ES2916459T3 - Sistema electroquímico para la síntesis de una disolución acuosa de agente oxidante - Google Patents

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Abstract

Sistema electroquímico para la síntesis de una disolución de agente oxidante a partir de agua y una disolución de cloruro de sodio, que comprende: un aparato de electrólisis de diafragma (1) con un diafragma de ultrafiltración cerámico tubular (4), un circuito de circulación del católito y del anolito, con tanques de separación correspondientes (10, 21) para la separación de los gases de electrólisis así como con dispositivos de intercambio de calor (20) para enfriar el católito y el anolito, un dispositivo para el suministro de solución salina acuosa a presión a un compartimento anódico (5) del aparato de electrólisis de diafragma (4) a presión, que consiste en una bomba dosificadora (7) y un tanque (9) para disolver la sal, un dispositivo (12) para disolver productos gaseosos húmedos de las reacciones electroquímicas del ánodo en una corriente de agua dulce para obtener una disolución de agente oxidante, un dispositivo (13) para estabilizar el exceso de presión en el compartimento anódico (5), un tanque colector (14) para la disolución de agente oxidante así como un equipo (22) para el suministro dosificado del católito desde el tanque de separación (21) del circuito del cátodo a la disolución de agente oxidante que debe sintetizarse, caracterizado porque un filtro (19) está dispuesto en un conducto de suministro para el agua dulce al dispositivo (12) para disolver los productos gaseosos húmedos de las reacciones electroquímicas del ánodo, antes del filtro (19) en el conducto de suministro para el agua dulce está montado un equipo (22) para la introducción dosificada de católito desde el tanque de separación (21) del circuito catódico en la corriente de agua, que fluye al filtro (19), y teniendo lugar la disolución de la sal en el tanque (9) del dispositivo para el suministro de solución salina acuosa al compartimento anódico (5) en la disolución de agente oxidante por medio de un equipo para el suministro dosificado de la disolución de agente oxidante desde el tanque colector (14) para la disolución de agente oxidante al tanque (9) para la disolución de la sal, en cuya salida está dispuesto un filtro (8), que está conectado con la entrada de la bomba dosificadora (7) para el suministro de la solución salina a presión al compartimento anódico (5) del aparato de electrólisis.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema electroquímico para la síntesis de una disolución acuosa de agente oxidante
La invención se refiere al campo de la tecnología química y, en particular, se refiere a dispositivos para la electrólisis de disoluciones acuosas de cloruro de metal alcalino para obtener cloro, compuestos de cloro, oxígeno, ozono así como compuestos de hidroperóxido y puede utilizarse para la desinfección en medicina, farmacia y la industria alimentaria así como en la purificación y la esterilización de agua mediante disoluciones acuosas de oxidantes de cloruro de oxígeno e hidroperóxido.
En la electrólisis de disoluciones acuosas de cloruro de metal alcalino, las disoluciones de los compuestos de cloruro de oxígeno y de hidroperóxido se obtienen disolviendo los productos de la anodización de disoluciones de cloruro en agua, en la mayoría de los casos disoluciones de cloruro de sodio, en procedimientos de membrana o de diafragma. Los procesos convencionales en la tecnología de electrólisis de disoluciones acuosas de cloruro de sodio son la purificación de disoluciones acuosas de cloruro de sodio de partida de endurecedores, metales pesados y adiciones de compuestos orgánicos, que se encuentran generalmente en la sal de roca de partida y son extremadamente difíciles de eliminar con procedimientos de tratamiento tradicionales a partir del uso de cierta sal, por ejemplo en la industria alimentaria. Además del dispositivo principal, el aparato de electrólisis, para la síntesis electroquímica se utilizan diferentes dispositivos auxiliares, que en su totalidad se denominan sistema electroquímico técnico. La mayoría de los sistemas electroquímicos técnicos, además del verdadero reactor electroquímico, que consiste en un aparato de electrólisis de membrana o de diafragma con tanque de separación externo, intercambiadores de calor, reguladores para la presión y el caudal de líquidos y gases, comprenden equipos adicionales para la producción y purificación de la solución salina de endurecedores, iones metálicos multivalentes, adiciones orgánicas así como instalaciones de intercambio iónico o de ósmosis inversa para purificar el agua de los endurecedores, así como tanques colectores para los productos de la síntesis electroquímica, en particular disoluciones de sosa cáustica y de hipoclorito.
Se conoce un procedimiento para obtener productos de la electrólisis de disoluciones de cloruro de sodio en un sistema electroquímico industrial, que se describe en la patente RU 2509829 C2.
