ЭЛЕКТРОБАРОМЕМБРАННЫЙ АППАРАТ РУЛОННОГО ТИПА Российский патент 2015 года по МПК B01D61/42 B01D63/10 

Изобретение относится к конструкциям мембранных аппаратов рулонного типа и может быть использовано для осуществления процессов мембранной технологии: электроультрафильтрации, электронанофильтрации, электромикрофильтрации и электроосмофильтрации.

Аналогом данной конструкции является баромембранный аппарат рулонного типа, конструкция которого приведена в работе Дытнерского Ю.И. «Баромембранные процессы. Теория и расчет». - М.: Химия. 1986 г., с 47. Аппарат рулонного типа, предназначенный для разделения растворов под действием градиента давления, состоит из корпуса, перфорированной раствороотводящей трубки с обернутыми вокруг нее несколькими многослойными листами мембран. Недостатком аппарата является низкая эффективность разделения растворов, в особенности при разделении многокомпонентных смесей электролитов, при отделении электролитов от неэлектролитов. Этот недостаток частично устранен в прототипе.

Прототипом данной конструкции является электробаромембранный аппарат рулонного типа, конструкция которого приведена в патенте №RU 2487746 С1, 20.07.2013, МПК B01D 61/42. Прототип состоит из корпуса аппарата, выполненного из диэлектрического материала, перфорированной трубки, служащей для подвода исходного раствора и разделенной на две секции одинакового объема по всей длине вертикальной перегородкой, коллекторов отвода ретентата, полимерных перфорированных перегородок с перфорацией в три ряда отверстиями в шахматном порядке по всей длине, на которые последовательно уложены дренажные сетки - катод и анод, подложки мембран, прикатодные и прианодные мембраны, приклеенные к внутренней части полуцилиндров корпуса аппарата, коллекторов отвода прикатодного и прианодного пермеата, образованных пространством между полуцилиндрами корпуса аппарата, корпусом аппарата и полимерными перфорированными перегородками, расположенных под углами (π/4) и (3π/4) и (-π/4) и (-3π/4) соответственно от горизонтальной оси в месте крепления к корпусу аппарата, с одной стороны торцевой поверхности полуцилиндров корпуса аппарата имеются отверстия с резьбой, в которую вкручены штуцера для отвода прикатодного и прианодного пермеата, а с другой стороны торцевой поверхности полуцилиндра корпуса аппарата имеется отверстие с резьбой, в которую вкручен штуцер для отвода ретентата, дренажные сетки - катод и анод являются монополярными электродами из графитовой ткани - катодом и анодом или анодом и катодом, в зависимости от схемы подключения «плюс» или «минус», и соединены через отверстие полимерной перфорированной перегородки электрическим проводом, который соединен с устройством для подвода электрического тока через отверстия в полуцилиндрах корпуса аппарата, в которых расположены герметизирующие заливки. Недостатком аппарата является малая площадь разделения растворов в единице объема аппарата, малая охлаждающая способность пермеата и монополярных электродов катода и анода в результате подвода внешнего постоянного электрического поля, низкая эффективность разделения растворов, в особенности при выделении ценных веществ из многокомпонентных растворов природных и сточных вод.

