хлорида натрия
Важно отметить, что на электродах параллельно с основными процессами образования целевых продуктов происходят другие побочные электродные процессы. В связи с этим количество выделившегося продукта всегда меньше теоретического. К таким процессам относятся:
■ реакция образования по химическому механизму хлората, протекающая в объеме:
2HClO + ClO- = ClO3- +2Cl- + 2H+
■ реакция электрохимическое окисление гипохлорита до хлората:
6ClO- - 6 e- = ClO3- + 1,5O2 + 5Cl-
■ химическая реакция разложения гипохлорита, которая особенно активируется в присутствии загрязнений электролита, особенно железа, меди, никеля:
2СlO- = O2 + 2Cl-
восстановление гипохлорита и хлората на катоде:
ClO- + H2O + 2e- = Cl- + 2OH-
ClO3- + 3H2O + 6e- = Cl- + 6OH-
По количеству реально полученного продукта можно подсчитать, какая часть тока израсходована полезно. Эта часть тока, выраженная в долях единицы, называется коэффициентом использования тока, а выраженная в процентах— выходом по току.
Если теоретически рассчитанное количество продукта электролиза обозначить GT, а практически полученное количество G, то коэффициент использования тока ŋ = G/GT, а выход по току равен G/GT 100%.
Значение ŋ является основным показателем процесса электролиза. Чем выше его значение, тем эффективнее течение электролиза и ниже энергетические затраты на получение единицы готового продукта. При более высоких значениях ŋ можно уменьшить требуемую площадь рабочей поверхности электродов для достижения заданной производительности, применить более компактные установки и снизить расходы на их изготовление.
На изменение коэффициента использования тока ŋ влияет ряд факторов:
- величина напряжения на разрядный промежуток
- исходная концентрация электролита
- степень использования раствора хлоридов
Величина выхода хлора по току сказывается в первую очередь на изменении затрат электроэнергии W, кВт-ч/кг, при получении гипохлорита натрия, которые могут быть подсчитаны по формуле:
W = I * U * t/G
или
W = U/ A*ŋ*n
где U— напряжение на токоподводящих электродах, В.
Можно указать один из возможных способов регулирования производительности электролизера. Повышая напряжение на токоподводящих электродах, а следовательно, повышая и силу тока, можно увеличить в определенных пределах производительность установки без существенного отклонения энергетических затрат от минимальных при сохранении максимально возможного значения выхода хлора по току.
Межэлектродное расстояние δ существенно не влияет на изменение величины ŋ и другие параметры работы электролизера. Изменение величины δ при сохранении площади рабочей поверхности электродов сказывается только на производительности установки. При увеличении межэлектродного расстояния происходит пропорциональное снижение плотности тока i и соответственно снижение общего выхода гипохлорита натрия. С точностью, приемлемой для инженерных расчетов, зависимость междуδ и i может быть выражена соотношением:
δ2/δ1 = i1/i2
Для создания малогабаритных и высокопроизводительных установок наиболее целесообразно предусматривать минимально возможные межэлектродные расстояния, равные 3—6 мм, что позволяет вести процесс электролиза при больших плотностях тока.
Технико-экономические показатели работы электролизера определяются не только затратами электроэнергии, но и достигаемой степенью использования исходного раствора. Особенно большое значение это имеет в случае применения в качестве электролита растворов поваренной соли, поскольку затраты на соль являются одной из главных статей расхода при производстве гипохлорита натрия. Под степенью использования соли (процентом разложения) λ, %, понимают отношение концентрации активного хлора в растворе гипохлорита натрия, полученного в результате электролиза, к концент-рации NaCI, вводимой в установку:
λ = (ССl акт /CNaCl)*100
ССl акт – концентрация активного хлора в гипохлорите натрия
CNaCl – концентрация NaCl в электролите, г/л.
