Содержание к диссертации
Введение
1. Получение гипохлорита натрия, электролизом хлоридных растворов 10
1.1 Способы получения гипохлорита натрия 10
1.2 Растворы хлоридов, применяемые для получения гипохлорита натрия 15
1.3 Цели и задачи исследования 25
Выводы по первой главе 27
2. Методы проведения экспериментов, приборы и оборудование 28
2.1 Направление исследований 28
2.2 Объект исследований 29
2.3 Схемы экспериментальных установок 30
2.4 Методики проведения экспериментов 36
2.5 Методика расчетов основных параметров электролиза 39
2.6 Методика статистической обработки опытных данных для построения математических моделей электролиза 41
Выводы по второй главе 42
3. Результаты экспериментальных исследований 43
3.1 Электролиз морской воды в циркуляционном режиме 43
3.1.1 Влияние времени электролиза и плотности тока на концентрацию
активного хлора, напряжение, рН и температуру электролита 43
3.2 Электролиз морской воды в проточном режиме 49
3.2.1 Влияние расхода и плотности тока на концентрацию активного хлора, напряжение, рН и температуру электролита 49
3.2.2 Влияние температуры морской воды, её расхода и плотности тока на концентрацию активного хлора и напряжение
3.3 Исследования катодных осадков 59
3.4 Оценка коррозионных и электрохимических свойств оксидных покрытий анодов 3.4.1 Оценка коррозионных свойств оксидных покрытий анодов 62
3.4.2 Оценка оксидных покрытий анодов для производства ГХН з
3.5 Оптимизация технологического процесса производства ГХН 68
3.6 Производственные испытания 70
Выводы по третьей главе 72
4. Анализ результатов экспериментальных исследований 74
4.1 Результаты статистической обработки экспериментальных исследований.. 74
4.2 Особенности электролиза морской воды 74
4.3 Закономерности электролиза морской воды в циркуляционном и проточном режимах
4.3.1 Циркуляционный режим электролиза 82
4.3.2 Проточный режим электролиза
4.4 Влияние температуры морской воды на проточный электролиз 86
4.5 Особенности образования осадка на катоде при электролизе морской воды в проточном режиме 90
4.6 Рекомендации по выбору технологических параметров электролиза морской воды 93
4.7 Производственные испытания 94
4.8 Выбор анодов для электролиза морской воды 96
Выводы по четвертой главе 102
5. Разработка технологической схемы производства гипохлорита натрия электролизом морской воды и ее экономическое обоснование 103
Выводы по пятой главе 116
Основные выводы 117
Список использованных источников
- Растворы хлоридов, применяемые для получения гипохлорита натрия
- Методика статистической обработки опытных данных для построения математических моделей электролиза
- Влияние расхода и плотности тока на концентрацию активного хлора, напряжение, рН и температуру электролита
- Закономерности электролиза морской воды в циркуляционном и проточном режимах
Растворы хлоридов, применяемые для получения гипохлорита натрия
Сточные воды. Возможность получения гипохлорита натрия из отработанных регенерационных растворов натрий-катионитовых фильтров была показана в [56]. В работе указано, что ведение электролиза более двух часов нецелесообразно, так как прирост концентрации активного хлора несоизмеримо мал по сравнению с ростом электропотребления. Энергетические затраты при электролизе регенерационных растворов превышают аналогичные для солевых растворов электролитов сопоставимых концентраций в 1,3+1,7 раза [56]. Производство ГХН с использованием отработанных регенерационных растворов возможно при соблюдении определённых параметров ведения электролиза, но энергозатратно [56]. Также возможно использование в качестве электролита концентрата солей обратноосмотических установок, применяемых для опреснения морской воды [58]. Авторы работы предлагают вести очистку рассола от ряда примесей, главным образом Са и Mg , Sr и S04", путем их осаждения и микрофильтрации, а полученный продукт (36 % NaCl) подавать на мембранный электролизер для получения хлора, каустика и водорода [58]. Такая технология, позволяет получать полезные продукты из отхода, но технически сложна, ограничена в применении территорией завода-опреснителя, требует тщательного экономического обоснования.
