Диафрагменный электролизер: Электролизер диафрагменный, мембранный электролизер, из полипропилена, нержавейки

Содержание

ЛЭТ Аквахлор-Диафрагма — получение гипохлорита натрия 12 %, хлора, каустика, соляной кислоты электролизным способом на месте применения.

ООО “ЛЭТ” представляет на Российском рынке оборудование диафрагменного и мембранного электролиза высокой производительности для получения высококонцентрированного гипохлорита натрия 12 % (120 г/л). Обладая большим опытом и собственным производством полного цикла, мы разрабатываем, монтируем и обслуживаем комплексы “АКВАХЛОР-ДИАФРАГМА”.

“АКВАХЛОР-ДИАФРАГМА” – электролизные установки большой производительности для получения концентрированного (12 %) гипохлорита натрия, хлора и каустической соды.

Электролизеры “АКВАХЛОР-ДИАФРАГМА” позволяют монтировать комплексы производительностью до нескольких тонн активного хлора в сутки.

В качестве сырья используется соль технического качества, что позволяет максимально снизить себестоимость получаемого продукта.

Установки “АКВАХЛОР-ДИАФРАГМА” и “АКВАХЛОР-МЕМБРАНА” имеют одинаковый принцип работы и отличаются только характеристиками элемента, разделяющего продукты катодного и анодного процесса.

Установки “АКВАХЛОР-ДИАФРАГМА” менее чувствительны в качеству очистки рабочего рассола, получаемый гипохлорит натрия подходит для большинства областей применения, в частности, для обеззараживания воды.

Мембранные электролизеры предпочтительнее в случае, когда требуется получить особо чистые продукты электролиза.

МОДЕЛЬНЫЙ РЯД

Установки “АКВАХЛОР-ДИАФРАГМА” имеют шаг производительности в 25 кг активного хлора. Установки монтируются в комплексы, что позволяет получить любую необходимую производительность, от нескольких десятков килограмм до нескольких тонн.

В разделе ГАЛЕРЕЯ нашего сайта Вы можете ознакомиться с комплексами установок диафрагменного типа.

Для подбора оборудования приглашаем Вас обратиться к специалистам ООО “ЛЭТ”. Для этого свяжитесь с нами любым удобным способом и получите исчерпывающую информацию по оборудованию.

ТЕХНОЛОГИЯ И РЕАГЕНТ

В оборудовании “АКВАХЛОР-ДИАФРАГМА” реализован принцип диафрагменного электролиза.

Раствор хлорида натрия поступает в реакторы установки, где в процессе электрохимической реакции образуется хлор, водород и гидроксид натрия (щелочь).

Электроды реактора разделены полимерной ионселективной диафрагмой, что позволяет разделять продукты реакции.

Хлор и щелочь проходят стадию дополнительной очистки и поступают в колонну, где образуют гипохлорит натрия заданной концентрации.

В отличие от проточных электролизеров, диафрагменные установки позволяют получить гипохлорит с содержанием активного хлора 120 г/л.

Отличительной особенностью технологии диафрагменного электролиза является чувствительность используемой диафрагмы к чистоте поступающего солевого раствора.

Для обеспечения длительного срока эксплуатации оборудования в состав каждого комплекса входит модуль очистки солевого раствора, позволяющий готовить сверхчистый солевой раствор из сырья любого качества (технической соли любый сортов, каменной соли).

“АКВАХЛОР-ДИАФРАГМА” – единственное оборудование на российском рынке, позволяющее организовать собственное производство концентрированного гипохлорита натрия.

Высокая производительность отдельных модулей и их компактность позволяют размещать комплексы в существующих помещениях без организации нового строительства.

Собственное производство позволяет снизить затраты на реагент, избежать расходов на длительную транспортировку и хранение опасных реагентов, вывести объект из реестра ОПО.

Подробнее с показателями экономической эффективности Вы можете ознакомиться в разделе КАЛЬКУЛЯТОР нашего сайта.

Получение хлора и щелочи методом электролиза

При получении хлора и каустика методом электролиза раствора хлорида натрия производятся гидроксид натрия, хлор и водород. Электролиз проходит на современных мембранных ячейках.

Сырье и продукция

Сырьем для получения хлора и каустика методом электролиза служит соль (NaCl). Её получают из морской воды (рассол), месторождений минерального сырья (каменная соль) или методом выпаривания (вакуумная соль).

Первичные продукты электролиза по мембранной технологии – это гидроксид натрия (каустик 32%), газообразные водород и хлор. Первичные продукты могут быть превращены в пригодные для хранения товарные продукты:

соляная кислота (HCl 32 % — 36 %)

натровый щелок 50 %

жидкий хлор.

Поскольку большие объемы этих продуктов используются в качестве базовых химикатов для самых различных химических конечных продуктов, установки по производству хлора и щелочи эксплуатируются в непосредственном комплексе в следующих отраслях промышленности:

химическая промышленность

целлюлозно-бумажная промышленность, для снабжения её отбеливателями

промышленность с большим потреблением хлора, например, нефтехимия и производство пластмасс (ВХМ, ПВХ, трихлорметан, эпихлоргидрин и т. д.)

промышленность с большим потреблением натрового щелока (например, металлургическая, фармацевтическая)

Технология и электролизеры

Могут быть предложены электролизеры ведущих мировых производителей, что дает возможность учитывать специфические требования наших заказчиков.

Технология

Комплектная установка для получения хлора и каустика состоит из следующих

технологических узлов:

Растворение соли (каменная или выварочная соль)

Первичная очистка рассола

Тонкая очистка рассола

Мембранный электролиз с трансформаторно-выпрямительным блоком

Обработка католита и водорода

Обработка анолита и хлора

Сушка, компримирование, сжижение и хранение хлора

Упаривание щелочи, с чешуированием, расфасовкой и отгрузкой

Система абсорбции хлора, аварийная абсорбция или получение гипохлорита

Синтез соляной кислоты (HCl)

Преимущества

Малое энергопотребление

Окружающая среда не загрязняется амальгамой или асбестом

Высокая чистота продукта

Простота в работе и управлении

Низкие капитальные и эксплуатационные затраты

Здесь вы сможете ознакомиться с нашими актуальными референтными установками.

(PDF) Investigation of characteristics of Ni(OH)2, obtained in the slit diaphragm electrolyzer under different Na2SO4 concentrations

ISSN 2411-2798 (print) Механіко-технологічні системи та комплекси

Вісник НТУ “ХПІ». 2017. №16(1238) 93

11. Yang, L.-X. Hydrothermal synthesis of nickel hydroxide

nanostructures in mixed solvents of water and alcohol [Text] / L.-

X. Yang, Y.-J. Zhu, H. Tong, Z.-H. Liang, L. Li, L. Zhang //

Journal of Solid State Chemistry. – 2007. – № 180 (7). – P. 2095

– 2101. doi: 10.1016/j.jssc.2007.05.009

12. Xu, L. 3D Flowerlike r-Nickel Hydroxide with Enhanced

Electrochemical Activity Synthesized by Microwave-Assisted

Hydrothermal Method [Text] / L. Xu, Y.-S. Ding, C.-H. Chen, L.

Zhao, C. Rimkus, R. Joesten, S. L. Suib // Chemistry of Materials.

– 2008. – № 20 (1). – P. 308–316. doi: 10.1021/cm702207w

13. Fomanyuk, S. S. Kinetics of electrochromic process in thin films

of cathodically deposited nickel hydroxide [Text] / S. S.

Fomanyuk, Y. S. Krasnov, G. Y. Kolbasov // Journal of Solid State

Electrochemistry. – 2013. – № 17 (10). – P. 2643–2649. doi:

10.1007/s10008-013-2169-1

14. Kovalenko, V. Obtaining of Ni-Al layered double hydroxide by

slit diaphragm electrolyzer [Text] / V. Kovalenko, V. Kotok //

Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. – 2017. –

№ 2/6 (86). – P. 11–16. doi: 10.15587/1729-4061.2017.95699

15. Kovalenko, V. L. The synthesis of nickel hydroxide by electrolysis

from nickel nitrate solution in the slit diaphragm electrolyzer.

Electrochemical properties [Text] / V. L. Kovalenko, V. A. Kotok

// Collection of research papers of National mining university. –

2015 – № 49 – P. 181–186.

16. Кovalenko, V. L. Electrochemical obtaining of Ni(OH)2 from

sulphate solution by flowing slit diafragm electrolyzer [Text]:

Book of abstracts / V. L. Kovalenko, V. A. Kotok, V. V. Malishev //

RSE-SEE, 1st regional symposium on electrochemistry of South-

East Europ, 2008. – P. 201–203.

17. Kotok, V. Optimization of nickel hydroxide electrode of the hy-

brid supercapacitor [Text] / V. Kotok, V. Kovalenko // Eastern-

European Journal of Enterprise Technology. – 2017. – № 1/6

(85). – P. 4–9. doi: 10.15587/1729-4061.2017.90810

Bibliography (transliterated):

1. Posada, J. O. G., Rennie, A. J. R., Villar, S. P., Martins, V. L.,

Marinaccio, J., Barnes, A., … Hall, P. J. (2017). Aqueous

batteries as grid scale energy storage solutions. Renewable and

Sustainable Energy Reviews, 68, 1174–1182. doi:

10.1016/j.rser.2016.02.024

2. Hall, D. S., Lockwood, D. J., Poirier, S., Bock, C. , MacDougall,

B. R. (2012). Raman and Infrared Spectroscopy of α and β Phases

of Thin Nickel Hydroxide Films Electrochemically Formed on

Nickel. The Journal of Physical Chemistry A, 116 (25), 6771–

6784. doi: 10.1021/jp303546r

3. Hu, M., Yang, Z., Lei, L., Sun, Y. (2011). Structural

transformation and its effects on the electrochemical

performances of a layered double hydroxide. Journal of Power

Sources, 196 (3), 1569–1577. doi:

10.1016/j.jpowsour.2010.08.041

4. Vidotti, M., Torresi, R., De Torresi, SIC. (2010). Nickel

hydroxide modified electrodes: a review study concerning its

structural and electrochemical properties aiming the application in

electrocatalysis, electrochromism and secondary batteries. Quim

Nova, 33, 2176–2186.

5. Kovalenko, V. L., Kotok, V. A., Sykchin, A. A., Mudryi, I. A.,

Ananchenko, B. A., Burkov, A. A., … Henn, F. (2016). Nickel

hydroxide obtained by high-temperature two-step synthesis as an

effective material for supercapacitor applications. Journal of Solid

State Electrochemistry, 21 (3), 683–691. doi: 10.1007/s10008-

016-3405-2

6. Кovalenko, V., Kotok, V., Bolotin, O. (2016). Definition of

factors influencing on Ni(OH)2 electrochemical characteristics

for supercapacitors. Eastern-European Journal of Enterprise

Technologies, 5 (6 (83)), 17–22. doi: 10.15587/1729-

4061.2016.79406

7. Solovov, V. A., Nikolenko, N. V., Kovalenko, V. L., Kotok,

V.A., Girenko, D.V. (2017) Formation mechanism of nickel

hydroxide in system Ni(NO3)2–NaOH. Bulletin of NTU «KhPI».

