РЕАКТОР ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТИ Российский патент 2009 года по МПК C02F1/461 

1. Отрасль техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области электрохимических технологий, использующих электрохимическую обработку жидкости, в том числе воды и водных растворов, для изменения их физико-химических свойств, и может быть использовано в различных областях техники как для получения продуктов непосредственно с использованием электролиза, так и для подготовки к использованию воды и водных растворов.

2. Уровень техники

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является реактор для электрохимической обработки жидкости, который содержит четное количество диафрагменных электрохимических модульных ячеек, соединенных с коллекторами для подвода и отвода обрабатываемой жидкости, каждый коллектор включает однотипные коллекторные секции из диэлектрического материала, а каждая секция выполнена в виде двух взаимопроникающих отрезков цилиндров с большим и меньшим наружным и внутренним диаметрами, внутренние полости которых сообщаются, причем оси цилиндров перпендикулярны, но не пересекаются, отверстия в торцах цилиндра меньшего диаметра выполнены в виде гнезд для закрепления штуцеров электрохимических ячеек, секции взаимодействуют друг с другом, образуя ниппельные соединения, предусмотрены приспособления для фиксации секций между собой (RU №2153474, кл. С02F 1/461, 27.07.2000 г.).

Недостатком известного решения является то, что потоки жидкости поступают из диафрагменных электрохимических ячеек встречно, что резко повышает коэффициент гидравлического сопротивления в устройстве, кроме того, в коллекторах скапливаются газы, образующиеся в электрохимических ячейках, как при электролизе, так и при активном перемешивании сред, и создающие газовые пробки, которые нарушают стабильность работы как отдельной электрохимической ячейки, так и всего реактора.

3. Раскрытие изобретения

Техническим результатом, достигаемым при использовании настоящего изобретения, является снижение гидравлического сопротивления в электрохимических ячейках и стабилизация работы как отдельной ячейки, так и всего реактора.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в реакторе для электрохимической обработки жидкости, содержащем кратное двум количество электрохимических ячеек, выполненных из вертикальных цилиндрических, коаксиально установленных внешнего и внутреннего электродов и керамической диафрагмы, размещенной между электродами и разделяющей межэлектродное пространство на электродные камеры, нижний и верхний узлы установки и крепления электродов и диафрагмы выполнены с возможностью подвода и отвода жидкости, электродные камеры соединены между собой через коллекторные секции, выполненные из диэлектрического материала, и каждая секция выполнена в виде трех полых цилиндров разных диаметров, полости которых сообщаются между собой, причем ось большого цилиндра перпендикулярна не пересекающимся с ней параллельным между собой осям малых цилиндров, полости которых расположены по касательной к цилиндру большего диаметра, и оси малых цилиндров находятся одна от другой на расстоянии, превышающем величину наименьшего внутреннего диаметра малого цилиндра, внутренняя и внешняя поверхности большого цилиндра выполнены коническими так, чтобы при соединении коллекторных секций одна коллекторная секция входила в другую без зазора.

На внутренней поверхности большого цилиндра имеются выступы, расположенные по спирали таким образом, чтобы жидкость, поступающая из малых цилиндров в большой, направлялась в одну сторону.

На внутренней поверхности большого цилиндра имеются канавки, расположенные по спирали таким образом, чтобы жидкость, поступающая из малых цилиндров в большой, направлялась канавками в одну сторону.

Малые цилиндры выполнены таким образом, что диаметр их входных отверстий равен 1,14d, где d - внешний диаметр штуцера электрохимической ячейки, а диаметр выходных отверстий выполнен из условия обеспечения беспрепятственного прохождения жидкости из электрохимической ячейки во внутреннюю полость большого цилиндра.

Уплотнение в коллекторной секции для присоединения штуцера электрохимической ячейки выполнено в виде отрезка эластичной трубки, которая имеет внешний диаметр, равный наибольшему внутреннему диаметру малого цилиндра коллекторной секции.

В верхней части большого цилиндра имеется штуцер для отвода электролизных газов.

