CN213570775U - 一套可切换碱性双氧水生产模式的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一套可切换碱性双氧水生产模式的系统，包括氧气循环系统、水循环系统、碱液循环系统、电解反应装置、气液分离器、产品罐及控制器；氧气循环系统输送的氧气和水循环系统输送的水在电解反应装置内发生电化学反应生成碱性双氧水；控制器用于根据预设控制逻辑控制氧气补入量、水补入量、碱液补入量以及电解反应装置的电流从而实现产物浓度在预设范围内实时可调。通过控制原材料连续补入、产品连续排出，实现连续化生产，且可以随启随用或随时关闭，达到了灵活切换连续生产与批次生产的效果；满足了各种企业的工况要求；通过控制原料纯水和氧气的补入量，实现产物浓度实时可调。最大化利用原材料，降低生产成本。

Description

一套可切换碱性双氧水生产模式的系统

技术领域

本实用新型涉及碱性双氧水生产技术领域，具体涉及一套可切换碱性双氧水生产模式的系统。

背景技术

氧阴极是一种全新概念的离子膜电解技术，由于其在节能和环保方面的出色表现，自其诞生之日起即引起国内外广泛关注。氧阴极电解槽广泛应用于制碱、双氧水制备等工业领域。

氧阴极电解槽是一种利用氧气还原反应的新型电解装置，逐步应用在电解饱和食盐水生产烧碱和氯气、电解法生产双氧水等领域。氧阴极电解槽的阴极材料采用空气电极材料，氧气在空气电极的催化剂上发生如下反应：

（1）O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- +0.401V vs SHE

或者（2）O2 + 2H2O + 2e- = 2OH- + H2O2 -0.126V vs SHE

而传统的电解饱和食盐水生产烧碱和氯气的工艺，采用的是析氢反应：

（3）2H2O +2e- = 2OH- + H2 -0.8277V

相比之下，（1）反应比（3）反应的标准平衡电势高1.229V，（2）反应比（3）反应的标准平衡电势高0.825V，这表明若采用空气电极技术的氧阴极电解槽的总电压也能够大幅降低。围绕氧阴极电解槽构建的成套系统能够帮助氯碱行业、电解产双氧水行业降低生产能耗，符合国家有关清洁节能技术的行业导向，具有广泛的应用领域。

氧气和水在电堆阴极侧与阳极侧的碱性溶液在催化剂作用下发生电化学反应，生成碱性双氧水。首先，目前现有的电化学生产碱性双氧水的系统仅处于实验室阶段，电堆与原料的生产成本高，产量小且间歇式批次生产，无法应用于需求多样的工业化生产，比如在连续生产与批次生产模式之间切换，目前工厂一般都是长期生产，设备系统不能随时停止，也不能随启随用；而且生产的定量调节能力有限，最多调节50%左右。其次，现有生产系统生产的产物浓度是固定的，无法调节浓度范围。第三，现有生产系统中如果有未反应完全的氧气，就直接排掉了，没有被再次利用，增加了生产成本。

实用新型内容

本实用新型为了克服以上技术的不足，提供了一套可切换碱性双氧水生产模式的系统。

本实用新型克服其技术问题所采用的技术方案是：

一套可切换碱性双氧水生产模式的系统，至少包括氧气循环系统、水循环系统、碱液循环系统、电解反应装置、气液分离器、产品罐以及控制器；

所述氧气循环系统至少包括氧气贮存罐、氧气压缩机和氧气缓冲罐，所述氧气压缩机连接于氧气贮存罐与氧气缓冲罐之间，氧气缓冲罐的出口端连接至电解反应装置的阴极；

所述水循环系统至少包括补水泵、阴极缓冲罐和阴极循环泵，所述补水泵与阴极缓冲罐连接，阴极循环泵的进水端与阴极缓冲罐连接、出水端连接至电解反应装置的阴极；

所述碱液循环系统至少包括补碱泵、阳极液缓冲罐和阳极循环泵，所述补碱泵与阳极液缓冲罐连接，阳极循环泵的进液端与阳极液缓冲罐连接、出液端连接至电解反应装置的阳极；

其中，氧气循环系统输送的氧气和水循环系统输送的水在电解反应装置内发生电化学反应生成碱性双氧水；电解反应装置的产物出口端与阴极缓冲罐连接，电解反应装置的阳极液出口端与阳极液缓冲罐连接，阴极缓冲罐与产品罐连接；阴极缓冲罐和阳极液缓冲罐均与气液分离器连接，气液分离器的气体出口端与氧气贮存罐连接；所述控制器用于根据预设控制逻辑控制氧气补入量、水补入量、碱液补入量以及电解反应装置的电流从而实现产物浓度在预设范围内实时可调。

