Изобретение относится к техническим средствам процесса обессоливания воды электродиализом в электродиализаторах с ионообменными мембранами.
Известен электродиализатор, включающий электроды, между которыми размещены ионообменные мембраны и сепараторные прокладки, в противоположных сторонах которых выполнены отверстия, образующие в сборе каналы для подачи исходного раствора и вывода диализата и концентрата (см. например, Гребенюк В.Д. Электродиализ. Киев, Техника, 1976, с. 100-101).
Недостатком известного электродиализатора является то, что при концентрировании солей в таких аппаратах наблюдается разогрев и прожог прокладок и мембран со стороны электродных блоков вокруг распределительных и сборных коллекторов концентрата. Это приводит к выходу из строя электродиализных аппаратов. Причиной разогрева и прожога мембран и прокладок в указанных местах является то, что при повышении концентрации солей увеличиваются утечки тока через распределительные и сборные коллекторы, а следовательно, и количество тепла, выделяемого при его прохождении. Ускорение отвода избыточного тепла в данном случае возможно в основном только путем увеличения скорости прокачки воды, что не всегда возможно и целесообразно. Кроме того, вследствие утечек тока снижается доля полезного использования тока, протекающего через электродиализный аппарат.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является известный электродиализатор, включающий расположенные между электродами ионообменные мембраны и прокладки, имеющие отверстия, образующие в сборе каналы для подачи исходной воды и вывода диализата и концентрата (см. например, авт. св. СССР 1018678, кл. В 01 D 13/02, 1983 г. ). При этом электродиализатор снабжен закупоривающими пластинами из диэлектрического материала, размещенными в отверстиях одной из мембран.
Известный аппарат позволяет сократить утечки тока, однако технически нереально полностью изолировать коллекторы пластинами, во-первых, из-за набухаемости мембран и их разной толщины с толщиной пластин, а во-вторых, из-за просачивания воды между пластинами и мембранами. Полностью разомкнуть контур паразитной цепи электрод - мембрана - коллектор - электрод не удается. Кроме того, из-за перекрытия каналов возникают конструкторские проблемы с выводом диализата и концентрата. Аппарат становится нетехнологичным.
Предлагаемое изобретение направлено на снижение непроизводительных потерь электроэнергии в электродиализаторе.
Это достигается тем, что предлагаемый электродиализатор так же, как известный, включает электроды, между которыми размещены ионообменные мембраны и прокладки, в противоположных сторонах которых выполнены отверстия, образующие в сборе каналы для подачи исходной воды и вывода диализата и концентрата.
Однако в отличие от известного электродиализатора в предлагаемом отверстия прокладок выполнены с кольцевыми выступами, на которые посредством отверстий насажены мембраны.
Кольцевые выступы могут иметь высоту на 10-30% больше, чем толщина сухих мембран.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематично показана пара прокладка - мембрана. В мембране 1 выполнены отверстия 2 для каналов (на чертежах не показаны) выводы диализата и концентрата. Этими отверстиями 2 мембрана насажена на кольцевые выступы 3, которыми снабжены соответствующие отверстия 4 сепараторных прокладок 5 (лабиринтные каналы на прокладке для наглядности предложения не показаны). Мембраны и прокладки расположены между электродами (на чертеже не показаны).
Кольцевые выступы, формируемые при литье пластмассовых прокладок, прерывают контур паразитного тока электрод - мембрана - коллектор - электрод и в то же время полностью сохраняют классическую схему аппарата, не требуя изощренных конструкторских решений для удаления диализата и концентрата. Кольцевые выступы 3 на прокладках 5 выполняют с высотой на 10-30% больше толщины сухой (ненабухшей) мембраны, поскольку при контакте с водой толщина набухающей мембраны увеличивается. В зависимости от типа мембран толщина их при набухании может увеличиваться на 50-70%. Однако при сборке электродиализного пакета мембраны зажимаются между прокладками, и толщина набухшей мембраны в пакете в среднем лишь на 10-30% больше ее толщины в сухом виде.
