Изобретение относится к области неорганической химии, в частности к конструкциям аппаратов для получения гипохлорита натрия методом электрохимического разложения раствора хлорида щелочного металла. Гипохлориты щелочных металлов могут найти применение как отбеливающее средство для тканей, целлюлозы. Могут быть использованы как дезинфицирующее средство для обработки производственных и бытовых помещений, технологического оборудования. В системах водоподготовки гипохлориты используются как бактерицидные агенты, а в биохимических процессах последние выступают как антисептики. The invention relates to the field of inorganic chemistry, in particular, to apparatus designs for producing sodium hypochlorite by electrochemical decomposition of an alkali metal chloride solution. Alkali metal hypochlorites can be used as a bleaching agent for fabrics, cellulose. They can be used as a disinfectant for processing industrial and domestic premises, technological equipment. In water treatment systems, hypochlorites are used as bactericidal agents, and in biochemical processes, the latter act as antiseptics.
В настоящее время известно множество электрохимических аппаратов для получения гипохлорита щелочного металла методом электрохимического разложения хлорида щелочного металла, ниже представлен уровень техники в настоящее время. Currently, there are many electrochemical devices for producing alkali metal hypochlorite by the method of electrochemical decomposition of alkali metal chloride, the prior art is presented below.
Известно электрохимическое устройство, включающее корпус, в котором размещены анод и катод, а также камера с твердым хлоридом щелочного металла. В верхнюю часть камеры подается вода, а снизу выводится насыщенный раствор соли, который подается в электролизер (пат. США N 4049531, кл.C 25 B 1/26, опубл.85 г). Known electrochemical device, comprising a housing in which the anode and cathode are placed, as well as a chamber with solid alkali metal chloride. Water is supplied to the upper part of the chamber, and a saturated salt solution is discharged from below, which is supplied to the electrolyzer (US Pat. No. 4049531, class C 25 B 1/26, publ. 85 g).
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является электрохимическое устройство, включающее корпус, внутри которого установлена камера с поплавком, связанным с патрубком ввода воды, благодаря чему регулируется поток воды, подаваемой в устройство. Пройдя через патрубок, вода поступает в камеру, заполненную сорбентом. На сорбенте вода освобождается от солей жесткости, которые отрицательно влияют на мембранный электрохимический процесс. На дне устройства помещают твердый хлорид щелочного металла. Вода, попадая в это пространство, насыщается хлоридом и превращается в раствор хлорида щелочного металла. В том же пространстве размещена электрохимическая ячейка, состоящая из вертикально размещенных пластинчатых монополярных электродов, разделенных ионоселективной мембраной. Раствор хлорида щелочного металла подается только в анодное пространство, в катодное отделение подается вода, прошедшая очистку на сорбенте и лишь частично насыщенная раствором хлорида щелочного металла. В результате электрохимических реакций на аноде образуется элементарный хлор, а на катоде - гидроксид щелочного металла, которые поступают в камеру смещения и в этой камере, за счет химической реакции, образуется гипохлорит щелочного металла. Еще указанную камеру называют камерой сбора готового продукта. Полученный раствор является дезинфицирующим и стерилизующим (пат. США N 4500404, кл. C 25 B 1/34, опубл.85 г.). The closest analogue of the invention is an electrochemical device, comprising a housing, inside which there is a chamber with a float connected to the water inlet pipe, which regulates the flow of water supplied to the device. After passing through the pipe, water enters the chamber filled with sorbent. On the sorbent, water is freed from hardness salts, which adversely affect the membrane electrochemical process. Solid alkali metal chloride is placed at the bottom of the device. Water entering this space is saturated with chloride and turns into a solution of alkali metal chloride. In the same space there is an electrochemical cell consisting of vertically placed lamellar monopolar electrodes separated by an ion-selective membrane. The alkali metal chloride solution is supplied only to the anode space, and the water that has been purified by the sorbent and only partially saturated with the alkali metal chloride solution is supplied to the cathode compartment. As a result of electrochemical reactions, elemental chlorine is formed at the anode, and alkali metal hydroxide forms at the cathode, which enter the displacement chamber and in this chamber, due to the chemical reaction, alkali metal hypochlorite is formed. The specified chamber is also called a finished product collection chamber. The resulting solution is a disinfectant and sterilizing (US Pat. US N 4500404, CL C 25 B 1/34, publ. 85 g).
