RU213139U1

RU213139U1 - Electrochemical membrane generator of sodium hypochlorite solution

Info

Publication number: RU213139U1
Application number: RU2022116130U
Authority: RU
Inventors: Николай Владимирович Миклашевский; Алексей Анатольевич Кулагин; Руслан Викторович Коваленко; Маргарита Вячеславовна Хохлова
Filing date: 2022-06-15
Publication date: 2022-08-26

Abstract

Полезная модель относится к области прикладной электрохимии, в частности для синтеза раствора гипохлорита натрия посредством электролиза раствора хлорида натрия в диафрагменном электролизере с нерастворимыми монополярными электродами, подключенными к источнику постоянного тока. Резервуар раствора хлорида натрия подающими трубопроводами через насос подключен к входному патрубку катодной камеры электролизера, выходной патрубок катодной камеры соединен трубопроводом щелочного раствора с входным патрубком анодной камеры электролизера, выходной патрубок которой присоединен к резервуару раствора гипохлорита натрия.The utility model relates to the field of applied electrochemistry, in particular for the synthesis of a sodium hypochlorite solution by electrolysis of a sodium chloride solution in a diaphragm electrolyzer with insoluble monopolar electrodes connected to a direct current source. The sodium chloride solution tank is connected by supply pipelines through the pump to the inlet pipe of the cathode chamber of the electrolyzer, the outlet pipe of the cathode chamber is connected by an alkaline solution pipeline to the inlet pipe of the anode chamber of the electrolyzer, the outlet pipe of which is connected to the reservoir of sodium hypochlorite solution.

Полезная модель позволяет получать активный хлор в виде раствора гипохлорита натрия с высоким значением водородного показателя на уровне 8-9 единиц рН, что обеспечивает повышение безопасности его хранения за счет исключения испарения молекулярного хлора. Раствор может быть использован в качестве дезинфицирующего реагента при обеззараживании воды систем водоснабжении и бассейнов, помещений, животноводческих комплексов, в ветеринарии, при переработке сельскохозяйственной продукции. 1 ил.

The utility model makes it possible to obtain active chlorine in the form of a sodium hypochlorite solution with a high pH value of 8-9 pH units, which improves the safety of its storage by eliminating the evaporation of molecular chlorine. The solution can be used as a disinfectant for water disinfection in water supply systems and swimming pools, premises, livestock complexes, in veterinary medicine, and in the processing of agricultural products. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области прикладной электрохимии, в частности для синтеза раствора гипохлорита натрия посредством электролиза раствора хлорида натрия в диафрагменном электролизере, и может использоваться для получения раствора гипохлорита натрия для целей обеззараживания воды в системах водоснабжения и в плавательных бассейнах, а также для дезинфекционной обработки помещений, животноводческих комплексов, в ветеринарии, при переработке сельскохозяйственной продукции.The utility model relates to the field of applied electrochemistry, in particular for the synthesis of a sodium hypochlorite solution by electrolysis of a sodium chloride solution in a diaphragm electrolyzer, and can be used to obtain a sodium hypochlorite solution for the purpose of water disinfection in water supply systems and in swimming pools, as well as for disinfection of premises , livestock complexes, in veterinary medicine, in the processing of agricultural products.

Известен электродный блок для электролизной установки получения гипохлорита натрия [RU 2073747, C25B 1/26], который содержит как монополярные, так и биполярные электроды, присоединенные к источнику постоянного тока. Электродный блок размещается в резервуаре, который предназначен для циклического электролиза раствора поваренной соли. Данный блок позволяет получить концентрацию активного хлора до 8 г/дм3. Known electrode block for the electrolysis plant for the production of sodium hypochlorite [EN 2073747, C25B 1/26], which contains both monopolar and bipolar electrodes connected to a direct current source. The electrode block is placed in a tank, which is designed for cyclic electrolysis of sodium chloride solution. This unit allows you to get the concentration of active chlorine up to 8 g/dm3.