Использование электродиализатора согласно изобретению в схемах концентрирования и обессоливания водных растворов не отличается от применения известного электродиализатора противоточного типа. В известном электродиализаторе ток, протекающий через него, в основном расходуется на перенос солей через мембраны, непроизводительный перенос ионов Н+ и ОН-, нагрев раствора и утечки через коллекторы. При подаче напряжения на электроды в предлагаемом электродиализаторе утечки тока через коллекторы значительно ниже, чем в известном, так как коллекторы по току многократно перекрыты кольцевыми выступами диэлектрических прокладок в отверстиях мембран. Разрыв контура паразитной электрической цепи не изменяет кинетику и механизм процесса переноса солей через мембраны. Масса переносимых солей и ионов H+ и ОН- за единицу времени и нагрев воды в камерах при одном и том же напряжении, подаваемом на электроды предлагаемого и известного электродиализаторов, одни и те же. Однако удельный расход электроэнергии на единицу объема обессоленного раствора в предлагаемом электродиализаторе значительно меньше, так как в нем значительно меньше непроизводительные потери тока через коллекторы. Снижение утечек тока через коллекторы позволяет также избежать локального нагрева стенок коллекторов и выхода пакета мембран и прокладок из строя. В то же время конструкция аппарата имеет классическую простую и технологическую конфигурацию.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
ЭЛЕКТРОДИАЛИЗАТОР | 2003 |
|
RU2225746C1 |
ЭЛЕКТРОДИАЛИЗАТОР | 2003 |
|
RU2234359C1 |
Электродиализатор противоточного типа | 1982 |
|
SU1018678A1 |
СПОСОБ ЭЛЕКТРОДИАЛИЗНОГО ОБЕССОЛИВАНИЯ РАСТВОРА ЭЛЕКТРОЛИТА | 2003 |
|
RU2245848C2 |
СПОСОБ ОБЕССОЛИВАНИЯ ВОДЫ В ЭЛЕКТРОДИАЛИЗАТОРЕ | 2003 |
|
RU2230036C1 |
ЭЛЕКТРОДИАЛИЗАТОР С МНОГОСЛОЙНОЙ ЖИДКОЙ МЕМБРАНОЙ | 2012 |
|
RU2522333C2 |
ЭЛЕКТРОДИАЛИЗАТОР ФИЛЬТР-ПРЕССНОГО ТИПА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ | 2003 |
|
RU2227062C1 |
Электрохимическая установка обессоливания высокоминерализованных вод | 2023 |
|
RU2825947C1 |
СПОСОБ ЭЛЕКТРОДИАЛИЗНОГО ОБЕССОЛИВАНИЯ РАСТВОРА ЭЛЕКТРОЛИТА | 2019 |
|
RU2715164C1 |
ЭЛЕКТРОДИАЛИЗАТОР | 1990 |
|
SU1707813A1 |
Изобретение относится к техническим средствам процесса обессоливания воды электродиализом в электродиализаторах с ионообменными мембранами. Электродиализатор включает электроды, между которыми размещены ионообменные мембраны, и прокладки, в которых выполнены отверстия, образующие в сборе каналы для подачи исходной воды и вывода диализата и концентрата. В отверстия мембран вставлены кольцевые выступы, сформованные вокруг соответствующих отверстий прокладок. Кольцевые выступы прокладок на 10-30% выше толщины сухих мембран. Технический эффект - снижение непроизводительных потерь электроэнергии в электродиализаторе. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Электродиализатор противоточного типа | 1982 |
|
SU1018678A1 |
Электродиализатор /его варианты/ | 1980 |
|
SU946587A1 |
Электродиализатор | 1975 |
|
SU587960A1 |
КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНЫХ ПОКРЫТИЙ ДРЕВЕСИНЫ | 2004 |
|
RU2265633C1 |
US 3515664 A, 02.06.1970. |
Авторы
Даты
2003-04-10—Публикация
2001-08-09—Подача