початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2199492

ПРИСТРІЙ ДЛЯ БЕЗПЕРЕРВНОЇ ПЕРЕРОБКИ морської води
З виділенням З НЕЇ знесоленої води, водню, КИСНЮ, МЕТАЛІВ
І ІНШИХ СОЕДИНЕНИЙ, роздільник ИОНОВ ДЛЯ РОЗПОДІЛУ морської води МАГНІТНИМ ПОЛЕМ НА обессоленную ВОДУ, Анол І Католіт, відокремлювачів-нейтралізатор ДЛЯ ВІДДІЛЕННЯ гідратної оболонки ВІД ІОНІВ І НЕЙТРАЛІЗАЦІЇ НА НИХ ЕЛЕКТРИЧНИХ ЗАРЯДІВ І ГЕНЕРАТОР ВОДНЮ

Ім'я винахідника: Альянов М.І .; Васюта М.М.
Ім'я патентовласника: Альянов Михайло Іванович; Васюта Марія Михайлівна
Адреса для листування: 153013, г.Іваново, вул. Кавалерійська, 46А, кв.40, М.І. Альянову
Дата початку дії патенту: 2000.01.11

Винахід відноситься до технології безперервної переробки морської води з виділенням з неї прісної води і сировинних ресурсів. Пристрій для безперервної переробки морської води містить послідовно з'єднані роздільник іонів, відділювач-нейтралізатор і генератор водню, що утворюють першу технологічну лінію. Другу технологічну лінію утворюють другий відділювач-нейтралізатор, реактор-змішувач і генератор водню, який працює на знесоленої воді і лужному розплаві. Роздільник іонів, призначений для поділу морської води на обессоленную воду, католіт і анолит, містить секцію попереднього омагнічування води круговим магнітним полем і секцію поділу, виконану у вигляді центрального трубопроводу, до якого через щілини по діаметру приєднані два трубопроводи меншого діаметра для виділення аноліта і католіта . Відокремлювач-нейтралізатор для відділення гідратної оболонки від аніонів та катіонів і нейтралізації на них електричних зарядів містить патрубки для введення пароподібного католіта і аноліта, конічні сітки, що несуть позитивний і негативний заряди, і нейтралізатор, який має металевий кульовий контакт і контакт з розплавленого літію або натрію. Генератор водню містить теплоізоляційний корпус з реакційної зоною для взаємодії розплавленого літію і води і системою охолодження реакційної маси з виділенням з неї водного розчину гідроксиду літію і водню. Технічний ефект - витяг з морської води прісної води, водню, кисню та інших цінних продуктів, здійснюване в безперервному технологічному процесі.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід - це група винаходів, які об'єднані в єдине ціле і спрямовані на отримання сировинних ресурсів з морської води за рахунок фізико-хімічних процесів, яким піддається морська вода, що рухається безперервно за двома технологічними лініями.

Основна мета даного винаходу - заміна на всій планеті Земля вуглеводневого палива (газ, продукти нафтопереробки, вугілля, торф) на екологічно чисте водневе паливо (чистий водень), а й для забезпечення прісною водою промисловості і сільського господарства, а й сировиною для хімічної та металургійної промисловості.

У розглянутого нижче технологічного процесу повного аналога немає, т. К. В літературі немає опису технологічного процесу, за яким в єдиному і безперервному технологічному циклі з морської води виділяється відразу цілий ряд продуктів, зазначених вище.

Однак в технологічний процес входять багато технічних рішень, на основі яких, при їх об'єднанні в єдиний технологічний процес і створено цей винахід.

1. З рівня техніки відомо пристрій для поділу морської води на католіт, анолит і обессоленную воду за допомогою магнітного поля з магнітним потоком, спрямованим перпендикулярно руху потоку води (SU 361981, 13.12.1972, С 02 F 1/48). Однак наш винахід конструктивно відрізняється від запропонованого винаходу.

2. З рівня техніки відомо і пристрій для омагнічування води круговим магнітним полем, описане Классеном В.І. "Омагнічування водних систем", М.: Хімія, 1985, с.157-158. Цей винахід вирішує поставлене завдання лише на половину, тому що не поділяє воду на анолит - обессоленную воду - католіт.

3. Як відомо, взаємодія розплавленого літію і води супроводжується вибухом, крім того розплавлений літій є пожежонебезпечним речовиною ( "Хімія і технологія рідкісних і розсіяних елементів" К.А. Большаков, частина I, Навчальний посібник для вузів, М .: Вища школа, 1976, с.8, 75).

В даному винаході технологічний процес і конструкція генератора водню виключають проведення хімічної реакції отримання водню у вибухонебезпечному варіанті.

4. Однак відомо, що провідність діелектриків, яким є водяна пара, при високих напругах різко зростає і починається ударна іонізація (Коротка хімічна енциклопедія, М .: Радянська енциклопедія, 1961, с. 1184). На сітки отделителя-нейтралізатора подається напруга, яке виключає появу ударної іонізації.

5. Найбільш близьким аналогом по п. 4 генератора водню може бути розглянута установка для отримання водню термохимическим розкладанням води, що містить реакційну зону і теплообмінник (RU 204032, В 01 J 37/00, 27.07.95, 110). Це зовсім інший процес, і він не може конкурувати з даним винаходом.

Рішення поставленого завдання вимагає нових високих технологій, що забезпечують величезні швидкості реакції між компонентами реакції. Винахід базується на чотирьох спеціально розроблених способах, що забезпечують високі швидкості реакцій між реагентами, аж до миттєвої швидкості реакції - нейтралізація електричних зарядів на іони, які не мають гідратних оболонок, з утворенням цільового продукту.

Для кожного способу розроблений спеціальний апарат, в якому проходить відповідний фізико-хімічний процес.

Поставлена ​​задача вирішується тим, що пристрій для безперервної переробки морської води з виділенням з неї знесоленої води, водню, кисню, металів і інших з'єднань містить послідовно з'єднані роздільник іонів для поділу морської води магнітним полем на обессоленную воду, анолит і католіт, відділювач-нейтралізатор для відділення гідратної оболонки від аніонів та катіонів і нейтралізації на них електричних зарядів і генератор водню для отримання водню взаємодією розплавленого літію і води, які утворюють першу технологічну лінію. Послідовно з'єднані другий відділювач-нейтралізатор, реактор-змішувач і генератор водню, який працює на знесоленої воді і лужному розплаві, утворюють другу технологічну лінію.

Роздільник іонів для поділу морської води на обессоленную воду, католіт і анолит містить трубопровід, розміщений в магнітному полі, секцію попереднього омагнічування води круговим магнітним полем, створюваним котушкою електромагніту, забезпечену пристосуванням для тангенціального введення води. Секція поділу попередньо омагниченной води за допомогою магнітного поля з магнітним потоком, перпендикулярним напрямку руху води, виконана у вигляді центрального трубопроводу, до якого через щілини по діаметру приєднані два трубопроводи меншого діаметра для виведення аноліта і католіта.

Відокремлювач-нейтралізатор, призначений для відділення гідратної оболонки від аніонів та катіонів і нейтралізації на них електричних зарядів, містить послідовно з'єднані один з одним пристрій для подачі на конічні сітки постійного струму високої напруги, відділювач, забезпечений патрубками для введення пароподібного католіта і аноліта, двома конічними сітками, що несуть, відповідно, позитивний і негативний заряди, двома гасителями швидкості парів аноліта і католіта і двома напрямними циліндрами для введення що не містять гідратної оболонки аніонів та катіонів в нейтралізатор, і нейтралізатор, що включає генератор постійного струму низької напруги і зовнішню ланцюг генератора, в яку входять металевий кульовий контакт і контакт з розплавленого літію або натрію.

Генератор водню містить теплоізоляційний корпус, в якому передбачена реакційна зона для взаємодії розплавленого літію і води. Корпус і забезпечений системою охолодження реакційної маси холодним теплоносієм з виділенням з неї водного розчину гідроксиду літію і водню, патрубками для відведення водню і водного розчину гідроксиду літію. Крім того, генератор має патрубки введення аноліта і католіта міжтрубний простір реакційної зони і патрубки виведення пароподібного католіта і аноліта, забезпечені електричними підігрівниками.

Пристрій для безперервної переробки морської води з виділенням з неї знесоленої води, водню, кисню, металів і інших з'єднань базується на двох технологічних процесах, що включають в себе наступні стадії процесу.

ПЕРШИЙ ТЕХНІЧНИЙ ПРОЦЕС

Стадія 1. Поділ морської води під дією магнітного поля на три фракції: анолит - обезсолена вода - католіт,

проходить процес розглянемо на прикладі LiCl

а) дисоціація LiCl в Н ₂ О

LiCl -> Li ⁺ + Cl ^- (1)

б) поділ морської води в роздільник іонів під дією магнітного поля проходить за наступною схемою:



Стадія 2. Шляхи використання аноліта і католіта, отриманих після відділення з морської води знесоленої води.

Шляхи використання аноліта і католіта є наступними:

а) анолит і католіт після виходу з роздільник іонів змішуються, і змішаний розчин відправляється назад в океан, де відбувається його розбавлення до початкової концентрації солей в океані;

б) змішаний розчин по пункту (а) направляється на полігон для природного випаровування води (для країн з жарким кліматом) з метою отримання природної морської солі і подальшу відправку її на переробку;

в) католіт і анолит по окремих трубопроводах направляються для глибокої переробки на підприємства хімічної та металургійної профілю з метою отримання цільових продуктів (індивідуальних металів, солей металів).

У перший технологічний процес вводиться тільки обезсолена вода, а виводяться - водень і кисень.

Стадія 3. Поділ водного розчину LiОН на дві фракції: анолит і католіт.

рівняння реакції

LiОН -> Li ⁺ + ОН ^- (4),

Li ⁺ + NН ₂ Про -> Li ⁺ 6Н ₂ О + (n-6) Н ₂ О (5),

ВІН ^- + NН ₂ Про -> ОН ^- 6Н ₂ О + (n-6) Н ₂ О (6).

Стадія 4. Відділення з іонів гідратної оболонки.

рівняння реакції

Стадія 5. Нейтралізація електричних зарядів на іони Li + і ОН ^- з утворенням металевого літію, води і кисню.

рівняння реакції

Стадія 6. Отримання водню і: водного розчину LiОН

рівняння реакції

2Li + 2Н ₂ О -> Н ₂ + 2LiОН (3).

Стадія 7. Охолодження продуктів реакції за допомогою абсорбційної холодильної машини.

Абсорбційна холодильна машина призначена для утилізації тепла, що виділяється за рахунок проведення хімічної реакції між лужними металами Li, Na і водою.

Тепловий ефект цієї реакції становить

2Li + 2Н ₂ О -> Н ₂ + 2LiОН + 484 кДж / моль (9, с.248)

Стадія 8. Очисна фільтрація лужного розчину.

Для безперервної переробки морської води в описаному вище технологічному процесі розроблені спеціальні апарати:

- Роздільник іонів і промисловий блок роздільників іонів;

- Відділювач катіонів та аніонів від гідратної оболонки і нейтралізатор електричних зарядів на іони (відділювач-нейтралізатор);

- Генератор водню;

- Модернізована абсорбційна холодильна машина;

- Фракційний роздільник.