Большой цилиндр коллекторной секции выполнен в виде двух отрезков разного диаметра, входящих один в другой без зазора, а малый цилиндр взаимопроникает в большой перпендикулярно его оси.

4. Краткое описание чертежей.

На фиг.1 представлен реактор в сборе и его разрез.

На фиг.2 и 4 представлены варианты коллекторных секций реактора и их разрезы.

На фиг 3 и 5 представлены соединения двух коллекторных секций в разрезе.

Реактор содержит (фиг.1) две пары проточных электрохимических ячеек, каждая из которых состоит из внутреннего электрода 1, диэлектрических втулок 2 и 3, диафрагмы 4, внешнего электрода 5, коммуникации в виде трубопроводов, снабженных штуцером 20 и 21 для подачи жидкости, уплотнительными трубками 7, и штуцером 6 и 8 для отвода жидкости из электродных камер, причем втулка 2 выполнена с возможностью поворота на 360°. Штуцер 9 служит для отвода электролизных газов, а выступы 10 на внутренней поверхности цилиндра служат в качестве направляющих потока жидкости. Штуцера 6, 8, 20, 21 соединены с коллекторными секциями 11 и 12, в которые вставлены уплотнительные трубки 7, позволяющие не только надежно герметизировать соединение, но и при необходимости провести быстрый демонтаж электрохимической ячейки.

Коллекторные секции 11 и 12 выполнены в виде (фиг.2 и 3) трех отрезков полых цилиндров разных размеров: двух малых 13, 14 и одного большого 15. Отрезки цилиндров 13, 14, 15 выполнены с большими и меньшими наружными и внутренними диаметрами. Полости большого 15 и малых 13, 14 цилиндров сообщаются, причем ось большого цилиндра 15 перпендикулярна осям малых цилиндров 13 и 14, а ось цилиндра 13 параллельна оси цилиндра 14 и находится с ней в одной плоскости. Полости цилиндров 13 и 14 расположены по касательной к полости поперечного сечения цилиндра 15. Оси цилиндров 13 и 14 находятся на расстоянии L относительно друг друга. Отверстия в торцах цилиндров 13 и 14 выполнены для крепления штуцеров 6, 8, 20, 21. На внутренней поверхности цилиндра 15 по ходу движения жидкости из цилиндров 13 и 14 имеются выступы или канавки 10, расположенные по спирали (фиг.4) таким образом, что жидкость, поступающая из цилиндров 13 и 14, направляется в одну сторону. Внутренняя и внешняя поверхности цилиндра 15 выполнены таким образом, чтобы одна коллекторная секция входила в другую без зазора (фиг.4). Герметичность между секциями может достигаться склеиванием или сваркой.

Коллекторные секции могут быть выполнены в виде (фиг.5 и 6) трех отрезков цилиндров, один из которых - меньшего 16, а два других: - большого диаметра 17 и 19 (фиг.7). Полости цилиндров 16 и 19 сообщаются, причем ось цилиндра 19 перпендикулярна оси цилиндра 16 и эти оси не пересекаются. Внутренняя полость цилиндра 16 расположена по касательной к внутренней полости цилиндра 18. Цилиндры большего диаметра 17 и 19 входят один в другой без зазора (фиг.7). При соединении коллекторных секций (фиг.7) образуется полость 18, в которой собираются электролизные газы, для отвода которых и служит штуцер 9.

Реактор работает следующим образом. Обрабатываемая жидкость подается в одну или две коллекторные секции, из которых она поступает в межэлектродное пространство электрохимических ячеек, где происходит электролиз и разделение с помощью пористой диафрагмы обработанной жидкости на анолит и католит. С выходов электрохимических ячеек продукты электролиза поступают в две коллекторные секции, где происходит при необходимости удаление электролизных газов. Реактор позволяет снизить внутреннее сопротивление в гидравлической системе и более равномерно распределить жидкость по электрохимическим ячейкам.

