Аппарат для получения консерванта

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ АППАРАТ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОНСЕРВАНТА(71) Заявитель Гродненский сельскохозяйственный институт(73) Патентообладатель Гродненский сельскохозяйственный институт(57) 1. Аппарат для получения консерванта, содержащий цилиндрический корпус, служащий катодом, коаксиально установленные в нем между верхней и нижней диэлектрическими втулками цилиндрическую керамическую или тканую диафрагму, разделяющую пространство внутри него на катодную и анодную камеры, и цилиндрический анод, установленный в последней на ребрах нижней диэлектрической втулки, размещенный снизу корпуса патрубок ввода исходного раствора, патрубки жидкостных и газовых выходов катодной и анодной камер, отличающийся тем, что он снабжен патрубком газового входа, патрубком жидкостного входа анодной камеры, размещенным в верхней втулке, газовым компрессором, вход которого связан с патрубком газового выхода катодной камеры, а выход подсоединен к упомянутому патрубку газового входа,дифференциальным датчиком давления, первый вход которого связан с патрубком газового выхода катодной камеры, а второй с атмосферой, регулятором, вход которого связан с электрическим выходом датчика давления, а выход подсоединен к электрическому входу компрессора, и гидравлическим затвором, установленным на патрубке жидкостного выхода катодной камеры, при этом, на нижнем торце анода, выполненном в виде полого цилиндра, размещена насадка из керамического мелкопористого материала, а его внутренняя полость соединена с патрубком газового входа, верхняя диэлектрическая втулка выполнена из немагнитного материала и в ней размещены патрубки газового выхода анодной камеры и газового входа, выходы патрубков жидкостных выходов анодной и катодной камер расположены на одном уровне, определяемом рабочим уровнем обрабатываемого раствора, а патрубок газового выхода анодной камеры связан непосредственно с атмосферой. 2076 1 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что анод выполнен из титана со слоем электролитически осажденной на его внешней поверхности губчатой платины или другого пористого электрохимически стойкого материала. 3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что нижняя диэлектрическая втулка выполнена конической с вершиной, направленной вниз.(56) 1. Механизация и электрификация сельского хозяйства.-1991.-8.- С.14. 2. А.с. СССР 1745687, МКИ С 02 1/46, 1992. Изобретение относится к устройствам для получения консервантов и может быть использовано для производства консерванта для силоса из водного раствора хлорида натрия. Известна электроактивационная установка 1, содержащая бак для приготовления исходного раствора,электроактиваторы, резервуары для живой и мертвой воды. Недостатком известного устройства является высокая стоимость, большие удельные затраты электроэнергии, низкая концентрация действующего вещества в получаемых на них растворах, и как следствие - низкая эффективность. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому аппарату для производства консерванта является выбранный в качестве прототипа аппарат для электрохимической обработки жидкости 2, содержащий цилиндрический корпус, служащий катодом, выполненный из пористого титана, покрытый гидроэлектроизоляционным покрытием и разделенный цилиндрической керамической или тканой диафрагмой на катодную и анодную камеры, коаксиально установленный в нем стержневой анод, выполненный из платиноиридиевого сплава, причем анод и диафрагма установлены в корпусе на диэлектрических втулках,нижняя из которых выполнена из керамики, установлена с зазором по отношению к днищу корпуса с периферическими проточными отверстиями для протока жидкости в катодную камеру и центральным ребристым отверстием для установки анода и протока жидкости в анодную камеру, верхняя втулка, выполненная из диэлектрического постоянного магнита, снабжена центральным ребристым отверстием и установлена на верхнем торце корпуса, герметичную отстойную камеру, размещенную над верхней диэлектрической втулкой и связанной входом через ее центральное ребристое отверстие с жидкостным выходом анодной камеры, патрубок ввода жидкости, установленный в днище корпуса и связанный через центральное и периферические отверстия нижней диэлектрической втулки с жидкостными входами анодной и катодной камер, патрубок вывода жидкости из катодной камеры, размещенный в верхней части корпуса под верхней диэлектрической втулкой, патрубки отвода электролизных газов, снабженные клапанами и размещенные в крышке отстойной камеры и верхней части корпуса под верхней диэлектрической втулкой, патрубок вывода жидкости из отстойной камеры. Установка обеспечивает электролитическую обработку раствора, подаваемого в анодную и катодную камеры, через патрубок ввода жидкости, центральное и периферические отверстия в нижней диэлектрической втулке с образованием двух фракций (в катодной камере - католит, обладающий щелочными, а в