进一步地，所述氧气缓冲罐与电解反应装置之间设有阀门。

进一步地，所述氧气贮存罐还与制氧机连接，氧气贮存罐与制氧机之间设有流量计一。

进一步地，所述阴极循环泵与电解反应装置之间设有流量计二和换热器。

进一步地，所述阳极循环泵与电解反应装置之间设有流量计三；所述流量计三与阳极循环泵之间设有三通阀一。

进一步地，所述碱液循环系统还包括阳极稀释液存储罐，所述三通阀一的出口与阳极稀释液存储罐连接或与产品罐连接。

进一步地，所述气液分离器的上方设有调节阀。

进一步地，阴极缓冲罐与产品罐连接，包括以下两种连接方式：

连续生产时，阴极缓冲罐的底部通过电磁阀与产品罐连接；

批次生产时，阴极缓冲罐依次通过阴极循环泵和三通阀二与产品罐连接。

进一步地，所述控制器为PLC或单片机。

进一步地，还包括清洗管路，所述清洗管路的进口端通过三通阀三连接于补水泵与阴极缓冲罐之间，清洗管路的出口端与电解反应装置连接。

本实用新型的有益效果是：

1、通过控制原材料连续补入、产品连续排出，实现连续化生产，且可以随启随用或随时关闭，达到了灵活切换连续生产与批次生产的效果。适用于各种工业化生产，满足了各种企业的工况要求，比如既能连续生产满足大型企业规模化生产的需求，还能满足批次生产的需求，生产调节能力在0~100%之间可调。

2、通过控制原料纯水和氧气的补入量，实现产物浓度在0~7%（双氧水质量分数）范围内实时可调，弥补了现有生产系统中产物浓度固定且生产中无法调控的弊端。

3、最大化利用原材料，提高原材料利用率，降低生产成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述的可切换碱性双氧水生产模式的系统的连接结构示意图。

具体实施方式

为了便于本领域人员更好的理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明，下述仅是示例性的不限定本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型实施例所述的一套可切换碱性双氧水生产模式的系统，至少包括氧气循环系统、水循环系统、碱液循环系统、电解反应装置R101、气液分离器V108、产品罐V104以及控制器。

本实施例中，所述氧气循环系统至少包括氧气贮存罐V101、氧气压缩机P105和氧气缓冲罐V102，所述氧气贮存罐V101还与制氧机连接，氧气贮存罐V101的氧气来自于制氧机产生的新鲜氧气，氧气贮存罐V101与制氧机之间设有流量计一FT101用于计量来自制氧机的氧气，所述氧气压缩机P105连接于氧气贮存罐V101与氧气缓冲罐V102之间用于对氧气贮存罐V101中的氧气进行提压后输送到氧气缓冲罐V102中，氧气缓冲罐V102的出口端连接至电解反应装置R101的阴极。进一步地，所述氧气缓冲罐V102与电解反应装置R101之间设有阀门HV101，所述氧气缓冲罐V102经阀门HV101调控后定量输送至电解反应装置R101的阴极。

本实施例中，所述水循环系统至少包括补水泵P104、阴极缓冲罐V107和阴极循环泵P103，所述补水泵P104与阴极缓冲罐V107连接用于将纯水泵入到阴极缓冲罐V107中，阴极循环泵P103的进水端与阴极缓冲罐V107连接、出水端连接至电解反应装置R101的阴极。进一步地，所述阴极循环泵P103与电解反应装置R101之间设有流量计二FT102和换热器E101，通过流量计二FT102计量输送至电解反应装置R101中的纯水量，通过换热器E101实现温度的控制。

本实施例中，所述碱液循环系统至少包括补碱泵P102、阳极液缓冲罐V103和阳极循环泵P101，所述补碱泵P102与阳极液缓冲罐V103连接用于将高浓度碱性溶液泵入到阳极液缓冲罐V103中以维持阳极液的浓度，阳极循环泵P101的进液端与阳极液缓冲罐V103连接、出液端连接至电解反应装置R101的阳极。