Недостатком известного устройства является сложность конструкции, наличие сорбента в конструкции предопределяет его периодическую замену или его регенерацию, что приводит к удорожанию получаемой продукции, а также к ухудшению экологической обстановки за счет образования регенерационных растворов. Помимо этого наличие мембраны увеличивает затраты электроэнергии на проведение процесса, а подача воды в катодное пространство лишь частично насыщенной хлоридом из-за низкой электропроводности приводит к еще большим затратам электроэнергии. В данной конструкции нет возможности использовать дешевую поваренную соль технической квалификации, поскольку несмотря на сорбент, рассол недостаточно чист для проведения электролиза с мембраной, на ее поверхности могут быть отложения солей жесткости и гидроксидов тяжелых металлов. В устройстве не предусмотрена возможность дозирования дезинфицирующего раствора гипохлорита щелочного металла. На фигуре 1 представлено схематически предлагаемое изобретение. Устройство состоит из корпуса 1, снабженного патрубком ввода воды 2, соединенного через запорный кран 3 с линией подачи воды в устройство. Патрубок ввода воды 2 соединен с поплавком-регулятором 4, который обеспечивает подачу воды в определенных количествах в приемную камеру 5 устройства. При подъеме поплавка выше определенной отметки подача воды прекращается и возобновляется после того, как часть готового раствора гипохлорита будет подана потребителю. Электродная камера 6 содержит блок электродов 7, в блоке крайние электроды являются монополярными, а между ними размещены биполярные электроды, количество биполярных электродов выбирается в каждом случае разным и специалистам ясно, какое количество электродов должно быть выбрано в том или ином случае. Электродный блок может быть выполнен в виде электродной кассеты. В кассете выполняются пазы, в которые вставляются пластинчатые электроды или зажимы, благодаря которым крепятся электроды в кассете. Сама электродная кассета выполняется из диэлектрического материала. Электроды могут быть выполнены в виде цилиндров, конусов или иных конфигураций, связанных с телами вращения. Устройство содержит камеру растворения хлорида 8, связанную в камерой твердого хлорида 9. В стенке 10 выполнены элементы, благодаря которым происходит связь между камерой с твердым хлоридом и камерой 8 растворения хлорида. Указанные элементы могут быть рядом мелких отверстий, через которые просачивается вода в камеру с твердым хлоридом, могут быть прорези, сама стенка может быть выполнена из сетки, т.е. элементы которые связывают указанные две камеры могут быть самыми разными. Естественно, что суммарная площадь элементов, связывающих две указанные камеры должна быть достаточной, чтобы концентрация хлорида была достаточной для проведения электролиза с минимальными затратами. Электродная камера связана с камерой сбора готового раствора гипохлорита 11, которая через дозирующий насос 12 связана с линией обрабатываемой жидкости. A disadvantage of the known device is the design complexity, the presence of a sorbent in the structure determines its periodic replacement or its regeneration, which leads to a rise in the cost of the resulting product, as well as to a deterioration of the environmental situation due to the formation of regeneration solutions. In addition, the presence of a membrane increases the energy costs of the process, and the supply of water to the cathode space only partially saturated with chloride due to low electrical conductivity leads to even greater energy costs. In this design, it is not possible to use cheap table salt of technical qualification, because despite the sorbent, the brine is not clean enough to conduct electrolysis with the membrane, deposits of hardness salts and heavy metal hydroxides can be on its surface. The device does not provide for the possibility of dosing a disinfectant solution of alkali metal hypochlorite. The figure 1 presents a schematic of the invention. The device consists of a housing 1, equipped with a water inlet 2, connected through a shut-off valve 3 with a water supply line to the device. The water inlet pipe 2 is connected to the float-regulator 4, which provides the supply of water in certain quantities to the receiving chamber 5 of the device. When the float rises above a certain point, the water supply stops and resumes after part of the finished hypochlorite solution is supplied to the consumer. The electrode chamber 6 contains a block of electrodes 7, in the block the outermost electrodes are monopolar, and bipolar electrodes are placed between them, the number of bipolar electrodes is different in each case and it is clear to experts how many electrodes should be selected in one case or another. The electrode unit may be made in the form of an electrode cartridge. In the cassette, grooves are made in which plate electrodes or clamps are inserted, thanks to which the electrodes are mounted in the cassette. The electrode cassette itself is made of dielectric material. The electrodes can be made in the form of cylinders, cones or other configurations associated with bodies of revolution. The device comprises a chloride dissolution chamber 8 connected in a solid chloride chamber 9. Elements 10 are made in the wall 10, due to which there is a connection between the solid chloride chamber and the chloride dissolution chamber 8. These elements can be a series of small holes through which water seeps into the chamber with solid chloride, there can be cuts, the wall itself can be made of mesh, i.e. The elements that link these two cameras can be very different. Naturally, the total area of the elements connecting the two indicated chambers should be sufficient so that the chloride concentration is sufficient to conduct electrolysis at minimal cost. The electrode chamber is connected to the collection chamber of the finished hypochlorite solution 11, which, through the metering pump 12, is connected to the line of the processed liquid.