анодной камере - анолит, обладающий кислотными свойствами), магнитную обработку анолита в отстойной камере,входом связанной с жидкостным выходом анодной камеры, и раздельную подачу получаемых растворов через патрубки вывода жидкости к месту хранения или использования. В качестве консерванта для силоса используется анолит, получаемый в результате обработки водного раствора хлорида натрия, с рН 1,53 и определенным содержанием кислот, гипохлорита натрия, активного хлора, обладающий бактерицидными,фунгицидными свойствами и способствующий развитию молочно-кислого брожения. Недостатком известного аппарата является высокая стоимость, большие удельные затраты электроэнергии, низкая концентрация кислот в получаемом анолите, причем возможности интенсификации процесса обработки с целью ее повышения ограничены, что значительно снижает возможность использования производимого консерванта при закладке силоса из материала с высокой влажностью и низким содержанием сахара, а также приводит к увеличению затрат на производство, транспортировку и внесение, и как результат - низкая эффективность использования аппарата. Задачей изобретения является повышение эффективности использования аппарата за счет улучшения качества получаемого консерванта, увеличения срока службы анода и снижения удельных энергозатрат. Решение указанной задачи достигается тем, что аппарат для получения консерванта, содержащий цилиндрический корпус, служащий катодом, коаксиально установленные в нем между верхней и нижней диэлектрическими втулками цилиндрическую керамическую или тканую диафрагму, разделяющую пространство внутри него на катодную и анодную камеры, и цилиндрический анод, установленный в последней на ребрах нижней диэлектрической втулки, размещенный снизу корпуса патрубок ввода исходного раствора, патрубки жидкостных и газовых выходов катодной и анодной камер, снабжен патрубком газового входа, патрубком жидкостного входа анодной камеры, размещенным в верхней втулке, газовым компрессором, вход которого связан с патрубком газового выхода катодной камеры, а выход подсоединен к упомянутому патрубку газового входа, дифференциальным датчиком давления, первый вход которого связан с патрубком газового выхода 2 2076 1 катодной камеры, а второй с атмосферой, регулятором, вход которого связан с электрическим выходом датчика давления, а выход подсоединен к электрическому входу компрессора, и гидравлическим затвором, установленным на патрубке жидкостного выхода катодной камеры, при этом, на нижнем торце анода,выполненном в виде полого цилиндра, размещена насадка из керамического мелкопористого материала, а его внутренняя полость соединена патрубком газового входа, верхняя диэлектрическая втулка выполнена из немагнитного материала и в ней размещены патрубки газового выхода анодной камеры и газового входа,выходы патрубков жидкостных выходов анодной и катодной камер расположены на одном уровне, определяемом рабочим уровнем обрабатываемого раствора, а патрубок газового выхода анодной камеры связан непосредственно с атмосферой. Анод выполнен из титана со слоем электролитически осажденной на его внешней поверхности губчатой платины или другого пористого электрохимически стойкого материала. Нижняя диэлектрическая втулка выполнена конической с вершиной, направленной вниз. На фиг.1 представлена схема аппарата для получения консерванта. На фиг.2 представлены графики зависимости концентрации водородных ионов от времени обработки и плотности тока при различных концентрациях исходного раствора. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков компрессора, регулятора, дифференциального датчика давления, жидкостного затвора и их связями с остальными элементами схемы, а также измененной конструкцией анода, диэлектрических втулок, наличием газового и дополнительного жидкостного входов. Аппарат для получения консерванта (фиг.1) содержит цилиндрический корпус 1, служащий катодом и выполненный из нержавеющей стали, коаксиально установленные в нем между верхней 2 и нижней 3 диэлектрическими втулками цилиндрическую керамическую или тканую диафрагму 4, разделяющую пространство внутри него на катодную 5 и анодную 6 камеры, и цилиндрический анод 7, установленный в последней на ребрах 8 нижней диэлектрической втулки, размещенный снизу корпуса патрубок 9 ввода исходного раствора, патрубки жидкостных 10, 11 и газовых 12, 13 выходов катодной и анодной камер, патрубок 14 газового входа, патрубок жидкостного входа 15 анодной камеры, размещенный в верхней втулке,газовый компрессор 16, выполненный в виде поршневого компрессора с приводом от электрического двигателя постоянного тока, вход которого связан с патрубком газового выхода катодной камеры, а выход подсоединен к упомянутому патрубку газового входа, дифференциальный датчик 16 давления, содержащий в качестве чувствительных элементов сильфонные элементы, связанные с потенциометрическим преобразователем линейного перемещения в постоянное напряжение, первый вход 18 которого является входом