Este procedimiento se realiza con la ayuda de un sistema electroquímico técnico que, además del aparato de electrólisis de membrana, comprende un tanque de disolución de sal, cuyo objetivo es integrar los procesos de almacenamiento de sal y de producción de la verdadera solución salina concentrada, purificándose estos simultáneamente de endurecedores y metales multivalentes mediante la transformación de los compuestos solubles en hidróxidos insolubles mediante la introducción dosificada de católito en la solución salina. En este tanque, la solución salina se purifica de adiciones orgánicas mediante la introducción dosificada de disolución de peróxido de hidrógeno. El sistema electroquímico técnico, que implementa el procedimiento reivindicado, contiene igualmente un filtro de carbón activado y un filtro con resina de intercambio iónico para eliminar las cantidades residuales de cationes multivalentes, que están dispuestos uno detrás de otro en el conducto de suministro para la solución salina al aparato de electrólisis. Después del filtro de intercambio iónico está prevista la introducción dosificada de ácido clorhídrico en el conducto de suministro para la solución salina al aparato de electrólisis, para evitar un efecto perjudicial de la solución salina hipercáustica sobre el recubrimiento del ánodo y reducir el gasto improductivo de energía eléctrica para la oxidación de los iones hidróxido así como el transporte de sustancias de cationes sodio monovalentes a través de la membrana al compartimento catódico.
Una desventaja de la solución técnica según la patente RU 2 509 829 C2 consiste en la utilización necesaria de diferentes reactivos adicionales para el reprocesamiento del filtro de intercambio iónico, para la oxidación de los compuestos orgánicos en la solución salina, para corregir el valor de pH de la solución salina, que llega al compartimento anódico del aparato de electrólisis, así como el cambio periódico necesario del lecho filtrante de carbón. En relación con esto, este sistema electroquímico tiene que someterse a mantenimiento con frecuencia, controlarse constantemente y corregir sus parámetros de funcionamiento.
El documento US 5.354.435 da a conocer un determinado procedimiento de electrólisis, en el que se eliminan impurezas metálicas.
El dispositivo seleccionado como prototipo según la patente US 7.897.023 B2 es lo más cercano a la naturaleza técnica y al resultado que quiere lograrse. Este dispositivo representa un sistema electroquímico, que comprende un aparato de electrólisis de diafragma con un diafragma de ultrafiltración tubular cerámico, con circulación de católito y anolito con tanques de separación correspondientes para la separación de gases de electrólisis y con dispositivos intercambiadores de calor para el enfriamiento del católito y anolito, un dispositivo compuesto por una bomba dosificadora con tanque de disolución de sal para el suministro de la solución salina purificada a presión al compartimento anódico, un dispositivo para disolver los productos gaseosos húmedos de las reacciones electroquímicas del ánodo en la corriente de agua para obtener la disolución de agente oxidante, un dispositivo para estabilizar el exceso de presión en el compartimento anódico, un tanque colector para la disolución de agente oxidante así como un equipo para la introducción dosificada de católito desde el tanque de separación del circuito de cátodo en la disolución de agente oxidante que debe sintetizarse.
Una desventaja de este dispositivo consiste en que los iones multivalentes, entre otros iones de metales pesados, están presentes en el producto acabado, es decir en la disolución de oxidantes de cloruro de oxígeno y de hidroperóxido en agua. Estos iones se encuentran usualmente en el agua potable o agua dulce natural, que se usa para la producción de la solución salina de partida y para la obtención de la disolución de agente oxidante disolviendo los productos gaseosos de las reacciones electroquímicas del ánodo en la corriente de agua dulce, que contienen microgotas de humedad con oxígeno singlete, ozono y peróxido de hidrógeno disueltos en la misma. Se sabe que los iones metálicos multivalentes, y especialmente los iones de metales pesados, son catalizadores para la descomposición química de compuestos de cloro activo y de oxígeno activo - ácido hipocloroso y peróxido de hidrógeno. Por este motivo, las disoluciones de agente oxidante producidas en este dispositivo pierden su bioactividad en el plazo de unos pocos días como resultado de la autodescomposición bajo la acción de iones catalíticamente activos. Una desventaja adicional de esta solución técnica es la necesaria limpieza periódica de los compartimentos de electrodo del reactor electroquímico de compuestos orgánicos oxidados de los más diversos tipos, que pueden estar contenidos en pequeña cantidad en la sal dura, que se usa para la producción de la solución salina de partida, y en el agua aguas abajo del dispositivo para ablandar el agua con resinas de intercambio iónico. En el tiempo entre las operaciones de limpieza del reactor electroquímico es necesario variar periódicamente los parámetros de funcionamiento ajustados del sistema electroquímico, adaptándolos a las condiciones de funcionamiento que empeoran con el tiempo debido a la formación de deposiciones en el reactor electroquímico. Estas operaciones requieren tiempo y atención del personal operador para todos los dispositivos periféricos que forman parte del sistema electroquímico técnico unitario para la síntesis de la disolución de agente oxidante: para el ablandador de agua, para el dispositivo para la producción de la solución salina y para los dispositivos de regulación.
