СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ И ЭЛЕКТРОДИАЛИЗАТОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2010 года по МПК B01D61/42 B01D61/46 

Описание патента на изобретение RU2398618C2

Изобретение относится к технике электродиализа, а именно к способу получения концентрированных растворов и конструкции электродиализатора для его осуществления, и может быть использовано в химической и атомной промышленности, в гидрометаллургии, аналитической химии, при очистке сточных вод с утилизацией содержащихся в них компонентов и других отраслях, где требуется концентрирование электролитов.

Известен электродиализатор, включающий вертикально расположенные чередующиеся катионообменные и анионообменные мембраны, разделенные прокладками, образующими проточные камеры обессоливания и непроточные камеры концентрирования. В камерах концентрирования прокладки выполнены рамочной конструкции, в нижней части которых расположены щелевые пазы [1].

Недостатком такого электродиализатора является сложность конструкции прокладок камер концентрирования и возможность прогибания мембран в полость концентрирования, что снижает надежность работы аппарата.

Известен способ концентрирования растворов электролитов в электродиализаторе, включающем чередующиеся катионообменные и анионообменные мембраны, образующие проточные камеры обессоливания и непроточные камеры концентрирования. Прокладки в камерах обессоливания выполнены безрамочной конструкции, прокладки в камерах концентрирования выполнены рамочной конструкции, а щелевые пазы в прокладках соседних камер концентрирования смещены друг относительно друга. Исходный раствор в камеры концентрирования электродиализатора не подают, а вода в них переносится в составе сольватных оболочек катионов и анионов [2].

Недостатком этого способа является то, что при обработке концентрированных водных и водно-неводных растворов резко увеличивается гидродинамическая проницаемость ионообменных мембран. Это приводит к тому, что за счет разницы давлений возрастает барофильтрационный поток растворителя, направленный из камер обессоливания в камеры концентрирования, что снижает предельно возможное солесодержание концентрата.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка способа концентрирования растворов и конструкции электродиализатора, позволяющих значительно увеличить степень концентрирования растворов.

Технический результат достигается тем, что в способе концентрирования растворов электролитов путем обработки их в электродиализаторе, включающем вертикально расположенные чередующиеся катионообменные, анионообменные мембраны, образующие проточные камеры обессоливания, в которых расположены прокладки безрамочной конструкции, и непроточные камеры концентрирования, в которых расположены прокладки рамочной конструкции, в нижней части которых выполнены щелевые пазы, процесс концентрирования ведут в электродиализаторе, дополнительно снабженном поддоном, герметично соединенным с нижними сторонами мембран с помощью уплотняющей резиновой прокладки и имеющим один или несколько штуцеров ввода воздуха или инертного по отношению к концентрированному раствору газа, расположенных в торцевой стенке поддона, и штуцер вывода раствора, расположенного в днище поддона, а в камерах концентрирования поддерживают давление, равное 30-120% от величины давления в камерах обессоливания.

На чертеже представлено схематическое изображение электродиализатора для концентрирования растворов, включающего вертикально расположенные чередующиеся катионообменные 1, анионообменные 2 мембраны, прокладки безрамочной конструкции 3, прокладки рамочной конструкции 4, образующие проточные камеры обессоливания 5 и непроточные камеры концентрирования 6. Прокладки рамочной конструкции 4 имеют в нижней части щелевые пазы 7. Электродиализатор дополнительно снабжен поддоном 8. Штуцер 9 служит для нагнетания компрессором воздуха или инертного по отношению к концентрированному раствору газа и создания избыточного давления. Наличие двух и более штуцеров 9 обеспечивает более равномерное распределение газа в поддоне 8. Штуцер 10 расположен в днище поддона 8 и служит для обвода образующегося концентрата. Поддон 8 герметично соединен с нижними сторонами катионообменных 1 и анионообменных 2 мембран с помощью уплотняющей резиновой прокладки 11, что не позволяет образующемуся концентрированному раствору покидать камеры концентрирования 6, пока давление в них не компенсирует внешнее давление. Таким образом, регулируя давление в поддоне 8, можно добиться повышения избыточного давления в камерах концентрирования 6. Образующаяся в поддоне 8 газовая «подушка» приводит к разрыву жидкостной связи между раствором в камерах концентрирования 6 и в днище поддона 8. Образующийся концентрат удаляется из камер концентрирования 6 отдельными каплями. Это обеспечивает разрыв токовых линий и повышает надежность и электробезопасность электродиализатора предлагаемой конструкции, при этом значительно увеличивается степень концентрирования растворов.