В качестве электролита для получения ГХН допускается использование бальнеологических послепроцедурных сточных вод, в том числе термальных, содержащих высокие концентрации хлоридов, с примесями йода, брома, сульфидов и других ионов, характерных для конкретных месторождений [63-65, 66]. Так, установлено [66], что при обработке послепроцедурных сульфидных вод с минерализацией 6-8 г/л, содержанием хлоридов 3,3-4,2 г/л, концентрацией сероводорода 50-55 мг/л при среднем расходе электроэнергии 2,5-3,0 кВт-ч/м достигается полное удаление сероводорода активным хлором концентрацией 0,7-1,2 г/л, полученным электрохимически из обрабатываемой воды [66].
Природные растворы. Большой интерес представляет использование природных подземных вод содержащих хлориды [51-52]. Гидрохимическая характеристика таких вод сложна и многообразна. Разнообразие химического состава, сложность процессов его формирования не позволяют охарактеризовать их в данной работе в полном объеме, однако, возможно выделить основные ионы: К , Na , Са , Mg , СГ, S04 ", НСОэ". Эти компоненты присутствуют во всех подземных водах, и содержание хлоридов в них достигает до десяти и сотен граммов в литре [67-69]. Из растворенных газов в наибольших количествах присутствуют СОг, N2, H2S. Кроме того, подземная вода имеет постоянные физико-химические и химические характеристики (в том числе концентрацию хлорида натрия), температуру [52, 55].
В работе И.А. Куликовой [57], показана возможность получать ГХН из природных концентрированных солевых растворов. В частности использовался природный минерал - бишофит, комплекс солей и микроэлементов на 90-96 % состоящий из солей магния и калия с общей минерализацией 900-1100 г/л.
Исследования прямого электролиза природных подземных и поверхностных вод приведены в работах [55, 70-74]. Так, в работе Д.Л. Басина [55], установлено, что при обработке природных вод с содержанием хлоридов 20-350 мг/л выход хлора на электродах из ОРТА составляет 4-30 %, затраты электроэнергии 20-200 кВт-ч на 1 кг активного хлора. Метод прямого электролиза рекомендован для хлорирования воды, содержащей 20 мг/л хлоридов [52, 55] и для очистки сероводородных послепроцедурных вод при концентрации в них сероводорода до 100 мг/л и содержании хлоридов не менее 1-2 г/л [63].
Методу прямого электролиза подземной воды характерны такие недостатки, как низкая производительность по активному хлору (до 1-2 кг/сут), значительное ужесточение условий работы анодов при небольших концентрациях хлоридов и температурах (менее 10С), низкий выход активного хлора по току (20-30 %) [29, 54]. Электролизу хлоридных растворов подземных источников препятствуют различные примеси, содержащиеся в воде. Так, присутствие железа вызывает кольматирование межэлектродного пространства и снижает эффективность работы электролизера [52, 55]. Использование подземных минерализованных вод в качестве раствора электролита для получения ГХН представляется целесообразным в тех случаях, когда уже имеются пробуренные скважины многоцелевого назначения (промышленные, бальнеологические) [52].
Другим доступным природным источником минерализованных хлоридных вод может быть вода морей и океанов, в которой концентрация хлоридов достигает 15-20 г/л [52, 67-69]. Вода морей и океанов так же, как и подземные минерализованные воды, характеризуется весьма сложным химическим составом. Тем не менее, в морской воде можно выделить основные ИОНЫ - СГ, SO4 ", Вг", НСОз", Na+, Mg2+, Ca2+, K+, в том числе микроэлементы и газы (Ог, СОг, N2, H2S)
Нашу страну омывает 13 морей и океанов, имеющих общую протяженность побережья около 60 тыс. км [77]. Очевидно, располагая неисчерпаемым источником минерализованных хлоридных вод, целесообразно их использовать в качестве раствора для синтеза ГХН. Немаловажно и то, что перевод объектов водоснабжения и водоотведения на ГХН скажется позитивно на экологической обстановке морского побережья.
Содержащиеся в морской воде соединения йода, брома образуют при электролизе сильные окислители, которые усиливают бактерицидное действие гипохлорита натрия [32, 50]. Бром не отличается от хлора дезинфицирующим действием, но и с точки зрения предотвращения появления водорослей является более эффективным средством. Применяется как в частных, так и в общественных плавательных бассейнах, при введении в воду не имеет неприятного запаха [78].
