ЭЛЕКТРОДИАЛИЗАТОР Российский патент 2003 года по МПК B01D61/46 

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.

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.

1. Электродиализатор, включающий расположенные между электродами ионообменные мембраны и прокладки, имеющие отверстия, образующие в сборе каналы для подачи исходной воды и вывода диализата и концентрата, отличающийся тем, что отверстия прокладок выполнены с кольцевыми выступами, на которые посредством отверстий насажены мембраны. 2. Электродиализатор по п. 1, отличающийся тем, что кольцевые выступы имеют высоту на 10-30% больше, чем толщина сухих мембран.