Пример. Для подтверждения достижения поставленной технической задачи проводили процесс концентрирования раствора хлористого лития в водных и водно-органических растворах, содержащих диметилацетамид и изобутиловый спирт, в электродиализаторе, включающем пятьдесят пять парных камер концентрирования 6 и камер обессоливания 5, образованных чередующимися катионообменными мембранами 1 марки МК-40 и анионообменными мембранами 2 марки МА-41 и прокладками рамочной конструкции 4 и безрамочной конструкции 3.

В таблице приведены результаты исследования, полученные при концентрировании хлорида лития из водно-органических растворов (ДМАА - 27,8%; ИБС - 28,0%; вода - 44,2%, хлористый литий - 0,85%) при различном значении компенсирующего давления. Давление в камерах обессоливания 5 электродиализаторов поддерживалось постоянным и составляло 1,0 атм, напряжение на одной парной камере 6,2 В.

Зависимость состава концентрата от компенсирующего давления в поддоне Ркомп, атм Ркомп0 % LiCl, % Вода, % ДМАА, % ИБС, % η, % Q, кВт-ч/кг 0.0 0 1.6 41.1 29.3 27.7 84.6 4,6 0.1 10 1.9 41.6 28.3 27.1 71,2 4,8 0.3 33 4.3 45.0 26.7 23.8 69.9 5.8 0.7 70 6.9 49.9 24.6 18.4 67.7 6.4 0.9 90 10.6 55,5 21,3 10,1 44.3 8.8 1.0 100 12.1 61.7 19.8 6.3 30.2 12.9 1.2 120 14.2 70.1 17.3 5.1 25.1 17.3 1.5 150 Концентрат не образуется

где Р0, атм - среднее давление в камерах обессоливания;

Ркомп, атм - компенсирующее давление в камерах концентрирования;

Ркомп, % - компенсирующее давление в % от величины давления в камерах обессоливания;

η, % - выход по току;

Q, кВт-ч/кг - затраты электроэнергии в расчете на концентрирование 1 кг хлористого лития.

Из таблицы видно, что при увеличении компенсирующего давления снижается перенос растворителя из камер обессоливания 5 в камеры концентрирования 6 при незначительном снижении электромиграционного переноса ионов соли (хлористого лития), что в целом вызывает увеличение содержания хлористого лития в концентрате. Заметный эффект проявляется при компенсирующем давлении 0,3 атм, что составляет 33% от среднего давления в камерах обессоливания 5. При компенсирующем давлении больше 1 атм барофильтрационный поток растворителя меняет свое направление на противоположное и направлен из камер концентрирования 6 в камеры обессоливания 5. При давлении 1,5 атм барофильтрационный поток становится больше, чем электроосмотический перенос воды в камеры концентрирования 6 и процесс концентрирования прекращается.

В оптимальном диапазоне компенсирующего давления от 33 до 120% удается почти на порядок увеличить содержание хлористого лития в концентрате, в то время как выход по току уменьшается только в 3 раза, а энергозатраты на концентрирование - в 4 раза. Кроме этого, был обнаружен еще один дополнительный положительный эффект, связанный с увеличением содержания органических растворителей ДМАА и ИБС в обессоленном растворителе. Это позволяет снизить затраты энергии и упростить процесс получения чистых растворителей методом ректификации.

Литература

1. А.с. СССР №587960, МКИ B01D 13/02.

2. А.с. СССР №845312, МКИ B01D 13/02.