El objetivo de la invención es prolongar el tiempo durante el cual se mantienen las propiedades biocidas del producto final, de la disolución de agente oxidante, mediante la purificación del agua de endurecedores e iones metálicos multivalentes, así como el tiempo para el funcionamiento continuo o breve de manera repetida del sistema electroquímico entre las operaciones de mantenimiento, sin tener que corregir sus parámetros de funcionamiento mediante la purificación de la solución salina de adiciones orgánicas, evitando completamente el consumo de reactivos químicos adicionales.
El resultado técnico de la invención se consigue porque, a diferencia de la solución técnica conocida, en la entrada del agua al dispositivo para mezclar la corriente de agua dulce con los agentes oxidantes gaseosos está dispuesto un filtro, antes del cual, en el conducto de suministro para el agua dulce está montado un equipo para la introducción dosificada del católito desde el tanque de separación del circuito de cátodo en la corriente de agua y se disuelve la sal en el dispositivo para el suministro de la solución salina al compartimento anódico por medio de un equipo para la introducción dosificada de la disolución de agente oxidante desde el tanque colector al tanque del dispositivo de disolución de sal, en cuya salida está dispuesto un filtro, que está conectado con la entrada de la bomba dosificadora para el suministro de la solución salina a presión al compartimento anódico del aparato de electrólisis.
En la figura 1 se representa el diagrama de circuito hidráulico básico del sistema electroquímico para la síntesis de la disolución de agente oxidante a partir de cloruros de metales alcalinos, preferiblemente cloruro de sodio.
El sistema electroquímico contiene un aparato de electrólisis de diafragma, reactor electroquímico (1) con electrodos dispuestos coaxialmente, el ánodo (2), el cátodo (3) y el diafragma (4). El esquema de la técnica de procedimiento de la síntesis anódica de los agentes oxidantes consiste en el compartimento anódico (5) del reactor (1), cuya entrada está conectada a través de la válvula de retención (6) con la salida de la bomba dosificadora de alta presión (7), cuya entrada está a su vez conectada con el filtro (8), que está conectado con el tanque para disolver la sal (9), en el que se produce y purifica la solución salina de partida. La salida del compartimiento anódico (5) está conectada al tanque de separación (10) para separar los productos gaseosos de las reacciones electroquímicas del ánodo del anolito. La salida en la parte inferior del tanque de separación (10) está conectada con la entrada del compartimiento anódico (5) del reactor electroquímico (1), cerrándose así el circuito anódico del anolito. La salida en la parte superior del tanque de separación (10) está conectada a través de la válvula de retención (11) con el dispositivo (12) para disolver los productos gaseosos de las reacciones electroquímicas del ánodo en agua dulce. La salida del dispositivo (12) está conectada con el regulador de presión inicial (13) que, durante el funcionamiento del sistema electroquímico, garantiza que se supere de manera constante la presión en el circuito anódico del reactor electroquímico (1) a través de la presión en el circuito catódico mediante el establecimiento de una resistencia hidráulica predeterminada regulada en la corriente de disolución de agente oxidante. En el conducto hidráulico, que conecta la salida del dispositivo (12) con el regulador de presión inicial (13), está dispuesto un sensor de medición para la conductividad de la disolución de agente oxidante “xs”. La salida del regulador de presión inicial (13) está conectada con la entrada del tanque colector para la disolución de agente oxidante (14), que está equipado con sensores de medición para el nivel máximo (15) y mínimo (16) admisible de la disolución de agente oxidante.
Una de las salidas del tanque colector para la disolución de agente oxidante (14) está conectada con la entrada del tanque (9) para la producción y purificación de la solución salina, que se encuentra más abajo que el tanque colector de la disolución de agente oxidante (14). La otra salida del tanque (14) está conectada con la entrada de la bomba dosificadora (17), que está destinada al suministro de la disolución de agente oxidante al objeto de uso, por ejemplo, al punto de introducción de los agentes oxidantes en el sistema de conducción de agua para esterilizar el agua potable.