Затраты на соль зависят от достигаемой степени полезного использования исходного продукта. По мере увеличения концентрации активного хлора и растворе расход соли на получение единицы готового продукта снижается. Так, при электролизе раствора с концентрацией 100 г/л NaCI и достижении содержания активного хлора на выходе из электролизера 5 г/л расход соли составляет 20 г на 1 г готового продукта (5% - разложение). При содержании же хлора в растворе 10 г/л затраты на соль уменьшаются и составляют всего 10 r/л (10%-ное разложение). Таким образом, для снижения расходов на соль предпочтительно ведение процесса электролиза при глубоком разложении NaCl. Однако увеличение степени использования поваренной соли приводит к росту энергетических затрат, поэтому должен быть какой-то оптимальный режим эксплуатации установки, при котором суммарные затраты на соль и электроэнергию будут минимальны.
В случае использования природных электролитов основной статьей расхода являются затраты электроэнергии на подачу рассола, его транспортирование к объекту применения и производство гипохлорита натрия. Оптимальная степень использования растворов определяется в каждом конкретном случае в зависимости от исходной минерализации и требуемой концентрации активного хлора. В энергетическом отношении наиболее предпочтительно получение гипохлоритов небольшой концентрации.
Расчет электролизной установки в общих чертах сводится к следующему. Для заданной по активному хлору производительности электролизера по закону Фарадея с учетом коэффициента использования тока, значение которого зависит от типа применяемых электродных материалов, концентрации хлоридов в электролите, вида рассола и требуемой степени использования раствора, определяют необходимую токовую нагрузку:
I*n =G / Aŋt
В соответствии с выходными параметрами стандартных выпрямительных агрегатов, серийно выпускаемых электротехнической промышленностью и предполагаемых для комплектования с данным электролизером, выбирают допустимую величину полного тока и напряжения. Соответствие номиналов выпрямительных агрегатов и параметров режима работы электролизера достигается правильным выбором числа разрядных промежутков.
Площадь рабочей поверхности электродов S определяется из соотношения
S = I/I ((???чего то не хватает))
2.7. Механизм обеззараживающего действия гипохлорита натрия
Метод обеззараживания гипохлоритом натрия наиболее часто используется для обезвреживания циансодержащих стоков различных объемов и концентраций, а также от таких органических и неорганических соединений, как гидросульфид, сульфид, метилмеркаптан и т.д. Необходимо отметить, что сточные воды, содержащие цианиды, образуются при нанесении медных, цинковых и кадмиевых покрытий из цианистых электролитов. Кроме того, циансодержащие стоки образуются при термической закалке стальных изделий в расплавах цианистых солей, а на металлургических предприятиях цианиды попадают в сточные воды из доменных газов (при их промывке и охлаждении). Концентраиця простых цианидов (KCN,NaCN) в промывных водах обычно не превышает 200 мг/л. В этих водах также содержатся в небольших количествах комплексные цианиды меди, цинка, кадмия, железа и других веществ.
При введении гипохлорита натрия в воду образуются хлорноватистая и соляная кислоты по реакции:
NaCIO + H2O= НCIO + NaOH
HCIO=CIO- + H+
Очистка сточных вод основана на окислении токсичных примесей в менее токсичные (приблизительно в 1000 раз) цианат-ионы с их последующим гидролизом в нейтральной среде до NH4+ и CO32- по следующим реакциям:
При pH = 9-10
CN- + 2OH- + NaClO = CNO- + Cl- + NaOH
При рН = 7
CNO- + 2H2O = NH4+ + CO32-
Гипохлориты окисляют в сточных водах соединения аммония, аммиак и органические вещества, содержащие аминогруппы до моно- и хлораминов, а также до треххлористого азота по следующим реакциям:
NH3 + HCIO = NH2CI + H2O
NH2CI + HCIO = NHCI2 + H2O
NHCI2 + HCIO= NCI3 + H2O
2.8. Характеристика гипохлорита натрия по технологическим и санитарно-гигиеническим показателям
2.8.1.Санитарно-гигиенические показатели
Если сравнить процессы, происходящие при введении в обрабатываемую воду гипохлорита натрия:
NaCIO + H2O= НCIO + NaOH
HCIO=CIO- + H+
и хлора:
CI2 + H2O = HCIO + HCI
HCIO = CIO- + H+
то видно, что в обоих случаях образуются одни и те же бактерицидные агенты - HClO и СlО. Взаимное соотношение недиссоциированной хлорноватистой кислоты и гипохлоритного иона зависит от рН воды.