Похожие патенты RU2398618C2

название год авторы номер документа
Электродиализатор 1980
  • Егоров В.К.
  • Ермолаев Н.Е.
  • Демкин В.И.
  • Курыщенко А.Г.
  • Кулешов Н.Ф.
SU1029458A1
СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ОСНОВНЫХ АМИНОКИСЛОТ ЭЛЕКТРОДИАЛИЗОМ 2009
  • Елисеева Татьяна Викторовна
  • Крисилова Елена Викторовна
  • Орос Галина Юрьевна
  • Селеменев Владимир Федорович
  • Крисилов Алексей Викторович
  • Черников Михаил Алексеевич
  • Жеребятьева Галина Александровна
RU2412748C2
Электродиализатор 1981
  • Кузавский Александр Моисеевич
SU980754A1
СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ ХЛОРИСТОГО ЛИТИЯ, ДИМЕТИЛАЦЕТАМИДА И ИЗОБУТИЛОВОГО СПИРТА ИЛИ ХЛОРИСТОГО ЛИТИЯ И ДИМЕТИЛАЦЕТАМИДА ИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РАСТВОРОВ ПРОИЗВОДСТВА ПАРААРАМИДНЫХ ВОЛОКОН 2014
  • Лакунин Владимир Юрьевич
  • Ведехин Владимир Викторович
  • Склярова Галина Борисовна
  • Ткачева Любовь Викторовна
  • Любегина Евгения Витальевна
  • Заболоцкий Виктор Иванович
  • Шельдешов Николай Викторович
  • Мельников Станислав Сергеевич
RU2601459C2
Электродилизатор для реакцийдВОйНОгО ОбМЕНА 1978
  • Гнусин Николай Петрович
  • Письменский Владимир Федорович
  • Заболоцкий Виктор Иванович
  • Губанов Кондратий Павлович
  • Ельников Василий Семенович
SU818630A1
Электродиализатор с улучшенной производительностью и охлаждением 2020
  • Шестаков Константин Валерьевич
  • Ковалев Сергей Владимирович
  • Лазарев Сергей Иванович
  • Хохлов Павел Анатольевич
  • Игнатов Николай Николаевич
RU2756590C1
ЭЛЕКТРОДИАЛИЗАТОР 1989
  • Цхай А.А.
  • Ергожин Е.Е.
  • Шерстобитов В.С.
SU1608906A1
Способ извлечения азотной кислоты из травильных растворов 1986
  • Гнусин Николай Петрович
  • Смирнова Наталья Михайловна
  • Заболоцкая Лидия Ивановна
  • Савельева Тамара Ивановна
  • Дрейман Нина Афанасьевна
  • Заболоцкий Виктор Иванович
SU1428408A1
СПОСОБ ИЗМЕНЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОДИАЛИЗАТОРА С ЧЕРЕДУЮЩИМИСЯ КАТИОНООБМЕННЫМИ И АНИОНООБМЕННЫМИ МЕМБРАНАМИ 2014
  • Лоза Наталья Владимировна
  • Лоза Сергей Алексеевич
  • Кононенко Наталья Анатольевна
RU2566415C1
Электродиализатор с улучшенной турбулизацией и охлаждением разделяемого раствора 2022
  • Шестаков Константин Валерьевич
  • Лазарев Сергей Иванович
  • Крылов Алексей Викторович
  • Гессен Максим Сергеевич
  • Полянский Константин Константинович
  • Лазарев Дмитрий Сергеевич
RU2812615C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 398 618 C2

Реферат патента 2010 года СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ И ЭЛЕКТРОДИАЛИЗАТОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к способу концентрирования растворов электролитов путем обработки их в электродиализаторе, включающем вертикально расположенные чередующиеся катионообменные, анионообменные мембраны, образующие проточные камеры обессоливания, в которых расположены прокладки безрамочной конструкции, и непроточные камеры концентрирования, в которых расположены прокладки рамочной конструкции, в нижней части которых выполнены щелевые пазы. Электродиализатор дополнительно снабжен поддоном, герметично соединенным с нижними сторонами мембран с помощью уплотняющей резиновой прокладки. При этом поддон имеет один или несколько штуцеров ввода воздуха или инертного по отношению к концентрированному раствору газа, расположенных в торцевой стенке поддона, и штуцер вывода раствора, расположенный в днище поддона. В камерах концентрирования поддерживают давление, равное 30-120% от величины давления в камерах обессоливания. 1 ил., 1 табл.

Формула изобретения RU 2 398 618 C2

Способ концентрирования растворов электролитов путем обработки их в электродиализаторе, включающем вертикально расположенные чередующиеся катионообменные, анионообменные мембраны, образующие проточные камеры обессоливания, в которых расположены прокладки безрамочной конструкции, и непроточные камеры концентрирования, в которых расположены прокладки рамочной конструкции, в нижней части которых выполнены щелевые пазы, отличающийся тем, что процесс концентрирования ведут в электродиализаторе, дополнительно снабженном поддоном, герметично соединенным с нижними сторонами мембран с помощью уплотняющей резиновой прокладки и имеющим один или несколько штуцеров ввода воздуха или инертного по отношению к концентрированному раствору газа, расположенных в торцевой стенке поддона, и штуцер вывода раствора, расположенного в днище поддона, а в камерах концентрирования поддерживают давление равное 30-120% от величины давления в камерах обессоливания.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2010 года RU2398618C2

Электродиализатор 1975
  • Егоров Виктор Карпович
SU587960A1
ЭЛЕКТРОДИАЛИЗАТОР 1990
  • Цхай А.А.
  • Ергожин Е.Е.
  • Прятко Е.Ю.
SU1707813A1
US 7101468 B1, 05.09.2006.

RU 2 398 618 C2

Авторы

Заболоцкий Виктор Иванович

Демин Алексей Вячеславович

Окулич Олег Михайлович

Лакунин Владимир Юрьевич

Слугин Иван Васильевич

Даты

2010-09-10Публикация

2008-09-22Подача