El agua llega al dispositivo (12) para disolver los productos gaseosos de las reacciones electroquímicas del ánodo a través de la válvula de retención (18) y el sistema de intercambio de calor del circuito anódico del reactor electroquímico (1) desde la salida del filtro (19). En el conducto hidráulico, que conecta la salida del sistema de intercambio de calor del circuito anódico del reactor electroquímico (1) y la entrada de la válvula de retención (18), está dispuesto un sensor de medición para la conductividad del agua “xw”. En la entrada del filtro (19) se suministra el agua que ha pasado por el dispositivo de intercambio de calor (20) del circuito de circulación del cátodo con una adición de católito desde el tanque de circulación de separación del católito (21). El católito se introduce en la corriente de agua en la salida del dispositivo de intercambio de calor del circuito de circulación del cátodo (20) por medio de una bomba dosificadora (22). En el conducto hidráulico, que conecta la salida del agua y la entrada del filtro (19), antes del punto de introducción del católito desde el tanque de circulación de separación del católito (21) está dispuesto un sensor de medición para la conductividad del agua de partida “x ¡”. Además del dispositivo de intercambio de calor (20) para enfriar el católito y además del tanque de circulación de separación del católito (21), el circuito catódico del católito comprende el compartimento catódico (23) del reactor electroquímico (1), la bomba de circulación (24) y la válvula (25) para llenar el tanque de circulación de separación del católito (21) al poner en marcha el sistema y la alimentación de agua purificada durante el funcionamiento del sistema. El tanque de circulación de separación del católito (21) está dotado de un conducto de descarga del católito que se forma durante el funcionamiento del sistema. El agua se suministra al sistema electroquímico para la síntesis de la disolución de agente oxidante desde la red de conductos de agua a presión a través del filtro grueso (filtro previo) (26), la válvula electromagnética (27) y el regulador de presión posterior (28).
El sistema electroquímico para la síntesis de la disolución de agente oxidante funciona de la siguiente manera.
Al poner en marcha por primera vez el sistema electroquímico (en ausencia de agua y disoluciones en el sistema), el tanque (9) se llena con sal dura en la cantidad necesaria para la síntesis de la cantidad predeterminada de disolución de agente oxidante en la proporción de consumo máximo de 0,8 gramos de sal por 1 litro de disolución de agente oxidante. Por ejemplo, para producir 25.000 litros de disolución de agente oxidante con una concentración de sustancias activas (compuestos de cloruro de oxígeno y de hidroperóxido) de 500 mg/l, el tanque (9) debe llenarse con 20 kilogramos de sal. El tanque (9) se llena con agua purificada y ablandada, teniendo que estar la sal cubierta completamente con agua. Esto tiene lugar una vez, cuando el sistema se pone en marcha por primera vez. La tubuladura para el suministro de agua en la entrada del filtro mecánico (26) se conecta con el conducto de presión para el agua dulce (agua potable). Por medio de un conmutador separado se aplica tensión a la válvula electromagnética normalmente cerrada (27). El caudal volumétrico predeterminado de agua a través del sistema así como la presión predeterminada en el circuito anódico se ajustan mediante un regulador de presión posterior (28) y un regulador de presión inicial (13), guiándose por los valores indicados del manómetro M y del caudalímetro externo (no mostrado en el dibujo).