Нами была проведена оценка возможности использования воды Черного моря в качестве электролита для производства ГХН. Соленость черноморских вод в центральной его части составляет 17-18 %о, с глубиной увеличивается до 22,5 %о [77]. Сезонные колебания солености моря вблизи берегов в весенне-летний период изменяется от 16 до 17 %о, что связано с колебаниями речного стока. Близ устьев крупных рек она понижается до 5-10 %о [75, 77]. Так, в 1 кг поверхностных черноморских вод растворено около 0,025 г брома (Вг ), 0,00002 г йода (Г), 11 г хлоридных ионов (СГ) и 7 г ионов натрия (Na+) [52, 77]. Иначе говоря, черноморская вода - это водный 1,8 % раствор поваренной соли. Наличие таких концентраций NaCl позволяет использовать морскую воду как сырье для получения гипохлорита натрия [79], что позволит исключить из технологической схемы узлы приготовления солевого раствора и, возможно, подготовки (декарбонизации) воды, а также полностью отказаться от покупки поваренной соли [51].
Использование морской воды в качестве сырья не является инновацией в технологиях получения ГХН [52, 80-82]. Область применения гипохлорита натрия, получаемого электролизом морской воды, обширна и охватывает как промышленные, так и рекреационно-оздоровительные объекты [78, 83, 84]. На основании анализа научной литературы и опыта использования морской воды для получения ГХН в работе приведены области (рис. 1.4), где применяют и где возможно применять гипохлорит натрия, полученный электролизом морской воды.
Методика статистической обработки опытных данных для построения математических моделей электролиза
Как было отмечено выше (глава 1), при электролизе искусственных растворов поваренной соли или природных хлоридных вод происходит образование осадка на катоде, что приводит к преждевременному износу электродного пакета, снижению производительности установки и в итоге к остановке производства ГХН. Проведенные в работе СВ. Кудрявцева [50] исследования образований осадка на поверхности катода и методов их предотвращения относятся в основном к искусственным растворам NaCl, что не дает полного представления о закономерности образования таких отложений при электролизе морской воды.
Изучение осадка на катоде проводили в проточном режиме на установке (рис. 2.2, б) в течение 168 часов. В качестве раствора электролита использовали морскую воду и для сравнения 3 %-ный раствор поваренной соли. В опытах вели контроль над изменением поверхности катода. Через каждые 24 часа фотографировали катоды. На рисунке 3.13 представлена динамика образования осадка, соответственно для 3%-ного солевого раствора (а) и морской воды без декарбонизации (б) и с декарбонизацией (в).
Как видно из рисунков, в первом случае (рис. 3.13 а), осадок имеет плотную кристаллообразную не ровную поверхность, во втором (рис. 3.13 б) - гладкую, гелеобразную. Осадок в 3%-ном растворе NaCl образовывался равномерно, однородно на всей поверхности катода. В морской воде в осадке наблюдали крупные включения, которые располагались не равномерно по поверхности электрода. Основная часть таких образований приходилась на верхнюю и нижнюю части катода. Отложение осадка также отмечали на поверхности ячейки и выходном штуцере, в солевом растворе - мелкие образования, покрывали равномерным слоем стенки и дно ячейки. По мере обрастания электрода, в морской воде, образующийся осадок самостоятельно отделялся от поверхности катода и оседал на дно ячейки (рис. 3.14), из-за чего приходилось удалять осевшие образования после 72 часов электролиза. Осадки на катоде и в ячейке
Гравитационные измерения показали, что вес осадка на катоде после испытаний в 3%-ном растворе поваренной соли - 1,8788 г, в морской воде - 0,8314 г, декарбонизованной морской воде - 0,0394 г.
Динамика образования осадка на катоде в проточном режиме электролиза в течение 168 часов: а) 3%-ный солевой раствор; б) морская вода; в) декарбонизированная морская вода На рисунке 3.15 представлены микрофотографии катодных отложений (х8). Как видно из рисунка 3.15 б, осадок из морской воды имеет гладкую гелеобразную поверхность, в отличие от осадка раствора NaCl, который состоит из массы кристаллов (рис. 3.15, а). Также было установлено, что садок из морской воды образует пузырчатые Рисунок 3.14. Осадок, осевший на шаровидные пустотелые внутри формы. Из дн0 ячейки ПРИ электролизе морской воды в проточном рисунка 3.15 в видно, что осадка образовалось режиме небольшое количество в верхней части электрода, при этом основная часть катода - чистая.