本实施例中，氧气循环系统输送的氧气和水循环系统输送的水在电解反应装置R101内发生电化学反应生成碱性双氧水，碱液循环系统输送的碱液用于维持介质平衡。电解反应装置R101的产物出口端与阴极缓冲罐V107连接使得反应后的产物流入到阴极缓冲罐V107中，电解反应装置R101的阳极液出口端与阳极液缓冲罐V103连接。阴极缓冲罐V107与产品罐V104连接，具体地，所述阴极缓冲罐V107与产品罐V104连接包括以下两种连接方式：第一种，碱性双氧水连续生产时，阴极缓冲罐V107的底部直接通过电磁阀HV105与产品罐V104连接，通过电磁阀HV105的开闭控制阴极缓冲罐V107的液位，使得产物连续排入产品罐V104中；第二种，碱性双氧水批次生产（也可以叫做间歇式批量生产）时，阴极缓冲罐V107依次通过阴极循环泵P103和三通阀二HV103与产品罐V104连接，当反应时间到时，阴极缓冲罐V107中溶液通过阴极循环泵P103经三通阀二HV103排入产品罐V104中。所述阴极缓冲罐V107和阳极液缓冲罐V103均与气液分离器V108连接，气液分离器V108的气体出口端与氧气贮存罐V101连接，即，经过气液分离器V108气液分离后的气体（本实施例中的气体是氧气）回收至氧气贮存罐V101中存起来，以便再次循环利用。所述控制器用于根据预设控制逻辑控制氧气补入量、水补入量、碱液补入量以及电解反应装置R101的电流从而实现产物浓度在预设范围内实时可调。

本实施例优选地，所述阳极循环泵P101与电解反应装置R101之间设有流量计三FT103用于计量输送至电解反应装置R101中的碱液量；所述流量计三FT103与阳极循环泵P101之间设有三通阀一HV104。更进一步地，所述碱液循环系统还包括阳极稀释液存储罐V109，所述三通阀一HV104的出口与阳极稀释液存储罐V109连接或与产品罐V104连接，多余的阳极液定量排入到阳极稀释液存储罐V109，或者根据工艺需要直接排入到产品罐V104。

本实施例优选地，所述气液分离器V108的上方设有调节阀HV109，通过调节阀HV109释放气体，调节氧气循环系统的压力和氧气的纯度。

本实施例中，所述控制器采用PLC或单片机。

本实施例进一步优选地，还包括用于对电解反应装置R101的电堆进行清洗的清洗管路，所述清洗管路的进口端通过三通阀三HV106连接于补水泵P104与阴极缓冲罐V107之间，清洗管路的出口端与电解反应装置R101连接。当设备长时间停滞不使用时，通入纯水经过所述清洗管路对电堆清洗到弱碱性，然后封闭电堆后，可以使电堆长时间维持弱碱性状态，延长其使用寿命。

本实施例所述的可切换碱性双氧水生产模式的系统的工作原理：新鲜氧气进入到氧气贮存罐V101，经氧气压缩机P105提压后输送到氧气缓冲罐V102中，再经阀门HV101调控后定量输送至电解反应装置R101的阴极。纯水经补水泵P104泵入到阴极缓冲罐V107中，经阴极循环泵P103定量进入电解反应装置R101的阴极，与氧气混合后发生氧阴极电化学反应生成碱性双氧水。碱性双氧水流入阴极缓冲罐V107并进行气液分离，分离后的液体即产物达到设定浓度后从阴极缓冲罐V107底部直接排到产品罐V104中，分离后的气体从阴极缓冲罐V107顶部经过气液分离器V108再次进行气液分离后进入氧气贮存罐V101，与新鲜的氧气混合后继续参与反应。高浓度碱性溶液经补碱泵P102补入到阳极液缓冲罐V103中用以维持阳极液的浓度，阳极液由阳极循环泵P101输送至电解反应装置R101的阳极，碱性溶液中钠离子携带的部分水穿越到电解反应装置R101的阴极，氢氧根离子生成水和氧气随阳极液回到阳极液缓冲罐V103；多余的阳极液定量排入阳极稀释液存储罐V109或根据工艺需要直接排入到产品罐V104成为产品；氧气从阳极液缓冲罐V103顶部排出后经过气液分离器V108进行气液分离后进入氧气贮存罐V101，与新鲜的氧气混合后继续参与反应。