Por medio de la válvula (25) se llena el tanque de separación del católito (21) con agua, hasta que el chorro de agua sale del conducto de descarga del tanque de separación (21), a continuación se lleva la válvula a una posición, que garantiza que se suministre agua al tanque de circulación de separación para el católito (21) con una velocidad de 20 - 30 gotas por minuto (se determina por medio de la velocidad del impacto de la gota desde el conducto de descarga del tanque de separación para el católito (21)). La bomba dosificadora (7) se enciende y el compartimento anódico (5) del reactor electroquímico (1) se llena con solución salina desde el tanque (9). El final del proceso de llenado se establece mediante el aumento de los valores del sensor de medición para la conductividad de la disolución de agente oxidante “xs” en aproximadamente el doble con respecto a los valores del sensor de medición para la conductividad del agua “xw ”. El control de los dispositivos eléctricos del sistema (bombas, fuente de corriente del reactor electroquímico) se cambia al bloque automático (no representado en el dibujo), que está conectado con los sensores de medición para el nivel de la disolución de agente oxidante en el tanque colector (14) y los sensores de medición para la conductividad del agua ablandada acondicionada “xw”, de la disolución de agente oxidante “xs” y del agua de partida “x ¡”. A un nivel de la disolución de agente oxidante en el tanque colector (14) bajo el sensor de medición (16) o entre los sensores de medición (16) y (17) se encienden la fuente de corriente del reactor electroquímico (no representada en el dibujo), la bomba de circulación de católito (24), la bomba (22) para la introducción dosificada del católito en la corriente de agua dulce y la bomba dosificadora (7) para el suministro de la solución salina al compartimento anódico (5) del reactor electroquímico (1). El bloque automático, que controla los dispositivos eléctricos del sistema electroquímico, garantiza la regulación de la velocidad para el suministro del católito por medio de la bomba dosificadora (22) al agua dulce de partida en función de las señales de los sensores de medición para la conductividad del agua “xw” y “x ¡”, al mantener la conductividad del agua aguas abajo del filtro (19), que debe registrarse por el sensor de medición para la conductividad “xw” en el valor predeterminado del intervalo de medición, que se determina mediante la relación xw = (1,0... 1,5) x ¡. El bloque automático garantiza igualmente la regulación de la velocidad de suministro de la solución salina por medio de la bomba dosificadora (7) al compartimento anódico (5) del reactor electroquímico (1) en función de las señales de los sensores de medición para la conductividad “xw ” y “xs”, al mantener la conductividad de la disolución de agente oxidante “xs” en el valor predeterminado del intervalo de medición, que se determina mediante la relación xs = (1,5... 2,5) xw .
Durante el funcionamiento de la instalación, en el reactor electroquímico (1) tienen lugar las siguientes reacciones.
En el reactor electroquímico (1), la reacción principal es la liberación de cloro molecular en el compartimento anódico (5) y la formación de hidróxido de sodio en el compartimento catódico (23):
NaCl H2O - e ^ NaOH 0,5 H2 0,5 Cl2.
Al mismo tiempo, en el compartimento anódico tiene lugar con menor rendimiento de corriente la síntesis de dióxido de cloro directamente a partir de la solución salina así como del ácido clorhídrico, que se forma durante la disolución del cloro molecular cerca del ánodo (Cl2 H2O ^ HOCl HCl):
2NaCl 6H2O - 10e ^ 2 C O 2NaOH 5 H2;
HCl 2H2O - 5e ^ CO2 5 H'.
En el compartimento anódico del reactor se forma ozono por descomposición directa del agua y por oxidación del oxígeno liberado:
3H2O - 6e ^ O3 6H; 2H2O - 4e ^ 4H O2; ^ O2 H2O - 2e ^ O3 2 H.
Con un bajo rendimiento de corriente transcurre la reacción de formación de compuestos de oxígeno activo:
H2O - 2e ^ 2H O ; H2O - e ^ HO ^+ H; 2H2O - 3e ^ HO2 3H\
El rendimiento de corriente para la formación de dióxido de cloro, ozono, oxígeno singlete y peróxido de hidrógeno aumenta con una reducción en el contenido mineral de la disolución de partida acuosa de cloruro de sodio y alcanza el 20 - 30 % a una concentración de sal en la disolución de partida en el intervalo de 80 - 150 g/l a una densidad de ánodo de cinco a siete mil amperios por metro cuadrado (5000 - 7000 A/m2). En el caso del aumento del contenido de sal en la disolución de partida hasta 250 - 300 g/l disminuye el rendimiento de corriente de las reacciones de formación de dióxido de cloro, ozono, oxígeno singlete y peróxido de hidrógeno hasta el 1 - 2 % a una densidad de ánodo de 5000 - 7000 A/m2 y hasta el 0,1 - 0,2 % a una densidad de ánodo de 2000 - 3000 A/m2.
Al disolver el producto gaseoso de la anodización de la disolución de cloruro de sodio en agua, por regla general tiene lugar una reacción, que se expresa mediante la siguiente ecuación:
Cl2 H2O ^ HOCI HCl.
Se sabe que el ácido hipocloroso, cuya cantidad en la disolución está limitada por el valor de pH decreciente como resultado de la formación de ácido clorhídrico, es un agente antimicrobiano elemental. El valor de pH puede variarse introduciendo una lejía alcalina, es decir por ejemplo hidróxido de sodio. Sin embargo, esto conduce a la formación de productos no deseados (cloruro de sodio) y menos reactivos (hipoclorito de sodio). El hipoclorito de sodio, como sal de un ácido débil (ácido hipocloroso) y de una base fuerte (hidróxido de sodio), tiene una actividad antimicrobiana reducida de 250 a 350 veces en comparación con el ácido hipocloroso.