Всего после 168 часов электролиза жесткость на выходе из электролизера в морской воде уменьшилась на 7,5 мг-экв/л, в растворе NaCl на 2,6 мг-экв/л, декарбонизированной морской воде - 4 мг-экв/л. Результаты проведенных экспериментов представлены в виде таблицы В.1 (приложение В). Отметим существенную разницу в начальных концентрациях кальция и магния в растворе поваренной соли и морской воде. Так, в морской воде магния в 5 раз больше чем кальция, в солевом растворе кальций превосходит магний вдвое. При этом концентрация ионов НСОз одинаковая. Изменение соотношения Ca/Mg в 3%-ном солевом растворе до электролиза - 2/1, в катодном осадке - 10/1, в морской воде до электролиза - 1/5, в осадке - 2/1, в декарбонизованной морской воде до электролиза - 1/7, в катодном осадке - 1/1 (таблица В.1).
Известно, что материал анода оказывает существенное влияние на эффективность электролиза, электрические и электрохимические параметры, конструкцию аппаратов и их долговечность [101, 104]. Электролиз искусственных растворов поваренной соли или природных минерализованных вод для получения низкоконцентрированного ГХН наиболее эффективно протекает на анодах типа ОРТА [47-58]. Однако ограниченный срок службы ОРТА, связанный с непрерывным уменьшением толщины активного слоя на поверхности электрода при электролизе, инициирует поиск новых анодных покрытий. В работе [101] установлено, что добавление третьего компонента - иридия, увеличивает срок службы анода. Однако эти исследования проводились в других условиях - в анодной камере диафрагменного электролиза в кислой среде - растворе соляной кислоты. В связи с этим представляет интерес использование трех компонентное покрытие (Ru, Ті, Ir) для бездиафрагменного электролиза, в частности раствора морской воды. С этой целью были проведены специальные исследования.
Оценку коррозионных свойств оксидных покрытий анодов, проводили на экспериментальном стенде (рис. 2.3). Электрохимическую стойкость оценивали по двум основным показателям: времени работы покрытия и характеру изменения напряжения во времени электролиза в 1 М серной кислоте.
Результаты испытаний коррозионной стойкости анодов представлены в таблице 3.1, в которой каждому номеру анода соответствует определенное соотношение массы Ir к Ru. Так, анод № 1 - ОРТА без добавления Ir, остальные номера (№ 2-11) - ОИРТА с 10% увеличением массы Ir. Средняя коррозионная стойкость (время работы) анодов в 1 М серной кислоте возрастала с 2,38 часа до 25 часов с увеличением в покрытии 1г с 10% до 80%. Дальнейшее увеличение массы иридия в покрытии привело к постепенному снижению коррозионной стойкости. Наибольшее время работы (25 часов) отмечено при массовом соотношении (в %) 1г к Ru как 80 к 20 (анод № 9), наименьшее (3 часа) - при минимальном содержании иридия 10 % (анод № 2). 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Время, ч показали, что рост напряжения на электрохимической ячейке при электролизе характерен для всех образцов. При этом по мере увеличения процентного содержания иридия в покрытии рост напряжения замедляется, и продолжительность работы анода возрастает. Наиболее коррозионно-устойчивые аноды имеют высокое стартовое напряжение, которое плавно понижается, а менее коррозионно-устойчивые, наоборот, при низком начальном напряжении характеризуются резким его повышением при испытаниях. Это особенно заметно в течение первых 60 минут испытаний. Оценка оксидных покрытий анодов для производства ГХН После оценки коррозионных свойств оксидных покрытий с разным соотношением Ir/Ru (пункт 3.4.1) определяли их электрохимические свойства. Электрохимические характеристики электрокаталитических покрытий анодов (напряжение, концентрацию активного хлора) получали в бездиафрагменном электролизере циркуляционного типа (рис. 2.2, а).
В экспериментах использовали морскую воду и для сравнения 3%-ный раствор пищевой поваренной соли [115]. Электролиз вели с исходной температурой 20С±1.
