Способ электрохимического активирования жидкости и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к электрохимической промышленности и может быть использовано для получения электрохимически активированной воды и водных растворов неорганических солей. Электрохимическое активирование жидкости проводят в диафрагменном электролизере периодического действия. Обработку жидкости постоянным электрическим током в катодной камере ведут при одновременной циркуляции нижних слоев распределенным потоком в верхние слои жидкости в камере до получения заданного значения окислительно-восстановительного потенциала в обоих слоях католита. Циркуляцию осуществляют за счет установленных в катодной камере распределителей потока жидкости, выполненных из перфорированных труб, размещенных параллельно внизу и вверху камеры. Технический эффект - повышение эффективности электрохимического активирования жидкости и тем самым увеличение производительности диафрагменного электролизера. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 2 табл., 1 ил.

Изобретение относится к электрохимической промышленности и может быть использовано для получения электрохимически активированной воды и водных растворов неорганических солей.

Известен способ электрохимического активирования жидкости в активаторе-электролизере периодического действия, в котором обработку постоянным электрическим током периодически заполняемых объемов жидкости ведут до получения активированной жидкости (католита и анолита) заданного качества по всему объему жидкости в электродной камере [1].

При осуществлении известного способа в зоне отрицательного электрода - в катодной камере процесс активации жидкости в слоях по высоте камеры проходит неравномерно. В результате верхние слои жидкости в камере активизируются быстрее, а нижние - медленнее.

Причина этого явления заключается в неравномерности работы электрода: количество выделяемой электродом энергии убывает по мере удаления от места подвода напряжения - от места контакта с проводом, связывающего электрод с источником тока, т.е. сверху вниз.

В таблице 1 представлены данные, полученные в наших экспериментах на лабораторном активаторе с плоскопараллельными электродами, показывают величину неравномерности обработки слоев жидкости в катодной камере.

При обработке жидкости в зоне положительного электрода - в анодной камере, подобное явление не наблюдается.

Замедление процесса активации нижних слоев жидкости и повышенная скорость вверху приводят к увеличению общего времени на ее обработку в катодной камере вследствие параболической зависимости степени активации жидкости, выраженной величиной окислительно-восстановительного потенциала (ОВП), во времени. Кроме того, при достижении высоких значений ОВП в верхних слоях часть энергии расходуется непроизводительно - не на активацию, а на нагрев жидкости. Так, в наших исследованиях вверху лабораторного активатора температура была на 6...10^oС выше, чем внизу. Все указанное приводит к снижению производительности активатора и увеличению расхода электроэнергии.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении эффективности электрохимического активирования жидкости в диафрагменном электролизере периодического действия, в результате чего увеличивается производительность элетролизера и снижается расход электроэнергии на активирование жидкости.

Это достигается тем, что при осуществлении электрохимического активирования жидкости в диафрагменном электролизере периодического действия обработку постоянным электрическим током в катодной камере проводят при одновременной циркуляции нижних слоев в верхний слой жидкости в камере до получения заданного значения окислительно-восстановительного потенциала в обоих слоях католита. При этом регулируют скорость циркуляции жидкости в катодной камере изменением расхода в зависимости от величины ОВП в верхнем слое жидкости, причем подачу жидкости уменьшают соответственно при снижении или повышении ОВП.

Предлагаемый способ активирования жидкости проводят в диафрагменном электролизере периодического действия, в катодной камере которого установлены выполненные из перфорированных труб распределители потока жидкости, размещенные параллельно внизу и вверху камеры и соединенные трубопроводами с насосом, расположенным вне электролизера. Перфорация нижнего распределителя потока жидкости выполнена вдоль верхней образующей, а в верхнем распределителе потока - вдоль нижней образующей труб.

Способ осуществляется с помощью предлагаемого устройства, показанного схематично на чертеже.

Активатор-элетролизер 1, разделенный полупроницаемой перегородкой 2 на катодную 3 и анодную 4 камеры с установленными в них электродами-катодом 5 и анодом 6, заполняют рабочей жидкостью - водным раствором неорганической соли, например поваренной; при униполярной обработке жидкости в катодной камере в анодную камеру заливают вспомогательную жидкость, например раствор соды. (Схема заполнения и опорожнения электродных камер активатора на чертеже не показана).

После заполнения активатора 1 жидкостью включают источник постоянного тока (на чертеже не показан) и подают напряжение на электроды 5 и 6. Затем включают насос 7 и начинают циркуляцию рабочей жидкости в катодной камере 3 по схеме: нижний распределитель потока 8 - приемный трубопровод 9 - насос 7, находящийся вне активатора 1, - выкидной трубопровод 10 - верхний распределитель потока жидкости 11, расположенный параллельно нижнему 8. При этом нижние слои жидкости забираются равномерно через перфорацию (перфорация на чертеже не показана), находящуюся вдоль верхней образующей труб нижнего распределителя 8, и подается распределенным потоком через перфорацию вдоль нижней образующей труб верхнего распределителя 11.