HOCI HCl 2NaOH ^ NaOCI NaCl H2O.
La formación de hipoclorito de sodio puede evitarse en el caso de un aumento simultáneo del valor de pH de la disolución de agente oxidante con el aumento simultáneo de la concentración del ácido hipocloroso y la eliminación de los endurecedores y los iones metálicos multivalentes, entre otros del hierro, mediante la introducción de católito que contiene grupos hidroxilo libres en la corriente de agua.
Como se sabe, el católito tiene una actividad de adsorción química extraordinariamente alta en reacciones de formación de hidratos. La reactividad aumentada del católito se explica, entre otras cosas, por la gran cantidad de grupos hidroxilo libres e hidrógeno disuelto contenidos en el católito.
En el caso de una influencia alternante de católito y electrolitos contenidos en el agua tiene lugar la formación de compuestos insolubles en agua:
3NaOH AlCl3 ^ A l(O H ^ 3NaCl; 2NaOH ZnCh ^ Z n (O H ^ 2NaCl;
MgCl2 2NaOH ^ Mg(OH)2 2NaCl; CaCh 2NaOH(conc.) ^ C a (O H ^ 2NaCl;
FeSO4 Ca(OH)2 ^ Fe(OH)2 CaSO4 FeCh 2NaOH ^ F e (O H ^ 2NaCl;
Fe2O3 • nH2O NaOH ^ Fe2Oai; FeSO4 NaOH ^ F e (O H ^ Na2SO4;
2FeCl3 6NaOH (n-3)H2O ^ Fe2O3 nH2O| 6NaCl;
Al2(SO4) 3 + 6NaOHdii. ^ 2Al(OH)a i 3Na2SO4 ;
AlCIs + 3NaOH ^ Al(OHH + 3NaCl.
En el filtro (19) se separan los hidróxidos y los flóculos formados - los agregados de partículas de los hidróxidos con las moléculas adsorbidas de compuestos orgánicos, las partículas microcoloidales y las burbujas de hidrógeno, y el agua ablandada y purifica de cationes metálicos multivalentes, que contiene bajas concentraciones de hidrógeno disuelto y grupos hidroxilo libres, fluye al dispositivo para disolver los agentes oxidantes (12), estos provocan un aumento de la concentración de ácido hipocloroso en la disolución de agente oxidante de manera correspondiente a la siguiente reacción: Cl2 + H2O OH- ^ 2HOCl.
Dependiendo de la cantidad recogida en el tanque (14) del sistema electroquímico, la disolución de agente oxidante se usa además de para su determinación principal igualmente en pequeñas cantidades como agente para disolver la sal en el tanque (9), lo que descompone de manera oxidativa las adicionales orgánicas, que originariamente estaban contenidas en la sal de roca y son difíciles de eliminar en procedimientos convencionales de producción de sal para el uso doméstico y numerosas aplicaciones industriales. Los compuestos orgánicos extraños oxidados y coagulados son retenidos por el filtro (8) en la salida del tanque (9). Disolver las sales mediante la disolución de agente oxidante posibilita garantizar la pureza microbiológica del agente en el tanque de disolución de sal. De ese modo, ya no tiene que someterse a mantenimiento regularmente hasta el final del proceso de disolución de toda la cantidad de sal llenada. Antes del suministro al compartimento anódico del reactor electroquímico, no es necesario eliminar de la solución salina los iones metálicos multivalentes, entre otros iones de metales pesados. Todos los cationes metálicos, que llegan al compartimento anódico como parte de la solución salina bajo la acción de la caída de presión y del campo eléctrico, se eliminan junto con la corriente de filtro de líquido en el compartimento catódico a través del medio UV poroso del diafragma cerámico. En el compartimento catódico, los cationes metálicos multivalentes se convierten en hidróxidos y se eliminan del sistema a través del conducto de descarga del tanque de circulación de separación del católito (21).
