Проточные электрохимические модульные элементы МБ

Анализ результатов многолетней работы элементов ПЭМ в различных устройствах и технологиях позволил сформулировать ряд новых принципов конструирования проточных электрохимических модульных элементов. В результате в 2008 году были созданы проточные электрохимические элементы МБ-26 и МБ-11 (модули Бахира), в обозначении которых использован условный диаметр диафрагмы.

При одинаковых принципах конструирования и равных геометрических размерах пар элементов ПЭМ-3 ↔ МБ-11 и ПЭМ-9 ↔ МБ-26 элементы МБ имеют лучшие технические параметры за счет применения более плотных и более прочных диафрагм, за счет увеличенной физической поверхности анодов, равной геометрической поверхности катодов, а также за счет конструктивного усовершенствования каналов подвода исходных растворов и отвода продуктов электрохимического преобразования жидкостей.

В 2011 году была практически реализована новая концепция конструирования проточных электрохимических модульных элементов. Суть концепции - в максимальной унификации конструкций положительных и отрицательных электродов, что обеспечивает гибкость в выборе технологической схемы применения электрохимических реакторов, упрощает их изготовление при одновременном увеличении удельной производительности, повышении надежности и долговечности. В результате разработаны новые элементы МБ-26-ХХ-ХХ и МБ-11-ХХ-ХХ, в обозначении которых сохранены характерные размеры применяемых диафрагм, а конструктивные отличия и технические параметры соотнесены с четырехзначным индексом, замыкающим обозначение реактора (элемента). При этом первая цифра во второй паре шестизначного цифрового индекса означает длину рабочей части электродной камеры (в дециметрах), вторая цифра соответствует количеству электродов, снабженных диафрагмами. Две последние цифры обозначают номер модели реактора в данном конструктивном исполнении.

Реактор МБ-26-31-01 - первый проточный модульный электрохимический элемент новой серии, предназначен для использования в установках серии АКВАХЛОР, ЭКОХЛОР и др., работа которых основана на ионселективном электролизе растворов хлоридов натрия или калия.

Отличительными признаками такого реактора в сравнении с элементом МБ-26 являются возможность самоочистки диафрагмы в процессе работы, что позволяет отказаться от использования соляной кислоты для периодического удаления катодных отложений, а также возможность осуществления анодного окисления раствора хлоридов на холодной анодной поверхности при малой плотности тока около 1500 А/м2, что обеспечивает повышенную чистоту выделяющегося на аноде хлора и существенно увеличивает срок службы анодного покрытия. Такой реактор позволяет обеспечить производство хлора из раствора хлорида натрия до 150 г/ч при силе тока 120 А и напряжении 6,0 В.  Этот же реактор, будучи использованным в установках серии КАЙМАН для синтеза оксидантов в проточной воде плавательных бассейнов, позволяет в час обеззараживать более 10 кубометров воды. При этом сила тока может варьировать от 7 до 10 А при напряжении от 40 до 100 В.


Элементы серии МБ-26-37-00 в установке ЭКОХЛОР-1500

Реактор МБ-26-31-02, имеющий аналогичные области применения, отличается  конструкцией катода, который обеспечивает интенсификацию газлифтной циркуляции католита и имеет площадь активной поверхности, более чем в 2 раза превышающую площадь гладкого катода в реакторе МБ-26-01. Это позволяет в установках АКВАХЛОР при тех же показателях производительности по хлору и, соответственно, при той же силе тока, уменьшить рабочее напряжение до 5,5 В.

Реактор МБ-26-37-01 может работать в условиях высокого загрязнения исходных растворов электролитов ионами кальция, магния, железа и других металлов, образующих нерастворимые в воде гидроксиды за счет специальной конструкции электродных комплектов и более гладкой поверхности катодов, что усиливает эффект отрыва частиц гидроксидов от поверхности катода интенсивно выделяющимися при повышенной плотности тока (до 10 000 А/м2) пузырьками водорода.  Этот реактор, используемый в установках серии АКВАХЛОР или ЭКОХЛОР, позволяет обеспечить производство хлора в количестве до 900 гр/ч при силе тока 700 А и напряжении 5,5 В.

Реактор МБ-26-37-02 имеет схожие с реактором МБ-26-37-01 конструктивные и технические параметры, но в нем использованы катоды с увеличенной рабочей поверхностью, усиливающие газлифтную циркуляцию католита. Это позволяет уменьшить напряжение на с 5,5 до 5,0 при работе в установках АКВАХЛОР или ЭКОХЛОР в режиме получения 900 г/ч при силе тока 700 А.


Реакторы серий МБ-26-03 и МБ-26-04

Реактор МБ-26-67-01 имеет блок электродов из семи катодов, защищенных диафрагмами и двадцати четырех охлаждаемых анодов. В отличие от реактора МБ-26-37-01, рабочая поверхность каждого из электродов увеличена вдвое за счет их удлинения. Данный реактор предназначен для использования в модульных установках ЭКОХЛОР производительностью от 4 до 10 кг/ч хлора. При силе тока 1200 А и напряжении 5,5 В производительность реактора составляет более 1,5 кг/ч хлора.


Элементы МБ-26-61-01 в установке Аквахлор-1500

Реактор МБ-26-61-01. Этот реактор предназначен для использования в установках серии АКВАХЛОР, ЭКОХЛОР и др., работа которых основана на ионселективном электролизе растворов хлоридов натрия или калия. Электродный узел реактора представляет собой четыре анода и один центральный катод с диафрагмой.