первого сильфонного элемента и связан с патрубком газового выхода катодной камеры, а второй 9, являющийся входом второго сильфонного элемента, связан с атмосферой, регулятор 20, выполненный в виде транзисторного или тиристорного усилителя, вход которого связан с электрическим выходом датчика давления, а выход подсоединен к электрическому входу компрессора, гидравлический затвор 21, установленный на патрубке жидкостного выхода катодной камеры, при этом, на нижнем торце анода, выполненном в виде полого цилиндра, размещена насадка 22 сферической формы, выпуклой стороной направленной вниз, выполненная из керамического мелкопористого материала, а его внутренняя полость 23 соединена с патрубком газового входа. Верхняя диэлектрическая втулка выполнена из немагнитного материала и в ней размещены патрубки газового выхода анодной камеры и газового входа, выходы 24, 25 патрубков жидкостных выходов анодной и катодной камер расположены на одном уровне, определяемом рабочим уровнем обрабатываемого раствора и являются жидкостными выходами аппарата. Патрубок газового выхода анодной камеры связан непосредственно с атмосферой. Анод выполнен из титана со слоем 26 электролитически осажденной на его внешней поверхности губчатой платины или другого пористого электрохимически стойкого материала. Нижняя диэлектрическая втулка выполнена конической с вершиной, направленной вниз. Аппарат работает следующим образом. Водный раствор хлорида натриячерез патрубки 9 и 15 ввода жидкости, которые являются жидкостными входами аппарата, подается на жидкостные входы анодной 6 и катодной 5 камер, разделенных диафрагмой 4, заполняя их до уровня, определяемого расположением жидкостного выхода 24 патрубка 11 жидкостного выхода анодной камеры и жидкостного выхода 25 жидкостного затвора 21. Электропроводность раствора обеспечивается за счет присутствия в нем ионов Н, ОН,, , которые при подаче напряжения питания от источника постоянного тока ( на анод 7, - на катод, функцию которого выполняет корпус 1), преодолевают диафрагму и накапливаются у соответствующего электрода (положительно заряженные - у катода, отрицательно заряженные - у анода). В растворе, находящимся в катодной камере (далее католите), происходит образование щелочииз-за взаимодействия ионов натрия с постоянно образующимися в результате разряда молекул волы у катода гидроксид ионами. В растворе, находящимся в анодной камере (далее анолите), происходит образование кислотыиз-за взаимодействия ионов хлора с образующимися в результате разряда молекул воды у анода ионами водорода. При включении электрических цепей питания двигателя привода компрессора 16, усилителя 20 и датчика 17 давления, ком 3 2076 1 прессор через патрубок газового выхода 12 отсасывает образующийся у катода в процессе электролиза и накапливающийся в газовом объеме катодной камеры водород и подает его через патрубок газового входа 14,центральное отверстие в верхней диэлектрической втулке 2 во внутреннюю полость 23 анода, создавая в ней избыточное давление, за счет которого водород выходит из мелкопористой насадки 22 в виде множества мелких пузырьков и, поднимаясь в непосредственной близости от поверхности анода 7, растворяется частично в его пористом покрытии 26, а частично в анолите. Под действием электрического поля, а также каталитических свойств платины( в случае, если анод изготовлен из электролитически осажденной губчатой платины) водород распадается на атомы, в результате чего на поверхности соприкосновения анода с раствором происходит образование ионов водорода и дополнительного количества кислоты. В процессе обработки в анолите образуется также гипохлорит натрияи активный хлор. Полученный анолит, проходя между ребрами 8 конического углубления в нижней диэлектрической втулке 3, через патрубок 11 жидкостного выхода анодной камеры, подается к выходу 24, который является первым жидкостным выходом аппарата. Полученный католит через патрубок 10 жидкостного выхода катодной камеры, жидкостный раствор 21 подается к выходу 25, который является вторым жидкостным выходом аппарата. Благодаря использованию высокочувствительного дифференциального датчика 17 давления и регулятора 20 для управления компрессором, обеспечивается некоторый небольшой, положительный относительно атмосферного, перепад давления водорода в газовом объеме катодной камеры 5, что месте с использованием жидкостного затвора 21 исключает возможность потерь водорода, а также подсоса атмосферного воздуха и попадания католита в компрессор 16. Электролизные газы, в том числе и нерастворившийся водород, скапливающиеся в газовом объеме анодной камеры 6, через патрубок 13 газового выхода анодной камеры выходят в атмосферу. Наличие двух патрубков жидкостных входов позволяет регулировать производительность аппарата раздельно по католиту и анолиту, дает возможность использовать различные по концентрации и составу исходные растворы и получать католит и анолит с необходимыми свойствами. Движение растворов по катодной и анодной камерам в