СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ НА ВЫСОКОКОНЦЕНТРИРОВАННУЮ И НИЗКОКОНЦЕНТРИРОВАННУЮ ФРАКЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2011 года по МПК C02F1/46 C02F1/48 

Описание патента на изобретение RU2425806C1

Изобретение относится к области обессоливания водных растворов и может быть использовано для обессоливания ионных водных растворов в энергетической, химической, металлургической отраслях промышленности, а также при подготовке питьевой воды.

Известны способы обессоливания воды в электродиализаторе (например, патент РФ № 2230036, C02F 1/469, B01D 61/44, 2003), с периодическим изменением полярности электродов и одновременным с ним переключением потоков камер обессоливания и концентрирования.

К недостатку известного способа можно отнести:

- относительно низкую производительность;

- сложность конструкции;

- невозможность осуществления поточного процесса;

- высокую себестоимость обессоливания за счет капитальных и эксплуатационных расходов при низкой производительности.

Известен способ и устройство для электродиализного обессоливания раствора электролита (патент РФ № 2245848, C02F 1/469, B01D 61/44, 2003), в которых также как и в заявляемом способе и устройстве раствор электролита подают в коллектор и подвергают воздействию электрического тока.

К недостаткам указанных способа и устройства можно отнести невозможность использования в проточном процессе, что связано с необходимостью поддерживать определенные значения электрических параметров за счет рециркуляции раствора, что снижает его производительность.

Наиболее близким к заявляемому способу является известный способ обработки электролита электрическим и магнитным полем, включающий воздействие на электролит взаимно перпендикулярных переменных и синхронно изменяющихся движущихся электрического и магнитного полей, причем мгновенные скорости движения электрического и магнитного полей поддерживают равными по величине и направлению (патент РФ № 2229446, МПК C02F 1/48, C02F 103:34, 2002 г.). В известном способе также как и в заявляемом раствор электролита подают в коллектор и подвергают воздействию электрического тока.

К недостаткам указанного способа можно отнести сложность конструкции устройства, необходимого для реализации способа, а также относительно низкую эффективность, что связано с высокой себестоимостью обессоливания и низкой производительностью в условиях поточного процесса.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании эффективного способа разделения водных растворов на высококонцентрированную и низкоконцентрированную фракции в поточном процессе и устройства для его реализации, имеющего простую конструкцию, с большим сроком эксплуатации.

Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в повышении производительности способа и реализующего его устройства, а также в упрощении и удешевлении конструкции устройства.

Задача, на решение которой направлено изобретение, решается, а технический результат достигается за счет того, что в способе разделения водных растворов на высококонцентрированную и низкоконцентрированную фракции, включающем подачу раствора в разделительный коллектор и воздействие на него электрического поля, раствор подают в разделительный коллектор, состоящий из двух труб, изготовленных из диэлектрического химически стойкого материала, размещенных одна в другой, при этом внутренняя труба имеет перфорированные стенки, а внешняя - сплошные, по всему внутреннему диаметру внутренней трубы в ее начале и по всему внутреннему диаметру внешней трубы в ее конце по ходу раствора установлены электроды из химически стойкого материала, на которые подают напряжение от 400 В до 1000 В с частотой более 1 кГц.

Также задача, на решение которой направлено изобретение, решается, а технический результат достигается за счет того, что в устройстве для разделения водных растворов на высококонцентрированную и низкоконцентрированную фракции, включающем разделительный коллектор и электроды, разделительный коллектор, состоит из двух труб, изготовленных из диэлектрического химически стойкого материала, размещенных одна в другой, при этом внутренняя труба имеет перфорированные стенки, а внешняя - сплошные, электроды из химически стойкого материала установлены в начале внутренней и в конце внешней трубы по ходу раствора, причем электроды установлены по всему внутреннему диаметру внутренней трубы в ее начале и по всему внутреннему диаметру внешней трубы в ее конце. Соотношение внутренних диаметров внешней и внутренней труб выбирают в соответствии с необходимым уровнем обессоливания раствора, т.е. соотношением концентрации солей во внешнем и внутреннем потоках. При этом электроды могут быть выполнены либо в виде спирали, либо в виде сетки. Внутренняя труба дополнительно снабжена заслонками, предназначенными для изменения количества перфорационных отверстий и их диаметра.

Водный раствор является электролитом, в котором при воздействии на него переменного тока с частотой более 1 кГц возникает скин-эффект, в результате которого происходит перераспределение концентрации ионов в растворе, что приводит к увеличению концентрации солей в пограничном слое жидкости и соответственно к уменьшению концентрации в средней части потока. Отверстия в стенке внутренней трубы позволяют локализовать часть раствора с повышенной концентрацией солей в межтрубном пространстве для ее дальнейшей отводки в соответствующую емкость.

