ОПРЕСНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1996 года по МПК C02F1/469 

Изобретение относится к области опреснения морской воды с попутным получением более концентрированных солевых растворов.

Известны устройства опреснения морской воды способами выпаривания, вымораживания, дистилляции, электродиализа, ионного обмена и др.

Эти способы требуют больших энергетических затрат. Так, например, опреснение 1 м³ воды требует следующих затрат:
дистилляцией и ионным обменом 70-83,5 кВт•ч
вымораживанием 12 кВт•ч
электродиализом и гиперфильтрацией 4-5 кВт•ч
С помощью атомной энергии для получения 200 тыс. м³ опресненной воды требуется 1 кг атомного горючего [1]
Кроме того, каждый из известных способов имеет свои технологические недостатки. Так, например, способ электродиализа, требующий для осуществления процесса опреснения относительно небольших затрат, нуждается в использовании ионнообменных мембран, имеющих ограниченный срок службы, и обеспечивает опреснение порционным способом, чем объясняется небольшая производительность способа.

Известно также устройство [2] позволяющее деминерализовывать воду и содержащее корпус, две ионопроницаемые перегородки и электроды, причем ионопроницаемые перегородки выполнены в виде сетки из электропроводного материала, покрытого изоляцией, и подсоединены к разноименным полюсам источника постоянного тока.

Однако указанное устройство обладает недостаточной эффективностью, т.к. вследствие геометрических особенностей устройства возможно образование застойных зон, не участвующих в процессе деминерализации.

Техническим результатом изобретения является увеличение эффективности и производительности устройства, а также упрощение технологии его изготовления.

Указанный результат достигается применением трех концентрически расположенных металлических труб с электроизоляционным покрытием, из которых наружная труба сплошная и представляет собой корпус устройства, а две внутренние перфорированы, и центрального, проходящего по оси труб, также с электроизоляционным покрытием металлического стержня, к которым подводится постоянное напряжение: к двум наружным трубам одной полярности, а к стержню и к внутренней трубе противоположной полярности.

На фиг. 1 схематически изображен продольный разрез устройства, а на фиг. 2 его поперечный разрез.

Устройство для опреснения воды состоит из трех концентрически расположенных металлических с электроизоляционным покрытием цилиндрических труб: сплошной наружной 1 в виде корпуса, двух перфорированных труб внешней 2 и внутренней 3 и центрального, проходящего по оси труб, с электроизоляционным покрытием металлического стержня 4 (электроизоляционное покрытие труб и центрального стержня на чертежах не показано).

Торцы трех труб и центральный стержень заделаны герметично в левый 5 и правый 6 корпуса, изготовленные из электроизоляционного материала.

В левом корпусе 5 образована полость 7, куда через патрубок 8 (по стр. А) поступает соленая вода, которая через каналы 9 поступает в кольцевую камеру разделения 10. Через отверстия в перфорированной трубе 2 соленая вода поступает в кольцевую полость 11, образованную наружной трубой 1 и внешней перфорированной трубой 2, а через отверстия в перфорированной трубе 3 вода поступает в кольцевую полость 12, образованную внутренней перфорированной трубой 3 и центральным стержнем 4. В правом корпусе 6 образована полость 13, куда через отверстия 14 и 15 поступает вода соответственно из полостей 11 и 12.

К правому корпусу 6 примыкает корпус опресненной воды 16, в полость 17 которого поступает опресненная вода из кольцевой полости 10 по каналам 18 и трубам 19. Из полости 17 по трубе 20 опресненная вода (по стр. С) поступает к потребителю, а с помощью патрубка 21 из полости 13 (по стр. В) отводится соленая рапа, которая может быть использована в химической промышленности.

К трем концентрически расположенным трубам 1, 2 и 3 и к центральному стержню 4 подсоединены соответственно провода 22, 23, 24 и 25 с клеммами, к которым подсоединено напряжение постоянного тока.

Если, к примеру, к сплошной наружной трубе 1 и к внешней перфорированной трубе 2 подведено отрицательное напряжение, то к внутренней перфорированной трубе 3 и к центральному стержню 4 должно быть подведено положительное напряжение.

При этом величина напряжения, подводимого к сплошной наружной трубе 1 и к центральному стержню 4, больше величин напряжений, подводимых соответственно к перфорированной трубе 2 и к перфорированной трубе 3. Это необходимо для того, чтобы обеспечить проход ионов через отверстия в трубе 2 к наружной трубе 1 и через отверстия в трубе 3 к центральному отверстию 4.

