Электролизная установка

В условиях все расширяющегося внедрения в водное хозяйство прогрессивных технических решений в области водоподготовки и очистки сточных вод научно обоснованный контроль качества воды является одним из важнейших факторов санитарно-эпидемиологического благополучия населенных пунктов, а также предотвращения техногенных и экологических катастроф. В последние десятилетия во всем мире все шире применяется раствор гипохлорита натрия NaClO, содержащий активный хлор, равноценный по своим дезинфицирующим и стерилизующим качествам чистому хлору. Его применение практически снимает все опасные и вредные производственные факторы, присущие использованию жидкого и газообразного хлора - сильнодействующего ядовитого вещества. К достоинствам применения гипохлорита натрия относится возможность получения его непосредственно на месте потребления путем электролиза дешевого и доступного сырья - хлорида натрия (поваренной соли). При этом раствор гипохлорита натрия, получаемый электрохимическим методом (марка Э по ТУ 6-01-29-93) является наиболее чистым и малотоксичным продуктом (класс опасности - 4 по ГОСТ 12.1.007-76) и имеет самую высокую эффективность. В настоящее время эффективность и производительность электролизных установок для получения гипохлорита натрия значительно возросла. Удалось преодолеть ряд технологических проблем, связанных с получением электролитического гипохлорита натрия. Разработанные и производимые установки получения гипохлорита натрия имеют различную производительность и различное назначение. Они могут быть использованы: - для обеззараживания природных и сточных вод в хозяйственно-питьевом водоснабжении; - для дезинфекции оборудования, помещений и сооружений в отраслях пищевой промышленности, в медико-санитарных учреждениях, предприятиях общественного питания, санаториях и домах отдыха, детских учреждениях, плавательных бассейнах и других объектах; - для предотвращения биообрастания в системах водяного обогрева и охлаждения; - для обеспечения временного или постоянного водоснабжения в условиях чрезвычайных ситуаций или в удаленных гарнизонах Вооруженных Сил Российской Федерации. Технологические схемы электролизных установок могут быть как проточные, так и периодического действия. При использовании проточных электролизеров появляется возможность сократить затраты на обслуживание установок, т.к. здесь значительно легче управлять процессом. В зависимости от вида используемого сырья электролизные установки можно разделить на установки для электролиза искусственно приготовленного раствора и для электролиза природных рассолов. Достоинства электролитического гипохлорита натрия как эффективного бактерицидного агента, простота и надежность электролизных установок, а также заинтересованность потребителей в применении безопасного электрохимического метода обеззараживания воды привели к созданию огромного числа самых разнообразных по своей конструкции установок. Наиболее широкое распространение получили электролизные установки, работающие по нижеприведенной технологической схеме. В емкости приготавливается насыщенный раствор поваренной соли: загружается соль и заливается водопроводной водой. Подача водопроводной воды в емкость осуществляется через поплавковый клапан, с помощью которого в емкости поддерживается постоянный уровень воды. Вода, проходя через слой поваренной соли и растворяя ее, насыщается хлоридом натрия. По мере работы электролизной установки слой соли уменьшается и при уменьшении его до уровня мертвого объема необходимо произвести пополнение емкости. Забор насыщенного раствора поваренной соли производится насосом-дозатором через трубопровод, расположенный на дне емкости. Приемное отверстие трубопровода оборудовано фильтром. Насыщенный раствор поваренной соли поступает в трубопровод приготовления рабочего раствора поваренной соли, в который поступает и водопроводная вода для разбавления до заданной концентрации раствора поваренной соли. Контроль расхода водопроводной воды производится по ротаметру и регулируется шаровым краном. Приготовленный рабочий раствор поступает в проточный электролизер, состоящий из нескольких электролитических ячеек (ступеней), в которых осуществляется электролиз, в результате которого образуется гипохлорит натрия заданной концентрации по хлору и водород. Электролизер подключен к источнику постоянного тока. Полученный гипохлорит натрия поступает в резервуар гипохлорита, где происходит отделение водорода от гипохлорита. Из резервуара гипохлорит натрия насосом-дозатором подается на хлорирование. Дозирование активного хлора осуществляется путем изменения производительности работы насоса. Выделяющийся при электролизе водород удаляется с помощью принудительной вентиляции за пределы помещения в атмосферу. Электролизная установка снабжена элементами автоматики, управляющими рабочим процессом и отключающими установку при нарушении технологического режима работы.

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к конструкциям электролизных установок.

Известна электролизная установка для получения раствора гипохлорита натрия из раствора хлорида натрия (патент на полезную модель 86187).

В основу настоящей полезной модели поставлена задача повышения надежности работы электролизной установки для получения обеззараживающего реагента гипохлорита натрия и улучшения эксплуатационных показателей.

Поставленная задача решается тем, что весь комплект оборудования электролизной установки монтируется на единой раме, комплектуется стабилизатором расхода рабочего раствора, системой гидродинамической промывки электролизера, электролизером с полированными катодами, умягчителем солевого раствора, располагается оптимально, готов к работе и обеспечивает получение и дозирование гипохлорита натрия.

Для повышения стабильности технологического процесса электролиза применен стабилизатор расхода рабочего раствора, представляющий собой емкость с поплавковым клапаном, входным и выходным патрубками. Стабилизатор располагается в верхней части установки и обеспечивает равномерность скорости потока рабочего раствора через электролизер при любых заданных расходах.

Надежность работы электролизной установки повышается за счет удаления солей жесткости не только из сетевой воды, но и из примесей поваренной соли, что позволяет использовать дешевое сырье и существенно снизить эксплуатационные затраты и увеличить срок службы анодов. Конструкторское решение реализовано в применении ионообменного умягчителя для умягчения низко концентрированного раствора поваренной соли.

На фиг.1 изображен проточный электролизер для получения гипохлорита натрия из раствора поваренной соли. В конструкции электролизера предусмотрены биполярные разборные титановые электроды 1, причем катоды биполярных электродов имеют электрохимическую полировку поверхности 2. Применение полированных электрохимическим методом катодов увеличивает интервал между гидродинамическими промывками. Пакеты биполярных электродов в точках соединения катодов и анодов т.е. в зоне нулевого потенциала стянуты проходящими через титановые шайбы титановыми шпильками, чем достигается простота и надежность соединения. Гайки на концах шпилек закрываются поперечными сплошными перегородками 3, имеющие минимальные отверстия для прохода рабочего раствора и водорода. Данные перегородки разделяют электролизер на ступени. Это позволяет не смешивать процесс получения гипохлорита в разных ступенях между собой, а также сводит к минимуму влияние потенциала одной ячейки на другую, что увеличивает срок службы анодов и коэффициент полезного действия электролизера.

Система гидродинамической промывки электролизера состоит из насоса высокого давления (применяется давление водяного потока до 140 атм.) и встроенных в корпус электролизера форсунок 4, что позволяет качественно и быстро произвести удаление отложений солей жесткости на катодах электролизера.

Реализация предлагаемой полезной модели рассмотрена на примере технологической схемы электролизной установки на фиг.2. Сетевая вода, поступающая в электролизную установку, проходит через механический фильтр 23 и попадает в емкость 24 для приготовления концентрированного раствора соли. В емкости раствора соли находятся сливной 25 и переливной 26 патрубки и трубопроводы. Узел подачи концентрированного раствора поваренной соли состоит из фильтра 5, насоса-дозатора 6 и датчика расхода (водомера) 7. Шаровой кран 8, электромагнитный клапан 9 и стабилизатор расхода 11 обеспечивают заданный расход подаваемой воды, контролируемый ротаметром 12. Электропитание электролизера 13 осуществляется от выпрямителя 14. Выход электролизера соединен трубопроводом 15 с емкостью 16 для хранения готового гипохлорита натрия. Емкость гипохлорита снабжена патрубком и воздуховодом 17. Вентилятор 18 создает напор воздуха для принудительного удаления водорода в атмосферу. Емкость гипохлорита оборудована сливным 19 и переливным патрубками и трубопроводами. Емкость для хранения полученного гипохлорита комплектуется патрубком для подачи гипохлорита натрия и насосом-дозатором 20 к точкам ввода на обеззараживание воды. Установка снабжена пультом управления и сигнализации 21, в котором находится управляющий процессор обработки поступающей информации и выдачи управляющих сигналов и системой гидродинамической промывки электролизера 22.

Из приведенного выше описания понятно, что предлагаемая полезная модель может быть реализована не только в соответствии с рассмотренным примером ее реализации, но и в других конкретных формах без отступления от существа полезной модели, определенного ее формулой.

1. Электролизная установка для получения гипохлорита натрия, состоящая из емкости для растворения поваренной соли, входной патрубок которой соединен с узлом подачи воды, а выходной патрубок соединен с насосом-дозатором подачи исходного раствора поваренной соли в узел подготовки рабочего раствора, ионообменного умягчителя, обеспечивающего удаление солей жесткости из рабочего раствора (соли кальция и магния), электролизера, выход которого соединен с резервуаром для хранения полученного гипохлорита натрия, причем резервуар снабжен напорным вентилятором с патрубком для принудительного выброса водорода в атмосферу и соединенным с насосом-дозатором патрубком для подачи гипохлорита натрия на обеззараживание воды, отличающаяся тем, что в ее состав включена система гидродинамической промывки электролизера, а также стабилизатор расхода рабочего раствора, представляющий собой емкость с поплавковым клапаном, входным и выходным патрубками.

2. Электролизная установка по п.1, отличающаяся тем, что ионообменный умягчитель обеспечивает удаление солей жесткости из солевого рабочего раствора, включающего в себя соли жесткости исходной воды и соли жесткости, содержащиеся в поваренной соли в качестве примесей.

3. Электролизная установка по п.1, отличающаяся тем, что в электролизере применены биполярные разборные титановые электроды, собранные в пакеты и состоящие из катодов и анодов.

4. Электролизная установка по п.3, отличающаяся тем, что катоды биполярных электродов имеют полировку поверхности.

5. Электролизная установка по любому из пп.3 и 4, отличающаяся тем, что пакеты биполярных электродов в точках соединения катодов и анодов имеют поперечные сплошные перегородки.

6. Электролизная установка по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что весь комплект оборудования установлен на единой переносной раме и обеспечивает получение и дозирование гипохлорита натрия.