Недостатком данного устройства является периодическая замена исходного материала, что приводит к снижению производительности электролизной установки. Также, при работе такой установки, образующийся на анодах молекулярный хлор при гидролизе не полностью трансформируется в хлорноватистую кислоту и гипохлорит-ион и может быть потерян в виде выделяющегося газообразного хлора, что снижает производительность установки по активному хлору значительно менее 8 г/дм3, вплоть до полного испарения хлора из емкости при несоблюдении ее герметичности. Выделение из раствора хлора снижает безопасность процесса синтеза дезинфицирующего реагента.The disadvantage of this device is the periodic replacement of the source material, which leads to a decrease in the performance of the electrolysis plant. Also, during the operation of such a plant, the molecular chlorine formed on the anodes during hydrolysis is not completely transformed into hypochlorous acid and hypochlorite ion and can be lost in the form of escaping gaseous chlorine, which reduces the plant’s capacity for active chlorine significantly less than 8 g/dm3, up to complete evaporation of chlorine from the container if its tightness is not observed. The release of chlorine from the solution reduces the safety of the synthesis of the disinfectant reagent.

Известно устройство для электрохимической обработки воды [RU 173204, C02F 1/46, C25B 9/08], которое включает емкость обрабатываемой воды, двухкамерный диафрагменный электролизер, насос для подачи обрабатываемой воды на электролизер, и соединительные трубопроводы. Это устройство позволяет вести непрерывный синтез дезинфицирующего реагента в анодной камере (кислородная вода) и щелочного реагента (водородная вода). Однако это устройство предназначено для обработки слабоминерализованной исходной воды, что не позволит получить высокую концентрацию дезинфицирующего реагента. A device for electrochemical water treatment [RU 173204, C02F 1/46, C25B 9/08], which includes a container of treated water, a two-chamber diaphragm cell, a pump for supplying treated water to the cell, and connecting pipelines. This device allows continuous synthesis of a disinfectant in the anode chamber (oxygen water) and an alkaline reagent (hydrogen water). However, this device is designed to treat low-mineralized source water, which will not allow a high concentration of the disinfectant to be obtained.

Наиболее близкой по технической сущности к заявленному решению является установка для обработки циркуляционной воды [RU 18836, C02F 1/46], принятая за прототип. Установка содержит электролизер, разделенный мембраной на анодную и катодную камеры. Анодная камера содержит входной и выходной патрубки, а также монополярный анод, подключаемый к источнику постоянного тока. Катодная камера содержит входной и выходной патрубки, а также монополярный катод, подключаемый к источнику постоянного тока. Резервуар исходного раствора посредством подающего трубопровода присоединен к входному патрубку анодной камеры, выходной патрубок которой посредством трубопровода анолита присоединен к резервуару-смесителю на циркуляционном трубопроводе. The closest in technical essence to the claimed solution is the installation for the treatment of circulating water [RU 18836, C02F 1/46], taken as a prototype. The plant contains an electrolytic cell divided by a membrane into anode and cathode chambers. The anode chamber contains inlet and outlet pipes, as well as a monopolar anode connected to a direct current source. The cathode chamber contains inlet and outlet pipes, as well as a monopolar cathode connected to a direct current source. The reservoir of the initial solution is connected by means of a supply pipeline to the inlet branch pipe of the anode chamber, the outlet branch pipe of which is connected by means of an anolyte pipeline to the mixing tank on the circulation pipeline.

Трубопровод католита, катодная камера, накопительная емкость и насос образуют катодный циркуляционный контур, из которого периодически, посредством отводящего трубопровода, католит отводится в резервуар-смеситель. The catholyte pipeline, the cathode chamber, the storage tank and the pump form a cathode circulation circuit, from which the catholyte is periodically discharged to the mixing tank by means of a discharge pipeline.

У данного решения имеются следующие недостатки: продукты электролиза раствора хлорида натрия из анодной камеры, с одной стороны, обладают дезинфицирующими свойствами, что позволяет их использовать в качестве обеззараживающего и дезинфицирующего средства, с другой стороны, выделение из раствора газообразных высокоактивных форм активного хлора снижает эксплуатационную безопасность таких устройств.This solution has the following disadvantages: the products of electrolysis of sodium chloride solution from the anode chamber, on the one hand, have disinfectant properties, which allows them to be used as a disinfectant and disinfectant, on the other hand, the release of gaseous highly active forms of active chlorine from the solution reduces operational safety such devices.

Задача полезной модели повышение безопасности процесса синтеза, т.е. получение раствора гипохлорита натрия, обладающего достаточными бактерицидными свойствами, а также обладающего повышенной эксплуатационной безопасностью.The task of the utility model is to increase the safety of the synthesis process, i. obtaining a sodium hypochlorite solution with sufficient bactericidal properties, as well as increased operational safety.

