ЭЛЕКТРОБАРОМЕМБРАННЫЙ АППАРАТ ПЛОСКОКАМЕРНОГО ТИПА Российский патент 2010 года по МПК B01D61/42 B01D61/46 

Описание патента на изобретение RU2403957C1

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 патенте RU 2324529 C2, 2006.01.10. Известный аппарат состоит из двух фланцев, каналов ввода и вывода разделяемого раствора и отвода прикатодного и прианодного пермеата, устройства для подвода постоянного тока к параллельно соединенным камерам аппарата, электродов, мембран. Недостатком являются низкая площадь размещения прикатодных или прианодных мембран в единице объема аппарата, невозможность разделения на прикатодный пермеат и прианодный ретентат.

Техническая задача - увеличение площади прикатодных или прианодных мембран в единице объема аппарата, повышение качества и эффективности разделения растворов путем раздельного отвода прикатодного пермеата и прианодного ретентата, снижение влияния эффекта концентрационной поляризации в электробаромембранном аппарате в зависимости от схемы подключения "плюс" или "минус" за счет изготовления чередующихся диэлектрических камер корпуса с соединением типа выступ-впадина, с обеих сторон каждой из которых имеются отверстия для подвода электрических проводов, которые последовательно соединены через дренажную сетку с монополярным пористым электродом-пластиной "плюс" или 'минус и находящимися под пористой подложкой из ватмана и обратноосмотической мембраной, а по всем межмембранным каналам проходит последовательно соединенная через переточные эллиптические окна электропроводящая сетка турбулизатор, на все вершины которой нанесен диэлектрический элемент в точках касания с поверхностью мембран, являющаяся монополярным электродом "минус" или "плюс".

На фиг.1 изображен электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа, продольный разрез и вид сверху; фиг.2 - вид А сбоку; фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1; фиг.4 - продольный разрез камеры разделения с "выступом" и сечение камеры В-В; фиг.5 - продольный разрез элементов камеры разделения с "впадиной" и сечение камеры Г-Г; фиг.6 - вид I увеличенный, схема разделения в межмембранном канале на фиг.1; фиг.7 - вид II повернутый, пространственная модель межмембранного канала на фиг.6.

Электробаромембранный аппарат состоит из двух фланцев 3 со штуцерами 11 и 12 ввода и вывода разделяемого раствора и штуцерами 7 для отвода прикатодного или прианодного пермеата в зависимости от схемы подключения "минус" или "плюс", чередующихся диэлектрических камер корпуса с соединением типа выступ-впадина 2 и 1, с обеих сторон каждой из которых имеются отверстия 24 для подвода электрических проводов 26, которые последовательно соединены через дренажную сетку 17 с монополярным пористым электродом-пластиной 14 и находящимися под пористой подложкой из ватмана 16 и обратноосмотической мембраной 15 прикатодной или прианодной, по всем межмембранным каналам проходит последовательно соединенная через переточные эллиптические окна 19 электропроводящая сетка турбулизатор 13, на все вершины которой нанесен диэлектрический элемент 25 в точках касания с поверхностью мембран, являющаяся монополярным электродом "плюс" или "минус", отверстий 18 для болтов 8 с шайбами 9 и гайками 10, устройства 6 для подвода постоянного электрического тока к чередующимся диэлектрическим камерам корпуса с соединением типа выступ-впадина 2 и 1, металлических пластин 4, прокладок 5, герметизирующих заливок 20, полимерных компаундов 22 и 21, каналов 23 для отвода прикатодного или прианодного пермеата в зависимости от схемы подключения "минус" или "плюс".

Диэлектрические камеры корпуса 1 и 2 могут быть изготовлены из капролона, фторопласта, текстолита ПТК, стеклотекстолита СТЭФ.

Монополярный электрод сетка турбулизатор 13 может быть изготовлен из графитовой ткани, полимерного композита с наполнителем до 60% металлических порошков или технического углерода, материала Х18Н10Т, а монополярный пористый электрод-пластина 14 может быть выполнен из 20-45%-ного пористого проката типа Х18Н15-ПМ, Х18Н15-МП, Н-МП, ЛНПИТ, ЛПН-ПМ.