Las pruebas con el sistema electroquímico se realizaron en comparación con el prototipo del dispositivo, que se ejecutó según la patente US 7.897.023 B2 y se complementó con un intercambiador de iones (ablandador de agua) y con un tanque para disolver la sal y para producir una solución salina. Para un análisis comparativo más preciso, el agua del ablandador de intercambio iónico se usó no solo para la producción de la solución salina, sino también para disolver los productos gaseosos del compartimiento anódico del reactor electroquímico. El ablandador de intercambio iónico se conectó al conducto de presión de agua potable. El dispositivo según la patente de los EE. UU. se complementó igualmente con un tanque colector para la disolución de agente oxidante. Ambos sistemas comparables contenían un reactor electroquímico, que consistía en cuatro elementos modulares electroquímicos (celdas) según la patente EP 0 842 122 B1. La solución salina acuosa de partida contenía 250 g/l de cloruro de sodio, el contenido de endurecedores en la disolución de partida ascendía a 0,3 mg-eq/l (1 corresponde ahí a 0,3566 mg-eq/l) en el sistema electroquímico según la patente US 7.897.023 B2 y a 4,5 mg-eq/l en el tanque (9) del sistema según la nueva solución técnica. El motivo de la diferencia era el bajo contenido de endurecedores en el agua después del ablandador de intercambio iónico y el contenido significativamente mayor de endurecedores en el agua potable del grifo convencional, a partir de la cual se produjo originariamente la solución salina de partida en el sistema electroquímico según la nueva solución técnica. La intensidad de corriente a través del reactor electroquímico en el dispositivo prototipo ascendía a 40 amperios a una tensión de 5 voltios. Se ajustaron los mismos valores para el reactor electroquímico en el sistema electroquímico según la nueva solución técnica. Por consiguiente, en cada sistema comparativo se produjeron 52 g/h de agente oxidante. La disolución de agente oxidante, que se produjo en el sistema prototipo con una velocidad de 100 l/h, tenía una concentración de agente oxidante de 500 mg/l, un valor de pH de 2,8 y un contenido total de minerales de 0,86 g/l. El contenido de endurecedores en la disolución de agente oxidante ascendía a 0,2 mg-eq/l. En el caso de una introducción dosificada del católito, que se forma durante la síntesis de la disolución de agente oxidante, el valor pH de la disolución en la salida aumentaba hasta 6,0 con un aumento simultáneo del contenido mineral de la disolución hasta 1,5 g/l. La disolución de agente oxidante, que se produce con una velocidad de 100 l/h en el dispositivo según la nueva solución técnica, tenía un valor de pH de 3,0 a una concentración de agente oxidante de 500 mg/l y un contenido mineral total de 0,66 g/l. En el caso de la introducción dosificada de católito en el agua de partida, el valor de pH de la disolución de agente oxidante aumentaba con un aumento simultáneo del contenido mineral hasta 0,82 g/l. La dureza de la disolución de agente oxidante se encontraba en el rango de 0,8 mg-eq/l, pero disminuía hasta 0,6 mg-eq/l en el transcurso de 2 horas de funcionamiento. La evaluación de los resultados de estas investigaciones muestra que la introducción de católito antes del filtro (19) reduce sustancialmente la dureza del agua para disolver los productos gaseosos de la anodización de la disolución de cloruro de sodio y que la introducción de la disolución de agente oxidante con un contenido reducido de endurecedores en el tanque (9) para producir la solución salina reduce sustancialmente el contenido de endurecedores en la disolución de agente oxidante.
Ambos sistemas funcionaron de manera continua en cada caso 10 horas al día durante 10 días. Se tomaron muestras de las disoluciones de agente oxidante dos veces: al final del segundo día de funcionamiento de sistemas electroquímicos comparables (20 horas de funcionamiento) y después de 10 días (100 horas de funcionamiento). La disolución del sistema prototipo presentaba los siguientes valores después de veinte horas de funcionamiento del sistema: valor de pH 6,4; concentración de agente oxidante 480 mg/l; contenido de minerales 1,4 g/l. Después de diez días, la concentración de agente oxidante en la muestra tomada (cantidad de la disolución 1 litro) disminuyó a 460 mg/l. El contenido de endurecedores en la disolución de agente oxidante del prototipo ascendía a 0,9 mg-eq/l, es decir se establecía un empeoramiento en el funcionamiento del filtro de intercambio iónico. La disolución del sistema según la nueva solución técnica presentaba los siguientes valores después de 20 horas de funcionamiento del sistema: valor de pH 5,9; concentración de agente oxidante 510 mg/l; contenido de minerales total 0,83 g/l. Después de 10 días, la concentración de agente oxidante en la muestra tomada (muestra de disolución) no había variado. El contenido de endurecedores en la disolución de agente oxidante del prototipo ascendía a 0,6 mg-eq/l, es decir la introducción de católito en el agua de partida antes del filtro posibilita una purificación del agua de los endurecedores. Como resultado, los agentes oxidantes se conservaban durante más tiempo en la disolución.
