Электрохимическая установка

 

Изобретение относится к электрохимической обработке водных растворов и получения газов. Простота конструкции электрохимической установки достигается за счет создания винтового движения электролитов в объемах электродных камер благодаря наличию во втулках наклонных каналов и направляющих элементов спиралевидной формы и позволяет получить новое свойство, заключающееся в более длительном воздействии процесса электролиза на объемы обрабатываемых водных растворов. При работе устройства исходный раствор поступает в патрубки 4 и 5 нижней втулки 3, где в результате установки направляющих элементов спиралевидной формы 13 и 15 образуется винтовое движение электролитов, которое сохраняется в электродных камерах 30 и 29. После электрохимической обработки полученные растворы и газы попадают в верхнюю втулку 7, где под действием винтового движения отводятся из соответствующих камер через патрубки 9 и 8. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к химической технологии, в частности к области электрохимической обработки водных растворов и получения газов, и может быть использовано для очистки и обеззараживания воды или получения дезинфицирующих, стерилизующих и моющих растворов.

Известен коаксиальный активатор, в котором подача водного раствора для обработки осуществляется сверху вниз через клапаны, установленные в верхней части электрохимического активатора. Выход из активатора электрохимически полученных анолита и католита осуществляется по отдельным каналам, расположенным в нижней части активатора [1]. Недостатком активатора является возможность образования зон с газовым наполнением в верхних частях электродных камер, а также значительные электрические потери, связанные с противотоком движения электрохимически полученных газов и электролитов.

Известен электролизный блок установки для получения питьевой воды, выполненный из цилиндрических элементов, позволяющих осуществлять электролиз воды с подачей ее в нижнюю часть электролизного блока одновременно в обе электродные камеры, при этом полученные анолит и католит отводятся раздельно из верхних частей камер электролизного блока [2].

Недостатком устройства является его значительное гидродинамическое сопротивление, а также невозможность создания независимых циркуляционных контуров анолита и католита.

Известно устройство для электрохимической обработки воды, основным элементом которого является коаксиальный электролизер, имеющий входную камеру для раздельного ввода растворов в анодную и катодную и выходную для раздельного отвода продуктов электролиза втулки, расположенные соответственно в нижней и верхней частях устройства.

Недостатком устройства является сложность его конструкции, низкая турбулизация потоков электролитов в электродных камерах, а также трудность отведения электрохимически полученных газов из объемов камер.

Задача изобретения - повышение эффективности работы установки. Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в простоте конструкции электрохимической установки, которая достигается за счет создания винтового движения электролитов в объемах электродных камер, приводящего к турбулизации электролитов в камерах установки, к более длительному воздействию процесса электролиза на элементарные объемы обрабатываемых водных растворов, к простоте отвода газовых и жидких продуктов электролиза, к снижению возможности образования в верхних точках электродных камер объемов с газовым наполнением. Электрохимическая установка собрана из вертикальных коаксиальных цилиндрического и стержневого электродов, а также расположенной коаксиально между ними ионообменной диафрагмы, установленных своими торцевыми основаниями в диэлектрические втулки. Пространства между цилиндрическим электродом и диафрагмой, диафрагмой и стержневым электродом образуют электродные камеры, геометрические размеры которых удовлетворяют соотношениям: 0,65 D_в/D_s ≅ K/1n(L) ≅ 25,00 D_в/D_s; 0,60 ≅ S_s/S_в ≅ 1,50; где К - межэлектродное расстояние, мм; L - длина рабочей части электродной камеры (расстояние между отверстиями выхода и входа электролита в камеру), мм; D_s - внутренний диаметр цилиндрического электрода, мм; D_D - внутренний диаметр диафрагмы, мм; D_D = 0,15 - 0,8 D_s D_в - диаметр стержневого электрода, мм; D_в = 0,10 - 0,7 D_s; S_s и S_в - площади поперечного сечения электродных камер соответственно цилиндрического и стержневого электродов, мм².

Герметизация электродных камер достигается за счет установки во втулках резиновых прокладок, на которые опираются диафрагма и цилиндрический электрод, и уплотнительного кольца, обжимающего стержневой электрод. Стержневой электрод выполняется постоянного сечения по всей его высоте от резьбы в верхней до резьбы в нижней его части. Во втулке коаксиально расположены сквозное отверстие для установки стержневого электрода, два полых цилиндра для установки ионообменной диафрагмы и цилиндрического электрода, диаметры полых цилиндров соответственно не меньше наружных диаметров диафрагмы и цилиндрического электрода. Втулка снабжена двумя патрубками. Патрубки и соосные с ними соединительные каналы, которые своими правыми направляющими входят в электродную камеру по касательной к внутренней образующей основания соответствующего цилиндра под углом 0° < β < 90° образуют совместно с отверстием в направляющем элементе спиралевидной формы проточные каналы, осуществляющие вход и выход электролитов в циркуляционных контурах. Угол подъема направляющего элемента спиралевидной формы удовлетворяет соотношению 0° < α < 90°. Ширина направляющего элемента спиралевидной формы соответствует ширине электродной камеры, в циркуляционном контуре которого он установлен во втулке. Отверстие в направляющем элементе спиралевидной формы и соединительный канал выполнены диаметром, не превышающим ширину электродной камеры, для которых они предназначены. Патрубки, соединительные каналы и отверстия в направляющем элементе верхней втулки для обеспечения стабильного и эффективного винтового движения в электродных камерах могут быть смещены относительно патрубков, соединительных каналов и отверстий в направляющем элементе спиралевидной формы нижней втулки в плане на угол 0° ≅ γ ≅ 360°.