Series: New solutions in modern technologies., 7 (1229), 199–

204.

8. Ramesh, T. N., Kamath, P. V. (2006). Synthesis of nickel

hydroxide: Effect of precipitation conditions on phase selectivity

and structural disorder. Journal of Power Sources, 156 (2), 655–

661. doi: 10.1016/j.jpowsour.2005.05.050

9. Hu, B., Chen, S.-F., Liu, S.-J., Wu, Q.-S., Yao, W.-T., Yu, S. -H.

(2008). Controllable Synthesis of Zinc-Substituted α- and β-

Nickel Hydroxide Nanostructures and Their Collective Intrinsic

Properties. Chemistry — A European Journal, 14 (29), 8928–8938.

doi: 10.1002/chem.200800458

10. Gong, L., Liu, X., Su, L. (2011). Facile Solvothermal Synthesis

Ni(OH)2 Nanostructure for Electrochemical Capacitors. Journal

of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials, 21 (4),

866–870. doi: 10.1007/s10904-011-9519-1

11. Yang, L.-X., Zhu, Y.-J., Tong, H., Liang, Z.-H., Li, L., Zhang, L.

(2007). Hydrothermal synthesis of nickel hydroxide

nanostructures in mixed solvents of water and alcohol. Journal of

Solid State Chemistry, 180 (7), 2095–2101. doi:

10.1016/j.jssc.2007.05.009

12. Xu, L., Ding, Y.-S., Chen, C.-H., Zhao, L., Rimkus, C., Joesten,

R., Suib, S. L. (2008). 3D Flowerlike α-Nickel Hydroxide with

Enhanced Electrochemical Activity Synthesized by Microwave-

Assisted Hydrothermal Method. Chemistry of Materials, 20 (1),

308–316. doi: 10.1021/cm702207w

13. Fomanyuk, S. S., Krasnov, Y. S., Kolbasov, G. Y. (2013).

Kinetics of electrochromic process in thin films of cathodically

deposited nickel hydroxide. Journal of Solid State

Electrochemistry, 17 (10), 2643–2649. doi: 10.1007/s10008-013-

2169-1

14. Kovalenko, V., Kotok, V. (2017). Obtaining of Ni-Al layered

double hydroxide by slit diaphragm electrolyzer. Eastern-

European Journal of Enterprise Technologies, 2 (6 (86)), 11–16.

doi: 10.15587/1729-4061.2017.95699

15. Kovalenko, V. L., Kotok, V. A. (2015). The synthesis of nickel

hydroxide by electrolysis from nickel nitrate solution in the slit

diaphragm electrolyzer. Electrochemical properties. Collection of

research papers of National mining university, 49, 181–186.

16. Kovalenko, V. L., Kotok, V. A., Malishev, V. V. (2008).

Electrochemical obtaining of Ni(OH)2 from sulphate solution by

flowing slit diafragm electrolyzer. RSE-SEE, 1st regional

symposium on electrochemistry of South-East Europe, 201–203.

17. Kotok, V., Кovalenko, V. (2017). Optimization of nickel

hydroxide electrode of the hybrid supercapacitor. Eastern-

European Journal of Enterprise Technologies, 1 (6 (85)), 4–9. doi:

10.15587/1729-4061.2017.90810

Поступила (received) 10.04.2017

Бібліографічні описи / Библиографические описания / Bibliographic descriptions

Вивчення характеристик Ni(OH)2, отриманного в щілинному діафрагмовому електролізері при різ-

них концентраціях сульфату натрію / В. Л. Коваленко, В. А. Коток // Вісник НТУ «ХПІ». Серія: Механіко-

технологічні системи та комплекси. – Харків : НТУ «ХПІ», 2017. – No 16(1238). – С. 88–94.– Бібліогр.: 17 назв.

– ISSN 2079-5459.

Изучение характеристик Ni(OH)2, полученного в щелевом диафрагменном электролизере при раз-

личной концентрации сульфата натрия/ В. Л. Коваленко, В. А. Коток // Вісник НТУ «ХПІ». Серія: Механі-

ко-технологічні системи та комплекси. – Харків : НТУ «ХПІ», 2017. – No 16(1238). – С.88–94. – Бібліогр.: 17

назв. – ISSN 2079-5459.

Investigation of characteristics of Ni(OH)2, obtained in the slit diaphragm electrolyzer under different

Na2SO4 concentrations/ V. Kovalenko, V. Kotok //Bulletin of NTU “KhPI”. Series: Mechanical-technological sys-

tems and complexes. – Kharkov: NTU “KhPI”, 2017. – № 16 (1238).– P. 88–94. – Bibliogr.: 17. – ISSN 2079-5459

Химическое обогащение руд с помощью электрохимически генерируемых окислителей

Т.А. Харламова, д.т.н., профессор, Московский горный институт НИТУ МИСиС

А.Ф. Алафердов, , к.т.н., доцент, Московский горный институт НИТУ МИСиС

Химическое обогащение руд с помощью электрохимически генерируемых окислителей

Воснове химического метода обогащения руд – выщелачивания лежит процесс их вскрытия и перевода полезных элементов или их соединений из нерастворимой в растворимую форму [1]. В настоящее время для этих целей используют метод гидрохлорирования, основанный на обработке руд смесью соляной кислоты и хлора, получаемой в диафрагменном электролизере.

Достоинство метода заключается в высокой химической активности хлора в момент его образования, поэтому он нашел достаточно широкое практическое применение, в частности, в ЮАР и Великобритании – для переработки шламов, содержащих благородные металлы. На некоторых предприятиях (например, Carlin Trend (Newmont Mining Corporation, США)) гидрохлорирование применяется в качестве подготовительной операции перед цианированием. Имеются отдельные примеры использования этого процесса и в первичной металлургии золота: на заводах Consolidated Murchison Mine (ЮАР) для переработки сурьмянистых концентратов, Emperor Gold Mine (Фиджи) для выщелачивания золота из теллуристой руды, на ряде заводов в Австралии и ЮАР (применительно к переработке цинковых осадков и гравитационных концентратов) [2–4].

Анализ литературных источников показывает, что продукты электролиза разнообразного состава нашли применение в горнодобывающей отрасли и область их применения постоянно растет [5–7]. Поэтому нами была выполнена поисковая работа в лабораторном масштабе по синтезу и практическому использованию продуктов диафрагменного электролиза, являющихся сильными окислителями, с использованием проточного электрохимического модульного элемента МБ-11 [8].

Методика эксперимента

Получение активированного раствора соляной кислоты проводили с помощью проточного электрохимического модульного элемента МБ-11 (рис. 1), который представляет собой компактный диафрагменный электролизер, состоящий из цилиндрического внешнего титанового катода, оксидноциркониевой микрофильтрационной диафрагмы и трубчатого титанового анода, установленных концентрически и закрепленных в диэлектрических втулках. Кольцевые зазоры между электродами и диафрагмой образуют проточные анодную и катодную камеры. Питание – от источника постоянного тока.

На электрохимический модульный элемент с помощью насоса подавали 10%-й раствор соляной кислоты, в анодной камере которого основной была реакция выделения молекулярного хлора (~95%) . Одновременно, с меньшим выходом по току протекают реакции образования других сильных окислителей (~5%): диоксида хлора (непосредственно при окислении соляной кислоты и хлорид-ионов), озона (за счет преимущественного прямого разложения воды и окисления выделяющегося при этом кислорода), пероксида водорода (за счет непосредственного окисления молекул воды), хлорноватистой кислоты и соединений активного кислорода (O^•, HO^•, HO₂

^•). Полученную в результате такой обработки газожидкостную реакционную смесь подавали через газоотводную трубку в колбу объемом 1,0 л, в которую предварительно помещали пробу руды (рис. 2). Процесс выщелачивания руды проводился при интенсивном перемешивании с помощью мешалки (скорость перемешивания 80–100 об/мин) в периодическом режиме. Скорость подачи газо-жидкостной смеси регулировалась насосом подачи раствора кислоты. При необходимости нагревания реакционной смеси колба помещалась в колбонагреватель.

Экспериментальная часть

Объектами исследования были два различных образца руд, в которых контролировались содержание меди, золота, магния, суммарное содержание редкоземельных металлов (ΣTR). Контроль за эффективностью процесса выщелачивания осуществлялся посредством химического анализа исходной руды, кеков после выщелачивания и продуктивых растворов. Используемые методы анализа: масс-спектральный с индуктивно-связанной плазмой (МС), атомно-эмиссионный с индуктивно-связанной плазмой (АЭ). Пульпу отфильтровали с помощью колбы Бунзена под вакуумом и промывали.

По завершении процесса выщелачивания определялась величина окислительно-восстановительного потенциала (ОВП), которая косвенно является характеристикой выщелачивания, так как в раствор переходят ионы разных степеней окисления (Cu+2, Cu+1).

Гидрохлоридное выщелачивание магния

Гидрохлоридный способ выщелачивания был применен для извлечения магния из серпентинита. Эксперимент проводился на пробах руды крупностью –0,7 мм при 95°С. Предварительными опытами было показано, что магнитная сепарация для удаления железа при такой крупности руды нецелесообразна, так как вместе с железом наблюдаются большие потери целевого продукта – магния (~45%).

В работе использовалась проба руды, содержащая: 36,82% MgO; 6,2% Fe2O3; 0,54% Al2O3 (табл. 1). Общее время эксперимента составляло 2,3 часа. К концу эксперимента соотношение Ж:Т (с учетом упаривания раствора) составило 2:1, продуктивный раствор тёмно-зеленого цвета сОВП +530,4 мВ и рН 1,6. Кек после выщелачивания промывался горячей водой и сушился при t=200°С. Цвет высушенного кека – жёлтокоричневый. Степень извлечения составила: 98,9% MgO; 90,2% Fe2O3; 50% Al2O3.

Концентрация катионов Mg+2 в продуктивном растворе составила 170,4 г/л, что в ~1,6 раза выше, чем при выщелачивании серпентинита в тех же условиях электрохимически не обработанной соляной кислотой более высокой концентрации (18%). Средние затраты электроэнергии в пересчете на 1 кг руды составили ~ 0,43 кВт·ч. Следует отметить, что цвет продуктивного раствора при выщелачивании электрохимически не обработанной соляной кислотой приобретал тёмнокоричневый оттенок, что свидетельствует о протекании окислительно-восстановительных процессов под действием молекулярного хлора в случае выщелачивания руды газо-жидкостной смесью, что требует своего дальнейшего изучения.

Гидрохлоридное выщелачивание меди и золота

Выщелачивание меди и золота проводили из окисленной руды, содержащей 1,27% меди и 1,1 г/т золота. Основными рудными минералами руды являлись малахит и азурит, а нерудным материалом – кварц, содержание которого в руде более 70%. Соотношение Ж:Т составляло к концу 3-го часа 1:1 Влияние продолжительности выщелачивания на содержание меди и золота в кеках показано в табл. 2.