Данное изобретение имеет более простую конструкцию по сравнению с аналогами и позволяет быстро и просто производить сборку и при необходимости замену электрохимических ячеек, что особенно важно с учетом частых профилактических процедур, вызванных технологическим налипанием наносов на рабочие поверхности устройств, имеющих малые зазоры. Кроме того, в процессе электролиза возможно удаление электролизных газов, что расширяет функциональные возможности реактора.

Изобретение относится к области электрохимических технологий, использующих электрохимическую обработку жидкости, в том числе воды и водных растворов, для изменения их физико-химических свойств. Реактор для электрохимической обработки жидкости содержит кратное двум количество электрохимических ячеек, выполненных из вертикальных цилиндрических, коаксиально установленных внешнего и внутреннего электродов и керамической диафрагмы, размещенной между электродами и разделяющей межэлектродное пространство на электродные камеры. Нижний и верхний узлы установки и крепления электродов и диафрагмы выполнены с возможностью подвода и отвода жидкости. Электродные камеры соединены между собой через коллекторные секции, выполненные из диэлектрического материала, и каждая секция выполнена в виде трех полых цилиндров разных диаметров, полости которых сообщаются между собой, причем ось большого цилиндра перпендикулярна не пересекающимся с ней параллельным между собой осям малых цилиндров, полости которых расположены по касательной к цилиндру большего диаметра, и оси малых цилиндров находятся одна от другой на расстоянии, превышающем величину наименьшего внутреннего диаметра малого цилиндра, внутренняя и внешняя поверхности большого цилиндра выполнены коническими так, чтобы при соединении коллекторных секций они входили друг в друга без зазора. Технический эффект - снижение гидравлического сопротивления и стабилизация работы. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Реактор для электрохимической обработки жидкости, содержащий кратное двум количество электрохимических ячеек, выполненных из вертикальных цилиндрических, коаксиально установленных внешнего и внутреннего электродов и керамической диафрагмы, размещенной между электродами и разделяющей межэлектродное пространство на электродные камеры, нижний и верхний узлы установки и крепления электродов и диафрагмы выполнены с возможностью подвода и отвода жидкости, электродные камеры соединены между собой через коллекторные секции, выполненные из диэлектрического материала, и каждая секция выполнена в виде трех полых цилиндров разных диаметров, полости которых сообщаются между собой, причем ось большого цилиндра перпендикулярна не пересекающимся с ней параллельным между собой осям малых цилиндров, полости которых расположены по касательной к цилиндру большего диаметра, и оси малых цилиндров находятся одна от другой на расстоянии, превышающем величину наименьшего внутреннего диаметра малого цилиндра, внутренняя и внешняя поверхности большого цилиндра выполнены коническими так, чтобы при соединении коллекторных секций одна коллекторная секция входила в другую без зазора.

2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что на внутренней поверхности большого цилиндра имеются выступы, расположенные по спирали таким образом, чтобы жидкость, поступающая из малых цилиндров в большой, направлялась в одну сторону.

3. Реактор по п.1, отличающийся тем, что на внутренней поверхности большого цилиндра имеются канавки, расположенные по спирали таким образом, чтобы жидкость, поступающая из малых цилиндров в большой, направлялась канавками в одну сторону.

4. Реактор по п.1, отличающийся тем, что малые цилиндры выполнены таким образом, что диаметр их входных отверстий равен 1,14d, где d - внешний диаметр штуцера электрохимической ячейки, а диаметр выходных отверстий выполнен из условия обеспечения беспрепятственного прохождения жидкости из электрохимической ячейки во внутреннюю полость большого цилиндра.

5. Реактор по п.1, отличающийся тем, что уплотнение в коллекторе для присоединения штуцера электрохимической ячейки выполнено в виде отрезка эластичной трубки, которая имеет внешний диаметр, равный наибольшему внутреннему диаметру малого цилиндра коллектора.

6. Реактор по п.1, отличающийся тем, что в верхней части большого цилиндра имеется штуцер для отвода электролизных газов.

7. Реактор по п.1, отличающийся тем, что большой цилиндр коллекторной секции выполнен в виде двух отрезков разного диаметра, входящих один в другой без зазора, причем малый цилиндр расположен перпендикулярно оси большого.