Очевидно, что основные особенности, присущие хлорированию воды жидким хлором, должны сохраняться и при применении электролитического гипохлорита натрия. Так, при прочих равных условиях независимо от вида используемого хлорреагента требуемая степень обеззараживания достигается при одной и той же дозе по активному хлору. Величина свободного остаточного хлора, равная 0,3—0,5 мг/л для питьевой воды и 1,5— 2 мг/л для сточной жидкости, как в случае применения жидкого хлора, так и при использовании гипохлоритов является гарантированным показателем бактериальной надежности обрабатываемой воды.
Эффективность обеззараживания гипохлоритом натрия существенно зависит от активной реакции среды, степени очистки воды, ее инициальной зараженности.
Для полного подавления жизнедеятельности кишечной палочки, находящейся в воде с рН = 5,2 в концентрации 12000 клеток в 1 л, требуется доза бактерицидного продукта по активному хлору, равная 0,4 мг/л, при повышении же реакции среды до рН==8,3 летальную дозу следует почти удвоить.
При содержании в воде повышенного количества взвешенных частиц требуются большие дозы реагента. Особенно это необходимо при обеззараживании сточной жидкости. Для сточной жидкости с БПК5=3—10 мг/л снижение кишечных палочек до 10 в 1 мл достигается при введении активного хлора в количестве 1—1,5 мг/л; при БПК5 = 12 — 28 мг/л доза повышается до 2—2,5 мг/л, а при БПК5=30— 70 мг/л доза увеличивается до 3,5—4 мг/л.(БПК – биологическое потребление кислорода).
Повышенное содержание в сточной воде нитритов и аминокислот также требует увеличения доз гипохлорита натрия.
По бактерицидному действию электролитический гипохлорит натрия при обеззараживании воды с высокой инициальной зараженностью не только не уступает хлору, но и нередко превосходит его. Например, при применении гипохлорита натрия полное обеззараживание наступает при дозе по активному хлору 0,8 мг/л, тогда как при такой же дозе в случае обычного хлорирования бактерицидный эффект был неполным и составлял 97-98 %. Это объясняется, по-видимому, тем, что в природных электролитах имеются соединения йода, брома и др., которые при электролизе образуют сильные окислители, способствующие течению процесса обеззараживания.
Изучение влияния гипохлорита натрия на бактериальные клетки (кишечную палочку) по установлению уровня снижения активности ферментов показало, что механизм действия электролитического гипохлорита натрия и жидкого хлора аналогичен.
Применение электролитического гипохлорита натрия позволяет улучшить органолептические показатели обрабатываемой воды. Так, снижение цветности наиболее интенсивно идет при времени контакта 30 мин. Дальнейшее увеличение времени контакта значительного снижения цветности не дает.
В процессах очистки воды (коагулирование, стабилизация, обеззараживание), связанных с использованием тех или иных реагентов, в обрабатываемую воду вместе с химическими продуктами вносится и некоторое количество различных солей, что может сказываться на изменении солевого состава обрабатываемой воды, ее рН, жесткости и стабильности.
При обеззараживании гипохлоритом натрия вместе с одним граммом активного хлора в воду будет вводиться от 8-10 до 40-50 мг/л солей. Количество вводимых солей зависит от типа исходного раствора хлоридов, концентрации активного хлора в готовом продукте и требуемой дозы на обеззараживание. Наибольшее увеличение солесодержания воды может наблюдаться при использовании гипохлорита натрия, получаемого из подземных минерализованных или морских вод.
В природных электролитах возможно также содержание таких микрокомпонентов, как йод, бром, медь, цинк, свинец и другие. Содержание их незначительно – около 10-6-10-8. При концентрации активного хлора в электролитическом гипохлорите 1-5 г/л и дозе хлора на обеззараживание 1-5 мг/л количество вводимых микрокомпонентов уменьшается в тысячи раз и будет составлять всего 10-9-10-11 мг/л, т.е. значительно ниже максимально допустимого для питьевой воды уровня.