La disolución del sistema prototipo presentaba los siguientes valores después de cien horas de funcionamiento del sistema: valor de pH 6,3; concentración de agente oxidante 470 mg/l; contenido de minerales total 1,4 g/l. Después de 10 días, la concentración de agente oxidante en la muestra tomada (cantidad de la disolución 1 litro) disminuyó a 440 mg/l. El contenido de endurecedores en la disolución de agente oxidante del prototipo ascendía a 3,8 mg-eq/l, lo que obviamente está relacionado con el empeoramiento significativo del funcionamiento del filtro de intercambio iónico. La disolución del sistema según la nueva solución técnica presentaba los siguientes valores después de cien horas de funcionamiento: Valores: valor de pH 5,9; concentración de agente oxidante 500 mg/l; contenido de minerales total 0,83 g/l. Después de 10 días de funcionamiento, la concentración de agente oxidante en la muestra tomada (muestra de disolución) no había variado. El contenido de endurecedores en la disolución de agente oxidante del sistema según la nueva solución técnica ascendía a 0,6 mg-eq/l, es decir la introducción de católito en el agua de partida antes del filtro posibilita purificar el agua de los endurecedores de manera eficaz y durante un período de tiempo más prolongado. De este modo, los agentes oxidantes se conservaron durante más tiempo en la disolución. Una comprobación de los tanques para la disolución de la sal y la producción de la solución salina mostró una biopelícula de microorganismos en el tanque del sistema prototipo. La biopelícula estaba completamente ausente en el tanque (9) del sistema según la nueva solución técnica. Este hecho es extremadamente importante, ya que las sustancias orgánicas, que se forman durante la actividad de la biopelícula, cuando se oxidan en el compartimento anódico del reactor electroquímico son capaces de influir negativamente en la descomposición electrolítica del cloruro de sodio mediante la formación de impurezas difíciles de eliminar en los electrodos. y en el diafragma (membrana).
Números de referencia
1 reactor
2 ánodo
3 cátodo
4 diafragma
5 compartimento anódico
6 válvula de retención
7 bomba dosificadora de alta presión
8 filtro
9 sal
10 tanque de separación
11 válvula de retención
12 dispositivo
13 regulador de presión inicial
14 disolución de agente oxidante
15 nivel máximo
16 nivel mínimo
17 bomba dosificadora
18 válvula de retención
entrada del filtro
dispositivo de intercambio de calor
católito
bomba dosificadora
compartimento catódico
bomba de circulación
válvula
filtro grueso (filtro previo)
válvula electromagnética
regulador de presión posterior

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    Sistema electroquímico para la síntesis de una disolución de agente oxidante a partir de agua y una disolución de cloruro de sodio, que comprende:
    un aparato de electrólisis de diafragma (1) con un diafragma de ultrafiltración cerámico tubular (4), un circuito de circulación del católito y del anolito, con tanques de separación correspondientes (10, 21) para la separación de los gases de electrólisis así como con dispositivos de intercambio de calor (20) para enfriar el católito y el anolito,
    un dispositivo para el suministro de solución salina acuosa a presión a un compartimento anódico (5) del aparato de electrólisis de diafragma (4) a presión, que consiste en una bomba dosificadora (7) y un tanque (9) para disolver la sal,
    un dispositivo (12) para disolver productos gaseosos húmedos de las reacciones electroquímicas del ánodo en una corriente de agua dulce para obtener una disolución de agente oxidante,
    un dispositivo (13) para estabilizar el exceso de presión en el compartimento anódico (5),
    un tanque colector (14) para la disolución de agente oxidante así como
    un equipo (22) para el suministro dosificado del católito desde el tanque de separación (21) del circuito del cátodo a la disolución de agente oxidante que debe sintetizarse,
    caracterizado porque
    un filtro (19) está dispuesto en un conducto de suministro para el agua dulce al dispositivo (12) para disolver los productos gaseosos húmedos de las reacciones electroquímicas del ánodo,
    antes del filtro (19) en el conducto de suministro para el agua dulce está montado un equipo (22) para la introducción dosificada de católito desde el tanque de separación (21) del circuito catódico en la corriente de agua, que fluye al filtro (19), y
    teniendo lugar la disolución de la sal en el tanque (9) del dispositivo para el suministro de solución salina acuosa al compartimento anódico (5) en la disolución de agente oxidante por medio de un equipo para el suministro dosificado de la disolución de agente oxidante desde el tanque colector (14) para la disolución de agente oxidante al tanque (9) para la disolución de la sal, en cuya salida está dispuesto un filtro (8), que está conectado con la entrada de la bomba dosificadora (7) para el suministro de la solución salina a presión al compartimento anódico (5) del aparato de electrólisis.
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