Меню Рубрики

Установки электрохимической регенерации воздуха

Установки электрохимической регенерации воздуха

Изобретение относится к области химического разделения, выделения и очистки газов для восстановление нормального химического состава воздуха, изменившегося вследствие жизнедеятельности людей, работы технических устройств и др. и может найти применение в системах регенерации воздуха в герметизированных помещениях, химической, космической и других отраслях промышленности,

Известен способ электрохимического отделения кислых газов по патенту РФ №2092232 (опубл. 10.10.1997), в соответствии с которым отделение кислых газов из смеси производят разделением электролита на анолит и католит с различными рН, абсорбцией кислых газов католитом с последующей десорбцией анолитом, при этом один из электродов электролизера деполяризуют газом с выделением того же газа на другом электроде, а в качестве газа-деполяризатора используют водород или кислород.

Известный способ реализуется системой, включающей блоки электролиза, абсорбции и десорбции. При этом в абсорберы подают католит и исходную смесь газов, а в десорбер подают анолит и католит с продуктами абсорбции с последующим смешением анолита и католита в десорбере. Десорбцию отделяемого газа производят в электролизере, снабженном газонепроницаемым сепаратором, отделяющим область десорбции газа от электрода.

Недостатком известного способа и системы, его реализующей, является утечка водорода, что ведет к загрязнению им атмосферы, и, соответственно, появление дисбаланса по водороду в электрохимическом блоке, поэтому необходимо иметь дополнительный источник водорода.

Известна система электрохимической регенерации воздуха совмещенного типа для помещений, предназначенная для выработки газообразного кислорода и поглощения двуокиси углерода из окружающего воздуха (см., например, А.Е.Аврущенко, А.Ф.Новиков, В.И.Френкель «Системы электрохимической регенерации воздуха атомных подводных лодок», издательство «Русская история», Москва, 2002).

В этой системе католит из блока электролиза направляется через систему дроссельных шайб непосредственно на орошение в блоки абсорбции: основной блок большой производительности и дополнительные блоки меньшей производительности, в том числе разнесенные в разные помещения. Однако такая схема имеет серьезный недостаток. Отключение одного или нескольких дополнительных блоков абсорбции, соединенных по известной схеме, может привести к превышению уровня католита в водородной колонке, что в свою очередь приводит к нарушению режима работы блока электролиза и отключению системы регенерации воздуха.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности работы системы, в частности, за счет исключения возможности отключение всей системы регенерации воздуха при сбоях или отключении одного или нескольких блоков абсорбции.

Заявленный технический результат достигается тем, что система электрохимической регенерации воздуха совмещенного типа для герметизированных пространств, содержащая предназначенный для выработки газообразного кислорода блок электролиза, содержащий электролизер для получения кислорода и водорода, разделительные кислородную и водородную колонки и фильтры; блок десорбции для выделения двуокиси углерода; узел абсорбции для поглощения двуокиси углерода из окружающего воздуха, состоящий из основного блока абсорбции со сборным баком и дополнительных разнесенных блоков абсорбции, например, размещенных в разных помещениях; включает распределительный блок для приема католита из блока электролиза и дальнейшей его подачи насосом на орошение в основной и дополнительные блоки абсорбции, с возможностью регулировки расхода католита в зависимости от его уровня в распределительном блоке. При этом электролизер анолитной линией связан с входом в кислородную разделительную колонку, выход из которой соединен с блоком десорбции, выход из которого соединен со сборным баком основного блока абсорбции, выход кислорода через кислородный фильтр соединен газовым входом с блоками абсорбции; католитной линией электролизер связан с входом в водородную разделительную колонку, выход из которой соединен со входом распределительного блока, выход которого соединен с дополнительными блоками абсорбции через пакеты дроссельных шайб, а с основным блоком абсорбции через регулятор расхода католита; выходы католита из блоков абсорбции соединены со сборным баком основного блока абсорбции, который также соединен со входом электролизера.

Кроме того, система может быть снабжена установкой каталитической переработки водорода и двуокиси углерода в метиловый спирт, установленной на выходе водородно-углекислотной смеси, которая предотвращает выброс газообразных продуктов во внешнюю среду.

Сущность заявленного технического решения поясняется на фиг.1, где представлена функциональная схема работы системы.