Растворы гипохлорита натрия во времени распадаются и несколько теряют свою активность. Это объясняется тем, что гипохлориты в водном растворе гидролизуются с образованием хлорноватистой кислоты:
ClO- + H2O = HClO + OH-,
которая нестойкая и разлагается по трем направлениям:
хлоратный распад: 3HCIO = HCIO3 + 2HCI
кислородный распад: 2HCIO = 2HCl + O2
хлорный распад (в присутствии хлоридов):
HClO + NaCl + H2O = NaOH + H2O + Cl2
Образование значительного количества HCl уменьшает рН раствора, что и приводит к быстрому распаду гипохлоритов. Скорости разложения раствора гипохлорита натрия способствуют повышение температуры, солнечный свет, концентрация гипохлорит-иона в растворе и контакт с окружающим воздухом.
Наибольшее влияние на скорость разложения оказывает концентрация гипохлорит-иона. Так, если раствор с содержанием активного хлора 0,6-0,8 г/л в течение первых трех суток теряет свою активность на 4-5%, то за это же время раствор с содержанием хлора 10-12 г/л распадается на 10-12%. При этом наиболее интенсивно процесс распада происходит в течение первых 2-3 суток, а в последующие сутки он уменьшается. В связи с этим наиболее целесообразным является применение гипохлорита натрия сразу же после его получения. При необходимости использования гипохлорита натрия спустя некоторое время после получения его следует разбавлять.
Общепринятые при хлорировании методики химического контроля за качеством обрабатываемой воды приемлемы и при применении электролитического гипохлорита натрия.
Поскольку дезинфекция воды является заключительной фазой в технологии ее очистки, предельно допустимые концентрации тех или иных элементов не могут превышать регламентированных норм. Нормированный химический состав питьевой воды и «Правила охраны поверхностных под от загрязнения сточными водами» показывают, что наибольший допустимый диапазон колебаний содержания в воде присущ ионам Cl-, SO42-, солям жесткости, а также водородным ионам. Изменение содержания остальных многочисленных элементов воды незначительно.
Из результатов бактериологических анализов, полученных после обработки сточных вод был сделан вывод, что число кишечных палочек Е Coli непосредственно на выходе из электролизера снижается на два порядка по сравнению с первоначальной обсемененностью воды, не прошедшей через установку (что составляет 25%). Последующие 15- и 30-минутный контакты воды с продуктами электролиза приводили к дальнейшему снижению числа кишечных палочек. Увеличение времени контакта до 1 ч существенного влияния на снижение количества кишечных палочек не оказывало. По-видимому, отсутствие последующего действия продуктов электролиза связано с уменьшением количества свободного хлора вследствие его связывания с органическими веществами, присутствующими в сточной жидкости, и образованием органических хлораминов, бактерицидное действие которых менее выражено, чем у свободного хлора.
Таблица 2.1.
Влияние прямого электролиза и хлорреагентов на качество загрязненной воды
| Показатели | Значения показателей | ||
| исходной воды | обработанной воды | ||
| прямым электролизом | хлорной водой | ||
| Цветность, град | |||
| Щелочность, мг- экв/л | 2,1 | 2,2 | 2,1 |
| Жесткость, мг-кв/л | |||
| Окисляемость, мг/л | 12,7 | 11,6 | 11,8 |
| рН | 7,9 | 8,1 | 7,8 |
| Хлориды, мг/л | |||
| Coli индекс | 104- 4*104 | ||
| Остаточный хлор, мг/л | _ | 0,3-0,5 | 0,3-0,5 |
| Время контакта, мин | _ |
Анализ результатов показывает, что при обеззараживании воды прямым электролизом, так же как и при хлорировании, основным критерием бактериальной надежности является величина остаточного хлора и для полного взаимодействия продуктов электролиза с водой требуется время контакта не менее 30 мин. Следовательно, независимо от исходной зараженности и качества воды режимные параметры необходимо подбирать таким образом, чтобы величина остаточного хлора на выходе из электролизера соответствовала требованиям санитарных органов. По колебаниям величины остаточного хлора можно оценивать эффективность работы установки и регулировать токовую нагрузку.