Результаты исследований влияния состава покрытия анода, на количество образующегося ГХН, представлены на рисунке 3.17 (а) - для 3%-ного раствора поваренной соли и (б) - морской воды. Рост концентрации, образующегося ГХН в начальный период электролиза, затем замедляется и переходит в плавное падение с дальнейшим выходом кривых на различные по конфигурации участки.
Из рисунка 3.17 следует, что общим для этих зависимостей является то, что в первое время электролиза (до 240 мин на растворе NaCl и до 60 мин на морской воде) наблюдается близкий друг другу рост значений концентраций активного хлора. В дальнейшем ход кривых проявляется по-разному. Одни достигают максимальных значений и остаются на одном уровне (№ 1, 2, 4), другие характеризуются спадом (№ 11, 10, 8).
Влияние расхода и плотности тока на концентрацию активного хлора, напряжение, рН и температуру электролита
Наиболее коррозионно стойкие покрытия (аноды № 6-11) показали наихудшие результаты на образование активного хлора в обоих исследуемых растворах. Достижение более низких концентраций активного хлора в морской воде за одинаковое время электролиза, чем в солевом растворе объясняется её химическим составом, меньшей минерализацией и более низкой концентрацией СГ ионов (около 10 г/л).
Общий характер изменения концентрации активного хлора объясняется одной природой электрохимических реакций при электролизе, как солевого раствора, так и морской воды, подробно описанных в главе 1 [50]. Плавное уменьшение концентрации активного хлора в морской воде (рис. 3.17, б) после 120-240 мин происходит из-за достижения равновесия в реакциях образования гипохлорит-иона и его окисления-восстановления (4.1-4.6).
Состав покрытий анодов (ОРТА или ОИРТА) при электролизе 3%-ного раствора поваренной соли до концентраций 10-12 г/л и морской воды до 5-7 г/л существенно не влияет на прирост активного хлора в растворе (рис. 3.17). При необходимости получения концентраций по активному хлору более 12 г/л и 10 г/л, соответственно на 3%-ном солевом растворе и морской воде, следует использовать покрытия с минимальным содержанием иридия или без него (0-20 %).
Важным практическим показателем, характеризующим работу анодов с энергетической стороны, является напряжение на электролизной ванне (рис. 3.18). Оксиды благородных металлов (ІгОг и R11O2) обеспечивают высокую электропроводность покрытия, снижая таким образом напряжение на электролизной ванне. Однако на уровень напряжения оказывает влияние не только природа оксидного покрытия анода, но и ионный состав раствора электролита, определяющая роль которого связана с концентрациями хлоридов и сульфатов. Хлориды являются не только переносчиками заряда, но и участвуют в реакциях образования гипохлорита. Сульфаты - переносят заряд, не участвуя в образовании ГХН, понижая тем самым напряжение на электролизере, но ухудшая выход хлора по току (рис. 4.14).
Время электролиза, мин б) Рисунок 4.14. Выход хлора по току при электролизе 3%-ного раствора поваренной соли (а) и морской воды (б) на анодах с процентным соотношением Ir/Ru: 1 - 0/100; 2 - 10/90; 3 - 20/80; 4 - 30/70; 5 - 40/60; 6 - 50/50; 7 - 60/40; 8 -70/30; 9 - 80/20; 10 - 90/10; 11 - 100/0
Необходимо отметить, что кривые характеризующие изменение напряжения расположены в определенном порядке, одинаковом для обоих растворов. Увеличение в покрытии массы иридия повышает напряжение на 0,1-0,2 В. Закладка иридия в покрытии более 6 г/м (аноды № 10и 11) и менее 3 г/м (аноды № 2-4) увеличивает напряжение на электролизере.