Предложенное расположение электродов позволяет обеспечить перераспределение солей по диаметру сепаратора по всей длине сепаратора.

Конструкция электродов обусловлена необходимостью создания условия для прохождения переменного электрического тока высокой частоты со смещением носителей электрических зарядов (ионов) за счет скин-эффекта на периферию потока по всей длине сепаратора.

Регулирующие вентили позволяют:

- Вентиль на входе позволяет изменять общую производительность сепаратора, а значит и скорость потока в нем, что является одним из способов подбора взаимного соответствия производительности, напряжения и частоты переменного тока для качественного перераспределения солей по диаметру сепаратора.

- Вентили на выходе минимизируют возможность вторичного перераспределения солей (ионов) за счет механического перемешивания в пограничном слое между центральным и периферийным (обогащенном) потоками.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема заявленного устройства.

Устройство состоит из внутренней перфорированной трубы 1, внешней сплошной трубы 2, изготовленных из диэлектрического химически стойкого материала, например пластика. В начале и в конце внутренней трубы 1 по ходу раствора, расположены электроды 3, изготовленные из химически стойкого материала, например платинированный титан, платина, графит, выполненные, например, в виде спиралей. Причем в конце внутренней трубы 1 спираль устанавливается по всему внутреннему диаметру внешней трубы 2, а в начале - по всему внутреннему диаметру внутренней трубы 1. На входе потока и на выходе центрального и периферийного по диаметру потока установлены регулирующие вентили 4 и 5 соответственно.

Критерием выбора соотношения диаметров труб (свободных сечений сегмента внешней трубы 2 и полного сечения внутренней трубы 1) является качество сепарации, т.е. гарантированное попадание и отдельный выход внешнего слоя концентрированного раствора, включая часть пограничного слоя, зависящего от соотношения дебита по внешнему сегменту к внутреннему равному соотношению желаемой концентрации солей во внешнем и внутреннем потоках.

Количество и диаметр перфорационных отверстий во внутренней трубе 1 выбирают таким образом, чтобы обеспечить минимальное сопротивление переходу сепарируемой фракции в межтрубное пространство и не допустить механическое перемешивание потоков в пограничной зоне. Длина зоны перфорации должна соответствовать участку перераспределения потоков, то есть расстоянию, на котором этот процесс завершен.

Количество перфорационных отверстий и их диаметр могут регулироваться с помощью заслонок (на чертеже не показаны). Регулирование количества перфорационных отверстий заслонками содействует исключению обратного перемешивания потока вследствие поточного соответствия гидродинамического сопротивления всей системы.

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.

Раствор подают в устройство во внутреннюю трубу 1. Вентилем 4 регулируют расход потока. На электроды 3 подают напряжение в диапазоне от 400-1000 В с частотой λ>1 кГц. Значения напряжения и частоты электрического поля, при которых обеспечивается максимальная степень разделения раствора на высококонцентрированную и низкоконцентрированную части, подбирают экспериментальным путем для каждого раствора. При этом в электролите, которым является раствор, возникает скин-эффект, в результате чего в нем происходит перераспределение концентрации ионов, что приводит к увеличению концентрации солей в пограничном слое жидкости и соответственно к уменьшению концентрации в средней части потока. Часть раствора с повышенной концентрацией солей локализуется в межтрубном пространстве, из которого поступает в соответствующую емкость (на чертеже не показана), часть раствора с пониженной концентрацией солей из внутренней трубы 1 также поступает в соответствующую емкость (на чертеже не показана).

Похожие патенты RU2425806C1

название год авторы номер документа
Электрохимический реактор и установка для электрохимического синтеза смеси оксидантов 2019
  • Смирнов Алексей Владимирович
  • Смирнов Юрий Владимирович
  • Силин Сергей Владимирович
  • Слепак Владимир Анатольевич
RU2729184C1
СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ДИССОЦИИРОВАННЫХ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2000
  • Кобец Ф.М.
  • Кобец И.Ф.
RU2215698C2
СПОСОБ ХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ И ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА ДЕТАЛИ И АВТОМАТИЧЕСКАЯ КАМЕРА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ЭТОГО СПОСОБА 2021
  • Казаков Владимир Викторович
  • Казаков Олег Владимирович
  • Ганиев Рустам Рашитович
  • Хакимов Артур Андреевич
  • Ганиева Дарья Анатольевна
RU2771126C1
СПОСОБ ЭЛЕКТРООЧИСТКИ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ЖИДКОСТЕЙ 2014
  • Мурашев Сергей Владимирович
  • Степанов Валерий Викторович
RU2603372C2
Преобразующий элемент молекулярно-электронного преобразователя диффузионного типа 2019
  • Агафонов Вадим Михайлович
  • Борисов Сергей Александрович
  • Егоров Иван Владимирович
RU2724297C1
УСТАНОВКА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ВОДЫ 2012
  • Абезин Валентин Германович
  • Беспалова Ольга Николаевна
  • Сальников Алексей Львович
  • Сальникова Наталья Алексеевна
RU2480416C1
МНОГОСЕКЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОДИАЛИЗАТОР 1998
  • Первеев А.В.
RU2132721C1
СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТ МИНЕРАЛЬНЫХ, БИОЛОГИЧЕСКИХ, ОРГАНИЧЕСКИХ ОТЛОЖЕНИЙ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2010
  • Андриенко Олег Семёнович
  • Быков Александр Игоревич
  • Быков Игорь Николаевич
  • Кривошеев Алексей Викторович
  • Кривошеев Виктор Владимирович
  • Лешков Виктор Николаевич
  • Руднев Станислав Васильевич
RU2476804C2
СПОСОБ МОДЕРНИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОДЕГИДРАТОРА 2019
  • Швецов Владимир Нисонович
  • Филипов Сергей Евгеньевич
  • Дусталев Владимир Александрович
RU2699103C1
СПОСОБ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ БУРОГО УГЛЯ 2014
  • Чертов Владимир Владимирович
RU2569013C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 425 806 C1