Для сравнения была обработана проба загрязненной воды как прямым электролизом, так и хлорной водой. В результате электролитической обработки несколько увеличилось значение рН воды, снизились ее цветность и окисляемость. Изменение указанных показателей вполне закономерно. Увеличение рН воды происходит в результате образования в прикатодном пространстве щелочи; снижение цветности и как следствие окисляемости—при взаимодействии органических веществ с окислителями, в частности с электролитическим гипохлоритионом.
При обеззараживании сточной жидкости прямым электролизом значение БПК5 и оптической плотности, характеризующей наличие в воде растворимых органических загрязнений, практически не изменяется. Качество воды, оцениваемой по ХПК и окисляемости, улучшается в среднем на 5,8 и 8 % соответственно. Снижение в обработанной воде воде перманганатной и бихроматной окисляемости, очевидно, связано с наличием остаточного хлора и хлораминов. Действуя как окислители, они снижают количество потребляемого KMnO4 и K2Cr2O7.
Результаты санитарно-бактериологических исследований, подтверждающие, что основным критерием бактериальной надежности воды остается величина остаточного хлора, а также данные технологических опытов позволяют считать, что, несмотря на возможность образования в процессе электролиза различных соединений и окислителей, основное влияние на эффект обработки воды оказывает, по-видимому, активный хлор. Следовательно, с целью создания экономичного метода обеззараживания воды процесс ее прямого электролиза необходимо проводить при условиях, обеспечивающих максимально возможный выход хлора по току.
Таблица 2.2
Влияние прямого электролиза на качество очищенной сточной жидкости.
| Показатели | Значение показателей на этапе обработки | Процент снижения показателей | |
| до электролиза | после электролиза | ||
| БПК5, мг/л | 1,46 | 1,46 | |
| ХПК, мг/л | 27,9 | 26,3 | 5,8 |
| Окисляемость, мг/л | 5,14 | 4,73 | |
| Оптическая плотность (250 см) | 0,13 | 0,13 |
2.9.Схемы конструкции электролизных установок и принципы их действия
Возможные технологические схемы процесса получения растворов гипохлорита натрия зависит от вида исходного раствора хлоридов, требуемой концентрации активного хлора в готовом продукте, территориального расположения объекта, на котором производится гипохлорит натрия, стоимости электроэнергии и соли.
Наиболее простой схемой электролизной установки с минимальными возможными капитальными затратами является схема, при которой в качестве рассолов используют природные электролиты – подземные минерализованные и морские воды. В этом случае, как показывают расчеты, эксплуатационные расходы определяются в основном затратами электроэнергии, поэтому с целью снижения энергетических затрат процесс целесообразно вести в направлении получения слабоконцентрированных растворов гипохлорита натрия с содержанием активного хлора 0,2-1 г/л. При реализации такой схемы на практике электролит без какой-либо предварительной обработки с заданным расходом подается на электролизную установку, а затем в бак накопитель гипохлорита натрия или прямо в обрабатываемые системы.
В определенных условиях при работе электролизеров на морской воде по санитарно-гигиеническим соображениям требуется применение растворов гипохлоритов с более высоким содержанием активного хлора (до 3-3,5 г/л). Однако очевидно, что применение таких установок ограничено районами, расположенными в прибрежных зонах, и подземные минеральные воды могут использоваться только в тех случаях, когда вблизи очистных сооружений находятся пробуренные скважины многоцелевого назначения. В связи с вышесказанным, наибольшее распространение нашли установки, работающие на растворах поваренной соли.
Технологические схемы электролизных установок, работающих на растворах поваренной соли, могут быть как проточные, так и с системой рециркуляции.
Основное отличие режимных параметров проточных электролизёров от параметров электролизёров периодического действия заключается в том, что в первом случае процесс электролиза можно полагать стационарным, не зависящим от времени. При этом, если расход рассола, подаваемого на электролиз, и токовая нагрузка на электролизёр остаются постоянными, то сохраняется неизменной и концентрация раствора гипохлорита натрия, отводимого из электролизёра.
В электролизёрах периодического действия концентрация гипохлорита натрия зависит от времени, прошедшего с начала электролиза.