В отличие от реактора МБ-26-37-02, рабочая поверхность каждого из электродов увеличена вдвое за счет их удлинения. Данный реактор предназначен для использования в модульных установках ЭКОХЛОР производительностью от 1 до 10 кг/ч хлора. При силе тока 200 А и напряжении 5,5 В производительность реактора составляет более 0,25 кг/ч хлора.

Реактор МБ-26-67-02 имеет блок электродов из семи катодов и двадцати четырех охлаждаемых анодов. В отличие от реактора МБ-26-67-01, в реакторе установлены катоды с увеличенной рабочей поверхностью, что повышает его экономические показатели при работе в модульных установках ЭКОХЛОР производительностью от 4 до 10 кг/ч хлора. При силе тока 1200 А и напряжении 5,0 В производительность реактора составляет более 1,5 кг/ч хлора.

Реактор МБ-26-67-50 имеет блок электродов из семи анодов и двадцати четырех охлаждаемых катодов. Данный реактор предназначен для использования в модульных установках ПЕРОКСИТРОН для синтеза надсерной кислоты и последующего производства перекиси водорода. Номинальный режим работы реактора при круглосуточной эксплуатации: сила тока 800 А, напряжение – 4 В.

Реактор МБ-26-31-50. Электродный блок реактора представлен одним анодом, защищенным диафрагмой, и четырьмя охлаждаемыми катодами. Реактор предназначен для использования в установках серии ПЕРОКСИТРОН-Л для синтеза надсерной кислоты в лабораторных условиях. Номинальный режим работы реактора при круглосуточной работе: сила тока 100 А, напряжение 4 В.


Элементы МБ-26-31-25 в установке СТЭЛ-УНИВЕРСАЛ-500

Реактор МБ-26-31-25. Конструкция реактора является развитием элемента МБ-26. Внутри катода размещена анодная сборка. Существенными отличиями являются конструкция уплотнений диафрагмы, конструкция анода, а также конструкция уплотнительных элементов на торцах реактора, повышающая надежность и долговечность эксплуатации. Реактор предназначен для использования в установках серии СТЭЛ-УНИВЕРСАЛ, РОСТОК, СТЭЛ-ПЕРОКС большой производительности (от 300 до 600 л/ч).

Реактор МБ-26-31-26. Конструкция реактора является развитием элемента МБ-26. Внутри катода размещена анодная сборка. Существенными отличиями являются конструкция уплотнений диафрагмы, конструкция анода, предполагающая возможность внутренней циркуляции анолита, а также конструкция уплотнительных элементов на торцах реактора, повышающая надежность и долговечность эксплуатации. Реактор предназначен для использования в установках серии СТЭЛ-АНК-СУПЕР небольшой производительности (от 20 до 100 л/ч).

Реактор МБ-11-21-01. Данный реактор является более совершенной моделью реактора МБ-11. При внешней схожести конструкции в нем улучшены условия катодного и анодного протоков за счет изменения конструкции верхних и нижних катодных и анодных втулок и увеличения диаметра штуцеров.  В реакторе используются диафрагмы повышенной прочности на разрыв, что позволяет применять их не только в установках ИЗУМРУД-РЕДОКС, но также в установках СТЭЛ-АНК-СУПЕР небольшой производительности. В установках СТЭЛ-АНК-СУПЕР такие реакторы работают при токе 8-10 А при напряжении 8-9 В. В установках ИЗУМРУД-РЕДОКС – при токе 0,5-2,0 А при напряжении 24-50 В.


Реактор МБ-11-21-02. В отличие от элемента МБ-11-01 характеризуется упрощенной конструкцией анода, представляющего собой полую трубку, снабженную на торцах штуцерами для подключения к внешнему контуру охлаждения. Используется для изготовления реакторов РПЭ в установках СТЭЛ-ПЕРОКС и СТЭЛ-УНИВЕРСАЛ малой производительности, предназначенных для синтеза перенасыщенных гидропероксидными оксидантами маломинерализованных растворов, поскольку обеспечивают оптимальный температурный режим синтеза термочувствительных анодных продуктов. Номинальный режим работы: сила тока до 10 А, напряжение – до 40 В.

Реактор МБ-11-21-03. Данный реактор отличается повышенной термической и химической стойкостью элементов конструкции. Эти реакторы используются в установках СТЭЛ-АНК-СУПЕР небольшой производительности, в установках СТЭЛ-ПЕРОКС, СТЭЛ-УНИВЕРСАЛ, а также в установках серии ОКСИТРОН-К, ОКСИТРОН-М, РОСТОК и ряде других. Они способны работать при абсолютном давлении до 10 кгс/см2, температуре обрабатываемых жидкостей до 150 °С и скорости протока через каждую из камер до 200 л/ч. Номинальный режим работы таких элементов при длительной работе: сила тока – до 20 А, напряжение – до 12 В. При токе 5 А напряжение может быть доведено до 50 В.

Данный перечень реакторов, использующихся для реализации процессов электрохимической активации, является далеко не полным. В процессе разработки находится около 20 новых конструкций, предназначенных для решения оригинальных задач заказчиков и партнеров Института Электрохимических Систем и Технологий Витольда Бахира и единственной в мире компании, изготавливающей изделия по оригинальным авторским разработкам В.М. Бахира и его коллег – ООО «ДЕЛФИН АКВА».