Сопутствующие редкоземельные металлы в процессе гидрохлоридного выщелачивания перешли в продуктивный раствор, состав которого приведен в табл. 3.

Расход соляной кислоты на выщелачивание минерала определяется его минеральным составом. Содержание в руде большого количества пустой породы повышает расход кислоты. В проведённых нами экспериментах расход кислоты составлял в среднем 5–9 кг на 1 кг руды.

Процесс анодной обработки позволяет насытить раствор кислоты избыточным количеством свободного молекулярного хлора и активными продуктами анодного окисления. Для активирования раствора соляной кислоты, как показали эксперименты, необходимо не более 30 кВт·ч на 1 тонну 10%-ного раствора кислоты.

Использование газо-жидкостной смеси, получаемой анодной обработкой соляной кислоты, показало возможность высокой степени извлечения меди, золота, магния и РЗМ. Удалось получить практически полный переход в продуктивный раствор Cu, Au, Mg, Y, Sc и других РЗМ. Работы в этом направлении продолжаются.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Абрамов А.А. Технология переработки и обогащения руд цветных металлов. М.МГГУ, 2005. – 566 с.

2. Чекушин В.С., Олейникова Н.В. Переработка золотосодержащих рудных концентратов (обзор методов)/ Изв. Челябинского научного центра. Вып. 4 (30). 2005. с. 96–100.

3. Парунин С.В., Куимов Д.В., Григорьев В.Д. Электрохимическое выщелачивание золотосодер жащей арсенопиритной руды / Второй международный конгресс «Цветные металлы 2010».

Г.Красноярск. 2010. с.319–321.

4. Кушакова Л.Б. и др. Применение способа щелочного окислительного выщелачивания к перера ботке упорного золотосодержащего сырья/ там же. c.316–318.

5. Шумилова Л.В. Теоретическое обоснование физико химической модели и механизма двухста диального окисления упорного сырья в сочетании с процессами кюветного и кучного выщела чивания золота//Материалы науч.конф. «Физико химическая геотехнология».М., 2013.с.67.

6. Букин В.И., Игумнов М.С., Сафонов В.В. Сафонов В.В. Переработка производственных отхо дов и вторичных сырьевых ресурсов, содержащих редкие, благородные и цветные металлы. М.Изд во ООО «Издательский дом «Деловая столица». 2002. 224 с.

7. Г.И. Газалеева, А.М. Клюшников. К вопросу выщелачивания попутных ценных элементов при скважинном подземном выщелачиваии урана с использоваием окислителей. // Инновационные технологии обогащения минерального и техногенного сырья: материалы науч. техн. конф., проводимой в рамках V Уральского горнопромышленного форума, 1–3 октября 2013 г., Екате ринбург / под ред Е.Ф. Цыпина. – Екатеринбург: УГГУ, 2013, с.180.

8. Бахир В.М. Электрохимическая активация – 2012: новые разработки и перспективы. // Водо снабжение и канализация. Май июнь, 2012. С.65.

Ключевые слова: медные руды, хлорирование, гидрохлорирование

Журнал «Горная Промышленность» №6 (118) 2014, стр.91

Поставка запасных частей к автоматизированной установке СМ «Раскат» М 250 для приготовления раствора оксидантов из хлорида натрия, для нужд ФБУ Центра реабилитации ФСС РФ «Омский»

Наименование	Кол-во	Цена за ед.	Стоимость, ₽
Электролизёр диафрагменный ЭЛ 108-280 ОКПД2 28.29.82.120 Комплектующие (запасные части) машин и аппаратов для фильтрации или очистки жидкостей или газов, не имеющие самостоятельных группировок	1 шт	39 934,00	39 934,00
Перистальтический дозирующий насос Насос F PER 1. 1 литра 230V ОКПД2 28.29.82.120 Комплектующие (запасные части) машин и аппаратов для фильтрации или очистки жидкостей или газов, не имеющие самостоятельных группировок	2 шт	13 480,00	26 960,00
Перистальтический дозирующий насос Насос F PER 3.3 литра 230V ОКПД2 28. 29.82.120 Комплектующие (запасные части) машин и аппаратов для фильтрации или очистки жидкостей или газов, не имеющие самостоятельных группировок	1 шт	13 480,00	13 480,00
Перистальтический дозирующий насос Насос F PER 2.2 литра 230V ОКПД2 28.29.82.120 Комплектующие (запасные части) машин и аппаратов для фильтрации или очистки жидкостей или газов, не имеющие самостоятельных группировок	1 шт	13 480,00	13 480,00
ETATRON Шланг 1. 1 ОКПД2 28.29.82.120 Комплектующие (запасные части) машин и аппаратов для фильтрации или очистки жидкостей или газов, не имеющие самостоятельных группировок	2 шт	13 480,00	26 960,00
ETATRON Шланг 2.2 ОКПД2 28.29.82.120 Комплектующие (запасные части) машин и аппаратов для фильтрации или очистки жидкостей или газов, не имеющие самостоятельных группировок	1 шт	5 895,50	5 895,50
ETATRON Шланг 3. 3 ОКПД2 28.29.82.120 Комплектующие (запасные части) машин и аппаратов для фильтрации или очистки жидкостей или газов, не имеющие самостоятельных группировок	1 шт	5 895,50	5 895,50

диафрагмы и мембранные ячейки для производства хлора

В любой момент концентрация ионов водорода или гидроксид-ионов будет очень мала — положение равновесия находится далеко слева.

На аноде

Отрицательные ионы, хлорид и гидроксид, притягиваются к положительно заряженному аноду. На самом деле легче высвободить ионы гидроксида (дать кислород), чем ионы хлора (дать хлор), но на анод поступает гораздо больше ионов хлора, чем ионов гидроксида.

Таким образом, основная реакция на аноде:

Каждый из двух хлорид-иона отдает электрон аноду, и образующиеся атомы объединяются, образуя газообразный хлор.

Однако хлор загрязнен небольшими количествами кислорода из-за реакции, в которой ионы гидроксида также отдают электроны.

Для удаления этого кислорода необходимо очистить хлор.

На катоде

Ионы натрия и ионы водорода (из воды) притягиваются к отрицательному катоду.Иону водорода гораздо легче захватить электрон, чем иону натрия. Вот такая реакция происходит:

Поскольку ионы водорода превращаются в газообразный водород, водное равновесие отклоняется вправо, чтобы заменить их.

Чистым эффектом этого является накопление ионов натрия и этих вновь образованных гидроксид-ионов вокруг катода. Другими словами, вокруг катода образуется раствор гидроксида натрия.

Необходимость хранить все продукты отдельно

Если хлор вступает в контакт с водородом, образуется смесь, которая сильно взрывается под воздействием солнечного света или тепла.Будет производиться газообразный хлористый водород. Очевидно, эти два газа нужно держать отдельно.

Однако хлор также реагирует с раствором гидроксида натрия с образованием смеси хлорида натрия и хлората натрия (I), также известной как гипохлорит натрия. Эта смесь обычно продается как отбеливатель.

Следовательно, если вы пытаетесь производить хлор и гидроксид натрия, а не отбеливатель, вы также должны разделять хлор и гидроксид натрия.

Диафрагма и мембранные ячейки сконструированы таким образом, что все продукты хранятся отдельно.

Пример из практики

: Промышленный электролиз — Химия LibreTexts

Реакции электролиза являются основой современной современной промышленности. Существуют различные элементы, химические соединения и органические соединения, которые производятся только путем электролиза, включая алюминий, хлор и NaOH. Электролиз — это процесс, при котором электрический ток вызывает в противном случае несамопроизвольную реакцию.

Электролитическое рафинирование: как это работает

Процесс электрорафинирования позволяет рафинировать металлы или соединения высокой чистоты по низкой цене.Чистый металл может покрыть ничего не стоящий предмет.

Давайте рассмотрим процесс электролитического рафинирования меди: на аноде есть нечистый кусок меди, содержащий другие металлы, такие как Ag, Au, Pt, Sn, Bi, Sb, As, Fe, Ni, Co и Zn. Медь в этой нечистой руде окисляется с образованием Cu ² ⁺ на аноде и проходит через водный раствор серной кислоты и сульфата меди (II) на катод. Когда он достигает катода, Cu ² ⁺ восстанавливается до Cu.Весь этот процесс происходит при довольно низком напряжении (от 0,15 до 0,30 В), поэтому Ag, Au и Pt не окисляются на аноде, так как их стандартные электродные потенциалы окисления составляют -800, -1,36 и -1,20. соответственно; эти неокисленные примеси превращаются в смесь, называемую анодным шламом, шлам на дне резервуара. Этот осадок может быть восстановлен и использован в различных процессах. В отличие от Ag, Au и Pt, примеси Sb, Bi и Sn в руде действительно окисляются на аноде, но они осаждаются, поскольку образуют гидроксиды и оксиды.Наконец, Fe, Ni, Co и Zn тоже окисляются, но они растворяются в воде. Таким образом, единственное твердое вещество, которое у нас осталось, — это пластина из чистой твердой меди на катоде с уровнем чистоты около 99,999%. Изображение ниже дает представление о судьбе основных компонентов нечистой железной руды.

Электросинтез

Электросинтез — это метод получения веществ посредством реакций электролиза. Это полезно, когда необходимо тщательно контролировать условия реакции.-} \\
& \ textrm {Катод:}
&& \ ce {2Ch3 = CHCN + 2h3O + 2e- \ rightarrow NC (Ch3) CN + 2OH -} \\
& \ textrm {Всего:}
&& \ textrm {(акрилонитрил)} \ ce {2Ch3 = CHCN + h3O \ rightarrow \ dfrac {1} {2} O2 + NC (Ch3) 4CN} \: \ textrm {(адипонитрил)}
\ end {align} \)

Важность адипонитрила заключается в том, что он легко превращается в другие полезные соединения.

Хлор-щелочной процесс

Этот процесс представляет собой электролиз хлорида натрия (NaCl) на промышленном уровне.Мы начнем с обсуждения уравнения хлорщелочного процесса, а затем обсудим три различных типа процесса: мембранный элемент, ртутный элемент и мембранный элемент.

Какое уравнение для электролиза NaCl?

Мы начнем объяснение хлорщелочного процесса с определения реакций, протекающих при электролизе NaCl. Поскольку NaCl находится в водном растворе, мы также должны учитывать электролиз воды как на аноде, так и на катоде.0_ {O_2 / H_2O} = — (1.23 \: V) \ tag {4}}
\ end {align} \)

Как мы видим, из-за гораздо более высокого потенциала отрицательного электрода уменьшение ионов натрия происходит гораздо реже, чем восстановление воды, поэтому можно предположить, что при электролизе NaCl происходящее восстановление является реакцией (2). Следовательно, мы должны попытаться определить, что собой представляет реакция окисления. Допустим, у нас есть реакция (2) как восстановление и реакция (3) как окисление . 0_ {H_20 / H_2} = -.0_ {O_2 / H_20} \ tag {6}} \\
& && && \ mathrm {\ hspace {22px} = -.83 \: V — (1.23 \: V) = -2.06}
\ end {align} \)

На первый взгляд может показаться, что реакция (6) происходит из-за меньшего (менее отрицательного) потенциала электрода. Однако O ₂ на самом деле имеет довольно большое перенапряжение, поэтому вместо этого более вероятно образование Cl ₂, что делает реакцию (5) наиболее вероятным результатом электролиза NaCl.

