Электролизер для разделения электрически нейтральных газообразных химических соединений

 

Изобретение относится к области химии и позволяет повысить степень разделения электрически нейтральных газообразных химических соединений. Изобретение касается электролизера, включающего корпус, электроды, камеры-приемники , вакуумную установку и источники когерентного светового излучения , причем корпус вьшолнен цилиндрическим j внутри которого между электродами установлены горизонтальные прилегающие друг к другу коррозионностойкие трубки с диаметром отверстий 100-1000 мкм, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУВЛИН (19) (11) А1 ц11 4 С 25 В 9/00, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4219387/23-26 (22) 31.03.87 (46) 07.11.88. Бюл, Р 41 (72) В.В.Крохв и Т.Н.Благосклонова (53) 661.357.1(088,8) (56) Большая Советская энциклопедия.

Т. 15. Советская энциклопедия, 1974, с. 456-457, (54) ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ЭЛЕК- .

ТРИЧЕСКИ HEATPAJIhHbE ГАЗООБРАЗНЫХ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ (57) Изобретение относится к области химии и позволяет повысить степень разделения электрически нейтральных газообразных химических соединений.

Изобретение касается электролизера, включающего корпус, электроды, камеры-приемники, вакуумную установку и источники когерентного светового излучения, причем корпус выполнен цилиндрическим; внутри которого между электродами установлены горизонтальные прилегающие друг к другу коррозионностойкие трубки с диаметром отверстий 100-1000 мкм. 2 ил.

1435665

Изобретение относится к химии и может быть использовано для разделения электрически нейтральных химических соединений, находящихся в газовой фазе, с целью их регенерации иэ отходов производства, а также для разделения.

Целью изобретения является повышение степени разделения, 10

На фиг. 1 представлен электролизер,для разделения ионов, общий вид; на фиг. 2 — график зависимости степени разделения ионов от диаметра трубок, 15

Предлагаемый электролизер для разделения ионов содержит ванну 1, выполненную в виде цилиндрической оболочки 2, заполненной герметично прилегающими друг к другу коррозионно- 20 стойкими горизонтальными расположенными трубками 3 с диаметром отверстий

100-1000 мк (трубки одного и того же диаметра в одной упаковке), зазоры между трубками заполнены заполимери- 25 зованным эпоксидным или другим стойким клеем, сетчатый анод 4 из тугоплавкого металла, например тантала или вольфрама, катод 5, образованный предварительно металлизированным и 30 контактирующими друг с другом концами рабочих трубок, соединенных токоподводом.с катодом высоковольтного источника постоянного тока 6 с напряжением 1200-1500 В, стартовую камеру . 35

7, торцовая поверхность 8 которой выполнена иэ оптически прозрачного материала, снабженную сжимающимся металлическим сильфоном 9. Стартовая каме1 ра соединена с баллоном 10, из которого в нее подают разделяемую смесь, электрически нейтральных химических соединений, с вакуумным насосом 11, обеспечивающим вакуум порядка 1 мм рт.ст., и снабжена датчиком 12 и иононепрони- 45 цаемой выдвижной диэлектрической заслонкой 13, Оптически прозрачный торец стартовой камеры 7 примыкает к источнику когерентного светового излу" чения (ИКСИ) 14, соединенному с лампой 15 накачки, Устройство также включает электрическую цепь, включенную помимо источника 6 тока и электродов также ампер- метр 16 и вольтметр 17, взаимозаменяемые камеры-приемники 18 для изоляции в них с помощью задвижек 19 и 20 (или шторок) целевых продуктов, перед которыми расположен датчик 21, причем торец камер-приемников 18 выполнен также из оптически прозрачного материала и примыкает к светопоглощающему экрану 22, Электролизер поддается полной автоматизации, Предлагаемый электролиэер работает следующим образом.

Включают. насос 11 и откачивают до остаточного давления l мм рт. ст, воздух из ванны 1, выключают насос и впускают из баллона 10 в стартовую камеру 7 при вдвинутой до упора заслонке 13 исходную разделяемую смесь электрически нейтральнкх химических соединений, Закрывают кран баллона

10, включают электроды и ИКСИ 14 и одновременно выдвигают наружу до отказа заслонку 13 и сжимают сильфон

9. При этом разделяемая смесь химических соединений полностью переходит из стартовой камеры в головную часть рабочих трубок, попадая в сферу действия высоковольтного электрического поля. Сильфон при этом самопроизвольно возвращается в разжатое состояние.

