Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ЭЛЕКТРОЛИЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к электрохимии, а именно к способам и устройствам для проведения электролиза.

При проведении электролизных процессов в промышленных условиях с целью получения большого количества целевых продуктов используют несколько подключенных к источнику питания групп разноименно заряженных электродов, соединенных в последовательную электрическую цепь, размещенных в одном или в нескольких соединенных друг с другом электролизерах.

Так, известен способ проведения электролиза с целью получения гипохлорита натрия и устройство для его осуществления, описанные в [RU 2349682].

В рассматриваемом способе электролиз проводят с использованием нескольких групп разноименно заряженных электродов. Каждая группа электродов соединена с источником питания, при этом в процессе электролиза группы электродов включают в последовательную электрическую цепь.

Устройство для реализации данного способа включает соединенные друг с другом проточные электролизеры, в каждом из которых размещена одна из групп электродов. При этом электроды всех групп соединены с источником питания и включены в последовательную электрическую цепь.

Поскольку для реализации рассматриваемого способа с применением рассматриваемого устройства используются несколько групп электродов, увеличиваются затраты электроэнергии. При этом требуется высоковольтный источник питания, так как группы электродов включены в последовательную электрическую цепь.

Известны способ проведения электролиза и устройство для его осуществления [RU 2133785], выбранные в качестве ближайших аналогов заявляемых способа и устройства.

В рассматриваемом способе электролиз проводят с использованием двух групп разноименно заряженных электродов. Каждая группа электродов соединена с источником питания. В процессе электролиза осуществляют подключение к источнику питания сначала первой группы электродов, а через некоторое время после начала электролиза подключают к источнику питания вторую группу электродов, так что процесс электролиза ведут с использованием одновременно двух последовательно включенных групп электродов.

Устройство для реализации данного способа включает электролизер, в котором размещены две группы электродов, каждая из которых содержит, по меньшей мере, одну пару разноименно заряженных электродов. Устройство также содержит источник питания, электрически соединенный с каждой из групп электродов, а также средство коммутации, обеспечивающее подключение сначала одной, а затем обеих групп электродов к источнику питания.

Рассматриваемые способ и устройство позволяют увеличить коэффициент полезного использования энергии за счет снижения тепловых потерь.

Однако в ходе электролиза по рассматриваемому способу количество групп электродов, одновременно подключенных к источнику питания, возрастает, что приводит к увеличению энергопотребления.

Задачей заявляемых способа и устройства является снижение энергопотребления.

В отношении заявляемого способа сущность изобретения заключается в том, что в способе проведения электролиза с использованием, по меньшей мере, двух групп электродов, электрически соединенных с источником питания, каждая из которых содержит, по меньшей мере, одну пару разноименно заряженных электродов, при этом в процессе электролиза осуществляют коммутацию электрической цепи, обеспечивающую подключение групп электродов к источнику питания, согласно изобретению осуществляют коммутацию, обеспечивающую поочередное подключение к источнику питания и отключение от него части групп электродов.

В отношении заявляемого устройства сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для проведения электролиза, включающем, по меньшей мере, один электролизер, по меньшей мере, две группы электродов, каждая из которых содержит, по меньшей мере, одну пару разноименно заряженных электродов, источник питания, электрически соединенный с каждой из групп электродов, а также средство коммутации, обеспечивающее подключение групп электродов к источнику питания, согласно изобретению средство коммутации выполнено с обеспечением поочередного подключения к источнику питания и отключения от него части групп электродов.

Принципиально важным для заявляемых способов и устройства является то, что в ходе электролиза одна часть групп электродов подключена к источнику питания, а другая часть групп электродов в это время отключена от источника питания, при этом указанные подключение и отключение части групп электродов происходят поочередно.

Поскольку электрохимические процессы, протекающие в межэлектродном пространстве, достаточно инерционны, поочередное подключение к источнику питания и отключение от него электродов не приводит к прекращению электрохимических реакций в межэлектродном пространстве. Это позволяет провести процесс электролиза при меньших питающих напряжениях и с меньшими энергозатратами, поскольку в ходе электролиза та или иная часть групп электродов отключена от источника питания.

Как показали экспериментальные исследования, при использовании описанного выше приема поочередного подключения к источнику питания и отключения от него части групп электродов не происходит снижения выхода целевого продукта электролизного процесса по отношению к выходу, достигаемому в случае проведения электролизного процесса при постоянном подключении к источнику питания всех групп электродов.

Периодичность подключения к источнику питания и отключения от него части групп электродов зависит от инерционности конкретного электрохимического процесса.

Особенностью заявляемого устройства является то, что оно содержит средство коммутации, выполненное с обеспечением поочередного подключения к источнику питания и отключения от него части групп электродов. Это позволяет реализовать описанный выше прием поочередного подключения к источнику питания и отключения от него части групп электродов.

Таким образом, техническим результатом заявляемого способа и заявляемого устройства является снижение энергопотребления.

На фиг.1 представлены зависимости концентрации хлора в растворе гипохлорита натрия от количества затраченной на проведение электролиза энергии для заявляемого способа - кривая 1, а также для способа, выбранного для сравнения, - кривая 2.

Способ осуществляют следующим образом.

Осуществляют процесс электролиза с использованием, по меньшей мере, двух групп электродов, электрически соединенных с источником питания. При этом группы электродов могут быть размещены в одном электролизере или в разных электролизерах. Каждая группа электродов содержит одну или более пар разноименно заряженных электродов. В ходе электролиза подключают к источнику питания первую группу (или первую часть групп) электродов, а вторую группу (или вторую часть групп электродов) на это время отключают от источника питания. Затем наоборот подключают к источнику питания вторую группу (или вторую часть групп) электродов, а первую группу (или первую часть групп) отключают от источника питания.

Как показала практика, для большинства электролизных процессов достаточным является, чтобы поочередное подключение к источнику питания и отключение от него какой-либо группы (части групп электродов) осуществлялось с периодичностью от 0,05 до 1,0 сек.

Пример осуществления способа.

Осуществляли электролиз водного раствора хлорида натрия с концентрацией 100 г/л с целью получения гипохлорита натрия. Объем исходного солевого раствора составлял 1,5 л.

Использовали первую, вторую и третью группы электродов, размещенных в электролизере ящичного типа. Каждая группа содержала три анода и два катода, которые образовывали 4 пары разноименно заряженных электродов.

В качестве источника питания электродов использовали источник постоянного тока, обеспечивающий силу тока до 5 A.

В ходе электролиза к источнику питания поочередно подключали то первую, то вторую, то третью группу электродов с периодичностью 0,1 сек.

Процесс вели при напряжении 10-12 B и силе тока 5 A.

В ходе электролиза через некоторые промежутки времени определяли количество затраченной на электролиз энергии и концентрацию хлора в растворе гипохлорита в контролируемые моменты времени.

Полученные результаты представлены на фиг.1, где по оси A отложена концентрация хлора в растворе гипохлорита натрия, г/л, а по оси B - количество затраченной на проведение электролиза электроэнергии, Вт·мин (см. кривую 1).

Для сравнения осуществляли электролиз, как описано выше, но при постоянном подключении первой, второй и третьей группы электродов к источнику питания.

Процесс электролиза осуществляли при напряжении 22-25 B и силе тока 5 A.

В ходе электролиза через некоторые промежутки времени определяли количество затраченной на электролиз энергии и концентрацию хлора в растворе гипохлорита натрия в контролируемые моменты времени. Полученные результаты представлены на фиг.1 (см. кривую 2).

Как показали результаты сравнения, для получения одной и той же концентрации хлора в растворе гипохлорита натрия требуются гораздо меньшие затраты электроэнергии. Так, например, для достижения концентрации хлора в растворе гипохлорита натрия 2,0 г/л (см. фиг.1, кривые 1 и 2) при проведении электролиза по заявляемому способу затрачивается количество энергии примерно в 1,7 меньше, чем при проведении электролиза по способу, выбранному для сравнения.

Устройство (фиг.2) содержит несколько, в частности первую 1, вторую 2 и третью 3 группы электродов, каждая из которых включает, по меньшей мере, одну, в частности четыре пары разноименно заряженных электродов 4 (на чертеже позицией обозначены два электрода в первой группе). Первая 1, вторая 2 и третья 3 группы электродов 4 размещены в электролизере 5. Устройство также содержит источник 6 питания и средство 7 коммутации, с помощью которого осуществляется поочередное подключение к источнику 6 питания и отключение от него первой 1, второй 2 и третьей 3 группы электродов 4. В качестве средства 7 коммутации может быть, в частности, использован электронный ключ с задатчиком частоты его переключения, определяющей периодичность подключения групп 1, 2 и 3 электродов 4 к источнику 6 питания и их отключения от него.

Устройство работает следующим образом.

Загружают в электролизер 5 исходный электролит. Осуществляют электролиз при поочередном подключении к источнику 6 питания и отключении от него первой 1, 2 и 3 группы электродов 4 с помощью средства 7 коммутации. Так, в частности, подключают первую 1 группу электродов 4 к источнику 6 питания, при этом отключают от него вторую 2 и третью 3 группы электродов 4. Затем отключают первую 1 группу электродов 4 от источника 6 питания и подключают к нему вторую 2 группу электродов 4. Далее отключают от источника 6 питания вторую 2 группу электродов 4 и подключают к нему третью группу 3 электродов 4. Описанный процесс повторяют с заданной периодичностью.