Диэлектрический элемент 25 в точках касания с поверхностью мембран может быть выполнен их резины, латекса, пластмассы с нанесением на его поверхность Лака ГФ-95 электроизоляционного пропиточного.

Полимерный компаунд 21 и 22 и герметизирующая заливка 20 состоят из диэлектрических герметизирующих эпоксидных смол или клея холодная сварка.

Дренажная сетка 17 может быть выполнена из материала Х18Н10Т, 20Х23Н18, 10Х17Н13М2Т, 08Х18Т1.

Аппарат работает следующим образом.

Исходный раствор под давлением, превышающим осмотическое давление растворенных в нем веществ, через штуцер 11, фиг.1, 2, подается в первую камеру разделения, образованную фланцем 3, прокладкой 5, прикатодной или прианодной обратноосмотической мембраной 15.

В этот же момент времени к чередующимся диэлектрическим камерам корпуса с соединением типа выступ-впадина 2 и 1, фиг.4, 5, включением устройства 6, фиг.1, к аппарату подводится внешнее постоянное электрическое поле с заданной плотностью тока.

Раствор, двигаясь, турбулизируется с помощью электропроводящей сетки турбулизатора 13, на все вершины которой нанесен диэлектрический элемент 25 в точках касания с поверхностью мембран фиг.7, и поступает к обратноосмотическим мембранам 15 прикатодным или прианодным в зависимости от схемы подключения "минус" или "плюс".

Из образовавшейся между фланцем 3, прокладкой 5, прикатодной или прианодной обратноосмотической мембраны 15 камеры разделения, фиг.1, катионы или анионы фиг.6, проникающие через прикатодную или прианодную обратноосмотическую мембрану 15, пористую подложку из ватмана 16, монополярный пористый электрод-пластину 14 и дренажную сетку 17, расположенные последовательно на диэлектрической камере корпуса 1, отводятся с прикатодным или прианодным пермеатом в зависимости от схемы подключения "минус" или "плюс" по каналам 23, фиг.4, 5, в виде оснований или кислот. А оставшиеся анионы или катионы фиг.1, движущиеся в камере разделения в ядре потока электропроводящей сетки турбулизатора 13, на все вершины которой нанесен диэлектрический элемент 25 в точках касания с поверхностью мембран, переходят через переточное эллиптическое окно 19 фиг.6 в следующую камеру разделения, образованную соединенными выступ-впадиной между собой диэлектрическими камерами корпуса 1 и 2 с последовательно уложенными на них дренажными сетками 17, монополярными пористыми электродами-пластинами 14, пористыми подложками из ватмана 16, обратноосмотическими прианодными или прикатодными мембранами 15 в виде кислот или оснований в зависимости от схемы подключения "плюс" или "минус".

Раствор переходит из камеры в камеру по переточным эллиптическим окнам 19 всего аппарата фиг.1, где происходит аналогичное разделение, катионы или анионы отводятся с пермеатом через прикатодную или прианодную обратноосмотические мембраны 15 по штуцерам 7 для отвода прикатодного или прианодного пермеата в зависимости от схемы подключения "минус" или "плюс", в виде оснований или кислот, а анионы или катионы фиг.1 отводятся с прианодным или прикатодным ретентатом последовательно в ядре потока электропроводящей сетки турбулизатора 13, на все вершины которой нанесен диэлектрический элемент 25 в точках касания с поверхностью мембран через штуцер 12 вывода разделяемого раствора в виде кислот или оснований.

Исходный раствор, протекая по всем камерам разделения, последовательно очищается от анионов или катионов.

Увеличение площади прикатодных или прианодных мембран в единице объема аппарата достигается за счет расположения с обеих сторон каждых диэлектрических камер корпуса только прикатодных обратноосмотических мембран или, наоборот, в зависимости от схемы подключения "минус" или "плюс".