Система регенерации воздуха содержит блок электролиза 1, включающий электролизер 2 для получения кислорода и водорода, разделительные кислородную 3 и водородную 4 колонки, фильтры кислородный 5 и водородный 6; блок десорбции 7 для выделения двуокиси углерода; основной блок абсорбции 8, имеющий сборный бак 9, и дополнительные разнесенные блоки абсорбции 10, для поглощения двуокиси, в том числе в разных помещениях; блок распределительный 11 для приема католита из блока электролиза и дальнейшей его подачи на орошение в основной блок абсорбции 8 через регулятор 12 расхода католита в дополнительные блоки 10. На выходе водородно-углекислотной смеси размещена установка 13 каталитической переработки водорода и двуокиси углерода в метиловый спирт.

Система работает следующим образом.

Анолит из электролизера 2 вместе с кислородом в виде газожидкостной эмульсии поступает в кислородную разделительную колонку 3, где освобождается от кислорода и поступает в блок десорбции 7. В блоке десорбции происходит нагрев и термическое разложение анолита с выделением двуокиси углерода.

Из блока десорбции 7 анолит поступает в сборный бак 9 основного блока абсорбции 8.

Читайте также:  Установка каталитического крекинга флюид

Кислород из разделительной колонки 3, пройдя фильтр кислородный 5, смешивается с воздухом, подаваемым вентиляторами из помещений, и поступает в блоки абсорбции 8 и 10, где очищается от двуокиси углерода.

Водород, образующийся в электролизере 2, вместе с католитом в виде газожидкостной эмульсии поступает в водородную разделительную колонку 4, отделяется от жидкости и, пройдя фильтр водородный 6, смешивается с двуокисью углерода, выходящей из блока десорбции 7.

Католит из водородной разделительной колонки 4 направляется в блок распределительный 11, откуда насосом подается в блоки абсорбции 8 и 10.

При этом подача католита в дополнительные блоки абсорбции 10 осуществляется через пакеты дроссельных шайб, обеспечивающих постоянный расход католита, а подача католита в основной блок абсорбции осуществляется через регулятор 12, обеспечивающий регулирование расхода в зависимости от уровня католита в распределительном блоке 11.

Регулятор может быть, например, выполнен в виде мембранного регулятора перепада давления «до себя», у которого задающая полость соединена с задающим сосудом, размещенным в распределительном блоке и поддерживающим постоянное давление в этой полости, а управляющая полость соединена с распределительным блоком, что обеспечивает изменение давления в управляющей полости в зависимости от уровня католита в распределительном блоке. Управляющая и задающая полости регулятора разделены мембраной, связанной с устройством, регулирующим расход католита, подающегося в основной блок абсорбции.

При отключении одного или нескольких дополнительных блоков абсорбции уровень католита в блоке распределительном начинает повышаться, что приводит к увеличению давления католита на управляющую полость регулятора уровня жидкости и его мембрану. Мембрана начинает перемещаться, увеличивая расход католита в блок абсорбции основной через регулирующее устройство, т.е. основной блок абсорбции принимает на себя нагрузку от отключенных дополнительных блоков абсорбции.

Отработанный в блоках абсорбции католит насосами подается в сборный бак 9 основного блока абсорбции 8.

Таким образом, в сборном баке основного блока абсорбции вновь образуется исходный электролит, который насосом подается в электролизер 2.

Очищенный от двуокиси углерода и обогащенный кислородом воздух подается в герметизированные помещения.

Смесь водорода и двуокиси углерода подается в установку каталитической переработки 13, где перерабатывается в жидкий метиловый спирт, таким образом, предотвращая выброс газообразных продуктов во внешнюю среду.

источник

Установка регенерации щелочных растворов ЭР для производства печатных плат

Запросить прайс

Основные технические характеристики установки электрохимической регенерации щелочных меднохлоридных растворов ЭР(Б)

1. Производительность по извлекаемой меди, кг/ч

2. Длительность цикла осаждения меди в УР, ч

3. Объем травильного раствора, л

4. Рекомендуемые области рабочих концентраций ионов меди (ΙΙ), г/л:

5. Рекомендуемый интервал рН, ед. рН

6. Рекомендуемый раствор для корректировки рН

аммиак водный (25%) ГОСТ 3760

7. Расход охлаждающей воды в УР, м3/ч

8. Температура охлаждающей воды на входе в теплообменник

9. Электропитание осуществляется от трехфазной сети переменного тока напряжением 380 В

частотой 50 Гц с нормами качества электроэнергии по ГОСТ 13109.

10. Потребляемая мощность, кВт не более

11. Установка подключается к местной вытяжной вентиляции (возможно подключение к линии травления),

обеспечивающей объемную скорость отсоса воздуха не менее

14. Оборудование должно эксплуатироваться в закрытых помещениях категории Д и класса В-1б

при температуре окружающего воздуха (20±5)°С и относительной влажности (65±15)%.

По условиям эксплуатации оборудование должно соответствовать исполнению УХЛ категории 4.2 ГОСТ 15150-69.

15. Гарантийные обязательства – 12 месяцев с момента ввода в эксплуатацию.

Процесс травления печатных плат обычно неотделим от серьёзных проблем, связанных с необходимостью жёсткого поддержания постоянства характеристик травильного раствора, образованием большого количества отходов, возникновением в процессе травления опасных и сложных с точки зрения утилизации химических соединений.

Мы предлагаем использовать технологию травления без подобных недостатков.

В специальной установке ЭР(Б)1щ травильный раствор регенерируется в течение нескольких лет, и нет необходимости его заменять (один раствор может работать в травильной машине до трех лет).

Использование системы регенерации с контролем значения рН с точностью ± 0,1 позволяет одновременно в одной травильной машине травить платы, изготавливаемые как по позитивной, так и по негативной технологии.

Процесс регенерации травящего раствора, реализованный на установке ЭР(Б)1щ, содержит два цикла, протекающих физически раздельно друг от друга:

Установка электрохимической регенерации биполярного типа серии «ЭР(Б)» построена по единому принципу (рис. 1). Она состоит из следующих основных узлов: электролизер (1), растворный бак (2), насосный агре­гат (3), теплообменник (4), пульт управления (5). Для работы в автоматическом режиме в состав пульта управления включается блок контроля концентрации (5) с датчиком концентрации (С).

Установка регенерации снабжена источниками питания электролизеров постоянным током (7) и подключаются к модулям травления (8) при помощи двух трубопроводов. Для работы установки необходима охлаждающая вода с температурой не более +20 °С и расходом до 800 л / час и вытяжная вентиляция со скоростью отсоса воздуха до 100 м3 / час. В их состав входят также датчики уровня раствора в электролизерах (Н), температуры раствора (Т) запорная и регулирующая арматура (вентили, эл. магнитные клапаны и др.).

Читайте также:  Установка buderus logano g334

По сигналам поступающим от датчиков уровня раствора, его температуры, концентрации контролируемых компонентов (если предусмотрена работа установки в автоматическом режиме) и органов ручного управления пульт (5) включает и выключает насосный агрегат (3), выпрямитель (7) и электромагнитный клапан подачи охлаждающей воды в теплообменник (В2), а также блокирует работу установки при возникновении нештатных ситуаций: перегреве и переливе раствора, отказе или неисправности блока контроля концентрации.

Растворный бак (2) служит дополнительной емкостью для травильного раствора. В нем также расположены насосный агрегат (3) и теплообменник (4).

Насосный агрегат (3) состоит из электродвигателя мощностью от 1,5 до 2,2 кВт и погружного центробежного насоса. Он подает травильный раствор из модуля травления в электролизеры и обратно, обеспечивая автономную работу установки.

При электролизе выделяется значительное количество тепла, для отвода которого предназначен трубчатый погружной теплообменник (4). Заданный температурный режим работы установки поддерживается автоматическим включением и выключением подачи охлаждающей воды вентилем с электромагнитным приводом В2.

Электролизеры (1) являются главными функциональными узлами установок регенерации. В них под действием постоянного электрического тока происходит осаждение на катодах металлической меди и образование на анодах окислителя, израсходованного на травление. В зависимости от заданной производительности, установки регенерации содержат один или два электролизера.

В биполярных установках электрический ток подается только к крайним электродам, а электродные процессы на промежуточных — протекают под действием электрического поля. При этом каждый промежуточный электрод одной стороной работает анодом, а другой — катодом. Анодная сторона электродов имеет специальное покрытие, обеспечивающее ее хи­мическую стойкость в хлоридных растворах под анодной нагрузкой.

Последовательное соединение электродов позволяет значительно снизить токовые нагрузки на электролизерах и сечения токоподводящих шин, располагать выпрямитель в любом удобном для обслуживания месте.

источник

Установки электрохимической регенерации воздуха

Изобретение относится к устройствам регенерации воздуха в непригодной для дыхания атмосфере, закрытых помещениях, и может быть использовано, например, в респираторах горноспасателей.

Известна установка для регенерации воздуха, предназначенная для защиты органов дыхания людей в загазованных помещениях (патент РФ 2028812, A62B 11/00, 1995). Установка включает регенеративный патрон с регенеративными продуктами на основе надперекиси натрия и надперекиси калия в соотношении 1:3, а также поглотительный патрон с гидроокисью лития. Регенеративные продукты поглощают углекислый газ и выделяют кислород, а поглотитель предназначен для дополнительного поглощения углекислого газа. Все продукты работают в твердофазном режиме и выполнены в форме зерна или блоков с отверстиями.

Однако такое устройство характеризуется большой массой и объемом расходуемых продуктов. Кроме того, такие установки не могут работать в аварийных условиях отсутствия электроэнергии.

Известна также энергоустановка, содержащая водородовоздушный электрохимический генератор со щелочными топливными элементами, соединенная с емкостью с жидкими продуктами гидролиза, работающая как абсорбер диоксида углерода (патент РФ 2291524, H01M 8/06, 2005).

Данное устройство требует значительного расхода воздуха и характеризуется сложностью устройства и эксплуатации. В случае применения данного устройства для регенерации воздуха не обеспечивается кислородное питание пользователя.

Задачей изобретения является снижение массы и объема расходуемых продуктов для всей системы регенерации воздуха за счет жидкофазной генерации кислорода и поглощения диоксида углерода в емкости с жидкими продуктами гидролиза.

Технический результат изобретения заключается в обеспечении работы системы при отключении или отсутствии системы электропитания, что повышает надежность ее эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что в системе регенерации воздуха генератор кислорода, использующий брикет надперекиси натрия, выполнен в виде аппарата Кипа, а емкость с отработанным раствором соединена с абсорбером, дополнительно система регенерации воздуха содержит снаряженный брикетом гидрида лития генератор водорода, линия отвода водорода которого соединена с топливным элементом, а емкость с отработанным раствором соединена с абсорбером.

Генераторы кислорода и водорода снабжены мешками конденсации.

Выполнение генератора кислорода, использующего брикет надперекиси натрия, в виде аппарата Кипа (Краткий политехнический словарь, М., 1956, стр. 409), обеспечивает:

— снижение массы расходуемых продуктов за счет полного выделения кислорода с единицы массы продукта и возможности использования только надперекиси натрия как наиболее емкого кислородоносителя;

— снижение объема расходуемых продуктов за счет возможности более высокой степени уплотнения и меньшей массы кислородоносителя.

Введение дополнительного снаряженного брикетом гидрида лития генератора водорода, выполненного в виде аппарата Кипа, линия отвода водорода которого соединена с топливным элементом, а емкость с отработанным раствором соединена с абсорбером обеспечивает:

— обеспечение работы системы регенерации при отсутствии внешнего электроснабжения за счет работы топливного элемента (Чирков Ю.Г. Любимое дитя электрохимии, М., Знание, 1985);

— улучшение стехиометрических характеристик установки за счет дополнительного поглощения диоксида углерода щелочным раствором, получаемым в генераторе водорода;

— упрощение конструкции за счет соединения емкости с отработанным раствором с абсорбером.

Перечисленные отличительные признаки обеспечивают снижение массы и объема расходуемых продуктов для всей системы регенерации воздуха за счет дополнительного поглощения диоксида углерода в емкости с жидкими продуктами гидролиза и обеспечивают работоспособность системы при отключении или отсутствии внешней системы электропитания, что повышает надежность ее эксплуатации.

Читайте также:  Установка иконки для форума

Снабжение генераторов кислорода и водорода мешками конденсации служат для отвода тепла, обеспечивая комфортность дыхания.

На чертеже представлен общий вид заявляемого устройства.

Брикет 1 надперекиси натрия плотностью 1,65-1,91 кг/дм 3 размещен в генераторе кислорода 2. Генератор кислорода 2 в нижней части соединен с абсорбером углекислого газа 3, в верхней части с легочным автоматом 4 и водопроводом 5 с дыхательным мешком 6. Абсорбер 3 соединен в верхней части воздуховодом 7 с дыхательным мешком 6 и подающим воздуховодом 8 в нижней части. Кроме того, абсорбер соединен трубопроводами с генератором кислорода 2 и генератором водорода 9. Дыхательный мешок 6 соединен с воздуховодом 7, воздуховодом 10 для подачи дыхательной смеси потребителю и с водопроводом 5 для слива конденсата. На линии циркуляции дыхательной смеси расположены холодильник 11, клапанная коробка с лицевой частью 12 и вентилятор 13. Генератор водорода 9 непосредственно соединен с топливным элементом 14. Генераторы кислорода и водорода имеют мешки конденсации 15 водяного пара для сброса тепла. Брикет 16 гидрида лития плотностью 0,50-0,6 кг/дм 3 размещен в генераторе водорода 9. Водопровод 5 соединен с генераторами кислорода и водорода и имеет обратные клапаны.

Устройство регенерации воздуха работает следующим образом. При подготовке аппарата к работе система предварительно снаряжается соответственно брикетом 1 надперекиси натрия в генераторе кислорода 2 и брикетом 16 гидрида лития в генераторе водорода 9. Затем перед непосредственным использованием в объем генератора кислорода и водорода заливается фиксированное количество воды. Однако реакции между продуктами и водой в генераторах не происходит из-за отсутствия контакта. Потребление газов в этот момент отсутствует.

При включении потребителя через лицевую часть 12 (вдохе) потребность в кислороде через легочный автомат 4 включает в работу генератор кислорода 2. Образовавшийся раствор гидроокиси натрия с помощью специального клапана сброса автоматически сливается в абсорбер 3. Работа генератора водорода 9 и топливного элемента 14 автоматически начинается с момента подключения потребителя электроэнергии (для работы вентилятора 13, холодильника 11). Требуемый для работы топливного элемента 14 кислород поступает из относительно загрязненной внешней атмосферы. Степень доочистки внешнего воздуха (в частности от углекислого газа) для питания топливного элемента 14 должна определяться конкретной ситуацией и требуемым ресурсом работы элемента 14. Для аварийных ситуаций ресурс работы относительно мал (170-200 ч) и доочистка не требуется. В отдельных случаях возможно использование ресурсов абсорбера 3 и генератора кислорода 2.

В стационарный период работы системы тепло абсорбера 3 приводит к испарению части воды и вместе с воздухом по воздуховоду 7 переносит ее в дыхательный мешок 6. Теплоотдающая (во внешнюю среду) поверхность дыхательного мешка обеспечивает конденсацию паров воды. Основная часть сконденсированной воды по водопроводу 5 стекает в генератор кислорода, обеспечивая его подпитку, а образовавшийся щелочной раствор стекает в абсорбер 3. При этом количество жидкости в генераторе кислорода и водорода всегда постоянно. Естественный разогрев раствора до 60-90°C регулируется сбросом тепла с помощью мешка конденсации 15. Кругооборот воды в системе обеспечивает стабильность ее работы. Из дыхательного мешка на вдохе дыхательная смесь охлаждается в холодильнике 11, насыщается недостающим объемом кислорода и подается на дыхание потребителю 10.

В абсорбере образующиеся карбонаты натрия и лития в процессе работы выпадают в осадок в специальную емкость и могут быть удалены из системы непосредственно в процессе работы. При высокой температуре (80-95°C) в зоне реакции кинетика процесса достаточно высока.

Масса гидрида лития от общей массы расходуемых продуктов (надперекиси натрия и гидрида лития) составляет 4%. Объем гидрида лития от общего объема расходуемых продуктов составляет 11%.

Введение генератора водорода 9 с брикетом гидрида лития в систему регенерации обусловлено двумя причинами: во-первых, необходимостью добавления гидроокиси лития в абсорбер для оптимизации дыхательного коэффициента в воздухе (0,869 нл CO2/нл O2) и, во-вторых, необходимостью использования водорода для генерации электроэнергии, обеспечивающей внутренние потребности системы в электроэнергии составляют не более 18 Вт/чел. (работа вентилятора, управление, и т.д.). При коэффициенте полезного действия 60% топливный элемент генерирует 26 Вт/чел.

Стационарный процесс регенерации достаточно устойчив, так как, с одной стороны, его тепловыделение ограничено режимом дыхания, а, с другой стороны, его теплосброс определяется величиной теплоотдающей поверхности дыхательного мешка.

В таблице для сравнения приведены величины основных показателей для оценки качества систем регенерации воздуха.

При расчете принято выделение углекислого газа равным 600 дм 3 /чел. сутки и поглощение кислорода — 672 дм 3 /чел. сутки (дыхательный коэффициент составляет 0,869 нл CO2/нл O2). Поскольку общие масса и объем расходуемых продуктов, как правило, значительно превышают постоянную массу и объем самой установки, то именно они указаны в таблице как основные показатели оценки качества системы регенерации (объемом установки в сравнении с хранимым объемом продукта можно пренебречь).

Вывод. Предлагаемая система регенерации имеет меньшую массу расходуемых продуктов в 1,5 раза, а снижение объема расходуемых продуктов — в 2,6 раза. Такое снижение объема расходуемых продуктов следует признать существенным. Возможность производства электроэнергии — обеспечивает автономность и надежность системы регенерации.

источник

Добавить комментарий