Устройство работает следующим образом. В камеру 9 твердого хлорида помещают твердый хлорид натрия, через запорный кран 3 подают воду в патрубок ввода воды и далее вода поступает в приемную камеру 5 с поплавком-регулятором 4. Через систему элементов, связывающих все камеры, вода поступает в камеру растворения хлорида 8. Омывая слой твердой соли - хлорида натрия, вода растворяет последний и превращается в раствор хлорида натрия, который поступает в электродную камеру. На монополярные электроды подают напряжение и начинается процесс электролиза. На катоде и на катодных сторонах биполярных электродов образуется раствор гидроксида натрия, на аноде и на анодных сторонах биполярных электродов образуется хлор, поскольку между электродами отсутствует диафрагма или мембрана, то образующийся хлор сразу вступает во взаимодействие с гидроксидом натрия с образованием раствора гипохлорита натрия, являющимся отличным дезинфицирующим раствором. Строго говоря, образующийся раствор не является лишь раствором гипохлорита, в нем присутствуют различные пероксидные соединения. Условия проведения электролиза исключают выделение газообразного хлора в окружающую среду. Готовый раствор собирается в камере сбора продукта и через дозирующий раствор подается в линию обрабатывающей жидкости. Благодаря использованию дозирующего насоса 12 в линию будет подаваться то количество гипохлорита, которое необходимо для обеззараживания воды. Поскольку исходная вода может содержать различное количество микроорганизмов, неорганических и/или органических компонентов, то и количество дозируемого гипохлорита будет зависеть от их исходного содержания в воде. Бактерицидный эффект растворов гипохлорита натрия, полученного электролизом, выше чем у других дезинфектантов, действующим началом которых является хлор. Они обладают более сильным окислительным действием, чем завозимые на объекты реагенты, приготовленные химическим, а не электрохимическим методом из-за более высокого содержания хлорноватистой кислоты. Твердые хлорирующие агенты подвержены самопроизвольному разложению при хранении, кроме того, они содержат значительное количество балластных веществ, которые не участвуют в процессе обеззараживания, но за которые приходится платить потребителю. При создании рабочих запасов жидкого хлора на складах возникает опасность не только для рабочих складов, но и для населения, проживающего вблизи таких складов. Требуются значительные капитальные вложения и эксплуатационные затраты для обеспечения безопасной работы при использовании хлора, а также на приобретение и содержание оборудования для ликвидации аварийных ситуаций. Предложенное устройство может работать как в непрерывном, так и в периодическом режиме. Если потребителю нужно приготовить раствор для однократного использования, например, для санации водопровода жилого дома, гостиницы и т.п., то можно использовать таймер для включения установки на строго заданное время. После определенного времени электролиза в устройстве образуется раствор с высокой концентрацией гипохлорита, который можно разбавить водой до необходимого уровня, можно вести электролиз то количество времени, которое обеспечивает получение небольшого количества гипохлорита с определенной концентрацией. Устройство используется в бассейнах, если воду бассейна пропускать через замкнутый трубопровод и через дозирующий насос впрыскивать в воду определенное количество дезинфицирующего раствора, то вода в бассейне всегда будет пригодной для плавания и отвечать существующим санитарным нормам. The device operates as follows. Solid sodium chloride is placed in the solid chloride chamber 9, water is supplied through the shut-off valve 3 to the water inlet pipe, and then the water enters the receiving chamber 5 with the control float 4. Through the system of elements connecting all the chambers, water enters the chloride dissolution chamber 8. Washing a layer of a solid salt - sodium chloride, water dissolves the latter and turns into a solution of sodium chloride, which enters the electrode chamber. Monopolar electrodes are energized and the electrolysis process begins. A solution of sodium hydroxide is formed on the cathode and on the cathode sides of the bipolar electrodes, chlorine is formed on the anode and on the anode sides of the bipolar electrodes, since there is no diaphragm or membrane between the electrodes, the resulting chlorine immediately interacts with sodium hydroxide to form a solution of sodium hypochlorite, which is excellent disinfectant solution. Strictly speaking, the resulting solution is not just a hypochlorite solution; various peroxide compounds are present in it. The electrolysis conditions exclude the release of gaseous chlorine into the environment. The finished solution is collected in the product collection chamber and fed through the dosing solution to the processing fluid line. Through the use of the metering pump 12, the amount of hypochlorite that is necessary for disinfecting the water will be supplied to the line. Since the source water may contain a different amount of microorganisms, inorganic and / or organic components, the amount of dosed hypochlorite will depend on their initial content in the water. The bactericidal effect of solutions of sodium hypochlorite obtained by electrolysis is higher than that of other disinfectants, the active principle of which is chlorine. They have a stronger oxidizing effect than reagents imported to objects prepared by a chemical rather than an electrochemical method due to the higher content of hypochlorous acid. Solid chlorinating agents are subject to spontaneous decomposition during storage, in addition, they contain a significant amount of ballast substances that do not participate in the disinfection process, but for which the consumer has to pay. When creating working stocks of liquid chlorine in warehouses, there is a danger not only for working warehouses, but also for the population living near such warehouses. Significant capital investments and operating costs are required to ensure safe operation when using chlorine, as well as the acquisition and maintenance of equipment for emergency response. The proposed device can operate both in continuous and in periodic mode. If the consumer needs to prepare a solution for single use, for example, for sanitizing the water supply of a house, hotel, etc., then you can use the timer to turn on the unit for a strictly specified time. After a certain time of electrolysis, a solution with a high concentration of hypochlorite is formed in the device, which can be diluted with water to the required level, electrolysis can be carried out for the amount of time that provides a small amount of hypochlorite with a certain concentration. The device is used in pools, if the pool water is passed through a closed pipeline and a certain amount of disinfectant solution is injected into the water through a metering pump, then the pool water will always be suitable for swimming and meet existing sanitary standards.