Хлорно-щелочной процесс в диафрагменной ячейке

В зависимости от используемого метода в хлорщелочном процессе могут быть получены несколько различных продуктов.Ценность этих продуктов — вот что делает хлорщелочной процесс таким важным. Название происходит от двух основных продуктов процесса, хлора и щелочи, гидроксида натрия (NaOH). Таким образом, одним из основных применений хлорщелочного процесса является производство NaOH. Как описано ранее, уравнение для хлорщелочного процесса, то есть электролиза NaCl, имеет следующий вид:

\ (\ begin {align}
& \ textrm {Reduction:}
&& \ mathrm {2 H_2O_ { \ large {(l)}} + 2e ^ — \ rightarrow H_ {2 \ large {(g)}} + 2OH ^ -_ {\ large {(aq)}}}
&& \ mathrm {E_ {H_2O / H_2O знак равно-}} \\
& && && \ hspace {12px} \ mathrm {= -83 \: V- (-1,36 \: V) = -2,19 \: V}
\ end {align} \)

** Хлорно-щелочной процесс часто происходит в аппарате, называемом диафрагменной ячейкой, который проиллюстрирован ниже.

Рисунок 1:

Когда вы посмотрите на ячейку, обратите внимание на следующие вещи:

Анод

Хлорид натрия помещается в анодное отделение в водной форме.
Фактический физический анод изготовлен из графита или титана.
В анодном отсеке образуется газ Cl ₂, поскольку Cl ^— окисляется.

Катод

На катодной стороне при восстановлении воды образуются газы OH ^— (водный) и H ₂.
Вы можете спросить, а почему на катодной стороне находятся ионы натрия и хлорида, если мы помещаем хлорид натрия в анодный отсек? Чтобы ответить на этот вопрос, мы можем рассмотреть разницу в уровнях раствора между анодом и катодом.Это вызывает постепенный поток NaCl на катод и предотвращает обратный поток NaOH на анод. Если Cl ₂ и NaOH вступают в контакт, Cl ₂ превращается в ионы ClO ^—, ClO ₃ ^—, Cl ^—. Разница уровней воды предотвращает этот контакт, а также способствует потоку NaCl на катодную сторону, поэтому может образовываться NaOH (водный).
Теперь вы можете заметить, что раствор с NaOH на катоде также будет содержать водный раствор NaCl, смешанный с ним из-за потока NaCl от анода к катоду.Следовательно, если нам нужен очень чистый NaOH для таких целей, как производство вискозы, нам нужно каким-то образом очистить соль от NaOH. Как правило, перед очисткой раствор содержит примерно 14-16% NaCl (водн.) И 10-12% NaOH (водн.). Однако NaOH (водный) можно сконцентрировать, а NaCl (ы) можно кристаллизовать с образованием раствора с 50% NaOH (водн.) И примерно 1% NaCl (водн.).

Хлорно-щелочной процесс в ртутной ячейке

Чтобы еще больше повысить чистоту NaOH, для проведения электролиза можно использовать ртутную ячейку, а не диафрагменную ячейку.

Рисунок 2:

Сторона анода

Аноды помещаются в водный раствор NaCl над жидкой ртутью.
Восстановление Cl ^— происходит с образованием газообразного хлора, Cl ₂ (г).

Катодная сторона

Слой Hg (l) на дне резервуара служит катодом.
При использовании ртутного катода реакция H ₂ O (l) на H ₂ имеет довольно высокий перенапряжение, поэтому вместо этого происходит восстановление Na ⁺ до Na.Na растворяется в Hg (l), и эти два соединения образуют амальгаму сплава Na-Hg. Эту амальгаму можно удалить, а затем смешать с водой, чтобы вызвать следующую реакцию:
- \ (\ ce {2Na \ 🙁 in \: Hg) + 2h3O \ rightarrow 2 Na + + 2 OH- + H_ {2 \ large {( g)}} + Hg _ {\ large {(l)}}} \)
Образующаяся Hg (l) возвращается обратно в жидкость на дне резервуара, который действует как катод.
H ₂ газ выделен.
NaOH остается в очень чистой водной форме.

** Некоторые из основных проблем с ртутным элементом следующие:

Для реакции требуется более высокое напряжение, чем у диафрагменного элемента: 4,5 В в ртутном элементе по сравнению с 3,5 В в диафрагменном элементе.
Требуется довольно много электроэнергии, так как для этого требуется 3400 кВтч / т Cl ₂, а не 2500 в мембранной ячейке.
Возможный ущерб окружающей среде из-за отложений ртути. К счастью, количество отложений достигало 200 г ртути на тонну газообразного хлора, но теперь они никогда не превышают 0.25 г на тонну газообразного хлора.

Процесс мембранной ячейки

Последний способ сделать NaOH еще более чистым — использовать мембранную ячейку. Он предпочтительнее метода с диафрагменным или ртутным элементом, поскольку он использует наименьшее количество электроэнергии и производит NaOH самого высокого качества. Например, он может производить NaOH со степенью загрязнения ионами хлора всего 50 частей на миллион. Ионопроницаемая мембрана используется для разделения анода и катода.

Анод

Насыщенный рассол подается в отсек.
Ток, проходящий через элемент, разделяет хлорид натрия на составляющие его компоненты: Na ⁺ и Cl ^—.
Хлорид-ионы окисляются до газообразного хлора на аноде.
Мембрана пропускает ионы Na ⁺ в катодное отделение.

Катод

H ₂ O восстанавливается с образованием газа OH ^— и H ₂.
- \ (\ ce {2h3O \ rightarrow h3 + 2OH-} \)
Ионы Na ⁺, которые протекли, и OH ^—, полученные в результате восстановления воды, вступают в реакцию с образованием водного NaOH.
H ₂ газ также образуется как побочный продукт.

Проверьте свое понимание

Верно или неверно :

Основным продуктом хлорно-щелочного процесса является NaCl.
Ячейка с диафрагмой дает самую чистую концентрацию NaOH.
В ячейке с диафрагмой окисление ионов Cl ^— происходит на аноде, а восстановление Na ⁺ происходит на катоде.
H ₂ газ является побочным продуктом хлорщелочного процесса.
Электролитическое рафинирование меди эффективно, поскольку из всех металлов в руде только медь окисляется на аноде при низких напряжениях.
В ртутном элементе в качестве катода используется ртутная жидкость.
Хлор-щелочной процесс самопроизвольный.
Ртутный элемент требует более высокого напряжения и больше энергии, чем диафрагменный элемент.
В мембранной ячейке все ионы могут свободно обмениваться между мембранами.
Реакция между NaOH и газом Cl ₂ необходима для хлорщелочного процесса.

Внешние ссылки

Электролиз: промышленное использование (Википедия)
Промышленный электролиз и электрохимическая инженерия (electrochem.org pdf)
Вагенкнехт, Джон Х. «Промышленный органический электросинтез (SOA-Electrochemistry)». J. Chem. Educ. 1983 , 60 , 271.

Проверьте свое понимание: ответы

Неверно — хлорно-щелочной процесс — это электролиз NaCl, а не электросинтез. NaCl является одним из основных реагентов хлорщелочного процесса
Неверно — мембранная ячейка дает наиболее загрязненный NaOH. Ртутный элемент дает более чистый NaOH, а затем мембранный элемент с самым чистым.
Ложь — из-за высокого напряжения, необходимого для восстановления ионов Na (что означает большой потенциал восстановления отрицательного стандартного электрода натрия), вместо этого происходит восстановление воды.
Верно — Да, газ H ₂ образуется на катоде, а газ Cl ₂ образуется на аноде.
Неверно — Хотя Au, Ag и Pt не окисляются, Sb, Bi и Sn окисляются, но осаждаются, так как образуют гидроксиды и оксиды. Fe, Ni, Co и Zn тоже окисляются, но растворяются в воде. Таким образом, хотя медь — единственный твердый твердый металл, который у нас остался, другие примеси также окисляются.
Верно — жидкая ртуть на дне резервуара действует как катод. Все больше ртути постоянно возвращается в резервуар, поскольку амальгама обрабатывается водой.
Ложь — Электросинтез требует энергии.
Верно — ртутной ячейке требуется 3400 кВтч / т Cl ₂ по сравнению с 2500 в диафрагменной ячейке.
Неверно — В мембранной ячейке только катионы могут проходить через мембрану в катод. Это объясняет, почему в NaOH на катодной стороне так мало примесей ионов хлора.
Неверно — если Cl ₂ и NaOH вступают в контакт, Cl ₂ превращается в ClO ^—, ClO ₃ ^—, ионы Cl. Это нежелательно, поэтому разница в уровнях раствора используется для предотвращения обратного потока NaOH на анодную сторону.

Ссылки

Общая химия, принципы и современные приложения, Петруччи, 2007, 2002, 1997

Высокоэффективный безплатиновый анионообменный мембранный электролиз для крупномасштабного хранения энергии и производства водорода

Электролиз с анионообменной мембраной (AEM) уничтожает электрокатализаторы и диафрагмы металлов платиновой группы и используется в электролизе с традиционной протонообменной мембраной (PEM) и щелочном электролизе. Он может производить водород под давлением с использованием недорогих катализаторов из неблагородных металлов. Однако характеристики все еще ниже, чем у традиционной технологии электролиза PEM. В этом исследовании мы рассмотрели проблему производительности, используя новую комбинацию электродов Ni – Fe – O _x для реакции выделения кислорода (OER) и Ni – Fe – Co реакции выделения водорода (HER) с PBI. анионообменная мембрана. Электроды Ni-Fe-O _x и Ni-Fe-Co демонстрируют исключительно высокую каталитическую активность, требующую перенапряжения, которое составляет всего 236 и 84 мВ дек. ^-1 , соответственно, для OER и ЕЕ произойти.Эти электрокатализаторы демонстрируют превосходную долговечность, что позволяет использовать их в качестве катализаторов выделения кислорода и водорода для длительного электролиза. Высокая пропускная способность 1000 мА · см ⁻² при 1,9 В и 60 ° C демонстрирует потенциал комбинированного мембранного электродного узла. Таким образом, лучшая производительность, сравнимая с характеристиками коммерческих систем электролиза PEM, является доступной альтернативой этой технологии. Кроме того, электролиз АЭМ перспективен на многомасштабном уровне для долгосрочного производства водорода.

Эта статья в открытом доступе

Подождите, пока мы загрузим ваш контент…

Что-то пошло не так. Попробуйте еще раз?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.
Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г.,
браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.
Вы должны отключить приложение при входе в систему или уточнить у системного администратора.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie
потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт
не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к
остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Патент США на метод и электролизер для производства дезинфицирующих средств Патент (Патент № 8,568,574 от 29 октября 2013 г.)

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Эта заявка испрашивает приоритет по отношению к заявке на патент Эстонии №P201000069, поданной 9 сентября 2009 г., указанная заявка полностью включена в настоящий документ посредством ссылки.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ОБЛАСТЬ

Настоящее изобретение относится в основном к области химической инженерии и используется для получения продукции с использованием метода электролиза водного раствора электролита различной концентрации, который может применяться для производства дезинфицирующих средств, таких как используется в области здравоохранения, биологии и экологии. Более конкретно, раскрытие касается электрохимической технологии производства дезинфицирующих растворов на основе пресной воды с использованием диафрагменных электролизеров.

Уровень техники

Известен ряд способов получения дезинфицирующих растворов из анодного продукта водного раствора хлорида натрия (NaCl) в сочетании с использованием катодного продукта электролиза для повышения pH дезинфицирующего раствора или без него.

Патенты / заявки RU2079575, RU2297980, WO2004 / 031077 и US2004 / 0060815 описывают способы, с помощью которых электролит с эквивалентной концентрацией — приблизительно 10 г / л — одновременно направляется в анодную и катодную камеры.Анолит, полученный на выходе из электролизера, готов к использованию в качестве дезинфицирующего раствора, тогда как pH анолита можно до определенной степени регулировать, изменяя соотношение количеств анолита и католита.

Однако, по мнению изобретателя, этих методов недостаточно из-за низкой эффективности соли для получения дезинфицирующего средства, так как в случае ряда технологий высокая минерализация дезинфицирующего средства будет сопровождаться критическим накоплением хлоридов в сельскохозяйственных почвах. , трубы циркуляции воды систем охлаждения и др.В случае некоторых других технологий, в которых используются большие количества дезинфицирующих растворов (в среднем 200 кубометров), например, на городских очистных сооружениях и очистных сооружениях, потребность в хлориде натрия (более 2 тонн в сутки) будет высока. снизить интерес к реализации этих методов. Снижение минерализации дезинфицирующего вещества за счет пропорционального увеличения количества электролизеров увеличит стоимость метода и усложнит эксплуатацию оборудования.Суммарный расход хлорида натрия на 1 грамм активного хлора в этих методах будет более 12 грамм.

Другим существенным недостатком известных способов является необходимость рационального использования католита, для которого требуется 5-50% воды и соли, который часто сбрасывается — без каких-либо последствий — в системы удаления сточных вод.

Также известен способ, описанный в патентах RU2088539 и RU2208589, предусматривающий выпуск электролита с концентрацией хлорида натрия приблизительно 10 г / л последовательно сначала в катодную камеру, а затем из катодной камеры в анодную камеру. На выходе из электролизера анолит будет готовым дезинфицирующим средством с приблизительным уровнем pH 9,0. Уровень pH анолита может быть уменьшен, если это применимо, путем выгрузки некоторого количества католита для использования перед его направлением в анодную камеру. Недостатком описанного метода является низкая эффективность использования хлорида натрия — более 8 грамм на 1 грамм активного хлора.

Другой способ описан в патентах RU2148027 и WO02 / 085795, включающий отвод электролита с приблизительной концентрацией 2.5 г / л в анодную камеру, а концентрированный электролит с концентрацией 100-300 г / л будет поступать в катодную камеру из циркуляционного контура. Анолит на выходе из электролизера представляет собой готовое дезинфицирующее средство. На 1 грамм активного хлора потребуется примерно 7 граммов хлорида натрия. Однако недостатком метода является использование циркуляции катодной стороны для охлаждения и переноса электролита, что дополнительно увеличивает количество узких каналов, которые будут покрыты катодными отложениями.

Способы получения дезинфицирующего раствора, описанные в патентной заявке WO2006 / 098660, также известны, в них используется отвод электролита с концентрацией до 2 г / л и 1 г / л соответственно для однократного и многократного потока в анодную камеру. в количестве, равном полученному дезинфицирующему средству, без учета количества католита, необходимого для регулирования уровня pH. Электролит из контура циркуляции, который будет в основном заполнен электролитом, вытекающим из анодной камеры, будет сливаться в катодную камеру; электролит будет просачиваться в циркуляционный контур через диафрагму в результате разницы давлений, создаваемой в анодной и катодной камерах.Анолит, получаемый на выходе из электролизера последнего, является продуктом, готовым к употреблению. Эффективность метода составляет примерно 5,0 грамма хлорида натрия на 1 грамм активного хлора, но реализация метода усложняется необходимостью использования устройства регулирования давления и циркуляционного контура в анодном канале.

Способ получения водных растворов анодного окисления хлоридного раствора также описан в патенте RU2088693; Метод используется для процессов очистки и обеззараживания воды, включающих подачу электролита — концентрированного (до 300 г / л) раствора хлорида натрия — в анодную камеру из контура циркуляции, а электролита на основе пресной воды в катодную камеру из контура на катодная сторона.Газообразный анодный продукт, в основном состоящий из хлора, будет выводиться из электролизера, где его можно смешать с частью католита и растворить до необходимой концентрации в пресной воде. Метод отличается высокой эффективностью (потребность соли около 3 г на грамм), но следует отметить и недостатки — сложные контуры циркуляции и устройств регулирования давления, а также повышенные требования к герметизации стыков и химической стойкости материалов, находящихся в эксплуатации. контакт с газообразным хлором.

Патент RU2322397 описывает способ получения водных растворов окислителей, где, как и в случае описанного ранее способа, концентрированный электролит будет обрабатываться в анодной камере. Как следствие, в основном образуется газообразный хлор, и в катодную камеру загружается свежая вода, которая после обработки в катодной камере выводится из электролизера для смешивания с газообразным хлором. Присутствие высококонцентрированного газообразного хлора ограничит количество возможных сфер для безопасного использования оборудования.

Поскольку это раскрытие предполагает, что наиболее широкое внедрение разработанных дезинфицирующих средств будет иметь место на участках, где дезинфицирующие средства используются наиболее широко (лечебно-профилактические учреждения, предприятия по производству мяса, молока, кормов и других продуктов, фермы, бассейны, вода очистные сооружения и т. д.), для получения дезинфицирующих средств был выбран способ получения дезинфицирующих средств, опубликованный в заявке на патент WO2006 / 098660 (пример 2, фиг. 2).

В способе, описанном в прототипе, водный раствор хлорида натрия с концентрацией 0.Через анодную камеру протекает 2-2,0 г / л, имеющий концентрацию активного хлора рабочего раствора в анодной камере и на выходе из электролизера. Электролит, просочившийся в катодную камеру из анодной камеры, через диафрагму протекает через катодную камеру. Важными общими характеристиками прототипа и способа, приведенными в заявке на патент, являются медленное обновление электролита в катодной камере и использование пресной воды в качестве исходного электролита в катодной камере.

Основным недостатком способа-прототипа является необходимость поддержания достаточно высокого давления в анодной камере для обеспечения достаточного потока электролитов в катодную камеру, прежде всего с учетом того факта, что катодные отложения образуются на анодной стороне диафрагма. Другим недостатком способа является необходимость увеличения pH раствора кислоты, выходящего из анодной камеры, до нейтрального значения 5,5-7,5 из-за высокого давления анолита с использованием католита для достижения этой цели.Католит дозируется с помощью вспомогательного оборудования сепараторного типа.

В качестве основного недостатка описанных методов можно выделить технические ограничения на конструкцию используемых электролизеров и низкую производительность; это требует использования вспомогательного оборудования для повышения эффективности и обеспечения циркуляции концентрированного электролита, для охлаждения электролита и доведения значения pH используемых дезинфицирующих средств до необходимого нейтрального значения 5,5-7,5.

Патент RU2350692 дает подробное описание диафрагменных электролизеров с цилиндрическим потоком; этот тип используется для реализации большинства методов, описанных выше.Самый большой из них способен производить 25 граммов активного хлора в час, поэтому использование вышеупомянутых электролизеров для целей массового производства затруднено, так как там требуется более 150 граммов активного хлора в час.

Из заявки на патент ЕЕ200700021 известен двухкамерный коаксиальный электролизер производительностью до 150 г активного хлора, основными элементами которого являются трубчатый катод, диафрагма и анод. Катод находится во внутреннем положении, а между катодом и анодом весь внешний электрод представляет собой анод, покрытый снаружи гидро- и электрической изоляцией красного цвета.На аноде, катоде и диафрагме коаксиально установлены верхняя и нижняя крышки, которые должны придавать потоку электролита спиральное направление; Ответвления анодной камеры выполнены в крышках, имеющих размеры, исключающие попадание анода в зону, характеризующуюся повышенными коррозионными свойствами, на границе жидкой и газовой ступеней. Недостатком этого электролизера является недостаточная производительность — до 150 граммов активного хлора в час и необходимость использования внешнего циркуляционного, охлаждающего и перемешивающего оборудования в эффективных процессах.

В качестве прототипа выбран цилиндрический мембранный электролизер (такой, как описанный в заявке на патент US2009266709) с анодом и диафрагмой в сборе, имеющий следующие основные элементы: трубчатый катод (внутренний электрод), диафрагму, анод ( внешний электрод), покрытый снаружи гидро- и электроизоляцией красного цвета, при этом как диафрагма, так и анод собраны коаксиально по направлению к продольной оси с использованием гильз с каналами для движения электролита от одного конца анода к другой.Коаксиальная конструкция электродов и диафрагмы обеспечивается нижней и верхней крышками, характеризующимися направлением входного и выходного каналов, что придает движению электролитов по электродам спиральный характер. В верхней крышке имеется дополнительное отверстие для отвода катодных газов. Электролизер способен производить до 600 граммов активного хлора в час при длительном режиме. Однако необходимость использования внешних устройств циркуляции, охлаждения и перемешивания в эффективных процессах может быть описана как главный недостаток этого электролизера.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

Функцией настоящего раскрытия является производство дезинфицирующих средств с использованием электролизера и диафрагменного электролиза продуктов анодирования раствора хлорида натрия со значением pH 5,5-7,5, используя 3-7 граммов соли на 1 грамм активного хлора, электролизеры с производительностью до 600 граммов активного хлора на устройство, упрощенная гидравлическая схема — по сравнению с процессами сопоставимой эффективности с использованием соли — и повышение надежности и безопасности оборудования.

Вышеупомянутая задача будет решена путем использования метода получения дезинфицирующих средств, соответствующего заявке на патент, включающего электролиз раствора хлорида натрия в анодную камеру электролизера, при этом должны быть обеспечены следующие характерные параметры: электролит на основе пресной воды будет направляется в катодную камеру в количестве, равном 0,4-0,8% от количества полученного дезинфицирующего средства, что обеспечивает высокую проводимость катодной камеры без дополнительной потребности в хлориде натрия. Католит удаляется из циркуляции сразу после выхода из электролизера. Интенсивное преобразование хлорида натрия в активный хлор будет достигаться не за счет создания высокого давления в анодной камере, а за счет увеличения времени задержки электролита в анодной камере за счет сокращения потока через камеру на 16-20% от количества приобретено дезинфицирующее средство. Анолит приобретает концентрацию активного хлора в анодной камере, которая является безопасной для используемых материалов, и перед выпуском из электролизера концентрация будет доведена до предела, который рекомендуется для безопасного использования дезинфицирующего средства. обслуживающий персонал.Используется высокопроизводительный электролизер, обеспечивающий охлаждение небольших количеств электролита и доведение концентрации анолита до уровня, необходимого для дезинфицирующих средств.

Описание предлагаемого метода следующее: дезинфицирующее средство получают из раствора хлорита натрия с концентрацией до 12 г / л, протекающего через анодную камеру из расчета 16-20% от полученного дезинфицирующего средства; при этом раствор, содержащий 0,2-12 г хлорида натрия на литр и 0. 4-0,8% от количества дезинфицирующего средства будет проходить через катодную камеру; в то же время пресная вода из водопроводной сети будет протекать через трубчатый катод, направляясь ко входу крышки-смесителя электролизера. Анолит, производимый в анодной камере, имеет концентрацию активного хлора до 3 граммов. Он поднимается в ответвление анодной камеры в крышке-смесителе электролизера из пространства, прилегающего к аноду, где он смешивается с поступающей водой и выходит из электролизера в виде готового к использованию дезинфицирующего средства с 5.5-7,5 уровень pH. Католит будет сбрасываться в устройство утилизации, а водород — в выхлопные каналы.

Мембранный электролизер состоит из следующих частей: анод с коаксиальным расположением, диафрагма и катод (анод — внешний электрод; трубчатый катод — внутренний электрод) и монолитные крышки с входами для электролита и выходами для продуктов электролита. Верхняя крышка имеет два выхода из катодной камеры — один для католита, а другой, расположенный выше, для катодных газов. Используемый электролизер отличается тем, что трубчатый катод имеет герметичные заглушки с обоих концов. Нижняя крышка катода имеет отверстие для забора пресной воды, а верхняя крышка — выходное отверстие. Электрические выводы катода приварены к цилиндрической поверхности в области между нижней крышкой катода и нижней крышкой электролизера, а верхняя крышка электролизера имеет отверстие для входа в ответвление анодной камеры с той же стороны. с отверстием для выхода дезинфицирующего средства.

Характерными параметрами предлагаемого электролизера являются: внутренний трубчатый катод охлаждения с крышками и отверстием для входа и выхода пресной воды, верхняя крышка-смеситель с отверстием для впуска пресной воды в ответвление анода. камера. Производительность электролизера составляет 40-1200 литров дезинфицирующего средства при концентрации до 500 мг активного хлора на 1 литр за весь производственный интервал.

Как следствие совместной реализации предложенного способа и характерных особенностей электролизера, дезинфицирующее средство получают по способу, изложенному в формуле изобретения, путем эффективного использования соли-3. 0-7,0 граммов хлорида натрия для получения 1 грамма активного хлора — так как такое же количество хлорида натрия в электролите потребует в 5-6 раз больше времени, чтобы пройти через ту же анодную камеру, при этом он будет более полно сохранен в виде активного хлора. Процесс полностью безопасен как для персонала, так и для окружающей среды, поскольку электролизер не работает под давлением, а продуктом электролиза является анолит, который получается в результате электрохимических реакций, описываемых известными формулами (Elektrochemische Kinetik, доктор Клаус Дж.Vetter, Springer-Verlag, 1961, § 7), и жидкость имеет содержание активного хлора до 3,0 г / л, что безопасно для уплотнений, материалов и электролизеров в целом, и содержит соединения активного хлора, основным компонентом которых является хлорноватистая кислота (HCLO). Перед тем, как покинуть электролизер, концентрация анолита будет доведена до уровня, характерного для концентрации дезинфицирующего средства, что будет безопасным для обслуживающего персонала. Охлаждающий катод позволяет исключить католитный контур из процесса.Исключение циркуляционного контура повысит надежность гидравлической схемы и позволит исключить оборудование, используемое для создания избыточного давления в анодном канале. Равное давление в электродных камерах будет способствовать появлению нейтрального уровня pH анолита и позволяет исключить из процесса место смешения анолита и католита. Внедрение разработанных электролизеров даст возможность использовать предложенный метод для достижения высокой производительности и снижения затрат на техническое обслуживание, так как использование соли становится более эффективным, конструкция системы упрощается, а надежность системы повышается, а количество электролизеров, одновременно работающих у потребителя, будет относительно меньшим.Пониженная минерализация дезинфицирующего средства расширит область применения средства.

Раскрытие будет способствовать значительному упрощению процесса получения дезинфицирующих средств и снижению связанных с этим затрат, расширению производственного диапазона при упрощении обслуживания производственных систем и расширению возможных областей применения полученного таким образом экологического дезинфицирующего средства.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 изображает гидравлическую схему примерного способа и электролизера для его реализации;

РИС.2 изображен охлаждающий катод; и

ФИГ. 3 изображает крышку-смеситель.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

РИС. 1 видно, что гидравлическая схема примерных способов включает в себя ряд потоков. Поток пресной воды 1 входит во впускное отверстие 21 на нижней крышке 22 катода 20 и затем проходит через внутреннее пространство катода 20 к верхней крышке 23 катод 20 , а через выход 24 в виде потока 2 на вход 31 крышки-смесителя 30 .Поток 3 будет отделен от потока 1 (или потока 2 — здесь не показан) и поступает в смеситель хлорида натрия 38 , где поток 4 направляется в виде концентрата хлорида натрия, который является затем смешиваются и переносятся в виде потока электролитов анодной камеры 5 во впускное отверстие 41 на нижней крышке электролизера 40 . Электролит будет течь по поверхности анода 50 , через каналы 61 в корпусе соединительной втулки 60 , в виде анолита в ответвление анодной камеры 32 в крышке-смесителе электролизера 30 , смешиваясь с потоком 2 , который течет к каналу 33 по периметру ответвления и должен выходить в виде потока 6 из выпускного отверстия 34 в качестве дезинфицирующего средства у потребителя.Возможны варианты заполнения катодной камеры через вход 42 в нижней крышке 40 электролизера; подходящий вариант выбирается в зависимости от технической возможности. При выборе электролита для катодной камеры: если в качестве электролита используется пресная вода, то ответвление должно происходить в точке 71 от потока 1 (или потока 2 — здесь не показано). Если электролит анодной камеры используется в качестве электролита катодной камеры, разветвление должно происходить в точке 72 от потока 5 . Электролиты специального состава и назначения переносятся самостоятельным потоком 73 . Поток католита 8 будет отводиться для использования из выпускного отверстия 35 крышки смесителя 30 . Водород будет выбрасываться из выпускного отверстия 36 в выхлопную систему.

РИС. 2 изображен катод 20 , отличающийся тем, что он выполнен в виде открытой трубки 25 . Трубка 25 снабжена герметичными крышками 22 и 23 с отверстиями 21 и 24 , служащими для входа и выхода воды.Трубка 25 также снабжена электрическими клеммами 26 , которые устанавливаются для обеспечения сборки электролизера 10 (см. Фиг.1) в области, остающейся между нижней крышкой 40 цилиндрической внешней поверхности цилиндра. катод 20 и нижняя крышка катода 22 .

РИС. 3 изображена крышка-смеситель 30 , которая была показана для демонстрационных целей в частично собранном виде с анодом 50 и диафрагмой 80 .Крышка-смеситель 30 снабжена входом для пресной воды 31 , который снабжен выходом 34 на одной грани крышки 38 . Направление канала 37 входа 31 совпадает с направлением спирального движения электролита внутри анодной камеры. Направляющая канавка 33 предназначена для прохода по всему периметру цилиндрической ветви анодной камеры для облегчения смешивания воды и анолита. Продольная ось канавки 33 и центры отверстий 31 и 34 находятся на одной высоте.

Следующие ниже примеры используются для иллюстрации альтернативных вариантов реализации предлагаемого метода.

Пример 1

Пример 1 дает результаты метода, использованного в российском патенте RU2297980, которые были достигнуты с помощью электролизера, раскрытого в заявке на патент US2009266709, имеющего геометрические параметры электродных камер и диафрагмы, анода, катода и др. Материалы покрытия анода, которые идентичны электролизеру, разработанному в рамках этого замысла, используются в примерах 2, 3, 4 и 5.Результаты примера 1, полученные с помощью метода, использованного в патенте России RU 2297980, используются для сравнения результатов других примеров, поскольку используемый метод широко используется, безопасен и воспроизводим, поскольку дезинфицирующее средство готово к использованию, а католит вытекает. от электролизера. Электроды вставляются в анодную и катодную камеры без какой-либо предварительной электрохимической обработки, и способ должен работать без какой-либо помощи со стороны различного вспомогательного оборудования, например, контуров циркуляции, дополнительных электролизеров и устройств регулирования давления в электродных камерах.Результаты всех примеров приведены в Таблице 1.

В примере 1, используемом для сравнения, весь используемый поток воды будет смешан с хлоридом натрия до концентрации 12 г / л и затем разделен на две части. потоки: один поток (520 литров в час) войдет в катодную камеру, а другой поток (620 литров в час) войдет в анодную камеру. Соотношение количеств католита и анолита будет соответствовать интервалу, указанному методом, используемым в патенте России RU2297980-76.5%. Производится дезинфицирующее средство, 680 литров в час (содержание активного хлора 850 мг / л, pH 2,4, восстановительный потенциал (ОВП) 1180 мВ), из расчета 24,8 г хлорида натрия на 1 г активного хлора. Температура выходящих растворов будет превышать температуру воды, первоначально использованной на 26 ° C — 30 ° C.

Пример 2

Пример 2 дает результаты для получения дезинфицирующего средства в условиях минимального потока через катодную и анодную камеры, используя примерные интервалы расхода, указанные в данном раскрытии.Пресная вода направляется из внешнего водопровода по каналу 1 (количество составляет 1204 литра в час (100%)) через вход 21 в крышке 22 катода 20 во внутреннее пространство в катоде, охлаждение катода, а также электролита в катодной камере. После охлаждения катода свежая вода потечет через канал 2 , выход 24 в крышке 23 на вход 31 крышки-смесителя 30 в ответвлении анодной камеры 32 .В области канала 1 или 2 (не актуально, в зависимости от конструкции устройства) перед входом 31 от потока пресной воды отделяются два потока: по каналу 71 (каналы 72 и 73 отсутствуют в этой альтернативе) 4,8 литра пресной воды в час (0,4%) на входе в катодную камеру. По каналу 3 свежая вода будет течь со скоростью 200 литров в час (16,6%) в смеситель хлорида натрия 38 (смеситель должен работать любым признанным способом).Затем жидкость должна течь в качестве электролита с концентрацией 10 г хлорита натрия на 1 литр по каналу 5 к входу 41 нижней крышки 40 электролизера 10 . Он должен течь по аноду 50 в виде анолита по каналам 61 в корпусе, соединительной втулке 60 из одной последующей анодной камеры в другую, а затем будет направлен в виде анолита с концентрацией активного хлора 3 г / л, в крышку-смеситель 30 ответвления анодной камеры 32 .Анолит приобретет необходимую концентрацию на крышке-смесителе 30 и затем будет передан потребителям в качестве дезинфицирующего средства. Затем католит будет течь через канал 8 выпускного отверстия 35 к объекту утилизации. Водород будет направлен в выхлопную трубу через выпускное отверстие 36 . Дезинфицирующее средство производится из расчета 1200 литров в час (содержание активного хлора 510 мг / л, pH 7,25, потенциал восстановления (ОВП) 890 мВ), используя 3,33 г хлорида натрия на 1 г активного хлора.Температура выходящих растворов будет превышать температуру воды, первоначально использованной на 6–17 ° C.

Пример 3

В примере 3 дезинфицирующее средство получают, позволяя жидкостям течь по тому же маршруту, который был указан. в примере 2, но при максимальных расходах, установленных в этом раскрытии, через катодную и анодную камеры, соответственно, при 0,8% (то есть 10 литров в час) через катодную камеру и при 20,6% (то есть, 280 литров в час) через анодную камеру.Дезинфицирующее средство производится из расчета 1360 литров в час (содержание активного хлора 505 мг / л, pH 7,27, восстановительный потенциал (ОВП) 860 мВ), используя 6,9 г хлорида натрия на 1 г активного хлора. Температура выходных растворов будет превышать температуру воды, первоначально использованной на 5–15 ° C.

Пример 4

В примере 4 представлены результаты для альтернативной конфигурации, когда электролит поступает по каналу 72 на вход 42 . Канал ответвляется от канала 5 (каналы 71 и 73 отсутствуют в этой альтернативе). Количество электролита составляет 12 литров в час (1%), остальные жидкости текут по маршрутам, показанным в Примере 2. Для анодной обработки количество поступающей жидкости составляет 240 литров в час (20%), концентрация обоих анодный и катодный электролит из расчета 11,7 г хлорида натрия на 1 л. Дезинфицирующее средство производится из расчета 1200 литров в час (содержание активного хлора 500 мг / л, pH 6,2, потенциал восстановления (ОВП) 920 мВ) при использовании 4,9 г хлорида натрия на 1 г активного хлора.Температура выходящих растворов будет превышать температуру воды, первоначально использованной на 7 ° C — 18 ° C.

Рабочее название дезинфицирующего средства, полученного по способу, предполагающему использование пресной воды в качестве электролита катодной камеры, как описанный в этом раскрытии, по предложению авторов, ANW — на основе анолита-нейтральной воды; и при использовании того же раствора в качестве электролита как анодной, так и катодной камеры, ANS — на основе анолитно-нейтральной соли.

Пример 5

Пример 5 приведен для дальнейшего обоснования диапазона концентраций электролита катодной камеры, разработанного для целей этого раскрытия.В Примере 5 электролит с концентрацией 300 г хлорида натрия на 1 литр будет течь по каналу 73 (каналы 71 и 72 отсутствуют в этой альтернативе) в катодную камеру; остальные жидкости текут по маршрутам, показанным в примере 2. Дезинфицирующее средство производится со скоростью 1228 литров в час при скорости потока 200 литров в час через анодную камеру и 10,0 литров в час через катодную камеру (содержание активного хлора 545 мг / л, pH 3.4, восстановительный потенциал (ОВП) 1160 мВ), при использовании 22,4 г хлорида натрия на 1 г активного хлора температура выходных растворов будет превышать температуру воды, первоначально использованной на 4–15 ° C.

Анализ результатов реализации методов говорит о том, что увеличение расхода через катодную и анодную камеры одного и того же электролизера, а также увеличение концентрации хлорида натрия в электролите в катодной камере не накладывает никаких ограничений на реализацию метода. Анализ показывает, что оптимальные результаты — с точки зрения эффективности и доступности — будут достигнуты при скоростях потока через катодную и анодную камеры, в соответствии с раскрытием, и скоростях концентрации электролита, которые вводятся в катодную и анодную камеры.

Полезным побочным эффектом метода является снижение энергопотребления для производства 1 г активного хлора во всех примерах по сравнению со способом, используемым в патенте России RU2297980, учитывая, что потери через трансформаторы и выпрямители составляют примерно 2.1-2,4 раза.

ТАБЛИЦА 1

Примеры NoParameterUnit12345 1Quantity OFL / hour6801200135712001228disinfectant2Quantity из л / hour5204.8101210catolyte3Water л / hour12001205136712121228consumption4Flow через л / hour680200280240200anode chamber5NaCl в catolyteg / l12.0—11.73006NaCl в anodeg / l12.

01016.911.761.0 камера 7 pH установки 2,47,257,276,23,4 дезинфицирующее средство Снижение мВ11808

9201,160потенциал (ОВП) Активный хлор мг / л850510505500545Содержание8 Общее количество NaClg / час1440020004720295215000расход9Производительность, г / г83.336.94.9222.4 для активного хлора11 Напряжение в В 20.9 10.411.810.410.6 Электролизер12 Ток A60064064060060013 Температура: ° C 22.421.523.621.225.0 Исходная вода Католит ° C 52.027.029.228.029.2 Дезинфицирующее средство ° C 61.28.038.039

Ячейки с диафрагмой для производства хлора

Электролиз рассола является основным промышленным процессом производства хлора и его побочного продукта — гидроксида натрия. В хлорщелочной промышленности используются два типа электролизеров; ртутные элементы, в которых катодом является циркулирующий поток ртути, и диафрагменные ячейки, в которых анодные и катодные щелоки и продукты разделены диафрагмой, обычно из асбеста.

Конструкция ячейки

Во вводной лекции д-р М. Г. Т. Берроуз из компании BP Chemicals описал этапы разработки конструкции диафрагменных ячеек с конца 1880-х годов и сравнил характеристики четырех диафрагменных ячеек, которые сейчас используются в коммерческих целях. Рабочие данные в этом сравнении включали диапазон тока, площадь анода, плотность тока, напряжение элемента, потребляемую мощность и эффективность по току. Были рассмотрены четыре типа ячеек, лицензированных Hooker, Diamond Shamrock, ICI / Solvay и de Nora / PPG.Во всех этих ячейках аноды со стабильными размерами — титан, покрытый оксидом одного из платиновых металлов — вносят значительный вклад в их эффективность.

Анализ доли хлора, производимого в мембранных элементах по всему миру, показал большие различия между странами, причем наибольшая доля в настоящее время приходится на США (73 процента в 1975 году). Однако по экологическим соображениям к 1978 году планируется полностью перевести хлорную промышленность Японии на использование мембранных ячеек.С другой стороны, в большинстве западноевропейских стран диафрагменные ячейки использовались для производства менее 20 процентов хлора в 1975 году, и оптовая конверсия ртутных элементов не предусматривается.

Анод со стабильными размерами

Изобретатель анода со стабильными размерами Анри Б. Бир (Научно-исследовательское общество NV) описал последовательность своей экспериментальной работы, которая завершилась разработкой этих анодов для хлорщелочной промышленности. В 1956 году он осознал потенциальную ценность анодов из титана, покрытых платиной, для электрохимической промышленности.Материал анода сначала был изготовлен путем электроосаждения платины на титановую основу, но позже покрытие было нанесено термическим осаждением. Испытания обоих типов платинированного титана в солевом электролизе показали, что термическое осаждение дает покрытый анод с некоторыми преимуществами по сравнению с графитом, но с проблемами потери платины и пассивации во время электролиза.

К 1965 году началось исследование свойств титановых анодов, покрытых оксидами металлов платиновой группы.Оксиды рутилового типа, такие как рутений и иридий, оказались особенно многообещающими. Дальнейшее улучшение было достигнуто термическим осаждением на титан смесей изоморфных оксидов платиновых металлов и неплатиновых металлов. Аноды этого типа с покрытием имели очень низкие перенапряжения, были долговечными и могли успешно использоваться при очень высоких плотностях тока. С некоторыми дополнительными усовершенствованиями эти анодные материалы со стабильными размерами широко вытеснили графит в хлорщелочной промышленности.

Покрытия из смешанных оксидов

В докладе доктора Витторио де Нора обсуждались существующие применения и будущее развитие анодов со стабильными размерами. Титановые аноды, покрытые каталитически активными изоморфными смешанными оксидами металла платиновой группы и вентильного металла, используются в электролитическом производстве хлора, хлоратов и гипохлоритов. Специальные покрытия были разработаны для других процессов, таких как электролиз морской воды, ядерных стоков и сточных вод. Электрокаталитическая активность анодов со стабильными размерами может быть изменена за счет присутствия в покрытии легирующих агентов, которые заменяют часть оксида вентильного металла.Другие типы анодов со стабильными размерами, сформированные на основе спеченной керамики, разрабатываются для использования в электролизе расплавов солей, например, при производстве натрия и алюминия.

Электролиз рассола в диафрагменных ячейках дает щелок каустической соды, который требует концентрирования перед разделением его основных компонентов — гидроксида натрия, хлорида натрия и сульфата натрия. Доктор Р. Винклер из Escher Wyss AG описал в своей статье различные типы выпарных установок и обсудил экономику их эксплуатации.

Д-р Г. ван дер Хайден из Akzo Zout Chemie сообщил о результатах исследования основных характеристик диафрагмы с точки зрения ее проницаемости и электрического сопротивления. Проницаемость асбестовой диафрагмы зависит от ее пористости, толщины, извилистости и диаметра пор, а также от вязкости электролита ячейки. Электрическое сопротивление диафрагмы зависит от ее пористости, толщины и извилистости. Химическое разложение асбестовых волокон во время электролиза ограничивает срок службы диафрагмы.

Пониженное энергопотребление

Технические достижения в области диафрагменных хлорных ячеек, разработанные Electrode Corporation, были описаны T. A. Liederbach из этой компании. Из-за увеличения затрат на электроэнергию основной упор в программах развития делается на снижение энергопотребления ячеек. Появление анода со стабильными размерами позволило сэкономить около 20% энергии в мембранных ячейках. Дальнейшая экономия энергии от 10 до 15 процентов стала результатом разработки в начале 1970-х годов расширяемых анодов и модифицированных диафрагм, которые вместе способствовали уменьшению электролитического зазора ячейки и, как следствие, снижению напряжения ячейки.

Х. Шибата, Ю. Кокубу и И. Окадзаки из Kureha Chemical Industry Co описали Kureha SK-Diacell, разработанную для замены ртутных элементов и спроектированную как многоэлементный блок, который может использовать большую часть ранее необходимого электрического оборудования. для ртутных элементов. Устройство диафрагменной ячейки аналогично ртутной ячейке. SK-Diacell имеет аноды стабильной формы и асбестовые диафрагмы с высокой степенью однородности; он был разработан для работы при токах от 100 до 400 кА. Были приведены подробные сведения о производительности SK-Diacell, работающей на токе 330 кА, за несколько месяцев.

Разработка Glanor Electrolyser компаниями PPG Industries и Oronzio de Nora Impianti Elettrochimici была описана Р. Дж. Скоттом из PPG. Эта биполярная мембранная ячейка имеет аноды стабильной формы. Четыре завода Glanor в настоящее время работают в Японии и один в США; другие находятся в стадии строительства.