Распределители потока жидкости 8 и 11 представляют собой коллектор параллельно расположенных отрезков перфорированных труб, укрепленных на основной (подающей) трубе; возможно и другое конструкторское решение. Количество отверстий перфорации и их расположение вдоль труб определяют гидравлическим расчетом из условия минимума потерь напора.

В течение всего времени обработки и циркуляции жидкости определяют окислительно-восстановительный потенциал образующегося католита в нижнем и верхних слоях. В зависимости от величины ОВП в контролируемых слоях жидкости регулируют процесс активации в объеме жидкости путем изменения скорости циркуляции подачей насоса.

Скорость циркуляции жидкости уменьшают при снижении ОВП в верхнем слое, т. к. это указывает на излишнюю подачу в этот слой жидкости снизу катодной камеры, в результате чего она не успевает активироваться. Достижение предельного (заданного) значения ОВП только в верхнем слое говорит об избыточном времени обработки жидкости в этом слое в связи с недостаточным поступлением новых порций жидкости из нижних слоев с более низким ОВП. В этом случае производительность насоса увеличивают.

При достижении заданного значения ОВП в нижнем и верхнем слоях циркуляцию католита прекращают и отключают подачу напряжения, после чего освобождают катодную камеру от полученного католита и готовят активатор для обработки следующей порции жидкости.

Примеры осуществления способа.

Проводили активирование водопроводной воды, в анодную камеру добавляли 1 мас. % поваренной соли. Обработку вели в лабораторном активаторе прямоугольной формы периодического действия, изготовленном из пластика, с пластинчатыми графитовыми электродами размером 160х150х20 мм. Объем каждой электродной камеры составлял 2100 см³. Полупроницаемая перегородка-диафрагма выполнена из брезента. Питание активатора электротоком осуществляли от выпрямителя ВС-24. Силу тока поддерживали 5-6 А при напряжении питания 40-50 В. Время обработки изменяли от 1 до 15 минут.

При проведении экспериментов по предлагаемому способу циркуляцию жидкости в катодной камере осуществляли шестеренчатым насосом производительностью 20 л/ч. Воду из катодной камеры забирали насосом снизу через патрубок для слива католита и подавали вверх через перфорированную трубку диаметром 5 мм, расположенную по всей длине камеры.

Пробы жидкости из катодной зоны отбирали пипеткой и анализировали на рН-метре типа рН-150. При взятии пробы при работе без циркуляции жидкости (по прототипу) католит в камере предварительно перемешивали вручную.

Результаты экспериментальной работы приведены в таблице 2, из которой видно, что при циркуляции жидкости в катодной камере процесс ее активации проходит значительно быстрее, при этом достигаются более высокие значения ОВП.

Осуществление заявляемого изобретения позволит повысить эффективность электрохимического активирования жидкости и тем самым увеличить производительность диафрагментного электролизера периодического действия и значительно уменьшить расход электроэнергии.

Источники информации 1. Алехин С. А. и др. Особенности электрообработки высокоминерализированных вод, используемых для бурения скважин. М.: ВНИИЭГазпром. Серия: Бурение газовых и газоконденсатных скважин, вып. 5., 1985, с. 26.

Формула изобретения

1. Способ электрохимического активирования жидкости путем униполярной обработки постоянным электрическим током в диафрагменном электролизере периодического действия, отличающийся тем, что обработку жидкости электрическим током в катодной камере ведут одновременно с циркуляцией нижних слоев распределенным потоком в верхний слой жидкости в камере до получения заданного значения окислительно-восстановительного потенциала в обоих слоях католита.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что регулируют скорость циркуляции жидкости в катодной камере изменением расхода в зависимости от величины окислительно-восстановительного потенциала в верхнем слое жидкости.

3. Устройство для электрохимического активирования жидкости, содержащее диафрагменный электролизер периодического действия, отличающееся тем, что катодная камера электролизера снабжена распределителями потока жидкости, выполненными в виде перфорированных труб, параллельно расположенных в верхней и нижней частях камеры, и соединенными трубопроводами с насосом, расположенным вне электролизера.

4. Устройство для электрохимического активирования жидкости по п.3, отличающееся тем, что перфорация в нижнем распределителе потока жидкости выполнена вдоль верхней, а в верхнем распределителе потока - вдоль нижней образующей трубы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3