При использовании проточных электролизёров появляется возможность сократить затраты на обслуживание установок, т. к. здесь значительно легче управлять процессом.
При применении проточных электролизёров наиболее сложной задачей в обслуживании является обеспечение непрерывной подачи раствора поваренной соли на электролизёры.
В случае применения электролизёров периодического действия обслуживающий персонал должен значительно больше затрачивать времени на организацию процесса в связи с тем, что он вынужден несколько раз в сутки заполнять электролизёры раствором и сливать из них гипохлорит натрия.
Эта причина по-видимому обуславливает преимущественное применение электролизёров проточного типа за рубежом.
В зависимости от вида используемого сырья электролизные установки можно разделить на установки для прямого электролиза, для электролиза искусственно приготовленного раствора, для электролиза природных рассолов. В первом случае гипохлорит натрия получают из хлоридов, содержащихся в небольших концентрациях в обрабатываемой воде, а в двух последних для этой цели используют более концентрированные растворы поваренной соли.
Рис.2.1. Технологическая схема проточного электролизера
1 – проточный трубчатый электролизер
2 – блок питания
3 – емкость приготовления концентрированного раствора соли
4 – мешалка
5 – шаровой вентиль
6 – регулировочные клапаны
7 – насос дозатор соляного раствора
8 – сепаратор
9 – емкость раствора гипохлорита натрия
10 – реле протока жидкости
11 – манометр
12 – вентилятор
13 – реле протока воздуха
Расход поваренной соли у прямоточных установок, как правило, несколько больше, чем у рециркуляционных. Однако их оформление и условия эксплуатации значительно проще. Поэтому такие аппараты зачастую используют на объектах небольшой пропускной способности, когда некоторый перерасход соли оправдан простой их конструкции и обслуживания.
В последние годы прямоточные схемы находят распространение и на очистных сооружениях и со значительной суточной потребностью в активном хлоре. В этих схемах используются электролизеры с окисно-металлическими анодами, способными эффективно работать даже при концентрации раствора поваренной соли всего 12-25 мг/л. При столь невысоком содержании хлоридов в исходном электролите экономически оправданная степень разложения соли достигается без применения каких-либо дополнительных устройств в виде рециркуляционных насосов, систем охлаждения и т.п.
Таблица 3
Размеры помещений в зависимости от типа установки
| Показатель | Значения показателей при типовом номере электролизера | ||||||||
| 1,5 | |||||||||
| Производительность по активному хлору, кг/ч | 1,2 | 1,5 | |||||||
| Размеры здания h*l, м | 2*2 | 2*2,5 | 2*2,5 | 2,5*3,5 | 3*5 | 4*7 | 5*7,5 | 6*6 | 6*6,5 |
Технологическая схема электролизера циклического действия более сложная по сравнению со схемой проточного электролизера. Поэтому она применяется, как правило, в тех случаях, когда требуется наиболее полное использование поваренной соли, а также при необходимости получения растворов гипохлоритов с повышенным содержанием активного хлора.
Концентрированный раствор поваренной соли из емкости мокрого хранения насосом подается в емкость рабочего раствора, где происходит разбавление соли водопроводной водой до рабочей концентрации, а затем – в электролизер. В процессе электролиза происходит нагрев электролита, поэтому необходима постоянная вентиляция.
Рис.2.2.Технологическая схема электролизера циклического действия
1 – электролизная емкость
2 – насос перекачивающий
3 – трубчатый электролизер
4 – блок питания (выпрямитель)
5 – шаровые вентили
6 – емкость мокрого хранения соли
7 – емкость рабочего раствора соли
8 – узел кислотной промывки
9 - емкость раствора гипохлорита натрия
10 – дозирующее устройство
11 – вентиляционная установка
Таблица 2.4.