противоположном направлении позволяет увеличить растворимость водорода в анолите и уменьшить ее в католите. В качестве консерванта для силоса используется анолит, обладающий, благодаря присутствию в нем кислоты, гипохлорита натрия, активного хлора, бактерицидными и фунгицидными свойствами и способный подкислять силос до нужного Н. Проведенные испытания действующего макета аппарата, подобного описания в аналоге и прототипе 1,2, подтвердили возможность получения на них консерванта, обладающего кислотными, бактерицидными свойствами. Однако установлено, что увеличение концентрации кислоты происходит наиболее интенсивно только в начале обработки (участок (А В) графика 1 (фиг.2 из-за наличия в растворе ионов водорода, образовавшихся в результате собственной диссоциации воды и интенсивного разряда ее молекул у анода. С увеличением времени обработки ( (мин, плотности токаА(м и концентрации соли в исходном растворе (С( выше определенных пределов (10 мин 200 (М 3), интенсивность процесса образования кислоты (участки (В С) графиков 1, 2 (фиг.2 и электропроводность анолита уменьшаются из-за того, что отрицательно заряженные ионы хлора скапливаются у анода, препятствуя разряду молекул воды с образованием дополнительных ионов водорода, как следствие - уменьшение эффективности, ограниченные возможности интенсификации процесса обработки, с целью повышения концентрации водородных ионов в анолите, увеличение удельных энергозатрат. Уменьшение электропроводности анолита по мере прохождения его по анодной камере приводит также к неодинаковому участию верхней и нижней частей анода в электрохимических реакциях, и как следствие - неравномерный электрохимический износ анода (нижняя часть изнашивается быстрее) и уменьшение эффективности обработки. Возможности интенсификации процесса обработки ограничены также тем, что, при значительном увеличении плотности тока, времени обработки и концентрации исходного раствора, в анолите в большом количестве образуется активный хлор, который, хотя и обладает хорошими бактерицидными и фунгицидными свойствами, в случае его высокой концентрации быстро теряется (улетучивается) из раствора, а также может вызывать не только гибель гнилостных бактерий и грибков, но и тормозить развитие полезной молочно-кислой микрофлоры, что, в случае высокого содержания сахара в силосуемом материале, способствует развитию спиртового брожения, как следствие - уменьшение питательной ценности корма. Испытания действующего макета заявляемого аппарата подтвердили возможность получения высокоэффективного консерванта с более высокой по сравнению с получаемой на макете аппарата подобного аналогам и прототипу концентрацией водородных ионов (графики (графики 3, 4 (фиг.2, что позволяет за счет уменьшения дозы внесения снизить затраты на его хранение, транспортировку и внесение, а также более успешно применять получаемый консервант при силосования трудносилосуемых культур. За счет насыщения анолита ионами водорода происходит увеличение его электропроводности, как следствие - снижение удельных энергозатрат, равномерное участие материала анода в электрохимических реакциях и увеличение эффективности обработки. Восстановление ионов водорода возле анода уменьшает долю участия в электрохимических реакциях материала из которого он изготовлен, что позволяет увеличить срок его службы, а также применять в случае необходимости менее электрохимически стойкие, но более доступные и дешевые материалы (например пористый титан). 4 2076 1 Сопоставительный анализ результатов, полученных в ходе проведения производственных опытов по закладке силоса с последующим скармливанием его животным, показал, что силос, заложенный с использованием в качестве консерванта анолита, получаемого на действующем макете заявляемого аппарата,превосходит по основным качественным показателям (содержание кормовых единиц, перевариваемого протеина, растворимых углеводов, БЭВ, фосфора, кальция, соотношение молочной и уксусной кислот) силос,заложенный с использованием в качестве консерванта анолита, получаемого на макете аппарата, подобного аналогу и прототипу. Замечено также, что повышение концентрации соли в исходном растворе не только обуславливает повышение концентрации кислоты в консерванте (графики 3, 4 (фиг.2, но и улучшает вкусовые качества силоса за счет присутствия непрореагировавшей соли, и как следствие - улучшается поедаемость корма. Применение заявляемого аппарата позволяет интенсифицировать процесс обработки растворов, с целью повышения качества получаемого консерванта и расширения спектра его использования, а также за счет снижения удельных энергозатрат, повышения срока службы анода и возможного применения для его изготовления более доступных и дешевых материалов, обеспечения регулировки производительности аппарата раздельно по католиту и анолиту дает возможность снизить удельную стоимость консерванта и повысить эффективность аппарата в целом. Заказ 0041 Тираж 20 экз. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 5