Длина внутреннего кольцевого канала 10 (камеры разделения) выбрана такой, чтобы под действием электрического поля анионы и катионы (скорость из перемещения невелика), двигаясь по разным траекториям внутри камеры разделения, успели бы пройти путь из любой точки этой полости к стенкам труб 2 и 3 и через перфорированные отверстия в них в полости 15 и 16.

Благодаря тому, что стенки всех труб 1, 2, 3 и центральный стержень 4 покрыты с двух сторон электроизоляционным лаком, на стенках труб и на центральном стержне не происходят окислительно-восстановительные процессы.

Для оптимального течения процесса разделения ионов в камере разделения 10 расход воды и размеры кольцевого сечения выбираются такими, чтобы поток был ламинарным.

Работа устройства Морская вода (раствор) самотеком или под небольшим напором (поток должен быть ламинарным) непрерывно подается через патрубок 8 (по стр. А, фиг. 1) в полость 7, откуда она по каналам 9 поступает в кольцевую полость 10, а оттуда через отверстия в перфорированных трубах 2 и 3 заполняет соответственно кольцевые полости 11 и 12.

Под действием электрического поля, созданного в камере разделения (кольцевая полость 10) происходит разделение ионов раствора на два потока. Катионы (Na+, K+, Ca++, Mg++ и др.) перемещаются к внешней перфорированной трубе 2 и через перфорацию под действием более мощного отрицательного потенциала, приложенного к наружной трубе 1, вместе с частью раствора попадают в полость 11, откуда они через каналы 14 попадают в полость 13.

А анионы (Cl^-, SO--4

, Br^- и др.) перемещаются к внутренней перфорированной трубе 3 и через перфорацию в ней под действием более мощного положительного потенциала, приложенного к центральному стержню 4, вместе с частью раствора попадают в полость 12, откуда они через каналы 15 также попадают в полость 13. Здесь происходит соединение анионов и катионов и образуется более концентрированный раствор, который выводится через патрубок 21 (по стр. В) из устройства.

Основной поток морской воды (раствора), освобожденный от значительной части анионов и катионов, через каналы 18 по трубам 19 поступает в полость 17 корпуса опресненной воды 16, откуда в виде пресной воды поступает по трубе 20 (по стр. С) к потребителю, а из полости 13 через патрубок 21 (по стр. В) из устройства выводится соленая рапа.

Для эффективного течения процесса разделения ионов в камере разделения 10 расход морской воды и размеры кольцевого сечения выбираются такими, чтобы поток был ламинарным.

Предлагаемое опреснительное устройство обеспечит возможность получения дешевой пресной воды из морской воды благодаря тому, что на электродах не происходят окислительно-восстановительные процессы. Батареи предлагаемых устройств позволят увеличить их производительность.

Изобретение относится к области опреснения морской воды с попутным получением более концентрированных растворов. Техническим результатом является увеличение эффективности и производительности устройства, а также упрощение технологии его изготовления. Опреснительное устройство содержит два электрода, выполненных в виде металлических с электроизоляционным покрытием цилиндрического корпуса и стержня, подсоединенных к разноименным полюсам источника постоянного тока, и две ионопроницаемые перегородки, выполненные в виде металлических и электроизоляционным покрытием перфорированных труб, подсоединенных к разноименным полюсам источника постоянного тока, причем корпус, перфорированные трубы и стержень расположены концентрически. Корпус и наружная перфорированная труба подсоединены к полюсу одной полярности, а внутренняя перфорированная труба и стержень подсоединены к полюсу противоположной полярности, пpи этом напряжение на корпусе и стержне больше напряжения на перфорированных трубах. 2 ил.

Опреснительное устройство, содержащее корпус, электроды и две ионопроницаемые с электроизоляционным покрытием перегородки, подсоединенные к разноименным полюсам источника постоянного тока, отличающееся тем, что электроды выполнены в виде металлических с электроизоляционным покрытием цилиндрического корпуса и стержня, подсоединенных к разноименным полюсам источника постоянного тока, в ионопроницаемые перегородки выполнены в виде металлических перфорированных труб, причем корпус, перфорированные трубы и стержень расположены концентрически, корпус и наружная перфорированная труба подсоединены к полюсу одной полярности, стержень и внутренняя перфорированная труба подсоединены к полюсу противоположной полярности, при этом напряжение на корпусе и стержне больше напряжения на перфорированных трубах.