Основные технико-экономические показатели трубчатых электролизеров “ХлорЭл”
| № | Наименование показат | Модификация трубчатого электролизера ХлорЭл | |||
| РГ001/800 | РГ001/1150 | РГ 001/1500 | РГ 001/2000 | ||
| Режим работы | Прот-непр | Прот-непр | Прот-непр | Прот-непр | |
| Рабочая концентрация Раствора NaCl, г/дм3 | 20+/- 2 | 20+/- 2 | 20+/-2 | 40+/-4 | |
| Удельный расход эл.эн на электролиз,кВт-ч/кг | 6,5 | 6,5 | 6,5 | 4,2 | |
| Материал анода | ОРТА | ОРТА | ОРТА | ОРТА | |
| Материал катода | титан | титан | титан | титан | |
| Удельный расход NaCl, кг/кга.х. | 3,3 | 3,3 | 3,3 | 5,0 | |
| Рабочая плотность тока, А/дм2 | |||||
| Ресурс работы анодного покрытия, ч | |||||
| Ресурс работы электродов, не менее, лет | |||||
| Производительность по активному хлору, г/ч |
Достоинства электролитического гипохлорита натрия как эффективного бактерицидного агента, простота и надежность электролизных установок, а также заинтересованность потребителей в применении безопасного электрохимического метода обеззараживания воды привели к созданию огромного числа самых разнообразных по своей конструкции электролизеров.
Лучшими зарубежными образцами установок являются «Sanilec» (Diamond shamrock corporation), «Pepcon» (Pacific engineering and Production company of Nevada)
Так, например, фирмой «Diamond Shamrock Corporation» разработан ряд электролизеров. Наибольшее распространение поличила установка «Saniles», которая может работать при сипользовании как растворов поваренной соли, так и морской воды.
Установка «Saniles», работающая на поваренной соли, состоит из электролизера, выпрямителя, системы автоматической полачи рассола, емкостей для хранения рассола и гипохлорита натрия, умягчитеоя воды и элементов автоматического контроля за показателями работы.
Электролизер выполнен в виде корпуса прямоугольного сечения с расположенным в нем электродным пакетом. Аноды – малоизнашивающиеся стабильные электроды с активным покрытием из окислов драгоценного металла, катоды – титановые. Вся аппаратура изготовлена из таких коррозионно-устойчивых материалов, как титан, нержавеющая сталь, фторопласт и т.п.
Установка работает следующим образом. В растворном баке приготовляется концентрированный раствор поваренной соли, который насосом подается в смеситель, где разбавляется водой до 3%-ного содержания NaCl, а затем в - электролизер. Полученный гипохлорит натрия поступает в газоопределитель, собирается в емкости-хранилище и оттуда дозируется в обрабатываемую воду. Концентрация активного хлора в готовом продукте в среднем составляет в г/л. При необходимости она может быть несколько увеличена.
Вода, поступающая на растворение и разбавление соли, предварительно проходит через умягчитель. В процессе работы установки контролируется расход электролита, его концентрация, температура и другие технологические параметры. При отклонении параметров от заданных или создании аварийной ситуации установка автоматически отключается.
На получение 1 кг активного хлора расходуется 3,5 кг соли, 5,5 кВт-ч энергии и 125 литров воды.
Установки «Saniles» могут работать и при использовании морской воды. Морская воды предварительно перед подачей в электролизер должна пройти фильтрацию. Концентрация активного хлора в готовом продукте в зависимости от исходного солесодержания воды и режимных параметров составляет 0,2-2,35 г/л. Катодные отложения удаляются периодически путем кислотной промывки. По данным фирмы, частота промывки – 1 раз в 6 месяцев. Время, необходимое на проведение всей операции, с учетом установки электролизера и пуска его в эксплуатацию, составляет 4-6 часов. Установки выпускаются производительностью от 60 до 1000 кг активного хлора в сутки.
Электролизеры «Pepcon» также могут работать при использовании как растворов соли (концентрацией 15-20 г/л), так и морской воды. Конструкция электролитической ячейки состоит из анодного графитового стержня с активным покрытием из PbO2 на специальных фиксаторах, установленных внутри металлической трубы, являющейся катодом. При использовании морской воды катод выполняется из титана, а растворов поваренной соли – из нержавеющей стали. Токоподводы расположены снаружи трубы, рассол протекает в узкий зазор между электродами.