Поставленная задача решается тем, что в установке для обработки циркуляционной воды, включающий трубопроводы, резервуар раствора хлористого натрия, резервуар раствора гипохлорита натрия, насос для перекачивания раствора, электролизер, разделенный мембранной перегородкой на анодную и катодную камеры, каждая из которых снабжена входными и выходными патрубками, при этом электролизер содержит нерастворимые электроды, присоединенные к источнику постоянного тока. Электрохимический мембранный генератор раствора гипохлорита натрия содержит трубопровод щелочного раствора, соединяющий выходной патрубок катодной камеры и входной патрубок анодной камеры, при этом насос для перекачивания раствора подающим трубопроводом соединяет резервуар раствора хлористого натрия и входной патрубок катодной камеры, а выходной патрубок анодной камеры присоединен к резервуару раствора гипохлорита натрия посредством отводящего трубопровода. The problem is solved by the fact that in the installation for the treatment of circulating water, including pipelines, a reservoir of sodium chloride solution, a reservoir of sodium hypochlorite solution, a pump for pumping the solution, an electrolyzer separated by a membrane partition into an anode and cathode chambers, each of which is equipped with inlet and outlet pipes , while the cell contains insoluble electrodes connected to a direct current source. The electrochemical membrane generator of sodium hypochlorite solution contains an alkaline solution pipeline connecting the cathode chamber outlet pipe and the anode chamber inlet pipe, while the solution pump connects the sodium chloride solution tank and the cathode chamber inlet pipe with a supply pipe, and the anode chamber outlet pipe is connected to the solution reservoir sodium hypochlorite through the outlet pipeline.

Технический результат заключается в том, что в полученном растворе концентрация активного хлора в виде гипохлорит-иона выше, чем в прототипе, за счет подачи в анодную камеру щелочного раствора из катодной камеры.The technical result consists in the fact that in the resulting solution the concentration of active chlorine in the form of hypochlorite ion is higher than in the prototype, due to the supply of an alkaline solution from the cathode chamber to the anode chamber.

На фигуре представлена схема электрохимического мембранного генератора раствора гипохлорита натрия.The figure shows a diagram of an electrochemical membrane generator of sodium hypochlorite solution.

Генератор раствора гипохлорита натрия содержит электролизер 1, разделенный мембраной 2 на катодную 3 и анодную 4 камеры. Катодная камера 3 содержит входной 9 и выходной 10 патрубки, а также монополярный катод 5, подключаемый к источнику постоянного тока 8 проводами 7. Катодная камера 4 содержит входной 11 и выходной 12 патрубки, а также монополярный катод 6, подключаемый к источнику постоянного тока 8 проводами 7. The sodium hypochlorite solution generator contains an electrolyzer 1 divided by a membrane 2 into cathode 3 and anode 4 chambers. The cathode chamber 3 contains inlet 9 and outlet 10 branch pipes, as well as a monopolar cathode 5 connected to a direct current source 8 by wires 7. The cathode chamber 4 contains inlet 11 and outlet 12 branch pipes, as well as a monopolar cathode 6 connected to a direct current source by 8 wires 7.

Резервуар исходного раствора 13 посредством подающего трубопровода 14 присоединен к входному патрубку 9 катодной камеры 3 через подающий насос 15. Трубопровод щелочного раствора 16 соединяет выходной патрубок 10 катодной камеры 3 и входной патрубок 12 анодной камеры 4. Выходной патрубок 12 анодной камеры 4 присоединен к резервуару раствора гипохлорита натрия 17 посредством отводящего трубопровода 18.The source solution tank 13 is connected to the inlet pipe 9 of the cathode chamber 3 through the feed pump 15 by means of a supply pipe 14. The alkaline solution pipeline 16 connects the outlet pipe 10 of the cathode chamber 3 and the inlet pipe 12 of the anode chamber 4. The outlet pipe 12 of the anode chamber 4 is connected to the solution tank sodium hypochlorite 17 through the outlet pipeline 18.

