SU1597344A1 - Электролизер дл обработки водных растворов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области прикладной электрохимии, в частности к электролизерам дл  обработки водных растворов, и может быть использовано в гальваническом производстве, где примен ютс  растворы с повышенным содержанием ионов водорода или гидроксида. С целью повышени  эффективности работы электролизера электроды расположены коаксиально и выполнены так, что площади внешнего и внутреннего электродов св заны соотношением 10³≤S_внешн./S_внутр. *9810⁷. 2 ТАбл., 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к г)рикладной электрохимии, в частности к электролизерам дл  обработки водных растворов, и может быть использовано в .гальваническом производстве и других област х, где примен ютс  растворы с повышенным содержанием ионов водорода или гидро- ксила. .

Цель изобретени  - повьшение эффективности работы электролизера путем обеспечени  возможности регулировани  рН раствора без применени  диафрагмы .

На чертеже представлен электролизер , общий вид, разрез.

Устройство содержит корпус 1 (камера ) электролизера, крышку 2, внешний электрод 3, внутренний электрод , входные клеммы 5 электродов, впускной патрубок 6, выпускной патрубок 7.

Устройство работает следующим образом .

Водный раствор (жидкость) через впускной патрубок 6 поступает в камеру 1 электролизера со скоростью не более чем 0,1 л/мин. Как только камера электролизера заполн етс  до половины., на входные клеммы 5 электродов подают напр жение. При этом начинаетс  процесс электролиза, о котором можно судить по газовыделению на внешнем 3 и внутреннем k электродах , жестко закрепленных на крышке 2 электролизера. Отработанна  жидкость через патрубок 7 вытекает к потребителю .

Согласно закону Фараде  при протекании реакции как на внутреннем, так и на внешнем электроде, затрачиваетс  одинаковое количество электричества. Следовательно, материальный эффект электродных реакций должен быть одинаков . Однако, вследствие большого различи  поверхностей внутреннего и внешнего электродов, скорость образовани  продуктов реакции на единице поверхности внутреннего электрода (меньшего по площади) будет значительШ

ел |

Од

315973

HO больше таковой дл  внешнего элек10

15

25

30

трода (большего пр площади), Это созает градиент концентраций продуктов реакции внутреннего электрода и способствует их быстрому перемещению от внутреннего к внешнему электроду. Кроме того, высока  плотность тока на внутреннем электроде обусловливает локальный нагрев электролита и последующее его конвективное перемещение по направлению от центра к периферии электролизера (от внутреннего электрода к внешнему).

На внешнем электроде также будут протекать реакции, но скорость образовани  их продуктов на единице поверхности будет существенно меньше, чем на внутреннем электроде. Вследствие этого скорость отвода продуктов 20 реакции от поверхности электрода будет очень мала. Продукты реакции будут накапливатьс  в неровност х поверхности внешнего электрода, сорбироватьс  на ней. Кроме того, конвективный , поток, направленный от внутреннего к внешнему электроду оттесн ет раствор, обогащенный продуктами реакции на внешнем электроде, к поверхности этого электрода . Толщина сло  раствора, прилегающего к поверхности внешнего электрода и обогащенного продуктами протекающей на нем реакции, будет не больше, чем толщина сло  Прандтл , что обусловлено гидродинамикой процесса. Таким образом, вследствие градиента концентрации и конвекции зона электролита, обогащенного продуктами реакции, на внутреннем электроде будет .простиратьс  вплоть до поверхностного сло  жид- :кости на внешнем электроде.

При прокачивании через электролизер исходного раствора на выходе

устройства получим раствор, обогащенный ионами водорода или гидроксила,. генерируемыми на внутреннем электро- де. Это обусловлено тем, что раствор, обогащенный продуктами реакции на внутреннем электроде и занимающий практически весь объем электролизера, будет находитьс  в турбулентном движении и легко удал етс , а раствор, обогащенный продуктами реакции на внешйем электроде, образует ламинарный слой, который имеет крайне малую скорость движени  (практически недвижим и остаетс  у поверхности и в неровност х внешнего электрода).

35

40

45

50

55

эл но пр ди т

0

15

25

30

20 35

40

45

50

55

Были вз ты пробы электролита на разном рассто нии от внутреннего электрода, измерены рН и окислительно-восстановительный потенциал этих проб. Диаметр электролизера 80 мм, диаметр внешнего электрода 75 мм, диаметр внутреннего электрода 0,5 мм. Соотношение площадей внешнего и внутреннего электродов составл ло 10. Пол рность внешнего электрода - +, внутреннего электрода - -. Исходный раствор содержал Na/jS04 с концентрацией 0,2 г/л; рН 6,8; Е ок. 80ССТ, +200 мВ, Результаты эксперимента сведены в табл. 1.

Согласно результатам эксперимента, практически весь объем электролизера занимает раствор, содержащий продукты реакции, идущей на внутреннем электроде (ионы гидроксила). Граница зон электролита, обогащенных продуктами реакций, протекающих на внутреннем и внешнем электродах, лежит в непосредственной близости от поверхности внешнего электрода, что и подтверждаетс  экспериментально (опыт 8, табл.1), рН раствора, слитого из электролизера , составил 11,24. Это свидетельствует о том, что продукты реакции, протекающей на внешнем электроде, при сливании раствора осталась в неровност х и на поверхности этого электрода.

Пример. Изготовлен лабораторный вариант устройства.