1. Роздільник іонів і промисловий блок роздільників іонів.

На фіг.1 дана схема роздільник іонів і схема промислового блоку роздільників іонів.

Примітка: на аркушах з кресленнями фігур текст назви винаходу скорочений до "Пристрій для безперервної переробки морської води ..."

Фіг. 1. Схема роздільник іонів і схема промислового блоку роздільників іонів.

1 - роздільник іонів; 2 - перша секція або секція попереднього омагнічування морської води; 3 - котушка електромагніта; 4 - друга секція або секція поділу іонів; 5 - труба для виведення аноліта; 6 - ярмо електромагніту; 7 - вхідна щілина для проходу аніонів; 8 - труба для виведення знесоленої води; 9 - котушка електромагніта; 10 - залізний сердечник електромагніта; 11 - вхідна щілина для проходу катіонів; 12 - труба для виведення католіта; 13 - промисловий блок роздільників іонів; 14 - захист від магнітного випромінювання; 15 - корпус; 16 - трубопровід, що збирає анолит; 17 - трубопровід, що підводить обессоленную воду; 18 - трубопровід, що збирає обессоленную воду; 19 - патрубок для відводу знесоленої води; 20 - парубок для відводу аноліта; 21 - трубопровід, що розподіляє морську воду по розділювачам іонів; 22 - трубопровід, що збирає католіт; 23 - тангенціальний введення морської води в роздільник іонів.

Роздільник іонів призначений для поділу морської води під дією магнітного поля на три фракції: анолит - обезсолена вода - католіт.

Роздільник іонів є трубопровід, розміщений в магнітному полі, і додатково містить секцію попереднього омагнічування води круговим магнітним полем, створюваним котушкою електромагніту, забезпечену пристосуванням для тангенціального введення води, а секція поділу попередньо омагниченной води за допомогою магнітного поля з магнітним потоком, перпендикулярним напрямку руху води , виконана у вигляді центрального трубопроводу, до якого через щілини по діаметру приєднані два трубопроводи меншого діаметра для виведення аноліта і католіта.

ПРИНЦИП РОБОТИ ПЕРШОЇ СЕКЦІЇ

У вхідний патрубок 23 (фіг.1) тангенциально подається морська вода з концентрацією солей 3,5 мас.%. Тоді при дисоціації 3,5% солі буде утворено 3,5% катіонів і 3,5% аніонів / стосовно одновалентним металів).

При русі водяного потоку, поточного в турбулентному режимі, він перетинає магнітно-силові лінії, що створюються соленоидом. При цьому, як показано в (I, с. 47-50, 58), електродинамічне рух іонів в магнітному полі приводить до виникнення мікровіхрей в зоні дії магнітного поля, що призводить до мікротурбулізаціі системи і як наслідок цього явища збільшується концентрація іонів поблизу стінок трубопроводу , що призводить до неоднорідності щільності в потоці (в середині потоку щільність менше, ніж у стінки трубопроводу).

Збільшення часу перебування потоку в магнітному полі приводить до того, що в центральній частині потоку іонів стає менше і відбувається їх концентрація в перехідному шарі, що існує між ламінарним і турбулентним рухами в потоці трубопроводу.

Таким чином, потік омагниченной морської води, що виходить з секції попереднього омагнічування морської води і потім входить в секцію розділення морської води на анолит - обессоленную воду - католіт, має, по площі круга (перетин Г-Г фіг.1), неоднорідну структуру:

- Основна частина іонів (катіони і аніони) згрупована в гідродинамічному прикордонному шарі турбулентного потоку, тобто у внутрішній поверхні трубопроводу, в результаті цього концентрація іонів в поверхневому шарі зростає до 17,5% (за розрахунком), при цьому іони рухаються разом з потоком в одному напрямку (1, c.4);

- В центральній частині потоку вміст іонів мінімальне, тому що велика частина іонів переміщена до внутрішньої стінки трубопроводу за рахунок спільної дії турбулентного потоку, магнітного поля і мікровіхрей.

Загальна концентрація іонів при виході з першої секції в загальному обсязі залишається без зміни, але збільшується у внутрішньої стінки трубопроводу.

ПРИНЦИП РОБОТИ ДРУГИЙ СЕКЦІЇ

В основу роботи другої секції роздільник іонів покладено принцип поділу різнойменних зарядів в провіднику, що рухається перпендикулярно магнітному потоку (це як раз те, що відбувається в електричних генераторах). Теорія цього процесу дана в (2, с.140-142).

У роздільник іонів роль металевого провідника виконує попередньо омагніченной електроліт (морська вода), який рухається між двома полюсами другого магніту (див. Фіг.1) перпендикулярно його магнітного потоку і перетинаючи його, що і призводить до поділу іонів в різні боки, тобто . негативні іони будуть рухатися вліво, позитивні - вправо.

Так як іони, що виходять з потоком з першої секції, знаходяться у внутрішній поверхні трубопроводу, то в розрізі потік буде представляти круговий кільце (див. Розрізи Г-Г і В-В фіг.1), на периферії якого знаходяться іони, а в центральній частини кільця - обезсолена вода. У цих умовах за рахунок спільного впливу турбулентного потоку магнітного поля і мікровіхрей в другій секції роздільник іонів легше буде розділити іони, що знаходяться у вузькій зоні біля внутрішньої стінки трубопроводу, і направити згідно їх електричного заряду в відповідні щілини 7 і 11.

У бічних трубах 5 і 12 роздільник іонів магнітне поле відсутнє, тому іони, що увійшли в бокові труби, назад вийти не мають можливості і потоком виносяться з роздільник іонів до відповідних апарати технологічного процесу. Концентрація катіонів та аніонів при виході з роздільник іонів становить 17,5% відповідно.

Для промислових цілей 10 роздільників іонів, розглянутих вище, об'єднуються в блок роздільників іонів, як це показано на фіг.1. Тоді продуктивність одного блоку роздільників іонів складе

80 · 10 = 800 т / год знесоленої води,

де 80 - продуктивність одного роздільник іонів в годину.

2. Відокремлювач катіонів та аніонів від гідратної оболонки і нейтралізатор електричних зарядів на іони (відділювач-нейтралізатор).

Процес відділення з іонів гідратної оболонки проводиться в апараті - отделителе катіонів та аніонів від гідратної оболонки, поєднаному з нейтралізатором електричних зарядів на іони.

На фіг.2 показаний відділювач-нейтралізатор.

Фіг. 2. Відокремлювач-нейтралізатор: 24 - відділювач-нейтралізатор; 25 - принципова схема установки для подачі на конічні сітки 40 і 48 постійного струму високої напруги; 26 - регулятор напруги; 27 - повисітельний трансформатор; 28 - високовольтний випрямляч; 29 - колонізуется електрод; 30 - осадітельного електрод; 31 - іонізатор; 32 - введення і виведення високої напруги на сітку з позитивним зарядом; 33 - патрубок для введення пароподібного католіта; 34 - патрубок для введення пароподібного аноліта; 35 - введення і виведення високої напруги на сітку з негативним зарядом; 36 - теплоізоляційний корпус отделителя-нейтралізатора; 37 - гаситель швидкості пара (католіта), що входить в апарат; 38 - форсунка; 39 - контактна кільце для зняття і подачі позитивного заряду з сітки на осадітельного електрод іонізатора; 40 - сітка, що несе позитивний електричний заряд; 41 - направляючий циліндр (у вигляді циліндричної сітки, що несе позитивний електричний заряд); 42 - захисний корпус; 43 - контактна кільце для подачі позитивного електричного заряду на сітку отделителя катіонів з високовольтного випрямляча; 44 - монтажний майданчик; 45 - воронка для направлення пара в абсорбційну холодильну машину; 46 - захисний корпус; 47 - направляючий циліндр (у вигляді циліндричної сітки, що несе електричний заряд); 48 - сітка, що несе негативний електричний заряд; 49 - контактна кільце для зняття з сітки і подачі негативного електричного заряду на коронирующий електрод іонізатора; 50 - приймач пара, що пройшов через сітки; 51 - форсунка; 52 - гаситель швидкості пара (аноліта), що входить в апарат; 53 - контактна кільце для подачі негативного електричного заряду на сітку отделителя аніонів від високовольтного випрямляча; 54 і 55 - патрубки для введення і виведення з теплообмінника охолодженої і нагрітої води; 56 - патрубок для відводу кисню; 57 - патрубок для відведення конденсату; 58 - теплообмінник; 59 - патрубок для введення парогазової (кисень + водяна пара) суміші в теплообмінник; 60 - кульовий електрод; 61 - генератор постійного струму низької напруги; 62 - патрубок для відводу пара в абсорбційну холодильну машину; 63 - електролітична ванна: 64 - патрубок для відводу розплавленого літію; 65 - насос для подачі розплавленого літію в генератор водню; 66 - патрубок для відводу розплавленого літію.

Відокремлювач-нейтралізатор призначений для відділення гідратної оболонки від аніонів та катіонів і нейтралізації на них електричних зарядів з отриманням металевого літію, кисню і реакційної води.

Відокремлювач-нейтралізатор являє собою систему, в яку входять

1. Установка для подачі постійного струму високої напруги на конічні сітки отделителя катіонів та аніонів від гідратної оболонки.

2. Відокремлювач катіонів та аніонів від гідратної оболонки, тобто апарат для отримання катіонів та аніонів.

3. Нейтрализатор електричних зарядів на катіонів та аніонів, тобто отримання цільових продуктів Li, _О2 і Н ₂ О, включаючи генератор постійного струму низької напруги.

1. Установка для подачі постійного струму високої напруги на конічні сітки отделителя катіонів та аніонів від гідратної оболонки.

Ця установка призначена для створення на конічних сітках високої напруженості електричного поля, здатного відштовхнути від зарядженої сітки однойменний заряд, що знаходиться на катіоні або аніоні, тобто цим полем від сіток відштовхуються катіони або аніони відповідно, але через сітку проходить водяна пара.

Базою для створення установки є агрегат АФ-90-200, призначений для очищення газів від домішок в промисловому масштабі.

Цей агрегат має максимальне напруження 90000 В і номінальний струм вторинної обмотки трансформатора 200 мА (8, с.742). Схема показана на фіг.2.

В основу роботи установки покладено принцип електричної очистки газів (4, с.251-255), але в нього внесена наступна зміна:

- Безперервний потік газу, що очищається, що рухається в полі позитивного і негативного зарядів на коронирующим і осаджувальних електродах, піддається іонізації, як це описано в (4, с.251-255), тут ми застосовуємо інертний газ аргон Ar з потенціалом іонізації 15,755 еВ відповідно до реакції Ar ⁰ -> Ar ⁺ (14, c.250).

- Інертний газ знаходиться в замкнутому просторі, тобто в герметично закритому балоні.

Принцип роботи установки (див. Фіг.2).

