Патент на изобретение №2370451

(54) РЕАКТОР ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТИ

(57) Реферат:

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. 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.

Формула изобретения

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.

РИСУНКИ