Корпус и крышка электролизера выполнены из оргстекла. Диаметр электролизера 8 см, высота 12 см. Внутренний электрод представл ет собой платиновую проволоку диаметром 1 мм, длиной 8 см. Он расположен строго по центру камеры электролизера. Внешний электрод выполнен в виде цилиндра, плотно прилегающего к стенкам камеры электролизера. Он изготовлен из окис- но-рутениевой сетки, высота его 1 О см. Соотношение площадей внешнего и внутреннего электродов составл ет 10 .

Кроме того, были изготовлены другие электроды с соотношением площадей 10; 100; 300; 1000; 5-10.

Испытани  провод т с использованием выпр мителей ВСА-4к, рН-метра ЭВ-7.

В качестве рабочей жидкости используют водный раствор сульфата натри  с. концентрацией 0,2-1 г/л, а также водопроводную воду.

515973 +

рН исходного раствора сульфата атрк  6,8, окислительно-восстановиельный потенциал +200 мВ, температуа раствора - 20 С,

Напр жение на клеммах предлагаемоо электролизера составл ло В. редний ток достигал 0,8 А. Дл  сооставлени  с предлагаемым электроизером использовали также электро- JQ изер, состо щий из камеры с электроами , пространства которых разделены иафрагмой. Водный раствор подают в зоны основного и вспомогательного электродов через входные патрубкки, j причем в пространство основного электрода подаетс  80-85% всей поступающей в электролизёр жидкости. Обрабатываема  в пространстве основного электрода жидкость через выходной 20 патрубок поступает к потребителю. Жидкость из пространства вспомогательного электрода через выходной патрубок сливаетс  в канализацию. Напр жение на клеммах электролизера, 25 вз того в качестве известного устройства составл ло 110 В.

Средний ток достигал 3 А. Оба электролизера имели одинаковый рабочий объем, равный 0,5 л (дл  электро- 30 лизера сравнени  это - объем пространства основного электрода

Проведенные испытани  показали преимущество предлагаемого электролизера . Результаты испытаний сведены

в табл. 2.

Дальнейшее увеличение соотношени  площадей внешнего и внутреннего электродов может повлечь за собой увеличение камеры электролизера до больших размеров, что сделает его изготовление нецелесообразным или невозможным (табл. 2). Значени  рН окислительно- восстановительного потенциала, кото- рые незначительно отличаютс  от тако- j вых у необработанного р аствора, показывают , что электролизер переста ет работать из-за засорени  диафрагмы (табл. 2).

Таким образом, создаетс  возможность 50 получать жидкость, характеризуемую определенным значением водородного показател  рН, во всем объеме электролизера , что позволит- исключить расход жидкости, св занный, с ее пода- 55 чей в пространство вспомогательного

35

40

эл с э ко т с и л л

электрода как в случае электролизера с диафрагмой. Кроме этого, может быть достигнуто снижение затрат электроэнергии за счет снижени  расхода жидкости , а также за счет отсутстви  потерь электроэнергии на диафрагме. Использование камеры электролизера без диафрагмы позвол ет значительно увеличить продолжительность безотказной работы. Это св зано с тем, что диафрагма в процессе работы засор етс  побочными продуктами электролиза и продолжительность работы электролизера в JTOM случае составл ет в среднем ЗО- +О ч. Срок службы электролизера данной конструкции возрастает на 2-3 пор дка и определ етс  только материалом электродов (т.е. скоростью их разрушени ). .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Электролизер дл  обработки водных растворов, содержащий корпус с размещенными в нем коаксиально установленными цилиндрическими электродами отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности работы электролизера путем обеспечени  возможности регулировани  рН раствора без применени  диафрагмы, электроды выполнены так, что отношение площадей внешнего Звнеш. внутреннего S . электродов удовлетвор ет условию

   j

   40

   c fsl :f un mcofv-s(V4raromu LA

   m j s c;

   Ю

   fO

   tООСЭОООООО

   U-VCDLACDUr O LAO - T- fsJ CN f {V.jCDCJLAOOOOOO

   rococo racvi r

   чОчОчО- и -З- crirsICNl

   + + + + + + + + +

   имгч r cr

   COr- vDCJ-ir

   o ГО r r ГЛ -:f LA O D

   сэсэоооч оои CO h r- ГЛ о un CM r r

   04 CvJ CM fN t- ,- I I

   I I I I I I t

   LA LALA

   CM CJ CM - ( -

   .,.,r-CDCnOOr r

   оосэоосэоосз cocococooooocooooo

   - -:3-LACOf rar CM

   мЭ чО чО vO I O O чО vO сэооосэсэосэо

   CDOOOOtpOOO

   GJ I X S о CSglXX

   )юзОШЩХ OZtO

   j,-I о

   |ц. qu)

   5gq 3(U

   Ю

   U CE

   о

   X Q) QJ

   Ш

   3 H I ct

   I X о 0) (U CD

   m j X -

   о LA о M LA СЭ о СЭ СЭ СПаЛГ Г ОООСО lArv-s vOvOfMvQ DvO POCM CM + Ч- + + + + + + +

   ОЛ r

   ,- ,,,p- LAOLA

   оЛ CA iv {V CO r LA vO vO

   CD о oo u СЭ c; о СЭ о

   r--t l -LACNl CM CM CM CM CM CM 1- I I t f I t I I 1

   СЭ CO r r

   осэооосиооо сэсэсэсэсэоосзо

   . (

   сэсэсэсэсэсэоосэ

   1- fM fO - LTV I3 Г--СХЭ СП