При электролизе хлоридных растворов эффективность работы оксидного покрытия с различным соотношением иридия и рутения возможно оценить выходом хлора по току (рис. 4.14) и удельными затратами электроэнергии на килограмм активного хлора (рис. 4.15). 5 10 15 20 25 30 35 W, кВт-ч/кг
Количество электроэнергии, расходуемой на получение 1 кг активного хлора в зависимости от концентрации ГХН при электролизе 3%-ного раствора поваренной соли (а) и морской воды (б) на анодах с процентным соотношением Ir/Ru: 1 - 0/100; 2 - 10/90; 3 - 20/80; 4 - 30/70; 5 - 40/60; 6 - 50/50; 7 - 60/40; 8 - 70/30; 9 - 80/20; 10 - 90/10; 11 - 100/0 101 Выход хлора по току в морской воде на всех образцах анодов в среднем на 10 % ниже, чем в солевом растворе. Минимальное снижение выхода хлора по току в солевом растворе наблюдали на анодах № 2-6, на морской воде № 2-4. В течение первых 60 мин электролиза (рис. 4.14) в обоих растворах выход хлора по току максимальный, далее происходит его постепенное снижение, что обусловлено, по-видимому, протеканием побочных редокс-реакций на аноде и катоде, снижающих выход по току активного хлора [31, 52, 50]. Для оценки расхода электроэнергии при производстве 1 кг активного хлора была построена зависимость «концентрация активного хлора - затраты электроэнергии» для всех исследуемых образцов анодов (рис. 4.15).
Из рисунка следует, что расходуя одинаковое количество электроэнергии (5-6 кВт-ч/кг) в 3%-ном растворе можно получить концентрацию ГХН 8-10 г/л, в морской воде - не более 4-6 г/л. В обоих растворах достижение еще более высоких концентраций активного хлора приводит к непропорциональному росту электропотребления. В искусственном солевом растворе на всех анодах значительный рост затрат начинается по достижении концентрации активного хлора 10-12 г/л, в морской воде - 6-10 г/л. Оксидные покрытия, содержащие иридий, менее энергозатратны, вследствие более низкого напряжения на электролизере (рис. 3.18).
При электролизе хлоридных растворов в схеме производства низкоконцентрированного ГХН в циркуляционном режиме экономически оптимальная продолжительность электролиза в 3%-ном солевом растворе и морской воде составляет 240 мин. При этом в 3%-ном растворе поваренной соли и морской воде концентрации активного хлора достигают 10-12 и 5-6 г/л соответственно. С последующим увеличением времени работы электролизера преобладают побочные окислительно-восстановительные реакции, подавляющие образование гипохлорит-иона.
Закономерности электролиза морской воды в циркуляционном и проточном режимах
После электролиза ГХН сливается в резервуары (8), предназначенные для хранения гипохлорита и приема готового продукта в течение не менее четырех часов работы электролизеров. Получение гипохлорита натрия сопровождается выделением водорода. В целях обеспечения взрывопожаробезопасной работы установки предусмотрено устройство газовых сепараторов после каждого электролизера, в которых происходит отделение электролизных газов от раствора и их удаление по газоотводящим трубопроводам за пределы помещения в атмосферу. Осуществляется также вентиляция накопителя гипохлорита натрия.
Произведенный раствор гипохлорита натрия с концентрацией эквивалентного хлора до 8,0 г/л насосами-дозаторами (11) из емкости (8) подается на обеззараживание (первичное и вторичное хлорирование) воды. Расход дозируемого гипохлорита натрия контролируется ротаметром. Насосы-дозаторы комплектуются предохранительными клапанами и демпферами пульсаций.
Для автоматизации электролиза применена АСУ ТП, включающая в себя датчики и исполнительные механизмы, обеспечивающие работу электролизной установки полностью в автоматическом режиме. АСУ ТП также управляет технологическим процессом кислотной декарбонизации.
Кислотная промывка пакетов электродов осуществляется в ручную (8) по мере необходимости и ее периодичность устанавливается в процессе эксплуатации. Соляная кислота многократно используется до полной ее нейтрализации, что проверяется лабораторным анализом, а затем нейтральный раствор сливается в канализацию.
Электролизная станция (схема IV, рис. 5.1) включает следующие технологические узлы (рис. 5.3): - механической очистки морской воды; - кислотной декарбонизации воды (декарбонизатор); - электролизные модули с блоками питания и АСУ ТП; - накопители ГХН с системой дозирования гипохлорита натрия в обрабатываемую воду.
После забора морской воды (1), одним из наиболее удобных способов (водозабор, заглубления насосная станция, морепровод и т.д.), морская вода поступает на блок тонкой механической очистки. Узел механической очистки морской воды от загрязнений и песка, представляет собой, например, самопромывающийся сетчатый фильтр (2). Далее механически очищенная вода подается на декарбонизацию.
Кислотная декарбонизация включает: декарбонизатор (8), воздуходувку (7), насос подачи декарбонизированной воды на электролиз (5), кислотное хозяйство -насос-дозатор 5 %-ной НС1 (4) и емкость соляной кислоты (6), накопитель декарбонизированной воды (15).
Декарбонизатор (8) предназначен для удаления из воды карбонатов с целью сокращения образования отложений солей жесткости на электродах электролизера, путем подкисления воды до рН 4,5-4,7 и переводом иона гидрокарбоната (НСОз) в свободную углекислоту СОг с последующей отдувкой углекислого газа методом продувки объема воды воздухом. Подкисление морской воды производится 5 %-ной соляной кислотой, дозируемой в воду из бака (6) емкостью 1 м . Подача исходной воды осуществляется в верхнюю часть декарбонизатора (8).
Отбор дегазированной воды осуществляется через воздухоотделитель, устанавливаемый внутри декарбонизатора и представляющий собой вертикально расположенную трубу диаметром 100 мм с заглушённым днищем и боковым входным отверстием. После этого вода собирается в емкость (15) и уже дегазированная насосом (5) подается в электролизные модули (9).
Электролизный модуль состоит из: электролизера (9), блока питания (10), накопителя гипохлорита натрия (12), установки кислотной промывки с насосом циркуляции 5%-ной соляной кислоты (6), системы вытяжной вентиляции накопителей гипохлорита натрия (13), шкафа АСУ ТП и датчика температуры (16) [123]. Для контроля расходов морской воды, подаваемой на электролиз и декарбонизацию, используется ротаметр (3). Электролизер (9) состоит из последовательно расположенных электролитических ячеек с биполярными электродами в виде пластин, помещенных в общий непроводящий цилиндрический корпус из прочного и коррозионно-стойкого пластика, обеспечивает однородность потока электролита, равномерность скорости его прохождения через каждую ячейку. Использование малоизнашиваемых анодов типа ОИРТА с содержанием благородных металлов (платиновой группы) обеспечивает более высокое перенапряжение при выделении кислорода по сравнению с хлором, тем самым резко повышая выход хлора по току. Катодная часть биполярных титановых пластин имеет высокий класс механической обработки для минимизации образования на их поверхности труднорастворимых осадков, что значительно увеличивает период непрерывной работы установки.
После электролиза ГХН поступает в резервуары для его хранения (12), предназначенные для приема готового продукта в течение не менее 4-х часов работы электролизеров. Получение гипохлорита натрия сопровождается выделением водорода. В целях обеспечения взрывопожаробезопасной работы установки предусмотрено устройство газовых сепараторов (11) после каждого электролизера, в которых происходит отделение электролизных газов от раствора и их удаление по газоотводящим трубопроводам за пределы помещения в атмосферу.
При электролизе на катодах пакетов электродов (9) происходит отложение солей жесткости, которые периодически удаляются промывкой электролизных модулей 5 %-ным раствором соляной кислоты. В электролизных модулях применен замкнутый кислотный контур оборота соляной кислоты. Из резервуара (6) раствора соляной кислоты насосом кислота подается в электролизный модуль и из него обратно поступает в резервуар (6). Дозирование ГХН осуществляют либо насосом-дозатором, либо эжекционным методом. Насос-дозатор и эжектор подбирают по нужному расходу гипохлорита натрия.
Электролизные установки для получения низкоконцентрированного гипохлорита натрия электролизом морской воды не относятся к объектам, требующим дополнительных повышенных требований по обеспечению безопасности, и не относятся к экологически опасным видам хозяйственной деятельности. Оборудование электролизной установки не является источником шума, вибрации и загазованности в зоне обслуживания при соблюдении требований и правил монтажа и эксплуатации.
Помещения электролизных установок взрывопожаробезопасные и относятся к категории Д [124]. Производство низ ко концентрированного гипохлорита натрия методом электролиза морской воды осуществляется в бездиафрагменных электролизерах и, следовательно, не подпадает под требования безопасности, указанные в [8]. В соответствии с нормативными положениями [8, 124, 125] для производства ГХН электролизом морской воды не требуется оформления плана локализации и ликвидации аварийных ситуаций, декларации промышленной безопасности, договора страхования ответственности и т.д.