Вследствие ионизирующего воздействия мощного светового пучка ИКСИ, проходящего через оптически прозрачный торец 8 и стартовую камеру, происходит отрыв отдельных электронов с внешних орбит газообразных электрически нейтральных молекул разделяемых химических соединений, после чего они превращаются в положительно заряженные катионы, которые в электрическом поле высокого напряжения быстро движутся к катоду 5, размещенному на другом конце ванны в камере-приемнике 18, При этом, благодаря непрерывному ионизирующему воздействию пучка ИКСИ на разделяемую смесь химических соединений, движущихся в виде катионов в процессе разделения к катоду в электрическом поле высокого напряжения внутри рабочих трубок, и огромному световому давлению, оказываемому на них пучками ИКСИ, действующему в одинаковом направлении с направлением передвижения молекул-катионов (при этом катионы получают дополнительное ускорение, обратно пропорциональное их массам), происходит ускоренное по сравнению с известным электролизером разделение смеси молекул"катионов на фракции отдельных

1435665 компонентов. Перед камерой-приемником смесь катионов оказывается полностью разделенной на чистые фракции, При этом в рабочих трубках в течение все5 го процесса разделения в течение тысячных долей секунды под действйем пучка ИКСИ происходит непрерывно повторяющийся трехступенчатый процесс: превращение электрически нейтральной молекулы в молекулярный катион-возврат, в электрически нейтральное состояние, в молекулу-катион и т.д. Такая флюктуация электрических состояний молекулы обеспечивает ее непрерывное, быстрое перемещение к катоду в электрическом поле высокого напряжения.

Затем по сигналу датчика 21 (электрохимического, радиационного и т.п.) 20 определяют моменты вхождения "головы" и "хвоста" первой фракции молекул-катионов в камеру-приемник. После прохождения в нее "хвоста" фракции выключают ИКСИ н электрический ток, 25 вдвигают внутрь задвижки 19 и 20 и автоматически отсоединяют кассетную взаимозаменяемую камеру-приемник 18 с первой фракцией в ней на другую аналогичную камеру-приемник, После 30 этого открывают заслонки 19 и 20 и одновременно.включают электрический ток и ИКСИ, благодаря чему вторая

° фракция катионов, оставшаяся в рабочих трубках ванны 1, попадает во вторую вставленную камеру-приемник 18 и изолируется в ней аналогично описанному. После этого в стартовую камеру вводят вторую загрузку разделяемой смеси химических соединений и повторяют вышеприведенный цикл ее разделения и т.д, После изоляции в камерах-приемниках и выключения ИКСИ молекулы-катионы моментально превращаются снова в 45 электрически нейтральные химические соединения, изолированные в виде чистых фракции, не содержащих посторонних примесей, В определенных случаях процесс разделения можно не доводить до полного разделения компонентов, если, например, целью разделения является обогащение изотопов, Ф

Таким образом, в предлагаемом электролизере осуществляют разделение не смесей ионов, образовавшихся в ре» зультате диссоциации молекул ионогенных соединений в водной фазе, а разделяют ионы, образующиеся из электрически нейтральных газообразных химических соединений под воздействием высокоэнергетического ионизирующего пучка ИУСИ, срывающего электроны с внешних орбит молекул химических соединений, благодаря чему молекула приобретает фпюктуирующий положительный заряд, Наличие такого заряда обеспечивает ускоренное разделение образовавшихся молекул-катионов в электрическом поле высокого напряжения.

Иалый диаметр рабочих трубок 1001000 мк позволяет свести к минимуму размывание фронта движущихся в элек-. трическом поле газообразных катионов вследствие теплового движения катионов,.что стабилизирует геометрию фронта ионов и обеспечивает их быстрое и эффективное разделение на чистые фракции.

Применение в ванне рабочих трубок с диаметром ме:ee 100 мк резко уменьшает величину разовой загрузки разделяемых химических соединений, так как уменьшается поперечное сечение трубки и увеличивается пристеночное турбулентное перемешивание разделяемой смеси газов вследствие трения газов о стенки трубок, что усиливает размывание геометрии фронта ионов,и уменьшает степень разделения ионов и пропускную способность ванны. При диаметре отверстий рабочих трубок ванны более 1000 мк резко усиливается размывание геометрии фронта разделяемых ионов вследствие их теплового конвекционного движения (фиг ° 2, кривая зависимости степени разделения ионов от диаметра отверстий рабочих трубок).

Поэтому оптимальный диаметр рабочих трубок составляет от 100 до 1000 мк, что подтверждается данными графика.