За допомогою регулятора напруги 26, підсилювального трансформатора 27, високовольтного трансформатора 28 на коронирующий електрод 29 і осадітельного електрод 30, що знаходяться в іонізаторі 31, подається постійний струм високої напруги 90000 В і силою струму 200 мА. В результаті цього між коронирующим і осаджувальних електродами виникає "корона". При виникненні "корони" в герметичному балоні іонізатора 31 відбувається іонізація розрідженого газу Ar і при цьому утворюються електрони і позитивно заряджені катіони Ar ^+, під дією електричного поля позитивно заряджені катіони Ar ⁺ рухатимуться до коронирующим електроду і нейтралізуватися на ньому, а негативно заряджені електрони будуть переміщатися до осадительному електроду і і нейтралізуватися на ньому. В результаті іонізації газу Ar замикається зовнішня електричний ланцюг і відбувається рух електричного струму по всьому ланцюгу. При цьому на конічної сітці 40 виникаєпозитивний "+" електричний заряд, а на конічної сітці 48 - негативний "-" електричний заряд.

2. Відокремлювач катіонів та аніонів від гідратної оболонки, тобто апарат для отримання катіонів та аніонів.

Відокремлювач катіонів та аніонів від гідратної оболонки (скорочено - відділювач) призначений для отримання катіонів та аніонів, що несуть на собі електричний заряд (Li ⁺ і ОН ^-), і подальшої їх подачі в нейтралізатор електричних зарядів на іони.

ПРИНЦИП РОБОТИ Відокремлювач

Для нормальної роботи отделителя іонів від гідратної оболонки в першу чергу має бути дотримано наступне:

- Якщо пар католіта або аноліта подавати всередину конічних сіток 40 і 48 прямо з генератора водню, то частина пара католіта або аноліта, маючи велику швидкість вхідного потоку (Р = 10 ⁶ Па, Т = 472 К), проскочить конус сітки і знаходяться в парі іони не звільнить від гідратної оболонки і увійдуть в напрямні циліндри 41 і 47 і далі в нейтралізатор, де водяна пара вступить в хімічну реакцію з утворився Li, а це передчасна реакція і її допустити ніяк не можна. При проскоке пароподібного аноліта з якоїсь частини аноліта НЕ буде утворений іон ОН ^-, що призведе до побічних реакцій на кульовому електроді, а це не бажано. Вихід один - погасити швидкість вхідного в відділювач пара католіта і аноліта до мінімуму, тобто до швидкості проходу пара через сітку і входження пара в приймач пара 50. Швидкість пара можна відрегулювати швидкістю його конденсації в теплообміннику абсорбційної холодильної машини, куди пар з приймача 50 надходить на подальший технологічний цикл - в системі має підтримуватися постійний дозвіл, яке утворюється за рахунок конденсації пара на холодній стінці теплообмінника в абсорбційної холодильної машини.

ПРОЦЕС протікає в такий спосіб

З генератора водню (див. Фіг.3) в відділювач за різними трубопроводах подаються пароподібні католіт і анолит з температурою 473 К відповідно до патрубків 33 і 34. Далі пар розділяється на дві рівні частини і надходить, в розпилювальні форсунки 38 і, 51 і з них в гаситель швидкості пара 37 і 52. Струмінь пара додатково розпорошується форсунками на безліч дрібних струменів, тим самим збільшуючи площу зіткнення двох струменів пари, які мають однакову енергію. При зіткненні швидкість обох потоків гаситься до оптимального значення, тобто до швидкості проходу пара через конічні сітки 40 і 48 до холодної сітці теплообмінника в абсорбційної холодильної машині.

За рахунок розрідження, одержуваного при конденсації водяної пари, пароподібний католіт або анолит відповідно з внутрішньої частини конусної сітки спрямовується через осередки сіток 40 або 48 в приймач пара 50, а з нього через патрубок 62 в теплообмінник абсорбційної холодильної машини (див. Фіг. 4) , де пара конденсується і конденсат направляється знову як вода в технологічний цикл.

Позитивний електричний заряд на всій поверхні сітки 40 і негативний електричний заряд на сітці 48 не взаємодіють з водяною парою, що є ізолятором, і тому пара вільно проходить через сітку, а катіони, наприклад Li ^+, за рахунок високої температури 473 К і тиску 10 ⁶ Па , перебуваючи вже без гідратної оболонки, підійшовши до сітки, що має позитивно заряджене електричне поле, відштовхують катіон Li ⁺ до центру конусоподібної сітки, тому що однойменні заряди відштовхуються один від одного, але одночасно, з рухом катіонів до центру конічної сітки вони рухаються вниз до негативно зарядженого електроду (розплавлений літій, по якому тече електричний струм), тому що різнойменні заряди притягуються один до одного. Катіони або аніони існують тільки в електричному полі високої напруги під вакуумом.

На виході з конічною сітки катіони Li ⁺ концентруються в катіонний пучок за рахунок кругового впливу електричного поля високої напруги, входять в направляючий циліндр і потім у вигляді катіонного пучка безперервно падають на розплавлений літій, по якому тече електричний струм, тобто електрони, за рахунок яких і відбувається реакція .

Аналогічно проходить процес на іоні



Нейтралізація електричних зарядів на іони і є продовженням стадії 4, проведеної в апараті-отделителе катіонів та аніонів від гідратної оболонки, поєднаному з нейтралізатором електричних зарядів на іони (див. Фіг.2).

Процес нейтралізації електричних зарядів проходить в нейтралізаторі, який є третьою складовою апарату - відділювач катіонів та аніонів від гідратної оболонки.

Нейтралізатор призначений для проведення миттєвих електрохімічних реакцій з іонами, наприклад з Li ⁺ і ОН ^-.

Нейтралізатор являє собою систему, що складається з генератора 61 постійного струму низької напруги і зовнішньої частини ланцюга генератора, яка включає в себе

- Металевий кульовий контакт 60;

- Контакт 63 з розплавленого літію;

- Направляючий циліндр 47 для подачі на контакт іона Li ^+;

- Направляючий циліндр 60 для подачі на контакт іона ОН ^-;

- Теплообмінник 58 для охолодження _О2 і парів Н ₂ О;

- Насос 65 для перекачування розплавленого літію в генератор водню.

З описаної вище схеми видно, що протікає в нейтралізаторі процес - це не процес електролізу, тому що відсутня електроліт, а отже, немає переміщення іонів по зовнішньому ланцюзі генератора через електроліт. Це процес нейтралізації електрично зарядженої частинки, який відбувається за рахунок віддачі аніоном і приєднання катионом електронів, тобто відбувається межіонная передача електронів від аніонів до катіонів, при цьому аніон окислюється, а катіон відновлюється.

Принцип роботи нейтралізатора (за схемою фиг.2).

При нейтралізації електричних зарядів на катіонів та аніонів здійснюється принцип межіонной передачі електронів від аніону до катиону по зовнішньому ланцюзі генератора 61 постійного струму (скорочено - генератор).

Суть цього принципу розглянемо на реакціях (9) і (10).

Згідно реакції (10) при окисленні чотирьох гідроксидів ОН ^- утворюється _О2 і Н ₂ О і звільняються



Згідно реакції (9) на відновлення чотирьох катіонів літію Li ⁺ потрібно



Таким чином, при спільному проведенні реакцій (9) і (10) є повний баланс по електронам, тобто чотири електрона звільняються по реакції (10) і чотири електрона витрачається на проведення реакція (9).

Технічно ЦЕ ПИТАННЯ НАВАЖУЄТЬСЯ наступним чином

У зовнішній ланцюг генератора 61 під'єднується кульової контакт 60, на якому проходить реакція (10).

Для того щоб на кульовому контакті 60 пройшла реакція (10) потрібно безперервно відводити електрони, які на ізольованому кульовому контакті 60 можуть хаотично стікати з кульового контакту 60 по усіх напрямках. Цього допустити не можна. Тому через кульовий контакт 60 тече електричний струм, що виробляється генератором постійного струму із суворим напрямком руху електронів від затиску "+" до затиску "-" зовнішньої ланцюга генератора постійного струму. Електрони, вироблені генератором, "захоплюють" за собою і електрони, отримані при проходженні на контакті 60 реакції (10).

Таким чином, до електронів, утвореним генератором 61 в кількості Q ₁ і поточних по внутрішньої і зовнішньої ланцюгах генератора, додатково на контакті 60 в зовнішній ланцюг "вливаються" електрони, утворені за реакцією (10) в кількості Q _2.

Загальна кількість електронів, що протікають в зовнішньому ланцюзі, після контакту 60 дорівнюватиме Q ₁ + Q _2. Це кількість електронів, за рахунок створеного генератором напрямки руху електронів в зовнішньому і внутрішньому ланцюгах (від "+" до "-") і потечуть по цьому напряму, по іншому не може бути.

Електрони, досягнувши контакту 63 в кількості Q ₁ + Q _2, вступають в реакцію (9), на проведення якої буде витрачено електронів в кількості Q _2, і при цьому буде дотримано закон збереження енергії і маси.

Решта після проходження контакту 63 електрони в кількості Q ₁ надходять через затиск "-" генератора назад у внутрішню ланцюг і починається повторення циклу.

Контакт 63 являє собою ванну з розплавленим літієм, по якому тече електричний струм, тобто електрони. Відновився катіон Li ⁺ переходить в атом літію і тут же плавиться. У міру накопичення розплавленого літію він виводиться з ванни.

З вище сказаного випливає, що генератор 61 постійного струму є переносником електронів від реакції (10) до реакції (9). Продукти реакції _О2 і _Н2О через трубопровід 59 і теплообмінник 56 виводяться з нейтралізатора:

- Кисень на компресорну станцію;

- Вода на повторний цикл.

У цьому процесі від зовнішнього джерела енергії працює тільки генератор 61 постійного струму, що забезпечує напрямок руху електронів, отриманих по реакції (10).

3. Генератор водню.

На Фіг.3 представлена ​​схема генератора водню.

Фіг.3. Схема генератора водню: 67 - генератор водню для першої технологічної лінії, що працює на металевому літії; 68 - патрубок для виведення пароподібного католіта із заданою температурою; 69 - патрубок для виведення аноліта із заданою температурою; 70 - теплоізоляційний корпус генератора водню; 71 - перегородка (дві штуки) відокремлює католіт від аноліта в міжтрубномупросторі реакційної зони; 72 - кільцевої живильник генератора водню (конденсат + обезсолена вода); 73 - форсунка; 74 - трубопровід для подачі реагенту (вода або розплавлений літій) в форсунку; 75 - розподільник розплавленого літію по форсунках; 76 - траєкторія теоретичного розпилення форсунками води або розплавленого літію; 77 - зона реакції; 78 - кільцевої живильник генератора водню розплавленим літієм; 79 - патрубок для введення аноліта в міжтрубний простір реакційної зони; 80 - зона охолодження продуктів реакції; 81 - теплообмінник; 82 - трубопровід для відведення водню; 83 - патрубок для відведення водного розчину LiОН; 84 - два патрубка для введення холодного теплоносія; 85 - патрубок для виведення нагрітого теплоносія; 86 - патрубок для введення католіта міжтрубний простір реакційної зони; 87 - патрубок для введення розплавленого літію в кільцевої живильник; 88 - розподільник води по форсунках; 89 - патрубок для введення води в кільцевої живильник; 90 - електричний підігрівач парів католіта до заданої температури; 91 - електричний підігрівач парів аноліта до заданої температури.

Генератор водню призначений для отримання водню згідно реакції (3):

2Li + 2Н ₂ О -> Н ₂ + 2LiОН (3).

Реакція взаємодії лужного або щелочноземельного металів з водою здійснюється в гетерогенної фазі.

Якщо процес здійснюється в гетерогенній системі між реагентами, що знаходяться в різних фазах, то реакція здійснюється на поверхні розділу фаз. Тоді число актів реакції відноситься не до одиниці об'єму, а до одиниці поверхні і розмірність w (швидкість реакції) вимірюється як моль / с · см ^2. Прикладом таких реакцій можуть бути процеси горіння багатьох твердих речовин в середовищі газоподібного окислювача _(О2, Cl ₂ і т.п.) або дією води на активні метали (6, с.205-206).

З цього випливає, що для створення високої швидкості реакції (3) потрібно створити велику поверхню у розплавленого літію і води, що вводяться в зону реакції.

Як це питання вирішене показано нижче.

Генератор водню являє собою

1. Реакційну камеру 77, охлаждаемую католітом і анолітом. Тут проходить взаємодія літію з водою по реакції (3). За рахунок тепла реакції і електричних підігрівачів 90 і 91 католіт і анолит випаровуються і з температурою 473 К і тиском 10 ⁶ Па направляються в відділювач іонів від гідратної оболонки для отримання іонів (стадія 4).

2. Зону охолодження продуктів реакції, де на теплообмінниках 81, охолоджуваних холодною водою, продукти реакції охолоджуються до температури 373 К.

3. Щільність водяної пари дорівнює 0,5977 г / л (при 100 ^o С і 1 атм) (див. 8, с.607); щільність водню 0,0899 г / л (при 0 ^o С і 1 атм) (см.8, с. 620); водень в 7 разів легше водяної пари (0,5977: 0,0899 = 7), тому він легко буде відділятися від водяної пари і конденсату і йти в трубопровід 82.

4. Водень і легко відокремиться від водного розчину LiОН і по трубопроводу 82 приділятиметься з генератора водню.

5. Лужний розчин через патрубок 83 направляється на центрифугу для відділення твердої домішки, тобто проводиться очисна фільтрація.

Принцип роботи генератора водню наступний.

У вісімнадцять форсунок 73 подається одночасно

- В 9 форсунок розплавлений літій зі стадії 5;

- В 9 форсунок вода (конденсат і обезсолена вода) зі стадії 7 і 1.

За рахунок підвищеного тиску при подачі рідин в форсунки відбувається закручування рідин в форсунках і на виході з сопла відбувається розпорошення літію і води на дрібні краплі, які, рухаючись назустріч один одному і стикаючись, миттєво вступають в реакцію між собою (Li і ₂ О), утворюючи при цьому згідно реакції (3) водень і гідроксид літію.

За рахунок теплового ефекту реакції не вступила в реакцію вода перетворюється в пар.

Надмірне тепло, яке залишилося після нагрівання католіта і аноліта, відбирається із зони реакції 77 в теплообмінниках 81. У трубах теплообмінника тече вода, охолоджена до +1 ^o С. Нагрітий теплоносій у вигляді пари через патрубок 85 наплавляється в абсорбційну холодильну машину для отримання холоду, необхідного для ведення технологічного процесу.

Визначимо, у скільки разів розбавляється водень парами води в генераторі водню. (Умовно робимо розрахунок без приведення до нормальних умов).

1. Кількість водню, яке виходить з 14 кг Li згідно реакції (3) -22400 м ³ водню (див. Матеріальний розрахунок).

2. При випаровуванні 18 г Н ₂ О утворюється 22,4 л водяної пари, тоді в перекладі на т-моль отримаємо

18 т-моль - 22400 м ³ пара

295 т-моль - х

х = 367111 м ³ водяної пари.

Розведення водню парами води в генераторі водню складе

367111: 22400 = 16,4 рази.

Таким чином, при розведенні водню парами води в 16,4 рази виключається можливість вибуху водню в генераторі водню.

Форсунка 73 являє собою форсунку із суцільним конусом розпилу (10, с. 77), використовується вона в тих випадках, коли необхідний повне охоплення певної поверхні і бажано мати більш рівномірний розподіл крапель.

Діаметр вихідного отвору цих форсунок 0,5-50 мм, продуктивність 0,04-750 л / хв.

4. Модернізована абсорбційна холодильна машина.

Реакційний тепло можна відвести за рахунок охолодження реакційної маси водою з водойми. Але витрата води буде величезним і, крім того, буде змінюватися температура навколишнього середовища.

Найбільш доцільним для охолодження реакційної маси це застосування абсорбційної холодильної машини, де практично все виділилося тепло з генератора водню поглинається абсорбційної машиною для вироблення холоду і виділення аміаку з водноамміачного розчину.

На фіг.4 показана схема модернізованої абсорбційної машини.

Фіг. 4. Схема модернізованої абсорбційної холодильної машини: 92 - абсорбційна холодильна машина; 93 - генератор для випарювання міцного водноамміачного розчину; 94 - конденсатор; 95 - дросселирующий вентиль; 96 - випарник; 97 - патрубок для відводу охолодженої води в теплообмінник генератора водню; 98 - абсорбер; 99 - дросселирующий вентиль; 100 - теплообмінник; 101 - насос; 102 - розподільник конденсату; 103 - насос для подачі конденсату в випарник для охолодження; 104 - насос для подачі конденсату в генератор водню; 105 - патрубок для відведення конденсату в генератор водню; 106 - патрубок для введення пара, що надходить з теплообмінника генератора водню; 107 - патрубок для введення пара, що надходить з отделителя іонів від гідратної оболонки.

Модернізована абсорбційна холодильна машина призначена для відібрання тепла від реакції отримання водню в генераторі водню і являє собою наступне.

Генератор 93 (фіг.4) служить для випаровування міцного водноамміачного розчину - тут проведена наступна модернізація.

В якості теплоносія для випарювання аміаку використовується пар, що надходить з теплообмінника 106 генератора водню (фіг.3), і пар з отделителя іонів (фіг. 2). Утворений після теплообміну в машини абсорбції конденсат направляється в відповідних кількостях в генератор водню на проведення реакції отримання водню, далі в випарнику 96 конденсат охолоджується приблизно до +1 ^o С і охолоджена вода прямує в теплообмінник 106 генератора водню для відібрання тепла від реакційної маси, т. е. вода з даного контуру проходить замкнутий цикл, не виходячи з абсорбційної машини.

Вхідні в схему машини конденсатор 94, дросселирующие вентилі 95 і 99, випарник 96, абсорбер 98, насос 101, теплообмінник 100 модернізації не піддавалися.

Основний принцип роботи модернізованої абсорбційної машини є принцип роботи, взятий з (5, с.213) і (11, с.441).

Газоподібний аміак (~ 95% NH _3), що виділився з водноамміачного розчину в генераторі 93 (12, с.429 і 11, с.441) при високому тиску ~ 10 ⁶ Па (10 ата) і температурі 383 К надходить в конденсатор 94, де конденсується, віддаючи тепло Q охолоджуючої води. Зріджений аміак при Р = 10 ⁶ Па і Т = 298 К проходить дросселирующий вентиль 95 і випаровується у випарнику 96, сприймаючи тепло на низькому температурному рівні Т ₀ від конденсату, а охолоджений до температури +1 ^o С конденсат направляється через патрубок 97 в патрубок 84 генератора водню в теплообмінник 106. Після випарника газоподібний аміак з Т = 253 К (-20 ^o с) і тиску Р = 1,17 × 10 ⁵ Па (1,2 ата) направляється в абсорбер 98 і при охолодженні (відведення теплоти розчинення) поглинається водою з утворенням висококонцентрованого розчину (~ 50% NH _3). Отриманий розчин нагнітається насосом 101 через теплообмінник 100 в генератор 98. У генераторі 93 за рахунок нагрівання водяною парою (підведення тепла випаровування), що надходить через патрубки 106 і 107 відповідно з теплообмінника генератора водню і з отделителя іонів від гідратної оболонки, велика частина аміаку випаровується і у вигляді газу надходить в конденсатор 94, збіднений водоаміачних розчин (~ 20% NH ₃₎ йде з генератора 93 через теплообмінник 100 і дросельний вентиль 99 в абсорбер 98, де знову концентрується до ~ 50% в результаті абсорбції газоподібного аміаку і направляється в генератор 93 на повторний цикл.

5. Фракційний роздільник.

На фіг.5 представлена ​​схема фракційного роздільника.

Фіг.5. Фракційний роздільник: 108 - фракційний роздільник; 109 - патрубок для завантаження шламу; 110 - турбінна мішалка, забезпечена редуктором і спеціальним механізмом для підйому і опускання мішалки: а) мішалка в положенні осідання частинок; б) мішалка в положенні суспензірованія частинок; 111 - рівень суспензії полиметаллического конгломерату; 112 - заслінка; 113 - заслінка; 114 - зливний патрубок; 115 - засувка; 116 - трубопровід для зливу суспензії Са (ОН) ₂ відстійник; 117 - засувка; 118 - патрубок для затоки знесоленої води знизу вгору під фракційний роздільник; 119 - патрубок для зливу суспензії полиметаллического конгломерату в відстійник; 120 - засувка; 121 - трубопровід для направлення суспензії полиметаллического конгломерату в відстійник; 122 - трубопровід для направлення суспензії Mg (OH) ₂ в відстійник; 123 - засувка; 124 - зливний патрубок; 125 - заслінка; 126 - трубопровід для зливу води; 127 - засувка; 128 - зливний патрубок.

Теорія процесу фракційного розділення твердих частинок дана в стадії 15.

Фракційний роздільник призначений

- Для поділу суспензії полиметаллического конгломерату в знесоленої воді на три фракції:

фракція суспензії Са (ОН) _2;

фракція суспензії Mg (ОН) ₂ + Al (ОН) ₃ (як мікросмесь);

фракція суспензії інших сполук, що входять в поліметалічний конгломерат;

- Відділення розділених фракцій один від одного.

Фракційний роздільник являє собою колону діаметром 2 метри і висотою ~ 65 метрів, в якій на підставі закону Стокса відбувається поділ часток по їх щільності і діаметру.

ПРИНЦИП РОБОТИ фракційного роздільник

Фракційний роздільник через патрубок 118 заповнюється знесоленої водою приблизно на 2 метри вище осі заслінки 112, після чого заслінки 112, 113 і 125 з вертикального положення (щодо площині заслінки) переводяться в горизонтальне.

Через патрубок 109 завантажується шлам в верхню частину роздільник, який надходить з центрифуги зі стадії 13 в кількості, що дорівнює тригодинний роботі генератора водню.

Чи включається турбінна мішалка 110, а заслінки 112, 113 і 125 з горизонтального положення переводяться в вертикальне, за допомогою якої шлам і обезсолена вода переводяться в суспензію.

Відключається турбінна мішалка 110, а заслінки 112, 113 і 125 з горизонтального положення переводяться в вертикальне, після чого частки полиметаллического конгломерату, що знаходяться у воді в підвішеному стані, під дією сили тяжіння опускаються вниз.

Через 2 години заслінки 112, 113 і 125 переводять з вертикального положення в горизонтальне.

За 2 години частки Са (ОН) ₂ і Al (ОН) ₃ опускаються вниз по трубі на 42,24 метра і на 54,72 метра, відповідно, частки більш важких сполук за 2 години осадження пройдуть шлях від 87,84 метра до 709 , 2 метра. Однак їх опускання припиняється після проходу заслінки 125, де частинки накопичуються у патрубка 11.

Установка заслінок від верхнього роз'єму кришки корпусу роздільник:

- Заслінка 112 - на 2,5 метра;

- Заслінка 113 - на 51 метр;

- Заслінка 125 - на 55 метрів;

- Нижній роз'єм корпусу встановлений на позначці 55 м.

Після установки заслінок в горизонтальне положення відкриваються засувки 115, 120 і 127, і розділена по фракціям суспензія направляється в проміжні ємності.

Так як фракція суспензії інших гідроксидів металів і металів в перерахунку на метали все разом важать всього ~ 24 кг, то їх збирають в єдиний збір у вигляді порошку на дні фракційного роздільника з декількох процесів поділу, потім відкривають засувку 120 і всю фракцію направляють в проміжну ємність . З проміжних ємностей суспензії окремих фракцій направляють на центрифуги.

Фугат знесоленої води направляється в відвідний канал для знесоленої води на подальше використання, а шлам (осад) для подальшої переробки на стадію 16.

- ПЕРЕЛІК ФІГУР І КРЕСЛЕНЬ ТА ІНШИХ МАТЕРІАЛІВ -

ПЕРША ТЕХНОЛОГІЧНА ЛІНІЯ З ОТРИМАННЯ знесоленої води, водню і кисню

На фіг.6 представлена ​​схема першої технологічної лінії.

Фіг. 6. Схема першої технологічної лінії по отриманню знесоленої води, водню і кисню: 13 - промисловий блок роздільників іонів; 16 - патрубок для виведення аноліта; 19 - патрубок для відводу знесоленої води; 20 - патрубок для відводу католіта; 21 - патрубок для введення в промисловий блок 13 роздільників іонів морської води; 24 - відділювач-нейтралізатор; 33 - патрубок для введення пароподібного католіта; 34 - патрубок для введення пароподібного аноліта; 40 - сітка, що несе позитивний електричний заряд; 48 - сітка, що несе негативний електричний заряд; 56 - патрубок для відводу кисню; 57 - патрубок для відведення конденсату (реакційна вода); 62 - патрубок для відводу пара в абсорбційну машину; 66 - патрубок для відводу розплавленого літію; 67 - генератор водню; 68 - патрубок для виведення пароподібного католіта із заданою температурою; 69 - патрубок для виведення пароподібного аноліта із заданою температурою; 79 - патрубок для введення аноліта в міжтрубний простір; 82 - патрубок для відведення водню; 83 - патрубок для відведення водного розчину LiОН; 84 - два патрубка (з обох сторін) для введення холодного теплоносія; 85 - патрубок для виведення нагрітого теплоносія; 86 - патрубок для введення католіта міжтрубний простір; 87 - патрубок для введення розплавленого літію; 89 - патрубок для введення знесоленої води в кільцевої живильник; 97 - патрубок для виведення холодної води з абсорбційної холодильної машини і подачі її через патрубок 84 на повторний цикл; 105 - патрубок для відведення конденсату в генератор водню; 106 - патрубок для введення пара, що надходить з теплообмінника генератора водню; 107 - патрубок для введення пара, що надходить з отделителя-нейтралізатора; 129 - другий роздільник іонів, який ділив розчин LiОН на анолит і католіт; 130 - патрубок для введення відфільтрованого розчину LiОН; 131 - патрубок для виведення аноліта з напрямком його в патрубок 79 генератора водню; 132 - патрубок для виведення католіта з напрямком його в патрубок 86 генератора водню; 133 - газгольдер для кисню; 135 - змішувач для змішування конденсату з знесоленої водою, яка надходить з блоку 13 роздільник іонів; 134 - змішувач для змішування конденсату з парою; 136 - центрифуга; 137 - патрубок для виведення відфільтрованого розчину LiОН; 138 - патрубок для виведення шламу; 139 - газгольдер для водню; 140 - водойма; 141 - фільтр-заборник; 142 - насос; 143 - трубопровід для відведення аноліта; 144 - трубопровід для відведення католіта; 145 - змішувач аноліта і католіта; 146 - розпилювач суміші аноліта і католіта водоймі.

Перша технологічна лінія призначена для отримання з морської води знесоленої води, водню і кисню.

Перша технологічна лінія являє собою інженерну споруду, основу якого складають не мають аналогів високошвидкісні апарати з переробки морської води до цільових продуктів: обезсолена вода, водень і кисень.

ПРИНЦИП РОБОТИ ПЕРШОЇ ТЕХНОЛОГІЧНОЇ ЛІНІЇ

З водойми 140 через фільтр-заборник 141 за допомогою насоса 142 морська вода через патрубок 21 подається в промисловий блок 13 роздільників іонів, де морська вода розділяється на фракції: анолит - обезсолена вода - католіт. Знесолена вода через патрубок 19 надходить в змішувач 135, де відбувається змішання знесоленої води з конденсатом, який надходить з абсорбційної холодильної машини 92 і направляється через патрубок 89 в генератор водню 67.

Аноліт і католіт з промислового блоку 13 роздільників іонів направляються по трубопроводах 143 і 144, відповідно, на другу технологічну лінію або через змішувач 145 і розпилювач 146 назад у водойму 140.

Генератор водню 67 - центральний апарат, в який стікаються всі основні матеріальні потоки, які беруть участь в отриманні водню, і відходять з нього матеріальні потоки, які беруть участь в отриманні Li, _О2 і реакційної води.

В генератор водню через патрубки 89 і 87 (фіг.6) в 18 форсунок одночасно надходить (згідно з розрахунком) обезсолена вода плюс конденсат (вони подаються з промислового блоку роздільник іонів 13 і абсорбційної холодильної машини 92), а такті надходить розплавлений літій з отделителя нейтралізатора 24. форсунки літій і вода розпорошуються на дрібні краплі, створюючи величезну площу контакту між літієм і водою.

У цих умовах проходить реакція взаємодії літію та води з утворенням водню і водного розчину LiОН, які відводяться з генератора водню 67 через патрубки 82 і 83 відповідно. Водень через патрубок 82 направляється в газгольдер 139.

Реакція взаємодії літію з водою має більший тепловим ефектом, рівним 484,9 кДж · моль ^-1.

У заданому режимі роботи в генераторі водню виділяється на годину 969 800 000 кДж тепла, яке відводиться теплоносіями, а саме

- Анолітом і католітом, які нагріваються тут до температури 473 К;

- Холодною водою, яка подається з температурою 274 К;

- Тепло йде на випаровування аміаку з міцного водноамміачного розчину в абсорбційної холодильної машині.

Пароподібні анолит і католіт, нагріті до температури 473 К, направляються через патрубки 64 і 68 в відділювач-нейтралізатор 24 для отримання іонів Li ⁺ і ОН ^-, які несуть на собі позитивний і негативний заряди відповідно.

У нейтралізаторі ці заряди на іони нейтралізуються з утворенням Li, _О2 і _Н2О

Літій в розплавленому стані через патрубки 66 і 87 направляється в генератор водню на повторний цикл, а кисень через патрубок 56 - в газгольдер 133.

Реакційна вода при отриманні кисню у вигляді конденсату подається в генератор водню 67 через патрубок 57 і змішувачі 134 і 135 на повторний цикл.

Водяна пара після відділення його від іонів ( "+" і "-") в отделителе-нейтралізаторі 24 і водяна пара, що знаходився в генераторі водню, подаються в абсорбційну машину 92 через патрубки 107 м 106, відповідно, для використання їх тепла на випаровування аммміка з міцного водноамміачного розчину. Далі сконденсований водяна пара у вигляді конденсату подається в генератор водню на повторний цикл (подача ведеться через патрубок 105, змішувач 134, патрубок 135 і патрубок 89).

Відібрання тепла від реакції відбувається наступним чином: холодна вода через патрубок 97 і патрубок 84 надходить в теплообмінник 81 (див. Фіг.3) генератора водню, де за рахунок відібрання реакційного тепла вода в трубаx теплообмінника випаровується, а пара через патрубок 85 і патрубок 106 надходить в абсорбційну холодильну машину 93 на випаровування аміаку з водноамміачного розчину. Сконденсований пар у вигляді конденсату через розподільник конденсату 102 (фіг.5) виходить у випарник 96, де охолоджується до температури +1 ^o С і через патрубок 97 направляється в генератор водню на повторний цикл.

Утворився в результаті реакції водний розчин LiОН через патрубок 83 надходить в центрифугу 136, де водний розчин LiОН фільтрується від можливих твердих домішок, далі через патрубки 137 і 130 розчин надходить у другій роздільник іонів 129. Потім водний розчин LiОН, розділений на анолит і католіт, відправляється в генератор водню на повторний цикл відібрання теплоти реакції із зони реакції генератора водню.

Аноліт через патрубки 131 і 79 надходить в міжтрубний простір зони реакції генератора водню.

Міжтрубний простір розділене перегородками на дві частини для аноліта і католіта.

Католіт через патрубки 132 і 86 надходить у другу половину міжтрубному простору зони реакції генератора водню.

З надходженням аноліта і католіта генератор водню з другого роздільник іонів починається повторний цикл роботи.

Таким чином, розгляд схеми першої технологічної лінії показало, що матеріальні потоки безперервно рухаються, кожен по своєму контуру, причому літій з технологічного циклу не виводиться, а безперервно циркулює з одного апарату в інший у вигляді Li, Li ⁺ або LiОН відповідно стадії процесу.

У технологічний процес безперервно додається обезсолена вода, що йде на утворення водню і кисню, які безперервно відводяться з технологічної лінії.

Витяг з морської води катіонів та аніонів та переведення їх в атоми металів і відповідні гази (Н _2, О _2, Сl _2, Вr _2, I _2, F _2, SO _3).

Витяг з морської води містяться в ній солей металів здійснюється на другий технологічної лінії з переробки морської води за такими стадіями:

Стадія 9. Отримання катіонів та аніонів, що не містять гідратної оболонки в отделителе-нейтралізаторі.

Стадія 10. Нейтралізація електричних зарядів на іони, що не містять гідратної оболонки, з утворенням цільових продуктів.

Стадія 11. Поділ газової суміші.

Стадія 12. Одержання водню шляхом взаємодії лужного розплаву з водою.

Стадія 13. Центрифугування суспензії лужного розчину.

Стадія 14. Переклад гідроксидів металів (N _2, K, Li, Rb, Cs) в галогеніди, сульфати і карбонати цих металів.

Стадія 15. Фракційне розділення суспензії полиметаллического конгломерату на три фракції:

- Фракція гідроксиду Са (ОН) _2;

- Фракція Мg (ОН) ₂ і Al (ОН) _3;

- Фракція інших гідроксидів металів і індивідуальних металів.

Стадія 16. Переробка Са (ОН) _2, Мg (ОН) ₂ і решти полиметаллического конгломерату.

ОПИС стадій ПРОЦЕСУ

Стадія 9. Одержання катіонів та аніонів, що не містять гідратної оболонки, в отделителе-нейтралізаторі.

Теоретична основа цього процесу дана вище в стадії 4. Процес проходить в апараті відділювач-нейтралізатор (фіг.2).

Розглянемо, які електрохімічні процеси проходять при отриманні катіонів, що не містять гідратної оболонки.