所述控制器通过流量计一FT101控制氧气补入量、补水泵P104控制水补入量、流量计三FT103控制碱液补入量以及控制电解反应装置R101的电流从而实现产物浓度在0~7%（双氧水质量分数）预设范围内实时可调。停止电解反应装置R101的电流以及补氧、补水、补碱即可随时停机，恢复通电和补氧、补水、补碱即可立即生产，实现自由灵活切换连续生产与批次生产模式。

以上仅描述了本实用新型的基本原理和优选实施方式，本领域人员可以根据上述描述做出许多变化和改进，这些变化和改进应该属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一套可切换碱性双氧水生产模式的系统，其特征在于，至少包括氧气循环系统、水循环系统、碱液循环系统、电解反应装置、气液分离器、产品罐以及控制器；

所述氧气循环系统至少包括氧气贮存罐、氧气压缩机和氧气缓冲罐，所述氧气压缩机连接于氧气贮存罐与氧气缓冲罐之间，氧气缓冲罐的出口端连接至电解反应装置的阴极；

所述水循环系统至少包括补水泵、阴极缓冲罐和阴极循环泵，所述补水泵与阴极缓冲罐连接，阴极循环泵的进水端与阴极缓冲罐连接、出水端连接至电解反应装置的阴极；

所述碱液循环系统至少包括补碱泵、阳极液缓冲罐和阳极循环泵，所述补碱泵与阳极液缓冲罐连接，阳极循环泵的进液端与阳极液缓冲罐连接、出液端连接至电解反应装置的阳极；

其中，氧气循环系统输送的氧气和水循环系统输送的水在电解反应装置内发生电化学反应生成碱性双氧水；电解反应装置的产物出口端与阴极缓冲罐连接，电解反应装置的阳极液出口端与阳极液缓冲罐连接，阴极缓冲罐与产品罐连接；阴极缓冲罐和阳极液缓冲罐均与气液分离器连接，气液分离器的气体出口端与氧气贮存罐连接；所述控制器用于根据预设控制逻辑控制氧气补入量、水补入量、碱液补入量以及电解反应装置的电流从而实现产物浓度在预设范围内实时可调。

2.根据权利要求1所述的一套可切换碱性双氧水生产模式的系统，其特征在于，所述氧气缓冲罐与电解反应装置之间设有阀门。

3.根据权利要求1所述的一套可切换碱性双氧水生产模式的系统，其特征在于，所述氧气贮存罐还与制氧机连接，氧气贮存罐与制氧机之间设有流量计一。

4.根据权利要求1所述的一套可切换碱性双氧水生产模式的系统，其特征在于，所述阴极循环泵与电解反应装置之间设有流量计二和换热器。

5.根据权利要求1所述的一套可切换碱性双氧水生产模式的系统，其特征在于，所述阳极循环泵与电解反应装置之间设有流量计三；所述流量计三与阳极循环泵之间设有三通阀一。

6.根据权利要求5所述的一套可切换碱性双氧水生产模式的系统，其特征在于，所述碱液循环系统还包括阳极稀释液存储罐，所述三通阀一的出口与阳极稀释液存储罐连接或与产品罐连接。

7.根据权利要求1所述的一套可切换碱性双氧水生产模式的系统，其特征在于，所述气液分离器的上方设有调节阀。

8.根据权利要求1所述的一套可切换碱性双氧水生产模式的系统，其特征在于，阴极缓冲罐与产品罐连接，包括以下两种连接方式：

连续生产时，阴极缓冲罐的底部通过电磁阀与产品罐连接；

批次生产时，阴极缓冲罐依次通过阴极循环泵和三通阀二与产品罐连接。

9.根据权利要求1所述的一套可切换碱性双氧水生产模式的系统，其特征在于，所述控制器为PLC或单片机。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一套可切换碱性双氧水生产模式的系统，其特征在于，还包括清洗管路，所述清洗管路的进口端通过三通阀三连接于补水泵与阴极缓冲罐之间，清洗管路的出口端与电解反应装置连接。

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