой католит, поступают по трубопроводу 21 в газоотделительную емкость 22. В
емкости 22 водород отделяется от католита и выходит в атмосферу через выпускное
отверстие 25. Католит из газоотделительной емкости 22 может быть возвращен по
трубопроводу 23 через входной патрубок 7 в катодную камеру 4 для ее подпитки. Избыток
католита сливается из газоотделительной емкости 22 по трубопроводу 24. Сливаемый
католит представляет собой воду с восстановительными свойствами. В катодную камеру 4
через входной патрубок 7 по трубопроводу 20 подается вспомогательная вода (на чертеже -
вода II). В качестве вспомогательной воды может использоваться либо кислотный раствор,
предназначенный для удаления катодных отложений с поверхности катода 5, либо
водопроводная вода, подаваемая в катодную камеру 4 для охлаждения электролизера в
случае его чрезмерного разогрева.
Для очистки высокоминерализованной воды (на чертеже - вода I) от нерастворимых
загрязнений используют фильтр 27.
В заявляемом устройстве достигается высокая степень использования растворенных в
воде солей, например хлорида натрия, за счет того, что, во-первых, благодаря
циркуляционному контуру анодной камеры, анолит подвергается многократной анодной
обработке. Во-вторых, анолит, унесенный из анодной камеры электролизными газами,
отделяется от них в газоотделительной емкости и возвращается в анодную камеру для
повторной обработки.
Экономия электроэнергии в заявленном устройстве достигается за счет того, что анодная
и катодная камеры заполнены высокоминерализованной водой, обладающей низким
омическим сопротивлением. Заполнение катодной камеры высокоминерализованной водой
через керамическую диафрагму из анодной камеры обеспечивается за счет приспособления
для повышения давления воды, подаваемой в анодную камеру и регулятора давления,
установленного на трубопроводе, соединяющем выходной патрубок анодной камеры с
газоотделительной емкостью.
Установка фильтра на трубопроводе подачи воды в анодную камеру обеспечивает
равномерность поступления высокоминерализованной воды из анодной камеры в катодную и
улучшает заполнение последней.
В экспериментальных условиях сравнивалась работа заявляемого устройства и устройства-прототипа
при получении дезинфицирующего раствора электролизом водного раствора хлорида натрия.
При получении растворов, имеющих одинаковую дизенфицирующую активность, в заявляемом
устройстве потребление хлорида натрия было в 7,5 раз ниже, чем в устройстве-прототипе.
Потребление электрической энергии было в 2 раза ниже, чем в устройстве-прототипе.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Устройство для электрохимической обработки воды, содержащее по крайней мере один
проточный диафрагменный электролизер, содержащий рабочую анодную и вспомогательную
катодную камеры, снабженные отдельными входными и выходными патрубками, отличающееся
тем, что анодная камера снабжена замкнутым циркуляционным контуром, образованным
трубопроводом, соединяющим выходной и входной патрубки анодной камеры, последний, в
свою очередь, связан трубопроводом подачи воды в анодную камеру с приспособлением для
повышения давления воды, подаваемой в анодную камеру, а выходной патрубок анодной
камеры соединен трубопроводом, снабженным регулятором давления, с газоотделительной
емкостью, которая в верхней своей части соединена со смесителем газ - жидкость, а в
нижней - со сливным трубопроводом.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на трубопроводе подачи воды в анодную камеру
установлен фильтр.
Версия для печати
Дата публикации 23.02.2007гг
вверх
|