Отдельные ячейки (в количестве до 10) можно компоновать в параллельные блоки с образованием так называемых модулей. Набор модулей позволяет получить требуемую производительность.
Каждая ячейка рассчитана на токовую нагрузку до 500 А при напряжении 6-7 В и способна в сутки производить до 9 кг активного хлора – при использовании растворов поваренной соли и до 11 кг – при использовании морской воды. Регулируя токовую нагрузку и напряжение, можно получить растворы с содержанием активного хлора от 0,2 до 8 г/л.
Получение концентрированных растворов гипохлорита натрия возможно только при применении системы рециркуляции и теплообменных устройств. Для получения 1 кг активного хлора затрачивается 3-3,5 кг соли и 6-6,8 кВт-ч электроэнергии. По данным фирмы при использовании рассола с содержанием взвешенных веществ до 500 мг/л предварительной очистки не требуется.
Образующиеся отложения солей жесткости удаляются путем кислотной промывки или при применении системы рециркуляции в результате использования повышенных скоростей протекания электролита.
Установка «Chloropac» состоит из ряда ячеек, выполненных по принципу «труба в трубе». Внутренний цилиндр работает как «плавающий биполь», наружный состоит из двух половинок – анодной и катодной, разделенных диэлектриком.
Производительность каждой ячейки составляет 5 кг активного хлора в сутки. Ячейки монтируются в группы (модули) производительностью до 60 кг активного хлора в сутки. Размеры такого модуля составляют 1,8*2,1*4,8 м. На производство 1 кг активного хлора расходуется 6,2 кВт*ч электроэнергии.
Возможные технологические схемы процесса получения гипохлорита натрия зависят от требуемой концентрации активного хлора в готовом продукте, территориального расположения объекта, на котором производится гипохлорита натрия, стоимости электроэнергии и соли.
Далее приведена технологическая схема комплекса по электрохимическому производству гипохлорита натрия производительностью по активному хлору от 10 до 1080 кг/сут ((рис.2.3??)):
Производство раствора гипохлорита натрия осуществляется по непрерывной схеме. Для предотвращения значительного снижения выхода активного хлора по току применяется каскад электролитических ячеек, расположенных в одной электролизной ванне, что позволяет получить концентрацию по активному хлору от 5 до 10 г/л.
Комплекс по производству гипохлорита автоматизирован и управляется с пульта управления, а также имеется возможность работы электролизной установки в ручном режиме.
.
Рис.2.3. Технологическая схема комплекса по электрохимическому производству гипохлорита натрия
| обозначение | наименование | обозначение | наименование |
| БМХС | Бак мокрого хранения соли | БП | Бачок подпиточный |
| ФС | Фильтр солевой | КЭ | Клапан электромагнитный |
| Р1, Р2 | Водяной редуктор | ДУ | Датчик уровня |
| Км | воздуходувка | РС | Ротаметр солевой |
| ЭС | Эжектор солевой | РГ | Ротаметр гипохлоритный |
| ЭГ | Эжектор гипохлоритный | РБ | Расходный бак |
Возможные технологические схемы процесса получения гипохлорита натрия зависят от требуемой концентрации активного хлора в готовом продукте, территориального расположения объекта, на котором производится гипохлорит натрия, стоимости электроэнергии и соли.
Таблица 2.5.
Технические данные
| Производ Cl2 гр/ час | ||||||
| Поток соля- ного р-ра NaCl л/ час | 0,75 | 2,25 | 4,5 | 7,5 | ||
| Расход соли кг/час | 0,23 | 0,7 | 1,4 | 2,33 | 3,72 | 4,65 |
| Расход воды лит/час | 10,75 | 32,25 | 64,5 | 107,5 | ||
| Расход воды лит/кг Cl2 | 134,4 | 134,4 | 134,4 | 134,4 | 134,4 | 134,4 |
| Расход мощности, АС, кВт | 0,55 | 1,64 | 3,07 | 5,12 | 7,72 | 9,11 |
| Расход Энергии, КВт/час АС/кг, Cl2 | 6,8 | 6,8 | 6,4 | 6,4 | 5,7 |
Виды электролизов для получения гипохлорита: