ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ СПОСОБ УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ, СОДЕРЖАЩЕЙ СУЛЬФАТ КАЛЬЦИЯ Российский патент 1996 года по МПК C02F1/46 

Изобретение относится к безреагентным способам подготовки воды для теплоэнергетических установок, работающих с использованием высокоминерализованной воды, в частности, морской, и может быть использовано для предотвращения образования отложений сульфата кальция на теплопередающих поверхностях.

Практика эксплуатации опреснительных установок показывает, что в процессе работы их производительность резко снижается вследствие зарастания поверхностей теплообмена накипью, состоящей из карбоната кальция, гидроксида магния (щелочная накипь) и сульфата кальция (сульфатная накипь).

Известен способ умягчения воды, заключающийся в том [1] что через определенный объем обрабатываемой воды, помещенной в электролизер, пропускают постоянный электрический ток, при этом на катоде происходит осаждение карбоната кальция и гидроксида магния.

Недостатком этого способа является его периодичность и то, что образование осадка идет только на поверхности электродов и обработка требует длительного времени.

Известен также способ умягчения воды путем пропускания ее через межэлектродное пространство трехкамерного электролизера [2] Обработанную воду выводят из боковых камер электролизера, смешивают и отстаивают.

Недостаток этого способа заключается в том, что смешение католита и анолита, производимое перед отстаивание, приводит к повторному загрязнению умягченной воды солями накипеобразующих соединений.

Описан способ умягчения воды, включающий ее электролиз в диафрагменном электролизере, раздельное выведение анолита и католита [3]
Недостатком данного способа умягчения воды и других аналогов является то, что все они предназначены для борьбы со щелочной накипью и не эффективны против сульфатной накипи.

Из известных способов умягчения воды наиболее близким по технической сущности к заявляемому является электрохимический способ умягчения воды. Он, в отличие от других аналогов, позволяет снизить образование сульфатной накипи за счет обеспечения кристаллизации сульфата кальция в объеме раствора. Этот способ умягчения воды включает ее электролиз в диафрагменном электролизере, раздельное выведение анолита и католита, отстаивание католита перед его смешением с анолитом [4]
Недостатком известного электрохимического способа умягчения воды является сложность проведения процесса, необходимость отстаивания католита перед смешением с анолитом, значительный расход электричества.

Целью настоящего изобретения является снижение образования сульфатной накипи на теплопередающих поверхностях при использовании обработанной воды в теплоэнергетических установках, упрощение процесса и снижение затрат.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе умягчения воды, включающем ее электролиз в диафрагменном электролизере и раздельное выведение анолита и католита, обрабатываемую воду подвергают электролизу в анодной камере электролизера при пропускании через нее электричества в количестве 9,3 70,0 А•ч/м³. Через катодную камеру электролизера может быть пропущена любая другая вода, например, упаренный раствор из выпарной установки.

Если обрабатываемая вода подвергается электролизу в анодной камере диафрагменного электролизера и через нее пропускают электричество в количестве менее 9,3 А•ч/м³, то ускорения кристаллизации сульфата кальция в объеме раствора не происходит и при подаче этой воды в теплоэнергетическую установку на поверхностях теплообмена образуются отложения сульфатной накипи. Если же обрабатываемая вода подвергается электролизу в анодной камере диафрагменного электролизера и через нее пропускается электричество в количестве более 9,3 А•ч/м³, то при последующей подаче этой воды в теплоэнергетическую установку наблюдается ускорение кристаллизации и сульфата кальция в объеме раствора, в результате основная масса сульфатной накипи выделяется не на теплопередающих поверхностях, а в объеме раствора.

Для пояснения изобретения описан пример осуществления способа и дан рисунок, на котором показано изменение светопропускания раствора морской воды с высоким содержанием сульфата кальция в процессе ее термического умягчения.

П р и м е р 1. Морскую воду с высоким содержанием сульфата кальция подавали в анодную камеру диафрагменного электролизера (в катодную камеру подавали раствор хлорида натрия) и вели процесс так, чтобы через нее прошло электричество в количестве 370 А•ч/м³. После окончания электролиза раствор из анодной камеры (анолит) подавали в лабораторный термоумягчитель. Термическое умягчение проводили при температуре 97,5^oC. За кинетикой выделения сульфатной накипи следили по изменению светопропускания раствора (при выделении накипи светопропускание раствора уменьшается).

Результаты показаны на рисунке. Кривая 1 соответствует морской воде без электрохимической обработки, а кривая 2 морской воде, подвергнутой электролизу в анодной камере электролизера.

Как видно, термическое умягчение воды, не подвергнутой электролизу (кривая I), протекает очень медленно и за 80 минут, прошедших с начала процесса, светопропускание раствора практически не меняется.

Процесс термического умягчения резко ускоряется, если морская вода подвергалась электрохимической обработке в анодной камере диафрагменного электролизера, и выделение сульфатной накипи в объеме раствора заканчивается за 70 мин (кривая 2). Отложений сульфата кальция на стенках термоумягчителя не обнаружено.

П р и м е р 2. Морскую воду с высоким содержанием сульфата кальция подавали в катодную и анодную камеры диафрагменного электролизера и пропускали через нее разные количества электричества. Католит и анолит выводили из электролизера раздельно. После отстаивания католит смешивали в соотношении 1:1 c частью анолита и подавали в лабораторный испаритель, где раствор упаривался в два раза. Другую часть анолита подавали в другой лабораторный испаритель и также упаривали в два раза. Процесс выпаривания вели при температуре 90^oC. После окончания выпаривания испарители промывали небольшим количеством дистиллированной воды и сушили при температуре 70^oC до постоянной массы.

Степень защиты от отложений сульфата кальция определялась по формуле:

где m₁ масса испарителя после упаривания в нем необработанной электролизом морской воды, г;
m₂ масса испарителя после упаривания в нем морской воды, подвергнутой электрохимической обработке, г;
m₃ масса испарителя без отложений сульфата кальция, г.

Если после упаривания морской воды, подвергнутой электрохимической обработке, на стенках испарителя не будет обнаружено отложений сульфатной накипи, то m₂ m₃ и η = 100 %
Если электрохимическая обработка не оказывает влияния на образование сульфитной накипи, то m₂ m₁ и η = 0 % .
Результаты приведены в таблице.

Из приведенных в таблице данных видно, что предварительная электрохимическая обработка морской воды существенно уменьшает образование отложений сульфата кальция. Сравнение достигаемой степени защиты от отложений свидетельствует о том, что заявляемое решение обеспечивает более высокую степень защиты от отложений сульфата кальция при одинаковом с прототипом расходе электричества.

Так, при пропускании через обрабатываемую воду электричества в количестве 14 А•ч/м³ прототип обеспечивает η = 27,8 % , а заявляемое решение η = 85,7 % .
Как видно из таблицы, уменьшение образования отложений сульфата кальция происходит вследствие того, что основная масса сульфатной накипи кристаллизуется в объеме раствора, а не на стенках испарителя.

Специальные дополнительные эксперименты показали, что достигаемый в заявляемом способе положительный эффект ускорение кристаллизации сульфата кальция в объеме раствора, не зависит от условий электролиза (продолжительности электролиза, плотности тока при электролизе и материала электродов).

Использование данного электрохимического способа обработки воды, содержащей сульфат кальция, позволит снизить зарастание поверхностей теплообмена опреснительных и теплоэнергетических установок сульфатной накипью. При этом положительный эффект достигается при меньших, по сравнению с прототипом, расходах электричества.

Если в обрабатываемой воде наряду с сульфатом кальция содержатся соединения щелочной накипи, то предлагаемый электрохимический способ обработки воды позволит предотвратить образование отложений не только сульфатной, но и щелочной накипи.

Использование предлагаемого способа при термическом умягчении минерализованных вод, содержащих сульфат кальция, позволит значительно сократить продолжительность термического умягчения.

Еще одним достоинством заявляемого способа является технологическая простота, безреагентность производимой водоподготовки и возможность автоматизации процесса.

Использование: предотвращение образования отложений сульфата кальция на теплопередающих поверхностях в системах водоснабжения и опреснения. Сущность изобретения: способ включает электролиз обрабатываемой воды в анодной камере диафрагменного электролиза и через нее пропускают электричество в количестве 9,3-70,0 А•ч/м³. В катодную камеру электролизера подают любую другую воду, например, упаренный раствор после выпарной установки. 1 табл., 1 ил.

Электрохимический способ умягчения воды, содержащей сульфат кальция, путем обработки в электродной камере диафрагменного электролизера, отличающийся тем, что, с целью снижения образования сульфатной накипи на теплопередающих поверхностях при использовании обработанной воды в теплоэнергетических установках, упрощения процесса и снижения затрат, обработку ведут в анодной камере диафрагменного электролизера при пропускании через нее электричества в количестве 9,3 70 А•ч/м³.