ЭЛЕКТРОБАРОМЕМБРАННЫЙ АППАРАТ ПЛОСКОКАМЕРНОГО ТИПА Российский патент 2008 года по МПК B01D61/14 B01D61/42 

Изобретение относится к области разделения, концентрирования и очистки растворов методами электромикрофильтрации, электроультрафильтрации, электроосмофильтрации и может быть использовано в химической, текстильной, целлюлозно-бумажной, микробиологической, пищевой и других отраслях промышленности.

Аналогом данной конструкции является баромембранный аппарат, приведенный в работе Дытнерского Ю.И. «Обратный осмос и ультрафильтрация». М.: Химия, 1978, стр.111, 197-200. Он представляет собой однокамерный аппарат, состоящий из пористого анода и катода, прианодной и прикатодной мембран. Недостатками являются малая площадь разделения при высоких энергозатратах на процесс разделения. Эти недостатки частично устранены в прототипе.

Прототипом данной конструкции является аппарат плоскокамерного типа, конструкция которого приведена в авторском свидетельстве SU 1664353 А1, 03.02.1989. Известный аппарат состоит из каналов ввода и вывода разделяемого раствора и отвода пермеата, устройства для подвода постоянного тока, последовательно расположенных камер разделения, электродов, мембран, причем в межмембранном пространстве расположен ионообменный материал, выполняющий функцию сепаратора. Недостатком являются малая площадь размещения мембран в единице объема аппарата, низкая эффективность разделения и высокие энергозатраты на процесс разделения.

Техническая задача - увеличение площади мембран, повышение эффективности разделения и снижение энергозатрат в электробаромембранном аппарате за счет замены средней части последовательно расположенных биполярных электродов диэлектрической перегородкой и графитовой тканью, служащей монополярным электродом и дренажом для отвода пермеата, а в межмембранном канале расположены ионообменные спейсеры, состоящие из ионообменной сетки и гранул.

На фиг.1 изображен электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа, продольный разрез; фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; фиг.3 - схема ионопроводящего спейсера с мембранами; фиг.4 - пористый биполярный электрод, продольный разрез; фиг.5 - сечение Б-Б на фиг.4.

Электробаромембранный аппарат состоит из двух фланцев 1 с каналами 2 и 3 ввода и вывода разделяемого раствора и каналами 4 и 5 для отвода прикатодного и прианодного пермеата, отверстий 6 для шпилек, устройства 7 для подвода постоянного электрического тока к параллельно соединенным камерам аппарата, прикатодных и прианодных мембран 8 и 9, ионопроводящих спейсеров 11, переточных отверстий 12, шпилек 13, прокладок 14, пористого биполярного электрода 15, графитовой ткани 10 и диэлектрической перегородки 16.

Ионопроводящий спейсер 11 состоит из катионообменных сеток 17 и помещенных в один ряд в межузлия гранул анионообменников 18.

Пористый биполярный электрод 15 состоит из двух пористых электродов - анода 19 и катода 20, которые могут быть выполнены из пористой нержавеющей стали, титана или никеля, графитовой ткани 10, которая расположена в средней части биполярного электрода и служит токопроводящим материалом, а также дренажом для отвода пермеата, каналов для отвода прикатодного 4 и прианодного 5 пермеата, диэлектрической перегородки 16, переточного отверстия 12, служащего для перехода разделяемого раствора из камеры в камеру, отверстий под шпильки 6, устройства для подвода постоянного электрического тока 7.

Аппарат работает следующим образом.

Исходный раствор под давлением, превышающем осмотическое давление растворенных в нем веществ, по каналу 2, фиг.1, 2, подается в первую камеру разделения. В этот же момент времени к аппарату подводится внешнее постоянное электрическое поле с заданной плотностью тока. Затем раствор, через ионопроводящий спейсер 11, фиг.3, поступает к мембранам. В камере разделения анионы, проникающие через прианодную мембрану 8, расположенную вместе с анодом на фланце 1, отводятся с пермеатом по каналам 4 в виде кислот, а катионы, проникающие через прикатодную мембрану 9, находящуюся на катоде 20 пористого биполярного электрода 15, фиг.4, 5, отводятся с пермеатом по каналам 5 в виде оснований. Далее разделяемый раствор переходит из камеры в камеру по переточным отверстиям 12, где происходит аналогичное разделение, анионы и катионы с пермеатом отводятся через прианодную и прикатодную мембраны 8, 9 в виде кислот и оснований. Исходный раствор, протекая по всем камерам, очищается от анионов и катионов. После разделения исходный раствор отводится по каналу 3.

Графитовая ткань является токопроводящим материалом между электродами и дренажом для отвода пермеата, фиг.4, 5.

Заполнение камеры разделения ионопроводящими наполнителями позволяет совместить периодическую деполяризацию (разрушение диффузионных слоев) с увеличением поверхности массообмена, по сравнению с инертными турболизаторами, экранирующими часть рабочей поверхности мембраны, и позволяет уменьшить электрическое сопротивление электромембранной системы. Таким образом, наличие ионопроводящих спейсеров, фиг.2, 3 приводит к увеличению локальной скорости потока раствора в местах сужения канала и образованию зоны повышенного массопереноса. Также функцией спейсеров, заполняющих межмембранное пространство при электробаромембранном процессе, является предотвращение слипания мембран, которое приводит к протеканию тока через контакт и прогоранию мембран вследствие выделения большого количества Джоулева тепла. Кроме того, спейсеры, разделяющие мембраны, интенсифицируют массоперенос за счет турбулизации потока, а следовательно, и снижения концентрационной поляризации.

Изобретение относится к аппаратам для разделения, концентрирования и очистки растворов методами электромикрофильтрации, электроультрафильтрации, электроосмофильтрации. Изобретение может быть использовано в химической, текстильной, пищевой и других отраслях промышленности. Аппарат включает каналы ввода и вывода разделяемого раствора и отвода пермеата, устройство для подвода постоянного тока, последовательно расположенные камеры разделения, электроды и мембраны. Электроды выполнены биполярными, каждый из которых включает соединенные с устройством для подвода постоянного тока пористые катод и анод, графитовую ткань и диэлектрическую перегородку между ними. Каждый электрод снабжен прианодной и прикатодной мембранами, а в межмембранном канале установлены спейсеры, выполненные в виде ионопроводящей сетки, в межузлия которой помещены гранулы ионообменного материала. Графитовая ткань служит монополярным электродом и дренажом для отвода пермеата. Технический результат - увеличение площади мембран и снижение энергозатрат. 5 ил.

Электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа, включающий каналы ввода и вывода разделяемого раствора и отвода пермеата, устройство для подвода постоянного тока, последовательно расположенные камеры разделения, электроды, мембраны, разделенные ионообменным материалом, отличающийся тем, что электроды выполнены биполярными, каждый из которых включает соединенные с устройством для подвода постоянного тока пористые анод и катод, графитовую ткань и диэлектрическую перегородку между ними, а также каналы для отвода прианодного и прикатодного пермеата и переточные отверстия для протекания разделяемого раствора из камеры в камеру, при этом каждый электрод снабжен прианодной и прикатодной мембранами, а в межмембранном канале установлены спейсеры, выполненные в виде ионопроводящей сетки, в межузлия которой помещены гранулы ионообменного материала.