К. О’Лири из Diamond Shamrock рассказал о работе своей компании по разработке ячеек с полупроницаемой мембраной для производства хлора.Мембранный материал Nafion, разработанный Du Pont, был модифицирован и установлен на демонстрационном заводе в Muscle Shoals, штат Алабама. За первые два месяца эксплуатации ячейка показала большую устойчивость к колебаниям нагрузки, чем обычная ячейка с проницаемой диафрагмой.

В Драйдене, Онтарио, с начала этого года работает установка по производству хлора с мембранными ячейками Nafion. Завод был спроектирован Hooker Chemicals and Plastics Corporation для Dryden Chemicals Ltd. J. E.Карри и А. Т. Эмери рассмотрели разработки и технологии мембранных ячеек Хукера, которые привели к вводу в эксплуатацию этого завода.

Наконец, д-р С. Ф. Меллиш из подразделения ICI Mond, используя опубликованную информацию, дал экономическую оценку характеристик мембранных ячеек по сравнению с обычными диафрагменными ячейками.

Электролиз рассола — The Salt Association

Электролиз рассола

Хотя химия электролиза рассола была продемонстрирована Дэви и Фарадеем в начале 19-го века, электролиз рассола в промышленных масштабах (для производства хлора, каустической соды и водорода) пришлось ждать в 1870-х годах, когда изобрели динамо-машину, способную обеспечивать высокую мощность. токи, необходимые для процесса.

Разработка электролизеров началась в 1880-х годах. Были исследованы два основных типа; «ртутный катод» и «диафрагменная» ячейка. В 1892 году в Англии Кастнер и Бейкер запатентовали качающуюся ртутную ячейку, а в Австрии Келлнер запатентовал ртутную ячейку аналогичной конструкции. После патентного соглашения 1895 года с компанией Solvay в Бельгии (которая тогда владела патентными правами на ячейку Келлнера) была образована компания Castner-Kellner, и в 1897 году в Уэстон-Пойнт, Ранкорн, была возведена большая установка с качающимися элементами.Патентные права Северной Америки были лицензированы Mathieson, и в том же году на Ниагарском водопаде была установлена более крупная установка качающихся элементов.

В Канаде установка диафрагменных ячеек Le Sueur начала работу в Рамфорд-Фоллс в 1893 году и принесла первые в мире рыночные поставки электролитической каустической соды. В том же году небольшая установка диафрагменных ячеек Харгривса-Берда работала в Фарнворте, недалеко от Уиднеса. В 1901 г. была образована компания Electrolytic Alkali Company, и в Кледфорде, Мидлвич, была установлена большая установка элементов Харгривса-Берда.

Архивы этих произведений, к сожалению, были уничтожены в 1930-х годах после образования ICI и последующего закрытия этих произведений. Как упоминалось выше (см. Вакуумный процесс), на этой фабрике был установлен первый коммерческий многофункциональный испаритель солевого раствора, и наиболее вероятно, что чистая вакуумная соль требовалась для повторного насыщения слабого солевого раствора из процесса электролиза, который затем возвращался в ячейки. В Уэстон-Пойнт слабый рассол из электролизных ячеек с ртутным рассолом просто сбрасывался в приливный Мерси.

Развитие процесса электролиза рассола в 1890-х годах внесло дальнейшие изменения в структуру химической промышленности на основе соли. Оба процесса — Leblanc и Ammonia Soda — производили продукт, полученный из натрия, и продукт, полученный из хлора (или отходы), на отдельных стадиях, и производили каустическую соду только по запросу путем преобразования из кальцинированной соды с помощью известково-содового процесса. С другой стороны, в процессе электролиза были получены едкий натр, хлор и водород с эквивалентными выходами.В то время как водород, если он не требуется, может быть выпущен в атмосферу, каустическая сода (коррозионная жидкость) и хлор (токсичный газ) имеют проблемы с накоплением запасов и в идеале требуют равного, то есть сбалансированного рыночного спроса на эти два продукта.

В первые дни этого процесса хлор в основном превращали в отбеливающий порошок путем абсорбции на извести, но к 1903 году Кастнер Келлнер исследовал рынок жидкого хлора, и тогда появилась возможность импортировать баллоны сжиженного газа из Германии.Рынок жидкого хлора значительно расширился с последующим использованием хлора в качестве военного газа. Хлор из процесса электролиза, который не является сжиженным, может быть преобразован в соляную кислоту путем сжигания с водородом или в отбеливатель из гипохлорита натрия путем абсорбции едким натром.

В начале 20-го века Castner-Kellner и United Alkali (позднее — ICI) владели большей частью рынка хлорно-каустической соды в Великобритании. На заводе Castner Keller установка качающихся элементов прекратилась в 1902 году, и все последующие расширения производились за счет использования длинных ртутных элементов по конструкции Solvay.Камеры-качалки оставались в эксплуатации на заводе Castner Kellner до 1928 года. Однако камеры-качалки, которые были установлены на Ниагарском водопаде Матизеном в 1896 году, должны были оставаться в эксплуатации до 1963 года.

Необычной сделкой примерно 1908 года была аренда или продажа Кастнер-Келлнером Соляного союза существующего банка качающихся ячеек. Они были переданы на расположенный поблизости завод Salt Union, где они производили каустическую соду, которая использовалась для очистки рассола на вакуумных установках Salt Union, а также, вероятно, рассол, который завод Кастнера-Келлера получал из трубопровода Salt Union.Хлор из качающихся ячеек Salt Union был превращен в отбеливатель. Эта камера работала до 1938 года.

В 1914 году британская промышленность по электролизу рассола была представлена заводом по производству ртутных элементов Castner Kellner в Уэстон-Пойнт и заводом по производству диафрагм Hargreaves Bird компании Electro-Bleach в Миддлвиче. Спрос на хлор во время войны привел к давлению со стороны правительства, и United Alkali Company импортировала диафрагменные ячейки Гиббса из США в 1915 году. Там не было хорошо задокументированных государственных камер с диафрагменными ячейками немецкого типа, определенно в Миддлвиче и, возможно, в других местах. Первые помещения Gibbs Cellrooms United Alkali Company находились в Sullivan Works, Widnes, и Hardshaw Brook Works на Сент-Хеленсе. Более поздние установки были на заводах Allhusen’s Works, в Гейтсхеде, Hillhouse в Fleetwood и Wade Works в Northwich.

В годы войны 1914-1918 годов компания Staveley Iron and Chemical Company в Стейвли, недалеко от Честерфилда, значительно расширила свою химическую деятельность за пределы производства основных химикатов каменноугольной смолы, таких как бензол и толуол, производя серную и азотную кислоты, и превратилась в крупную войну. поставщик пикриновой кислоты, тротила и хлопка.Компания планировала расширить свой ассортимент до хлорированной органики и приобрела рассольную землю в Сандбахе, где была образована British Soda Company для производства соли для планируемой установки ртутных элементов в Стейвли. Поскольку такие камеры не были коммерчески доступны, они решили построить свои собственные с помощью технического персонала, привлеченного Кастнер-Келлнер. Первая установка ячеек Staveley работала с очевидным успехом примерно с 1922 года, а в 1926 году компания вступила в партнерство с компанией Krebs в Париже и Берлине, чтобы изготовить новую ячейку на основе полученного опыта.Это было продано во всем мире как ячейка Кребса-Стейвли. Фотографии клеток Кребса и клеток Кастнера-Келлнера этого урожая демонстрируют интересное сходство.

До 1930-х годов Великобритания была центром технологии ртутных элементов, в то время как на континенте и в Северной Америке основная часть производства хлорщелочи приходилась на диафрагменные ячейки. После 1933 года, когда немецкие химические гиганты слились с IG Farben, в Германии произошел массовый переход к разработке и эксплуатации ртутных элементов. Эта тенденция продолжилась после послевоенной реконструкции, и к 1950-м годам на открытом рынке появились немецкие ртутные элементы.Немецкие камеры были установлены в Сандбахе (Мургатройдс) и Порт Элсмир (Associated Octel) в середине 50-х годов, а несколько лет спустя камеру Кребса 1926 года в Staveley Chemicals заменили немецкими камерами.

Внутри ICI, помимо Кастнера Келлнера в Уэстон-Пойнт, были камеры с ртутными ячейками ICI-Solvay в соседнем Роксэвэдже, в Хиллхаусе, Флитвуде и в Биллингеме и Уилтоне.

В первые послевоенные годы установки ICI диафрагменных ячеек Гиббса, которые тогда еще находились в эксплуатации, продолжали работать, и этот британский комплект диафрагмальных ячеек был добавлен в 1949 году, когда Мургатройд в Сандбахе установил диафрагменные ячейки Хукера типа S.В то время клетки Хукера этого типа составляли основную долю от общего производства хлорщелочи в США.

В 1960-х годах оставшиеся ячейки Гиббса ICI в Биллингеме / на Тис-Сайд, Уэйд Воркс в Нортвиче и, возможно, также на Хиллхаус Воркс возле Флитвуда, были заменены мембранной ячейкой ICI, аналогичной по конструкции и конструкции ячейке Хукера.

Важным событием 60-х годов прошлого века явилось проведение обширных исследований в отрасли по замене углерода в качестве материала конструкции нерасходуемого хлорного анода. Титан стал легкодоступным материалом и оказался идеальным строительным материалом для установок, работающих с влажным хлором. Но эта коррозионная стойкость в то же время сделала основной металл непригодным в качестве электродного материала. Открытие того, что металлическое платиновое покрытие титана преодолело эту проблему (Cotton, 1957), но платинированный титан оказался электролитически хуже графита в качестве анода хлорной ячейки. Платинированные титановые электроды были успешно использованы в катодной защите морской воды и открыли новое направление исследований, которое привело к открытию того, что анодные покрытия на основе оксидов рутения обладают характеристиками, необходимыми для анода хлорной ячейки.(Патент Анри Бера 1967 г.).

Ртутные элементы с титановыми анодами, покрытыми оксидом рутения, основанные на патенте Бера, были представлены итальянской компанией De Nora и были выбраны BP Chemical для крупной установки в Баглан-Бей в Южном Уэльсе для производства хлора для производства ПВХ. Тем временем компания ICI принимала участие в дальнейшей разработке анодных покрытий на основе смесей оксидов драгоценных металлов, и во всех камерах ICI использовалась новая конструкция постоянного металлического анода.

Введение постоянного металлического анода, вероятно, было самым важным достижением в хлорно-щелочной технологии прошлого века.

В последние годы произошли и другие разработки в технологии ртутных и диафрагменных элементов. Ячейки увеличились в размерах и пропускной способности. Последнее стало возможным благодаря изобретению сильноточного полупроводникового выпрямителя.

Однако в последнее время делается упор на отказе от использования ртутных катодов и асбестовых диафрагм при работе электролизеров. С 1970-х годов большая работа была направлена на разработку синтетических диафрагм и ионообменных мембран.Параллельно этим усилиям удалось добиться снижения воздействия на окружающую среду ртути и асбеста, используемых в существующих электролизерах.

Published by alexxlab

View all posts by alexxlab

Добавить комментарий Отменить ответ

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Комментарий *

Имя *

Email *

Сайт