Электрохимический мембранный генератор раствора гипохлорита натрия работает следующим образом. Исходный раствор хлористого натрия из резервуара 13 исходного раствора хлорида натрия с концентрацией 40 г/дм3 подается насосом 15 на входной патрубок 9 катодной камеры 3 электролизера 1. Величина водородного показателя исходного раствора составляет 7,4. На монополярные нерастворимые электроды анод 6 и катод 5 от источника постоянного тока 8 по проводам 7 подается постоянное регулируемое напряжение, обеспечивающее плотность тока 0,05 А/см2. В результате электролиза водного раствора хлорида натрия в катодной камере происходит образование молекулярного водорода и повышение значения водородного показателя до величины 9-10 единиц рН. Величина увеличения значения рН зависит от концентрации раствора хлористого натрия, плотности тока и времени нахождения в катодной камере. При расходе 5 дм3/ч, величина рН раствора на выходном патрубке 10 катодной камеры 3 составляет 9,2. Образующийся щелочной раствор посредством трубопровода щелочного раствора 16 направляется на входной патрубок 11 камеры 4. В результате электролиза водного раствора хлорида натрия в анодной камере 4 электролизера 1 образуется активный хлор, представленный в виде молекулярного хлора, который гидролизуется с образованием соляной и хлорноватистой кислоты. В щелочной среде, обусловленной подачей в анодную камеру 4 щелочного раствора из катодной камеры 5, протекают процессы нейтрализации соляной и хлорноватистой кислоты с образованием гипохлорита натрия в концентрации 8-9 г/дм3 и значением водородного показателя на уровне 8,1-8,2 и более. При таких значениях водородного показателя раствор гипохлорита натрия более чем на 80% содержит гипохлорит-ион, что обеспечивает эксплуатационную безопасность получения гипохлорита натрия и увеличивает сроки хранения полученного реагента. Полученный раствор гипохлорита натрия с содержанием гипохлорит-иона более 80%, из анодной камеры 4 электролизера 1 поступает в резервуар раствора гипохлорита натрия. Electrochemical membrane generator sodium hypochlorite solution works as follows. The initial solution of sodium chloride from the reservoir 13 of the initial solution of sodium chloride with a concentration of 40 g/dm3 is supplied by the pump 15 to the inlet pipe 9 of the cathode chamber 3 of the electrolyzer 1. The pH value of the initial solution is 7.4. Monopolar insoluble electrodes anode 6 and cathode 5 are supplied from a constant current source 8 via wires 7 with a constant regulated voltage providing a current density of 0.05 A/cm2. As a result of electrolysis of an aqueous solution of sodium chloride in the cathode chamber, molecular hydrogen is formed and the pH value increases to a value of 9-10 pH units. The magnitude of the increase in the pH value depends on the concentration of the sodium chloride solution, the current density and the residence time in the cathode chamber. At a flow rate of 5 dm3/h, the pH value of the solution at the outlet 10 of the cathode chamber 3 is 9.2. The resulting alkaline solution is sent through the alkaline solution pipeline 16 to the inlet pipe 11 of the chamber 4. As a result of the electrolysis of an aqueous solution of sodium chloride in the anode chamber 4 of the electrolyzer 1, active chlorine is formed, presented in the form of molecular chlorine, which is hydrolyzed with the formation of hydrochloric and hypochlorous acid. In an alkaline environment, due to the supply of an alkaline solution from the cathode chamber 5 to the anode chamber 4, the processes of neutralization of hydrochloric and hypochlorous acid proceed with the formation of sodium hypochlorite at a concentration of 8-9 g/dm3 and a pH value of 8.1-8.2 and more. With such pH values, the sodium hypochlorite solution contains more than 80% hypochlorite ion, which ensures the operational safety of obtaining sodium hypochlorite and increases the shelf life of the obtained reagent. The resulting sodium hypochlorite solution with a hypochlorite ion content of more than 80% from the anode chamber 4 of the electrolyzer 1 enters the sodium hypochlorite solution tank.

Claims

Electrochemical membrane generator of sodium hypochlorite solution, including pipelines, a reservoir of sodium chloride solution, a reservoir of sodium hypochlorite solution, a pump for pumping the solution, an electrolyzer divided by a membrane partition into anode and cathode chambers, each of which is equipped with inlet and outlet pipes, while the electrolyzer contains insoluble electrodes connected to a direct current source, characterized in that it additionally contains an alkaline solution pipeline connecting the outlet pipe of the cathode chamber and the inlet pipe of the anode chamber, while the solution pump connects the sodium chloride solution reservoir and the inlet pipe of the cathode chamber, the outlet pipe The anode chamber is connected to the sodium hypochlorite solution tank by means of a discharge pipeline.