способ термоумягчения раствора

Формула изобретения

1. Способ термоумягчения раствора, заключающийся в нагреве его при пропускании электрического тока между электродами, погруженными в термоумягчаемый раствор, кристаллизации солей жесткости из раствора, осаждении и удалении осадка, отличающийся тем, что нагрев ведут при поддержании напряжения на электродах U, определяемом по формуле

U < U_з+ U_п+ U,

где U₃ напряжение разложения;

U_п перенапряжение на электродах;

U - потери в электродах и контактах,

и при температуре электродов не выше температуры раствора, при которой он является насыщенным при исходной концентрации солей жесткости.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что требуемую температуру электродов достигают за счет подачи охлаждающего потока в тело электродов по специальным каналам.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к водоподготовке, конкретнее, к опреснению водных растворов термическими методами.

Известен способ термоумягчения путем нагрева раствора паром. Недостаток этого способа заключается в том, что на нагреваемых поверхностях, в том числе на соплах, подающих греющий пар, образуется накипь, резко снижающая производительность оборудования и требующая остановки и очистки греющих поверхностей.

Наиболее близким к предлагаемому (принятым за прототип) является способ нагрева растворов, реализованный в электродных котлах, заключающийся в пропускании электрического тока через раствор.

Недостатком данного способа является то, что при обработке растворов с повышенным солесодержанием в них начинаются электрохимические реакции, в результате которых резко уменьшается срок службы электродов, образуются взрывоопасные газовые смеси, изменяется химический состав раствора.

Предлагаемое техническое решение свободно от вышеперечисленных недостатков.

Предлагаемый способ термоумягчения раствора заключается в нагреве его при пропускании электрического тока между электродами, погруженными в термоумягчаемый раствор, выпадении солей жидкости из раствора, осаждении и удалении осадка, причем процесс нагрева ведут в режимах, при которых электроды имеют температуру не выше, чем температура, при которой раствор становится насыщенным при исходной концентрации солей жесткости, а значения напряжения U поддерживают таким образом, чтобы U < U_э+ U_п+ U, причем более низкая температура электродов достигается за счет подачи охлаждающего потока в тело электродов по специальным каналам, где U_э напряжение разложения; U_п - перенапряжение на электродах; U потери в электродах и контактах.

Отличительным признаком способа является то, что процесс нагрева ведут в режимах, при которых электроды имеют температуру не выше, чем температура при которой раствор становится насыщенным при исходной концентрации солей жесткости, а значения напряжения U поддерживают таким образом, чтобы U < U_э+ U_п+ U, причем более низкая температура электродов достигается за счет подачи охлаждающего потока в тело электродов по специальным каналам, где U_э напряжение разложения; U_п перенапряжение на электродах; U потери в электродах и контактах.

Техническим результатом изобретения является возможность обработки высококонцентрированных жестких растворов практически в безнакипном режиме, без образования новых химических веществ и взрывоопасных газовых смесей. Безнакипный режим достигается за счет того, что рабочая поверхность электродов имеет температуру не выше, чем температура, при которой раствор становится насыщенным при исходной концентрации солей жесткости. Это и предотвращает отложение на ней солей, поскольку растворимость солей жесткости увеличивается с уменьшением температуры. Прохождению же электрохимических процессов препятствует то, что к электродам прикладывают такое напряжение, при котором не происходят процессы электролиза, а следовательно, не образуются новые химические вещества и взрывоопасные газовые смеси.

Предлагаемый способ реализуется в аппарате, показанном на чертеже, где изображена схема термического умягчения растворов. Аппарат состоит из диэлектрического корпуса 1 и электродов 2, к которым подводится напряжение U. Электроды имеют полости 3, по которым подается охлаждающий водный раствор.

Способ осуществляется следующим образом. Раствор подают в корпус аппарата, к электродам прикладывают напряжение, а по полым каналам электродов прокачивают холодный водный раствор. В результате происходит нагрев жидкости. При увеличении температуры раствора уменьшается растворимость солей жесткости (CaSO₄, CaCO₃, CaSiO₃ и пр.), и эти соли выпадают в осадок и накапливаются на дне аппарата. Охлаждение электродов подаваемым по их внутренним полостям раствором предотвращает образование накипи на электродах.

Пример 1. Исходный раствор сульфата натрия и кальция с концентрацией Na₂SO₄ 26 вес. CaSO₄ 0,212 вес. при температуре 30^oC подают с расходом 0,5 м³/ч на термоумягчение, в процессе которого он нагревается до температуры 100^oC. В аппарате применяют охлаждаемые электроды из титана с покрытием из оксида рутения. Охлаждение производят подачей воды с температурой 25^oC внутрь электродов по специальным каналам. Напряжение на электродах поддерживают 4,6 В, а плотность тока 1500 А/м² (при напряжении выше 4,6 В в системе начинают происходить электролитические процессы, 1500 А/м² максимально допустимая рабочая плотность тока для используемых электродов). При рабочей площади электродов 56,2 см² и межэлектродном расстоянии 6 см достигается температура раствора 100^oC и равновесная концентрация сульфата кальция падает до 0,066 вес. что вызывает выпадение его в осадок и после удаления последнего умягчение раствора.

Таким образом, благодаря новым отличительным признакам, заключающимся в том, что процесс нагрева ведут в режимах, при которых электроды имеют температуру не выше, чем температура, при которой раствор становится насыщенным при исходной концентрации солей жесткости, а значения напряжения U поддерживают таким образом, чтобы U < U_э+ U_п+ U, где U_э напряжение разложения; U_п перенапряжение на электродах; U потери в электродах и контактах, достигается указанный выше технический результат (возможность обработки высококонцентрированных жестких растворов практически в безнакипном режиме, без образования новых химических веществ и взрывоопасных газовых смесей).

Следовательно, заявляемый способ термоумягчения раствора соответствует критерию изобретения "существенные отличия".