Оптимальные параметры электролизера: расстояние между электродами 140150 см в зависимости от сложности состава разделяемой смеси химических соединений; размеры стартовой камеры и камер-приемников - диаметр 3 см, длина 4 см; длина электролизера 145155 см; диаметр-поперечного сечения ванны 3 см; оптимальное напряжение

1200-1500 В, величина тока 0,050,10 А;.диаметр рабочих трубок 1001000 мк, диаметр сетчатого анода из нержавеющей стали нли тантала 3 см.

Промышленные электролизеры могут иметь значительно большие габариты и

5 ) 4356 величины применяемых токов и большие загрузки разделяемых химических сое1 динений.

Дпя ионизации разделяемых химических соединений применен ИКСИ на основе искусственного рубинового монокрис талла с диаметром поперечного сечения

3 см, длиной 4 см с энергией пучка на выходе 5,0-7,0 кДж/моль при длине вол-10 ны 0 7 мк и частоте импульсов 59

6 имп/мин. Работа ИКСИ обеспечивается лампой накачки.

Пример 1. Загрузка исходной разделяемой смеси химических соедине- 15 ний в первом варианте опыта содержит, г: углекислый газ 0,05, бромистый во-! дород 0 05. Во втором варианта опыта загрузка состоит из тех же количеств этана и этилена в объемном соотноше- 20 нии 95:5. Габариты электролизера и режим его работы идентичны приведенным оптимальным параметрам. В качест,ве рабочих трубок служат стеклянные

: трубки с диаметром отверстий около

100 мк, выполненные из кварца„ с ке,,таллиэированными концами, выходящими в стартовую камеру, соединенные элек трически плотной упаковкой друг с . другом и токоподводом с катодом двух 36 отечественных источников тока высокого напряжения типа "УИП", соединенных последовательно.

Для полного разделения смеси уг-.

,лекислого газа и бромистсго водорода, на отдельные компоненты в предлагаемом электролизере требуется 25 мин, а для разделения этана и этилена—

30 мин. Причем соединения выделены с

97-98K.-ным выходом по веществу.

В изестном электролизере типа

NC-3301 разделение углекислого газа и бромистого водорода (их смеси) потребовало 6 ч времени. Таким образом, в предлагаемом электролизере скорость разделения газообразных соединений в

12 раз больше, чем в известном, за счет лучшей технологии процесса разделения. Разделения смеси этана и этилена в известном электролизере про- б0 извести не удалось, Пример 2. Загрузка исходной разделяемой смеси электрически нейтральных газообразных соединений в первом варианте опыта, r: хлсристый всдород 0 05 йодистый всдсрсд 0,05, Вс втором варианте опыта взяты те же количества пропана и бутана в объемном соотношении 95 5.

Я качестве рабочих трубок применены стеклянные кварцевые трубки с диаметрск отверстий 1000 мк с металлизированныки концами, выходящими в стартовую камеру (пс аналогии с примером 1), Все остальные условия проведения опытов были такие же, как в примере 1, В предлагаемом электролизере на полное разделение на компоненты хлористого водорода и Йодисто †водорода потребовалось 20 мин. а пропана и бутана — 25 мин дри 97--981--ном выходе по веществу, В известном электролизере удалось раздели-ь только смесь хлористого водорода и йодистого водорода за 6 ч.

Таким образом, скорость разделения в предлагаемом электролизере B 14,4 раза больше., чек в известном.

Повышение скорости разделения в предлагаемом электрслизере R 12-14 раз пс сравнению сс скорость о разделения в известном достигнута бла-oäàðÿ лучшей технологичности процесса разделения газообразных химических соединений, т.е. за счет выполнения в нам емкости для разделения ионов в виде цилиндрической оболочки из герметично прилегающих друг к другу ксррозиснностсйких горизонтально распложенных трубок с диакстрск отверстий ст

100 до 1000 кк.

Формула изобретения

Электролизер для разделения электрически нейтральных газообразных химических соединений, .включающий корпус, электроды, камеры-приемники, вакуумную установку и источник ксгерентного светсвогс излучения, с т л ич а ю шийся тек, что, с цель|о псвьш|ения còåïåíè разделения, корпус выполнен цилиндрическим, внутри него между электродами установлены горизонтальные прилегающие друг к другу ксррозионнс стсйкие трубки с диакгтрс» отверстий 100-1000 кк.

glue. 1 100 сь

- 1 25

f00 100 1000 1ЯО

Ьиуарюння gu0nemp рп0очц mpgbue, иикрои, Фиг.2

Составитель О.Зобнин

Редактор А.Ворович Техред M,Äèäûê

Корректор М.Васильева

Заказ 5615/26 Тираж 622 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4