Монополярный пористый электрод-пластина с дренажной сеткой и диэлектрической камерой корпуса образуют канал для отвода прикатодного или прианодного пермеата через каналы на диэлектрических камерах корпуса по штуцерам для отвода прикатодного или прианодного пермеата в зависимости от схемы подключения "минус" или "плюс", фиг.5.

Расположение сетки турбулизатора, на все вершины которой нанесен диэлектрический элемент в точках касания с поверхностью мембран, последовательно проходящей через переточные эллиптические окна диэлектрических камер корпуса и находящейся в межмембранном канале камеры разделения фиг.1, позволяет получать постоянное разрушение диффузионных слоев у поверхности обратноосмотических прикатодных или прианодных мембран со снижением концентрационной поляризации, получением на выходе из аппарата прианодного или прикатодного ретентата в зависимости от схемы подключения "плюс" или "минус".

Также функцией электропроводящей сетки турбулизатора, на все вершины которой нанесен диэлектрический элемент в точках касания с поверхностью мембран при электробаромембранном процессе, является предотвращение протекания тока через контакт и прогорания обратноосмотических мембран вследствие выделения большого количества Джоулева тепла.

На разработанной конструкции электробаромембранного аппарата плоскокамерного типа без наложения электрического поля можно проводить баромембранные процессы, например ультрафильтрацию, обратный осмос, микрофильтрацию.

Похожие патенты RU2403957C1

название год авторы номер документа
ЭЛЕКТРОБАРОМЕМБРАННЫЙ АППАРАТ ПЛОСКОКАМЕРНОГО ТИПА 2010
  • Ковалев Сергей Владимирович
  • Лазарев Сергей Иванович
  • Кормильцин Геннадий Сергеевич
  • Лазарев Константин Сергеевич
  • Ковалева Татьяна Давыдовна
  • Ворожейкин Юрий Александрович
  • Эрлих Артур Владимирович
RU2447930C1
ЭЛЕКТРОБАРОМЕМБРАННЫЙ АППАРАТ ПЛОСКОКАМЕРНОГО ТИПА 2013
  • Ковалев Сергей Владимирович
  • Лазарев Сергей Иванович
  • Казаков Вадим Геннадьевич
RU2528263C1
ЭЛЕКТРОБАРОМЕМБРАННЫЙ АППАРАТ ПЛОСКОКАМЕРНОГО ТИПА 2016
  • Ковалева Ольга Александровна
  • Лазарев Сергей Иванович
  • Ковалев Сергей Владимирович
  • Кочетов Виктор Иванович
  • Лазарев Дмитрий Сергеевич
RU2622659C1
Электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа 2020
  • Лазарев Сергей Иванович
  • Ковалев Сергей Владимирович
  • Коновалов Дмитрий Николаевич
  • Ковалева Ольга Александровна
  • Левин Александр Александрович
RU2744408C1
Электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа 2018
  • Лазарев Сергей Иванович
  • Ковалев Сергей Владимирович
  • Коновалов Дмитрий Николаевич
RU2689617C1
Электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа 2019
  • Лазарев Сергей Иванович
  • Ковалев Сергей Владимирович
  • Коновалов Дмитрий Николаевич
  • Луа Пепе
  • Котенев Сергей Игоревич
RU2718402C1
Электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа 2023
  • Лазарев Сергей Иванович
  • Коновалов Дмитрий Николаевич
  • Крылов Алексей Викторович
  • Коновалов Дмитрий Дмитриевич
  • Котенев Сергей Игоревич
RU2791794C1
Электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа 2023
  • Лазарев Сергей Иванович
  • Коновалов Дмитрий Николаевич
  • Крылов Алексей Викторович
  • Лазарев Дмитрий Сергеевич
  • Коновалов Дмитрий Дмитриевич
RU2806446C1
Электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа 2021
  • Ковалев Сергей Владимирович
  • Коновалов Дмитрий Николаевич
  • Ковалева Ольга Александровна
  • Кобелев Дмитрий Игоревич
RU2771722C1
Электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа 2023
  • Ковалев Сергей Владимирович
  • Ковалева Ольга Александровна
  • Седоплатов Иван Сергеевич
RU2820720C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 403 957 C1