Реферат патента 2011 года СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ НА ВЫСОКОКОНЦЕНТРИРОВАННУЮ И НИЗКОКОНЦЕНТРИРОВАННУЮ ФРАКЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

Изобретение относится к области обессоливания водных растворов и может быть использовано в энергетической, химической, металлургической отраслях промышленности, а также при подготовке питьевой воды. Способ включает подачу раствора в разделительный коллектор и воздействие на него электрического поля, при этом раствор подают в разделительный коллектор, состоящий из двух труб, изготовленных из диэлектрического химически стойкого материала, размещенных одна в другой, при этом внутренняя труба имеет перфорированные стенки, а внешняя - сплошные, в начале внутренней и в конце внешней трубы по ходу раствора установлены электроды из химически стойкого материала, на которые подают напряжение от 400 В до 1000 В с частотой более 1 кГц. Устройство включает разделительный коллектор, состоящий из двух труб, изготовленных из диэлектрического химически стойкого материала, размещенных одна в другой, при этом внутренняя труба имеет перфорированные стенки, а внешняя - сплошные. В начале внутренней и в конце внешней трубы по ходу раствора установлены электроды из химически стойкого материала, причем диаметр электрода, установленного на входе внутренней трубы, равен диаметру внутренней трубы, а диаметр электрода, установленного на выходе внешней трубы, равен диаметру внешней трубы. Технический результат - повышение производительности, упрощение конструкции устройства. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула изобретения RU 2 425 806 C1

1. Способ разделения водных растворов на высококонцентрированную и низкоконцентрированную фракции, включающий подачу раствора в разделительный коллектор и воздействие на него электрическим полем, отличающийся тем, что раствор подают в разделительный коллектор, состоящий из двух труб, изготовленных из диэлектрического химически стойкого материала, размещенных одна в другой, при этом внутренняя труба имеет перфорированные стенки, а внешняя - сплошные, по всему внутреннему диаметру внутренней трубы в ее начале и по всему внутреннему диаметру внешней трубы в ее конце по ходу раствора установлены электроды из химически стойкого материала, на которые подают напряжение 400-1000 В с частотой более 1 кГц.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что расход потока раствора на входе и на выходе регулируют с помощью вентилей.

3. Устройство для разделения водных растворов на высококонцентрированную и низкоконцентрированную фракции, включающее разделительный коллектор и электроды, отличающееся тем, что разделительный коллектор состоит из двух труб, изготовленных из диэлектрического химически стойкого материала, размещенных одна в другой, при этом внутренняя труба имеет перфорированные стенки, а внешняя - сплошные, электроды из химически стойкого материала установлены в начале внутренней и в конце внешней трубы по ходу раствора, причем электроды установлены по всему внутреннему диаметру внутренней трубы в ее начале и по всему внутреннему диаметру внешней трубы в ее конце.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что дополнительно на входе потока и на выходе центрального и периферийного по диаметру потока установлены регулирующие вентили.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что электроды выполнены в виде спирали.

6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что электроды выполнены в виде сетки.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2011 года RU2425806C1

СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЛИТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ И МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2002
  • Булгаков Борис Борисович
  • Булгаков Алексей Борисович
  • Гурвич Георгий Алексеевич
RU2229446C1
RU 99120824 A, 27.09.2001
МОДУЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕМИНЕРАЛИЗАЦИИ ЖИДКОСТЕЙ 1997
  • Тоуе Йен Гленн
  • Тесьер Дэвид Флориан
  • Хуенергард Марк Филип
RU2169608C2
US 5376253 A, 27.12.1994.

RU 2 425 806 C1

Авторы

Чертов Владимир Владимирович

Даты

2011-08-10Публикация

2010-04-02Подача