У сухому залишку морської солі міститься 77,7% NaCl, тобто NaCl становить основу солей, що містяться в морській воді. Для спрощення подальших розрахунків приймемо, що все катіони, що містяться в морській воді, умовно є катіоном Na ^+, а помилка в орієнтовному розрахунку буде цілком допустимої для такого типу розрахунку.

Розглянемо процеси, що протікають при відділенні іонів від води, тобто отримання іонів, що не містять гідратної оболонки.

I. Відділення катіонів металів від води проходить дві фази:

а) нагрів католіта (катіони + вода)

католіт



Нагрівання католіта відбувається в два прийоми

- Попереднє нагрівання на стадії 14 в реакторі-змішувачі за рахунок теплоти розчинення газів у воді і хімічних реакцій (24-30);

- Остаточний нагрів відбувається на стадії 12 в генераторі водню за рахунок тепла реакції отримання водню з натрію і води.

б) відділення катіона від насиченого пара



2. Розглянемо процеси, що проходять при отриманні аніонів, що не містять гідратної оболонки.

і приймемо, що все аніони умовно є аніоном Сl ^-. Відділення аніонів від води проходить у дві фази:

а) нагрів аноліта (аніони + вода)

аноліт



Нагрівання аноліта, як і католіта, відбувається в два прийоми на стадіях 14 і 12.

б) відділення аніону від насиченого пара:



Стадія 10. Нейтралізація електричних зарядів на іони з утворенням цільових продуктів.

Цей процес проходить в отделителе-нейтралізаторі (фіг.2) одночасно за двома напрямками:

1 - відновлення катіонів;

2 - окислення аніонів.

а) реакції, що проходять при відновленні катіонів на контакті 63 (фіг. 2), що складається з розплавленого натрію (раніше був літій)

Металевий натрій і калій з багатьма металами утворюють сплави різного складу, розчинні в надлишку розплавленого натрію (24). Метали, що не утворюють з натрієм і калієм сплави, будуть перебувати в розплаві натрію у вигляді суспензії.

На стадії 10 отримано: лужної розплав металів, в який входять всі метали, зазначені в таблиці.

б) реакції, що проходять при окисленні аніонів на кульовому контакті 60 (фіг.2).

Новоутворена на контакті 60 суміш газів (температура 473 К) направляється в цех з розділення газової суміші.

Стадія 11. Поділ газової суміші.

Газова суміш містить в своєму складі Cl _2, Br _2, J _2, F _2, SO _3, CO _2, O _2. Згідно із запитом промисловості певна частина газової суміші через пульт розподілу відділяється від загального обсягу газової суміші і піддається фракційним поділу згідно (4, с.750). Продукти фракційного поділу направляються споживачам або використовуються на місці.

Частина, що залишилася не розділена газова суміш направляється на стадію 14 в реактор-змішувач для проведення реакції з перекладу гідроксидів металів (NaOH, KOH, LiOH, RbOH, CsOH) в хлориди, броміди, йодиди, фториди, сульфати і карбонати у відповідних кількостях.

Стадія 12. Одержання водню шляхом взаємодії лужного розплаву з водою.

З стадії 10 на стадію 12 надходить лужної розплав металів в генератор водню.

На цій стадії протікають наступні реакції:

а) реакції, що призводять до утворення водню і розчинних у воді лужних сполук:

2Na + 2 H ₂ O -> H ₂ + NaOH

NaOH -> Na ⁺ + OH ^- (21)

Аналогічно з натрієм проходять реакції з До і мікопрімесямі Li, Rb, Сs;

б) реакції, що призводять до утворення водню і нерозчинного у воді полиметаллического конгломерату.

З двох і тривалентними металами, що утворюють нерозчинні або слаборозчинні в воді гідроксиди металів, проходять реакції, наприклад

Мg +2 Н ₂ О -> Н ₂ + Мg (ОН) ₂ (22)

2Al + 6Н ₂ О -> 3Н ₂ + Al (ОН) ₃ (23)

До цієї групи належать такі гідроксиди металів: Al, Ba, Fe (II), Fe (III), Y, Ca, Co, Mg, Mn, Cu, Ni, Pb, Sr, La, Ra, Sc, U.

Ряд нижче зазначених металів не реагують з водою і не утворюють гідроксидів металів і до них відносяться метали Sr, Gа, Au, Mo, As, Sn, Hg, Se, Ag, Th, Cr, Si, V, Zn.

Таким чином, всі перераховані в пункті "б" гідрокcіди металів і індивідуальні метали (НЕ вcтупающіе в реакцію з водою) складають так званий "поліметалічний конгломерат", тобто нерозчинна у воді суміш всіх елементів, що входять в таблицю за винятком лужних металів. Ці метали разом з гідроксидами металів змиваються зі стінок реактора паром і лужним розчином, і утворилася суспензія разом з водяною парою і воднем направляється в теплообмінник 81 (Фіг.3), де водяна пара конденсується і відділяється від водню.

Конденсат є лужний розчин Na, К, Li, Rb, Cs, в який входить і поліметалічний конгломерат і після охолодження в теплообміннику 81 суспензія конденсату направляється на стадію 13 "Центрифугування суспензії лужного розчину".

Водень, пройшовши теплообмінник 81 (Фіг.3), що охолоджується холодною водою, направляється на водневу компресорну станцію 200 (фіг.8).

Стадія 13. Центрифугування суспензії лужного розчину.

На стадію подається суспензія лужного розчину, що містить поліметалічний конгломерат. Процес центрифугування йде безперервно, і при цьому

- Шлам (поліметалічний конгломерат) направляється у фракційний роздільник 103 (фіг.5), де поліметалічний конгломерат змішується з знесоленої водою з утворенням суспензії і подальшого поділу отриманої суспензії по фракціям в залежності від щільності металу або гідроксиду металу і розміру часток;

- Фугат (лужний розчин) з центрифуги 178 (фіг.7) направляється за двома лініями

а) на стадію 14;

б) на пульт розподілу 188 (фіг.7) і з нього на центральний пункт 214 (фіг.9) розподілу матеріальних потоків.

На замовлення промисловості відбирається певна частина лужного розчину і направляється в цех 228 (фіг.9) на відділення NaOH від КОН і отримання концентрованих розчинів NaOH і КОН, а й твердих КОН і NаОН. З розчину не виділяються RbOH, LiOH, CsOH, тому що вміст у морській воді Rb, Li і Cs в перекладі на метал становить 1,5 · 10 ^-5 - 2 · 10 ^-7% (вагових), тобто дуже мала кількість.

Стадія 14. Переклад гідроксидів металів (Na. K, Li, Rb, Cs) в галогеніди, сульфати і карбонати цих металів.

В результаті фізико-хімічного впливу на анолит і католіт отримано

- Водень - використовується як цільовий продукт за призначенням (в основному для відновлення гідроксидів металів);

- Поліметалічний конгломерат - використовується як сировина для хімічних і металургійних комбінатів з отримання з нього цільових продуктів;

- Суміш газів (Cl _2, Br _2, J _2, F _2, SO _3, O _2, CO ₂₎ - промисловістю буде використовуватися тільки менша частина від загальної кількості отриманих газів, велика частина цих газів не використовується і потрібно їх утилізація;

- Лужний розчин металів (Na, K, Li, Rb, Cs) - промисловістю і буде використана менша частина від загальної кількості отриманого лужного розчину, велика частина цього розчину не буде використана і потрібно їх утилізація;

- Суміш газів (Cl _2, Br _2, J _2, F _2, SO _3, O _2, CO ₂₎ і лужної розчин металів (Na, K, Li, Rb, Cs), отриманих в процесі фізико-хімічного процесу, залишати на поверхні у величезних кількостях недоцільно, тому що може статися екологічна катастрофа, тому суміш газів і лужної розчин металів необхідно перевести в солі, що є основою морської води, як то: NaCl, NaBr, NaJ, NaF, Na ₂ SO _4, Na ₂ CO ₃ і, відповідно K, Li, Rb , Cs, для цього лужний розчин і суміш газів направляються в апарат реактор-змішувач 147 (фіг.7) і отриману там суміш зливають в океан через трубопровід довжиною ~ 1 км і з безліччю дрібних отворів по всій довжині трубопроводу, який розташовується перпендикулярно морському течією на дні океану, що передбачається поступове відновлення концентрації солей в морському океані.

Розглянемо хімічні процеси, згідно з якими можна виконати поставлене завдання.

I. При розчиненні хлору у воді йде гідроліз з утворенням хлорноватистої кислоти



хлорнуватиста кислота легко розкладається

НClО -> HXL + 1/2 O ₂ (25)

на чому грунтується Бєляєв і дезінфікуючий дії хлору в присутності води.

2. Виділилася HCl взаємодіє з NaOH по реакції

NaOH + НCl -> NaCl + H ₂ O (26)

аналогічна реакція проходить і з гідрокcідамі K, Li, Rb, Cs.

3. Сірчаний ангідрид SO _3, розчиняючись у воді, утворює сірчану кислоту

SO ₃ + H ₂ O -> H ₂ SO ₄ (27)

4. Сірчана кислота реагує з NaOH

2NaOH + H ₂ SO ₄ -> Na ₂ SO ₄ + 2H ₂ O (28)

аналогічно йде реакція і з гідроксидами K, Li, Rb, Cs.

5. Вугільний ангідрид СО ₂ реагує з водою по реакції (12, с.314)



6. Вугільна кислота реагує з NaOH

Н ₂ СО ₃ + NaОН -> Na ₂ СО ₃ + 2Н ₂ О (30)

аналогічно йде реакція і з гідроксидами K, Li, Rb, Cs.

Таким чином, хімічні реакції (24-30) показують, що при взаємодії лужного розчину і суміші газів утворюються солі, що містяться в морській воді, але без солей, складових поліконгломерат металів.

Слід зазначити

- Через те що з процесу виводиться поліметалічний конгломерат, завжди в відходить морській воді буде бути перевищення кількості аніонів в порівнянні з кількістю катіонів. В результаті цього з реактора-змішувача 147 (фіг. 7) в океан буде подаватися слабо-слабо кислий розчин морської води;

- Остаточна нейтралізація цього розчину відбудеться при великому розведенні відходить розчину морської води безпосередньо в водах світового океану і взаємодії вільних кислот з CaCO ₃ (черепашник), що знаходиться в мікроскопічних організмах світового океану, наприклад

2НCl + CaCO ₃ -> CaCl ₂ + Н ₂ CО ₃ (31)

Таким чином, океан сам призводить нерівноважну систему в іонну рівновагу, тобто кількість катіонів дорівнює кількості аніонів з дотриманням і електричної рівноваги по зарядів, тобто кількість позитивних зарядів дорівнює кількості негативних зарядів.

Даний процес здійснюється в реакторі-змішувачі, який призначений для перекладу гідроксидів металів (Na, K, Li, Rb, Cs) в галогеніди, сульфати і карбонати цих металів.

Реактор-змішувач являє собою генератор водню (описаний вище), але замість водню в трубопровід для відводу водню надходить кисень, що виділився з реакції (25).

Принцип дії реактора-змішувача см. Вище.

Утворився згідно реакції (25) кисень виводиться з реактора-змішувача через трубопровід 198 (фіг.8) і направляється на кисневу компресорну станцію 203 (фіг.8), охолоджений сольовий розчин через патрубок направляється в океан.

Друга технологічна лінія по вилученню з морської води катіонів та аніонів та їх переробка в цільові продукти.

Друга технологічна лінія входить в технологічний процес, см. Фіг. 7.

Фіг.7. Схема технологічної лінії по вилученню з морської води катіонів та аніонів та їх переробка в цільові продукти: 147 - реактор-змішувач; 148 - патрубок для виведення підігрітого аноліта; 149 - патрубок для виведення підігрітого католіта; 150 - патрубок для введення лужного розчину; 151 - патрубок для введення холодного католіта; 152 - трубопровід для відведення кисню; 153 - патрубок для відводу кисню в кисневу компресорну станцію; 154 - патрубок для введення холодного теплоносія; 155 - патрубок для скидання сольового розчину в океан; 156 - патрубок для відведення гарячого теплоносія; 157 - патрубок для введення холодного аноліта; 158 - патрубок для введення суміші газів; 159 - генератор водню; працює на лужному розплаві; 160 - патрубок для виведення пари аноліта; 161 - патрубок для виведення пари католіта; 162 - патрубок для введення конденсату; 163 - патрубок для введення лужного розплаву натрію; 164 - патрубок для введення підігрітого католіта; 165 -трубопровод для відводу водню; 166 - патрубок для відведення водню в водневу компресорну станцію; 167 - патрубок для введення холодного теплоносія; 168 - патрубок для виведення лужного розчину; 169 - патрубок для виведення гарячого теплоносія; 170 - патрубок для введення підігрітого аноліта; 171 - відділювач-нейтралізатор, працює на лужному розплаві; 172 - патрубок для введення пара католіта; 173 - патрубок для введення пара аноліта; 174 - патрубок для відведення суміші газів, які направляються на нейтралізацію в реактор-змішувач; 175 - патрубок для відводу газів, які направляються на фракційне розділення; 176 - патрубок для відводу пара від аноліта і католіта абсорбційну холодильну машину; 177 - патрубок для відводу лужного розплаву; 178 - центрифуга; 179 - патрубок для введення лужного розчину; 180 - патрубок для виведення шламу (осаду); 181 - патрубок для відводу лужного розчину; 182 - абсорбційна холодильна машина; 183 - патрубок для відводу холодного теплоносія (+1 ^o С); 184 - патрубок для введення гарячого теплоносія; 185 - патрубок для виведення конденсату і подачі його в генератор водню; 186 - патрубок для введення перегрітої пари з отделителя-нейтралізатора; 187 - змішувач; 188 - пульт розподілу; 189 - патрубок для прийому водню; 190 - патрубок для прийому суміші, газів для поділу; 191 - патрубок для прийому кисню; 192 - патрубок для прийому лужного розчину, що відправляється на поділ; 193 - патрубок для прийому шламу полиметаллического конгломерату на фракційне розділення; 194 - насос для подачі сольового розчину назад в океан.

Друга технологічна лінія призначена для переробки морської води і виділення з неї цільових продуктів: металів і їх солей, водню і кисню. Ця лінія є інженерний комплекс, що складається з високоефективного технологічного процесу і апаратів нового типу, що забезпечують високі швидкості проведення процесу.

Принцип роботи технологічної лінії наступний.

ПРИНЦИП РОБОТИ ТЕХНОЛОГІЧНОЇ ЛІНІЇ НАСТУПНИЙ

З роздільник іонів 13 (фіг. 7) в реактор-змішувач 147 (фіг.7) для попереднього підігріву окремо подають в міжтрубномупросторі католіт і анолит через патрубки 157 і 151 відповідно. За рахунок тепла реакції католіт і аколіт, підігріваючись, охолоджують реакційну масу в реакторі-змішувачі. Підігріті католіт і анолит через патрубки 148 і 149 направляються в генератор водню 159 і через патрубки 170 і 164 надходять в міжтрубний простір генератopa водню. За рахунок тепла реакцій католіт і анолит переходять в пар. Пароподібні католіт і анолит через патрубки 160 і 161 направляються в відділювач-нейтралізатор 171. Через патрубок 172 пар католіта надходить у віддільника катіонів від гідратної оболонки, тобто отримання катіонів, що несуть на собі позитивний електричний заряд. У нейтралізаторі катіон відновлюється електроном і переходить в нейтральний атом металу і у вигляді лужного розплаву через патрубок 177 і 163 надходить в генератор водню 159. Тут проходить реакція взаємодії лужного розплаву з водою з утворенням водню і полиметаллического конгломерату. Водень через патрубок 166 і патрубок 189 надходить на пульт розподілу 188 і далі за призначенням.

Суспензія лужного розчину і полиметаллического конгломерату через патрубок 168 прямує в центрифугу 178. Шлам полиметаллического конгломерату направляється в патрубок 193 пульта розподілу 188 і далі за призначенням.

Лужний розчин через патрубок 181 розділяється на два потоки:

- Через патрубок 181 і пульт розподілу 188 шпаринкою розчин спрямовується на поділ по компонентах;

- Лужний розчин через патрубок 150 прямує в реактор-змішувач, де проходить реакція перекладу лужного розчину і суміші газів в солі лужних металів, водний розчин яких насосом 194 відправляється назад в океан.

Пар аноліта через патрубок 173 надходить у віддільника аніонів від гідратної оболонки, тобто отримання аніонів, що несуть на собі негативний електричний заряд. У нейтралізаторі аніон окислюється до вільних молекул газу, наприклад Сl _2, Br _2, SO ₃ і ін. Утворилися гази поділяються на два потоки

- Через патрубок 174 суміш газів направляється в реактор-змішувач через патрубок 158 для взаємодії з лужним розчином, розпиляним форсунками; кисень, що утворився після реакцій 18 і 19 в отделителе-нейтралізаторі, надходить в реактор-змішувач 147 і в подальших реакціях не бере, і він виводиться через трубопровід 152 і патрубок 153 на пульт розподілу 188, а потім через патрубок 192 - за призначенням;

- Лужний розчин через патрубок 155 за допомогою насоса 194 прямує назад в океан.

Таким чином, у розглянутій технологічної лінії з введеного в нього католіта і аноліта отримують

- Водень;

- Кисень;

- Лужний розчин;

- Суміш газів;

- Поліметалічний конгломерат.

Водень і кисень відразу використовуються як цільові продукти а лужний розчин, суміш газів і поліметалічний конгломерат піддають подальшій переробці з метою виділення з них цільових продуктів.

Завод по отриманню знесоленої води, водню і кисню по літієвої технології.

Як показали розрахунки, при переробці 1 км ³ (10 ⁹ тонн) морської води з вмістом 3,5% солей утворюється (при 100% переробці) 965000000 тонн знесоленої води і з неї можна отримати 1200898496000 м ³ водню і +600449248000 м ³ кисню.

З матеріального балансу відомо, що один генератор водню виробляє на годину 22400 м ³ водню.

Визначимо, скільки потрібно встановити генераторів водню для отримання 120089849600 м ³ водню в рік.

1. 22400 · 24 = 537 600 м ³ водню в добу

2. 537600 · 350 = 188 160 000 м ³ водню в рік (приймемо 350 робочих днів на рік, 15 днів - планово-попереджувальний ремонт)

3. 1200898498000: 188160000 = 6382,32 генераторів водню необхідно

4. приймемо, що в Росії буде встановлено 200 заводів таких, тоді на одному заводі треба встановити

6362,32: 200 = 31,91 ~ 32 генератора водню,

тобто на одному заводі потрібно встановити 32 технологічні лінії.

На фіг.8 показана схема заводу з переробки морської води для отримання знесоленої води, водню і кисню по літієвої технології.

Фіг.7. Схема заводу з отримання знесоленої води, водню і кисню по літієвої технології.

I - XXXII - технологічні лінії з переробки знесоленої води; 140 - водойма з морською водою; 141 - заборник морської води; 13 - блок роздільників іонів; 146 - роздільник на дрібні струменя концентрованого (17,5 мас.%) Розчину, що відходить морської води довжиною до 1000 метрів (використовується тільки тоді, коли не переробляють католіт і анолит); 196 - канал для відведення знесоленої води; 197 - заборник знесоленої води; 198 - трубопровід для подачі кисню на компресорну станцію; 199 - патрубок для подачі водню на магістральний трубопровід; 200 - воднева компресорна станція; 201 - трубопровід для подачі водню на компресорну станцію; 202 - патрубок для подачі кисню на магістральний трубопровід; 203 - киснева компресорна станція.

Завод для переробки морської води призначений для отримання знесоленої води, водню, кисню, аноліта і католіта. Завод являє собою

- Три блоки роздільників іонів для отримання знесоленої води;

- Відвідний канал для відведення знесоленої води;

- 32 технологічні лінії по отриманню водню і кисню;

- Дві компресорні станції з очищення, охолодження і нагнітання водню і кисню в магістральні трубопроводи.

І все це об'єднано в єдиний безперервний технологічний цикл.

Принцип роботи заводу з переробки морської води наступний.

З водойми 140 через заборники 144 морська вода подається в три блоки роздільників іонів 13, де морська вода розділяється на три фракції: анолит - обезсолена вода - католіт. Знесолена вода в кількості 2400 тонн на годину (з трьох блоків роздільників іонів) направляється в канал 196 для відводу знесоленої води.

Аноліт і католіт направляються за двома напрямками

а) змішуються (див. стадія 2) і через отвори роздільник 4 видавлюються тонкими струмками в океан;

б) відправляються (якщо в них є потреба) по трубопроводах 143 і 144 на завод по переробці аноліта і католіта.

Знесолена вода, що тече по відвідному каналу 196, за допомогою заборником 197 подається в генератор водню технологічної лінії для отримання водню і кисню. На отримання водню і кисню на одній технологічній лінії витрачається 36 тонн знесоленої води в годину. На 32 технологічні лінії подається тисячу сто п'ятьдесят-два тони знесоленої води в годину. Інша частина 2400-1152 = 1248 тонн на годину подається на промислові потреби, наприклад на завод по переробці аноліта і католіта або на зрошення сільгоспугідь і освоєння пустельних земель. Якщо немає потреби в знесоленої воді для сільгосппотреб, то один блок роздільників іонів відключається.

Водень і кисень, отримані на технологічних лініях, по трубопроводах 198 і 201 відповідно подаються на компресорні станції 200 і 203, де проводиться очищення, осушення і нагнітання газів в магістральні трубопроводи.

Завод з переробки аноліта і католіта.

На фіг.9 показана схема заводу з переробки аноліта і католіта.

Фіг. 9. Схема заводу з переробки аноліта і католіта: 208 - технологічна лінія по вилученню з морської води катіонів та аніонів; 214 - нейтральний пульт розподілу матеріальних потоків; 215 - трубопровід для подачі водню на водневу компресорну станцію; 216 - цех по розділенню суміші газів; 222 - патрубок для виведення нерозділеного суміші газів; 223 - патрубок для введення нерозділеного суміші газів, які направляються на інші цілі; 224 - патрубок для введення нерозділеного лужного розчину; 225 - реактор-змішувач; 226 - патрубок для введення нерозділеного суміші газів; 227 - патрубок для зливу сольового розчину назад в океан; 228 - цех по розділенню лужного розчину; 229 - патрубок для введення нерозділеного лужного розчину; 230 - патрубок для виведення нерозділеного лужного розчину; 231, 232, 233, 234 - патрубки для виведення розділених фракцій лужного розчину; 235 - трубопровід для подачі кисню на кисневу компресорну станцію; 236 - шнековий живильник для подачі полиметаллического конгломерату; 237 - фракційний роздільник полиметаллического конгломерату; 238 - проміжна ємність для збору полиметаллического конгломерату (без Са (ОН) ₂ і Мg (ОН) _2); 239 - проміжна ємність для збору Mg (ОН) _2; 240 - проміжна ємність для збору води; 241 - проміжна ємність для збору Са (ОН) _2; 242 - фракційний роздільник для повторного поділу фракцій полиметаллического конгломерату; 243 - цех по отриманню солей Са і Мg; 244 - відновлювальна піч Са (ОН) _2; 245 - відновлювальна піч Мg (ОН) _2; 246 - відновлювальна піч полиметаллического конгломерату.

Завод з переробки аноліта і католіта призначений для отримання за рахунок електрохімічних і хімічних реакцій, яким піддаються анолит і католіт, наступних цільових продуктів:

- Водню;

- Кисню;

- Металів, що містяться в морській воді;

- Суміші газів (Cl _2, Br _2, J _2, F _2, SO ₃ і CO _2);

- Лужного розчину (NaOH + КОН + домішки);

- Індивідуальних сполук з лужного розчину.

Наявність великої кількості лужного розчину дозволяє організувати виробництво розчинного скла (рідке скло) і на його основі кислотоупорного цементу для виготовлення залізобетонних труб великого діаметра для перекачування знесоленої води з узбережжя в райони материка, де встановлені заводи з отримання водню і кисню.

Завод з переробки аноліта і католіта є групою фізико-хімічних виробництв, об'єднаних в одне ціле виробництво.

До складу заводу (фіг.9) входять три технологічні лінії по вилученню з морської води катіонів та аніонів і виробництво з переробки катіонів та аніонів, куди входять

- Центральний пульт розподілу потоків 214;

- Цех по розділенню суміші газів 216;

- Реактор-змішувач 225;

- Цех по розділенню лужного розчину 228;

- Три фракційних роздільник 237;

- Фракційний роздільник для повторного поділу фракцій полиметаллического конгломерату 242;

- Цех по отриманню з Са (ОН) ₂ і Мg (ОН) ₂ інших солей Са і Мg 243;

- Відновлювальні печі 244, 245, 246.

Водень, отриманий після реакцій 11, 12 і 13, через роздільник потоків водню 247 направляється на відновлювальні водневі печі, а надлишок водню спрямовується на водневу компресорну станцію.

Кисень, отриманий по реакції 25, відділяється від газової суміші і по трубопроводу 235 направляється на кисневу компресорну станцію.

Принцип роботи заводу з переробки аноліта і католіта.

З трьох технологічних ліній (фіг.7) отримані продукти направляються на центральний пульт з розподілу матеріальних потоків 214 (фіг.9), де однойменні потоки збираються і виводяться з патрубків: 209 - водень; 210 - суміш газів на поділ, 211 - кисень; 212 - лужний розчин (суміш NаОН і КОН і микропримеси LiOH, RbOH, CsОН); 213 - поліметалічний конгломерат.

На замовлення промисловості суміш газів направляється в цех 216 для поділу газів (через патрубок 223), де за рахунок охолодження газової суміші в теплообмінниках хладоагентом відбувається фракційне розділення газової суміші. Певна кількість індивідуальних газів відбирається і направляється замовнику. Частина, що залишилася нерозділене частина газової суміші направляється в реактор-змішувач 225, де відбувається взаємодія лужного розчину з газами згідно реакцій 14-20. Утворився сольовий розчин, який представляє галогени, сульфати і карбонати Na і К, зливається назад в океан.

і на замовлення промисловості лужний розчин через патрубок 212 прямує в цех 228, де певну частину розчину поділяють на NaOH і КОН, а з них отримують концентровані (40% -ві) розчини NaОН і КОН і тверді NaОН і КОН. Частину, що залишилася нерозділеного лужного розчину направляють в реактор-змішувач 225 для проведення в ньому реакцій (14-20).

Поліметалічний конгломерат у вигляді шламу (осаду) з центрифуги через патрубок 213 подається за допомогою шнекових живильників у фракційні роздільники 237. У кожен фракційний роздільник завантажується порція полиметаллического конгломерату в кількості тригодинний вироблення з однієї технологічної лінії, тому що загальний час проведення процесу поділу суспензії становить три години, а три фракційних роздільник, що входять в технологічну лінію, забезпечать напівбезперервний процес поділу полиметаллического конгломерату.

У фракційному роздільник 237 з суспензії виділяють фракції Са (ОН) _2, Мg (ОН) _2, а фракцію з суміші інших гідроксидів металів, індивідуальних металів і воду направляють в проміжні ємності 238, 239, 240 і 241.

Частина Са (ОН) ₂ і Мg (ОН) ₂ йде в цех 243 для отримання солей Са і Мg. Велика частина Са (ОН) ₂ і Мg (ОН) ₂ йде в відновлювальні печі 244, 245 для відновлення гідроксидів металів воднем, до індивідуальних металів Са і Мg, a для Са додатково ще і в переклад СаН _2.

Накопичений в проміжних ємностях поліметалічний конгломерат і індивідуальні метали направляються шнеком у фракційний роздільник, де проводиться відділення індивідуальних металів від гідроксидів металів, які збираються в проміжну ємність і звідти прямують в відновну піч 246. Порошок металів відправляються на збагачувальну фабрику для остаточного поділу порошків металів методом флотації на індивідуальні метали.

Таким чином, розроблене і описане вище пристрій по безперервної переробки морської води реально може виконати основну мету винаходу - замінити вуглеводневе паливо на екологічно чисте водневе паливо (чистий водень) і забезпечити населення Землі знесоленої водою і сировиною для хімічної та металургійної промисловості.

Виробництво з отримання расстворімого скла.

Скло расстворімое - безбарвний або злегка забарвлений в зелений або жовтий колір прозорий затверділий розплав, що складається з лужних силікатів.

Брутто формула скла розчинної:

R ₂ O · mSiO _2,

де: R ₂ O-Na ₂ О або К ₂ О;

m - число молекул SiО _2.

Скло розчинна отримують сплавом суміші кварцового піску з содою або сульфатом натрію і вугіллям в безперервно діючих скловарних печах за технологією, аналогічною для промислового нерастворимого скла. Отриманий розплав називають "силікат - брила", а з неї отримують кислототривкий цемент (3, с.1037).

У нашому випадку найбільш прийнятним є спосіб отримання скла розчинної обробкою аморфного кремнезему концентрованими розчинами їдких лугів в обертових автоклавах (3, с.1037).

Концентровані розчини лугів отримують в цеху 228, фіг.9.

Загальна схема виробництва наступна:

nNaOH (KOH) + mSiO ₂ · R ₂ O -> mSiO ₂ -> кислототривкий цемент -> залізобетонні труби та інші вироби.

Застосування лужного розчину за вищенаведеною схемою забезпечать перекачування знесоленої води в задані райони Росії без застосування металевих труб.

ВИКОРИСТОВУВАНА ЛІТЕРАТУРА

1. Сокальський Ю.М. Омагніченная вода: правда і вигадка. Л .: Хімія, 1990.

2. Ломоносов В. Ю., Поліванов К.М., Михайлов О.П. Електротехніка. М .: Енергоіздат, 1990.

3. Дикерсон Р., Грей Г., Хейт Дж. Основні закони хімії, Т.2, изд. "Світ", 1982.

4. Касаткін А.Г. Основні процеси та апарати хімічної технології М .: Хімія, 1971.

5. Плановський А. Н., Миколаїв П.І. Процеси і апарати хімічної і нафтохімічної технології. М .: Хімія, 1972.

6. Павлов М.М. Теоретичні основи загальної хімії. М .: Вища школа, 1978.

7. Коротка хімічна енциклопедія. Т.4, М .: Радянська енциклопедія, 1965.

8. Коротка хімічна енциклопедія. Т.1, М .: Радянська енциклопедія, 1961.

9. Властивості неорганічних сполук. Довідник, Л .: Хімія, 1983.

10. Перрі Дж. Довідник інженера хіміка. Т.2, Л .: Хімія, 1969.

11. Чорнобильський І.І., Бондар А.Г. та ін. Машини і апарати хімічних виробництв. М .: Машгиз, 1961.

12. Коротка хімічна енциклопедія, т.5, М .: Радянська енциклопедія, 1967.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Пристрій для безперервної переробки морської води з виділенням з неї знесоленої води, водню, кисню, металів і інших з'єднань, що містить послідовно з'єднані роздільник іонів для поділу морської води магнітним полем на обессоленную воду, анолит і католіт, відділювач-нейтралізатор для відділення гідратної оболонки від аніонів та катіонів і нейтралізації на них електричних зарядів, і генератор водню для отримання водню взаємодією розплавленого літію і води, що утворюють першу технологічну лінію, і послідовно з'єднані другий відділювач-нейтралізатор, реактор-змішувач і генератор водню, який працює на знесоленої воді і лужному розплаві , що утворюють другу технологічну лінію.

2. Роздільник іонів для поділу морської води на обессоленную воду, католіт і анолит, що містить трубопровід, розміщений в магнітному полі, що відрізняється тим, що пристрій додатково містить секцію попереднього омагнічування води круговим магнітним полем, створюваним котушкою електромагніту, і забезпечену пристосуванням для тангенціального введення води , а секція поділу попередньо омагниченной води за допомогою магнітного поля з магнітним потоком, перпендикулярним напрямку руху води, виконана у вигляді центрального трубопроводу, до якого через щілини по діаметру приєднані два трубопроводи меншого діаметра для виведення аноліта і католіта.

3. Відокремлювач-нейтралізатор, призначений для відділення гідратної оболонки від аніонів та катіонів і нейтралізації на них електричних зарядів, що містить послідовно з'єднані один з одним пристрій для подачі на конічні сітки постійного струму високої напруги, відділювач, забезпечений патрубками для введення пароподібного католіта і аноліта, двома конічними сітками, що несуть відповідно позитивний і негативний заряди, двома гасителями швидкості парів аноліта і католіта і двома напрямними циліндрами для введення що не містять гідратної оболонки аніонів та катіонів в нейтралізатор, і нейтралізатор, що включає генератор постійного струму низької напруги і зовнішню ланцюг генератора, в яку входять металевий кульовий контакт і контакт з розплавленого літію або натрію.

4. Генератор водню, що містить реакційну зону і теплообмінник, який відрізняється тим, що генератор містить теплоізоляційний корпус, в якому передбачена реакційна зона для взаємодії розплавленого літію і води, з системою охолодження реакційної маси холодним теплоносієм з виділенням з неї водного розчину гідроксиду літію і водню, патрубками для відведення водню і водного розчину гідроксиду літію, крім того, генератор має патрубки введення аноліта і католіта міжтрубний простір реакційної зони і патрубки виведення пароподібного католіта і аноліта, забезпечені електричними підігрівниками.

Версія для друку
Дата публікації 01.03.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів