ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1997 года по МПК C02F1/46 

Изобретение относится к электрохимической обработке водных растворов и получения газов.

Известен электролизер, в котором распределение электролитов и продуктов электролиза происходит через каналы, находящиеся в плоскости параллельной плоскости размещения электродов [1] Недостатком электролизера является значительное гидродинамическое сопротивление входных отверстий в каналах, а также трудность отведения газов, полученных путем электрохимической обработки.

Известен электролизер, в котором распределение электролитов и продуктов электролиза происходит через коллекторы, размещенные в плоскости перпендикулярной плоскости размещения электродов [2] Недостатком электролизера является размещение каналов, отводящих и подводящих электролиты в камеры электролизера, в теле электродов, что увеличивает металлоемкость электролизера и значительно снижает эффективность процесса электролиза.

Известна электродиализная установка, в которой доставка и отведение электролитов осуществляется по коллекторам, расположенным в плоскости, перпендикулярной плоскости размещения электродов, а отводящие и подводящие каналы от коллекторов устроены вне тела электродов [3] Недостатком установки является неравномерное распределение и подача электролитов в объемы камер электрохимической установки, низкая турбулизация электролитов после выхода из каналов, а также сложность газоотведения из объемов камер.

Задача, на решение которой направлено изобретение повышение эффективности работы электрохимической установки.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в более равномерном распределении растворов электролитов по объему камер, снижении возможности образования "застойных" зон в объеме камер при больших расходах электролитов, в организованном отводе из объема камер продуктов электрохимических и химических реакций. Для достижения этого технического результата электрохимическая установка собрана в пакет анодных и катодных ячеек с камерами в форме параллелограмма и мембранами, расположенными между ячейками, имеющая сборные и распределительные коллекторы соответственно для анолита и католита, размещенные в верхней и нижней части устройства в плоскостях перпендикулярных плоскостям размещения электродов. Коллекторы сообщаются с камерами установки через каналы, расположенные в углах верхних и нижних частей камер и обеспечивающие направление движения электролитов в анодных камерах справа наверх влево, а в катодных камерах слева наверх вправо, причем каналы устроены так, что осуществляют неполное сжатие и расширение потока электролита как на входе в камеру, так и на выходе из нее. Введение в состав электрохимической установки анодных и катодных камер параллелограммной формы, а также каналов, которые соединяют объемы камер со сборными и распределительными коллекторами установки, в форме, осуществляющей неполное сжатие и расширение потока электролита, позволяет получить новое свойство, заключающееся в более равномерном распределении электролита в камерах электрохимической установки и организованном отводе из камер продуктов электрохимических и химических реакций. Неполное сжатие в каналах приводит к увеличению коэффициента расхода отверстия, который учитывает потери напора, степень сжатия струи, скорость и расход жидкости [4, 5] Увеличение коэффициента расхода отверстия приводит к увеличению скорости и расхода электролита. Расширение в канале способствует более равномерному распределению электролитов по объему камер, а также более организованному отводу электролитов из коллекторов в камеры устройства и из камер установки в коллекторы. Параллелограммная форма камер позволяет рационально разместить сборные и распределительные коллекторы в теле ячеек электрохимической установки, а также снизить гидродинамические потери объема камер.

Устройство содержит анодные ячейки 9 (разрез Г-Г) с анодными камерами 18 и катодные ячейки 2 (разрез В-В) с катодными камерами 24, между которыми расположены мембраны 16. Все электроды: аноды 17 и катоды 15, за исключением крайних в установке, работают обеими сторонами своих рабочих поверхностей. По форме электроды и мембраны соответствуют формам параллелограмма анодных и катодных камер, а по размерам боковых сторон параллелограмма они больше не менее чем на 5 мм размеров соответствующих боковых сторон анодных и катодных камер. С торцевых сторон установка стянута стяжными болтами (стяжками) 4, 6, 8 и прижимными ячейками 3, в которых расположены входные патрубки 10 и 12 анолита и католита, выходные патрубки 5 и 25 анолита и католита, а также заглушки 1, 7, 11, 26. Между ячейками и мембраной, ячейкой и электродами, а также в других местах сопряжения элементов электрохимической установки возможно размещение резиновых или других уплотняющих прокладок, по форме идентичных сопрягаемым элементам. Анодные и катодный ячейки установки, выполненные из диэлектрического материала, снабжены отверстиями 19, 20 и 21, не соединенными с соответствующими камерами, для транзита электролитов в анодных ячейках (разрез Г-Г), для прохода католита в сборном коллекторе и католита в распределительном коллекторе 23, в катодных ячейках (разрез В-В) - соответственно для прохода анолита. Введение и отведение электролитов из коллекторов в камеры и из камер в коллекторы осуществляется через каналы 22, (вид А), выполненные в виде ограниченного пространства, осуществляющего неполное сжатие и расширение электролита за счет того, что одна сторона канала представляет собой прямую, являющуюся продолжением боковой стенки камеры до пересечения со сборным или распределительным коллектором в точке прохождения радиуса коллектора R, перпендикулярного этой боковой стенке, вторая сторона канала изготавливается в виде полукруга, соединяющего сборный или распределительный коллектор со второй боковой стенкой камеры в точке пересечения полукруга с радиусом коллектора R, параллельным прямой стороне канала, причем радиус полукруга r и радиус сборного или распределительного канала R связаны соотношением R > r > O.

Электрохимическая установка работает следующим образом. Исходный раствор поступает через входные патрубки 10 и 12 в распределительные каналы анодных камер 28 и катодных камер 14, откуда по каналам 22 поступает соответственно в анодные камеры 18 анодных ячеек 9 (разрез Г-Г), и в катодные камеры 24 катодных ячеек 2 (разрез В-В. Электролиты попадают в камеры и, благодаря устройству каналов 22, равномерно распределяются по объему камер. После обработки в камерах растворы и газы, полученные путем электрохимической обработки, через каналы 22 отводятся в сборные каналы анолита 27 и католита 13, образованные соответственно отверстиями 19 и 20. Продукты, полученные на электрохимической установке, отводятся из нее через выходные патрубки анолита 5 и католита 25, соединенные соответственно со сборными каналами анолита и католита.

ЛИТЕРАТУРА
1. Томилов А.П. Прикладная электрохимия. М. Химия, 1984, с.214.

2. Авторское свидетельство СССР N 1724592, кл. С 02 F 1/46, 1989.

3. Апельцин И.Э. Клячко В.А. Опреснение воды. М. Издательство литературы по строительству, 1968, с.155.

4. Евреинов В.Н. Гидравлика. Л.-М. Водный транспорт, 1939, с.351.

5. Чугуев Р.Р. Гидравлика. Л. Энергоиздат, 1982, с.382.

Изобретение относится к электрохимической обработке водных растворов и получения газов, а именно к электрохимической установке со сборными и распределительными коллекторами анолита и католита, при этом анодные и катодные камеры выполнены в форме параллелограмма, в верхних и нижних углах которого для сообщения соответственно со сборными и распределительными коллекторами устроены каналы, обеспечивающие направление движения электролитов в анодных камерах справа-наверх-влево, а в катодных камерах - слева-наверх-вправо, и выполненные в виде ограниченного пространства, осуществляющего неполное сжатие и расширение потока электролита за счет того, что одна сторона канала представляет собой прямую, являющуюся продолжением боковой стенки камеры до пересечения со сборным или распределительным коллектором в точке прохождения радиуса коллектора R, перпендикулярного этой боковой стенке, вторая сторона канала изготовлена в виде полукруга, соединяющего сборный или распределительный коллектор со второй боковой стенкой камеры в точке пересечения полукруга с радиусом коллектора R, параллельным прямой стороне канала, причем радиус полукруга r и радиус сборного или распределительного коллектора R связаны соотношением R > r > 0. 1 ил.

Электрохимическая установка со сборными и распределительными коллекторами анолита и католита, отличающаяся тем, что анодные и катодные камеры выполнены в форме параллелограмма, в верхних и нижних углах которого для сообщения соответственно со сборными и распределительными коллекторами устроены каналы, обеспечивающие направление движения электролитов в анодных камерах справа-наверх-влево, а в катодных камерах слева-наверх-вправо, и выполненные в виде ограниченного пространства, осуществляющего неполное сжатие и расширение потока электролита за счет того, что одна сторона канала представляет собой прямую, являющуюся продолжением боковой стенки камеры до пересечения со сборным или распределительным коллектором в точке прохождения радиуса коллектора R, перпендикулярного этой боковой стенке, вторая сторона канала изготовлена в виде полукруга, соединяющего сборный или распределительный коллектор с второй боковой стенкой камеры в точке пересечения полукруга с радиусом коллектора R, параллельным прямой стороне канала, причем радиус полукруга r и радиус сборного или распределительного коллектора R связаны соотношением R > r > 0.