Введение в состав электрохимической установки втулок, в которых за счет устройства наклонных каналов и размещения направляющих элементов спиралевидной формы образуется винтовое движение электролитов в электродных камерах, позволяет получить новое свойство, заключающееся в простоте конструкции электрохимической установки, в более длительном воздействии процесса электролиза на объемы обрабатываемых водных растворов, в обеспечении турбулезации электролитов в электродных камерах, а также в простоте и эффективности отвода газовых и жидких продуктов электролиза из установки.

Винтовое движение обуславливается суммой поступательного, вращательного и деформационного движения и характеризует вихревой поток жидкости, в котором турбулезация среды происходит за счет вращательного и поступательного движения. Вращательное движение по мере подъема электролитов снизу вверх несколько снижает свое значение за счет увеличения деформационного движения. Однако при значительных скоростях, характеризуемых Re > 2300, в предлагаемых электрохимических установках это снижение незначительно. Винтовое движение позволяет за счет спиралевидного прохождения объемами обрабатываемых водных растворов анодных и катодных камер установки существенно увеличить время воздействия электролиза по сравнению с прямолинейным или близким к нему движением водных растворов. Конструкция втулок, направляющие элементы спиралевидной формы, позволяет реализовать достоинства винтового движения, облегчить ввод электролитов в установку и выход продуктов после процесса электролиза.

На фиг. 1 представлена установка, общий вид; на фиг. 2 - разрезы 1-1 и 2-2 на фиг. 1; на фиг. 3 - разрезы 3-3, 4-4, 5-5 на фиг. 1.

1 - электрод с резьбой в верхней и нижней частях; 2 - гайка; 3 - нижняя втулка; 4, 5 - патрубки входа в нижней втулке; 6 - цилиндрический электрод; 7 - верхняя втулка; 8, 9 - патрубок выхода продуктов электролиза; 10 - прокладка; 11 - уплотнительное кольцо; 12, 14, 18, 20 - резиновые прокладки; 13 - поверхность направляющего элемента; 15 - поверхность направляющего элемента; 16 - ионообменная диафрагма; 17 - направляющий элемент; 19 - поверхность направляющего элемента спиралевидной формы; 21 - соединительный канал, проходящий через тело втулки; 22 - отверстие; 23 - соединительный канал, проходящий через тело втулки 7 под углом β; 24 - отверстие в направляющем элементе 17; 25 - отверстие в направляющем элементе спиралевидной формы 15; 26 - соединительный канал, проходящий через тело втулки под углом β; 27 - отверстие в направляющем элементе спиралевидной формы 13; 28 - соединительный канал, проходящий через тело втулки под углом β; 29, 30 - электродные камеры.

Устройство содержит стержневой электрод 1 с резьбой в верхней и нижней частях, позволяющей с помощью прокладки 10 и гайки 2 производить стяжку электрохимического устройства с ее герметизацией по циркуляционным контурам электродных камер. Назначение электродных камер, как внешней так и наружной, зависит от технологии обработки водных растворов и может изменяться на анодную или катодную переключением полярности. Циркуляционный контур внешней электродной камеры содержит следующую линию прохода электролита: патрубок входа 5 в нижней втулке 3; соединительный канал 26, проходящий через тело втулки под углом β и входящий в электродную камеру своей крайней правой направляющей по касательной к внутренней образующей основание большего по диаметру цилиндра; отверстие 25 в направляющем элементе спиралевидной формы 15; поверхность направляющего элемента 15; выход из втулки в объем электродной камеры 29, образованной стенкой цилиндрического электрода 6 и стенкой ионообменной диафрагмы 16; вход в верхнюю втулку 7; поверхность направляющего элемента спиралевидной формы 17; отверстие 24 в направляющем элементе 17; соединительный канал 23, проходящий через тело втулки 7 под углом β; патрубок выхода продуктов электролиза 8. Циркуляционный контур внутренней электродной камеры содержит следующую линию прохода электролита: патрубок входа 4 в нижней втулке 3; соединительный канал 28; проходящий через тело втулки под углом β и входящий в электродную камеру своей крайней правой направляющей по касательной к внутренней образующей основание меньшего по диаметру цилиндра; отверстие 27 в направляющем элементе спиралевидной формы 13; поверхность направляющего элемента 13; выход из нижней втулки 3 в объем электродной камеры 30, образованной цилиндрической стенкой ионообменной диафрагмы 16 и стержневым электродом 1; вход в верхнюю втулку 7; поверхность направляющего элемента спиралевидной формы 19; отверстие 22 в направляющем элементе 19; соединительный канал 21, проходящий через тело втулки 7 под углом β; патрубок выхода продуктов электролиза 9. Герметизация электродных камер обеспечивается установкой резиновых прокладок 12, 14, 18, 20, на которые своей торцевой поверхностью опираются ионообменная диафрагма 16 и цилиндрический электрод 6, а также установкой уплотнительного кольца 11, обжимающего стержневой электрод 1.