Реферат патента 2010 года ЭЛЕКТРОБАРОМЕМБРАННЫЙ АППАРАТ ПЛОСКОКАМЕРНОГО ТИПА

Изобретение относится к аппаратам для разделения, концентрирования и очистки растворов методами электромикрофильтрации, электроультрафильтрации, электроосмофильтрации и может быть использовано в химической, текстильной, пищевой и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: аппарат включает фланцы, каналы ввода и вывода разделяемого раствора и отвода пермеата, устройство для подвода постоянного электрического тока, чередующиеся диэлектрические камеры корпуса, соединенные типа выступ-впадиной, с обеих сторон каждой из которых имеются отверстия для подвода электрических проводов, обратноосмотические мембраны. Монополярный пористый электрод-пластина с дренажной сеткой и диэлектрической камерой корпуса образуют канал для отвода прикатодного или прианодного пермеата через каналы на диэлектрических камерах корпуса. Причем по всем межмембранным каналам проходит последовательно соединенная через переточные эллиптические окна электропроводящая сетка-турбулизатор, на все вершины которой нанесен диэлектрический элемент в точках касания с поверхностью мембран. Монополярный пористый электрод-пластина и электропроводящая сетка-турбулизатор являются анодом или катодом, соответственно, в зависимости от схемы подключения «плюс» или «минус». Технический результат: увеличение площади прикатодных или прианодных мембран в единице объема аппарата, повышение качества и эффективности разделения растворов путем раздельного отвода прикатодного пермеата и прианодного ретентата, снижение влияния эффекта концентрационной поляризации в электробаромембранном аппарате. 7 ил.

Формула изобретения RU 2 403 957 C1

Электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа, включающий фланцы, каналы ввода и вывода разделяемого раствора и отвода пермеата, устройство для подвода постоянного электрического тока, последовательно расположенные камеры разделения, электроды, мембраны, отличающийся тем, что чередующиеся диэлектрические камеры корпуса соединены типа выступ-впадиной, с обеих сторон каждой из которых имеются отверстия для подвода электрических проводов, которые последовательно соединены через дренажные сетки с монополярными пористыми электродами-пластинами, являющимися анодами или катодами в зависимости от схемы подключения «плюс» или «минус», которые находятся под пористыми подложками из ватманов и обратноосмотическими мембранами прикатодными или прианодными, при этом монополярный пористый электрод-пластина с дренажной сеткой и диэлектрической камерой корпуса образуют канал для отвода прикатодного или прианодного пермеата через каналы на диэлектрических камерах корпуса, а по всем межмембранным каналам проходит последовательно соединенная через переточные эллиптические окна электропроводящая сетка-турбулизатор, на все вершины которой нанесен диэлектрический элемент в точках касания с поверхностью мембран, являющаяся анодом или катодом в зависимости от схемы подключения «плюс» или «минус» и обеспечивающая возможность получения на выходе из аппарата прианодного или прикатодного ретентата.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2010 года RU2403957C1

ЭЛЕКТРОБАРОМЕМБРАННЫЙ АППАРАТ ПЛОСКОКАМЕРНОГО ТИПА 2006
  • Лазарев Сергей Иванович
  • Вязовов Сергей Александрович
  • Рябинский Михаил Андреевич
RU2324529C2
ЭЛЕКТРОБАРОМЕМБРАННЫЙ АППАРАТ РУЛОННОГО ТИПА 2006
  • Лазарев Сергей Иванович
  • Абоносимов Олег Аркадьевич
  • Рябинский Михаил Андреевич
RU2326721C2
RU 2007101042 A, 20.07.2008
US 4284492 A, 18.08.1981
US 4432858 A, 21.02.1984
Устройство для измерения сварочного тока 1974
  • Таран Владимир Маркович
SU500505A1

RU 2 403 957 C1

Авторы

Ковалев Сергей Владимирович

Лазарев Сергей Иванович

Чепеняк Павел Александрович

Данилов Александр Юрьевич

Лазарев Константин Сергеевич

Даты

2010-11-20Публикация

2009-03-11Подача