Исходный раствор поступает в патрубки 4 и 5 нижней втулки 3, где в результате установки направляющих элементов спиралевидной формы 13 и 15 образуется винтовое движение электролитов, которое сохраняется в электродных камерах 30 и 29. После обработки в электродных камерах электрохимически полученные растворы и газы попадают в верхнюю втулку 7, где под действием винтового движения отводятся из соответствующих камер через патрубки 9 и 8.

Данное изобретение может быть использовано для очистки, обеззараживания воды и получения дезинфицирующих, стерилизующих и моющих растворов.

Источники информации 1. Авторское свидетельство РФ N 2051114, кл. С 02 F 1/46, 1995.

2. Заявка Японии N 63-8831, кл. С 02 F 1/46, 1988.

3. Авторское свидетельство РФ N 2042639, кл. С 02 F 1/46, 1995 - прототип.

4. Чугуев Р.Р. Гидравлика. Л.: Энергоиздат, 1982, с. 78.

Формула изобретения

Электрохимическая установка, содержащая вертикальные коаксиальные цилиндрический и стержневой электроды, установленные в диэлектрических втулках, диафрагму, коаксиально установленную во втулках между электродами и разделяющей межэлектродное пространство на электродные камеры, отличающаяся тем, что диэлектрические втулки, имеющие внутри сквозное отверстие для установки стержневого электрода, два полых коаксиальных цилиндра для установки диафрагмы и цилиндрического электрода, выполнены с патрубками и соосными с ними соединительными каналами, которые своими крайними правыми направляющими входят в электродные камеры по касательной к внутренним образующим оснований соответствующих цилиндров под углом 0°<β<90°, оборудованы направляющими элементами спиралевидной формы с отверстием в нижней части, являющимся продолжением соединительного канала, которые образуют винтовое движение в электродных камерах и отводят продукты электролиза из верхних частей электродных камер, отделенных друг от друга ионообменной диафрагмой таким образом, что геометрические размеры электродных камер удовлетворяют соотношениям
0,65 D_B/D_S ≅ K/ln(L) ≅ 25,0 D_B/D_S;
0,6 ≅ S_S/S_B ≅ 1,5,
где К межэлектродное расстояние, мм;
L длина рабочей части электродной камеры (расстояние между отверстиями выхода и входа электролита в камеру), мм;
D_S внутренний диаметр цилиндрического электрода, мм;
D_D внутренний диаметр диафрагмы, мм; D_D (0,15 0,8) D_S,
D_B диаметр стержневого электрода, мм; D_B (0,10 0,7) D_S,
S_S и S_B площади поперечного сечения электродных камер соответственно цилиндрического и стержневого электродов, мм².

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что от резьбы в верхней части до резьбы в нижней части стержневой электрод выполнен с постоянным сечением.

3. Установка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что ионообменная диафрагма и цилиндрический электрод опираются во втулках на резиновые прокладки.

4. Установка по пп.1 3, отличающаяся тем, что угол подъема направляющего элемента спиралевидной формы удовлетворяет соотношению 0°<α<90°, ширина направляющего элемента спиралевидной формы соответствует ширине электродной камеры, в циркуляционном контуре которой он установлен во втулке.

5. Установка по пп.1 4, отличающаяся тем, что патрубки, соединительные каналы и отверстия в направляющем элементе верхней втулки могут быть смещены относительно патрубков, соединительных каналов и отверстий в направляющем элементе нижней втулки в плане на угол, удовлетворяющий соотношению 0°≅γ≅360°.
6. Установка по пп.1 5, отличающаяся тем, что во втулках диаметры полых цилиндров, предназначенных для установки диафрагмы и цилиндрического электрода, не меньше наружных диаметров соответственно диафрагмы и цилиндрического электрода.

7. Установка по пп.1 6, отличающаяся тем, что внутренние диаметры соединительных каналов во втулках и отверстий в направляющих элементах спиралевидной формы не превышают ширину электродных камер, для которых они предназначены.

8. Установка по пп.1 7, отличающаяся тем, что соединительные каналы в верхней втулке могут быть выполнены с различным друг от друга углом β входа в электродные камеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 12.03.2006

Извещение опубликовано: 10.01.2008        БИ: 01/2008

---