Технический результат выражается увеличением площади и повышением качества разделения растворов при повышении охлаждения пермеата и монополярных электродов - анода и катода, за счет изменения конструкции аппарата: перфорированная трубка, служащая для подвода исходного раствора разделена на две секции одинакового объема по всей длине вертикальной перегородкой, коллекторы отвода ретентата образованы пространством между полимерными перфорированными перегородками с перфорацией в три ряда отверстиями в шахматном порядке по всей длине, на которые последовательно уложены с одной стороны дренажные сетки - катод и анод, подложки мембран, прикатодные и прианодные мембраны, приклеенные к внутренней части полуцилиндра корпуса аппарата, расположенными под углом π/4, 3π/4 и (-π/4), (-3π/4) от горизонтальной оси в месте крепления прикатодных и прианодных мембран и подложек мембран с другой стороны дренажных сеток - катод и анод к корпусу аппарата, коллекторы отвода прикатодного пермеата образованы пространством между полуцилиндрами корпуса аппарата, корпусом аппарата и полимерной перфорированной перегородкой с перфорацией в три ряда отверстиями в шахматном порядке по всей длине, расположенные под углами π/4 и (-3π/4) от горизонтальной оси в месте крепления прикатодных мембран и подложек мембран к корпусу аппарата, коллекторы отвода прианодного пермеата образованы пространством между полуцилиндрами корпуса аппарата, корпусом аппарата и полимерной перфорированной перегородкой с перфорацией в три ряда отверстиями в шахматном порядке по всей длине, расположенные под углами 3π/4 и (-π/4) от горизонтальной оси в месте крепления прианодных мембран и подложек мембран к корпусу аппарата, с одной стороны торцевой поверхности полуцилиндра корпуса аппарата на торцевой крышке имеются отверстия с резьбой, в которую вкручены штуцера для отвода прикатодного и прианодного пермеата, а с другой стороны торцевой поверхности полуцилиндра корпуса аппарата на торцевой крышке имеется отверстие с резьбой, в которую вкручен штуцер для отвода ретентата, торцевые крышки являются целыми для корпуса аппарата и полуцилиндров корпуса аппарата и уплотняют посадочные поверхности через торцевые прокладки, при помощи болтов и шайб, а пространство, образованное между корпусом аппарата, прикатодными и прианодными мембранами и перфорированной трубкой, служащей для подвода исходного раствора и разделенной на две секции одинакового объема по всей длине вертикальной перегородкой, создает коллектор для протекания исходного раствора, в котором расположены сетки-турбулизаторы, в которые вплетены металлические трубки, переплетенные каждая между собой по всей длине и ширине, а дуга плетения сетки-турбулизатора, соединяющая межузлия переплетения, перекинута через одну пару металлических трубок так, что сами металлические трубки не касаются поверхностей прикатодных, прианодных мембран, при этом на торцевых поверхностях корпуса аппарата с одной и другой стороны расположены торцевые крышки, в которых имеются отверстия с резьбой, в которую вкручены штуцера для вывода и ввода ретентата и исходного раствора соответственно и штуцера ввода и вывода охлаждающей воды соответственно, которые расположены под углами π/2 и (-π/2) и (-π/2) и π/2 от горизонтальной оси и находятся на расстоянии 0,12 м и 0,06 м соответственно от края корпуса аппарата, а межмембранный канал, в котором расположена сетка-турбулизатор, образован последовательно уложенными с двух сторон от сетки-турбулизатора, прикатодной, прианодной мембран, подложек мембран, дренажных сеток - катода и анода и подложек мембран, прикатодной, прианодной мембран, которые все вместе проклеены с торцевых поверхностей и с сетками-турбулизаторами, в которые вплетены металлические трубки, обернуты вокруг перфорированной трубки, служащей для подвода исходного раствора и разделенной на две секции одинакового объема по всей длине вертикальной перегородкой, при этом дренажные сетки - катод и анод расположены между подложками мембран и уложенными на них прикатодными и прианодными мембранами, приклеенными в месте перфорации к перфорированной трубке, служащей для подвода исходного раствора и разделенной на две секции одинакового объема по всей длине вертикальной перегородкой, дренажные каналы прикатодного и прианодного пермеата соответственно образованы пространством между подложками мембран, в которых находится дренажная сетка - катод и анод, являющаяся монополярными электродами из графитовой ткани - катодом и анодом или анодом и катодом, в зависимости от схемы подключения «плюс» или «минус», и соединены через отверстие полимерной перфорированной перегородки с перфорацией в три ряда отверстиями в шахматном порядке по всей длине, электрическим проводом, проходящим через коллекторы отвода прикатодного и прианодного пермеата, который соединен с устройством для подвода электрического тока через отверстия в полуцилиндрах корпуса аппарата, в которых расположена герметизирующая заливка, противоположные концы металлических трубок закреплены жестко кольцевыми уплотнителями в фиксаторах цилиндрической формы по спирали при расстоянии между соседними металлическими трубками в 0,01 м, в фиксаторах цилиндрической формы имеется отверстие, совпадающее с посадочной поверхностью перфорированной трубки, служащей для подвода исходного раствора, разделенной на две секции одинакового объема по всей длине вертикальной перегородкой, а в местах выступов уплотнительной поверхности фиксаторов цилиндрической формы расположены прокладки в местах стыковки с корпусом аппарата, торцевыми крышками и перфорированной трубкой, служащей для подвода исходного раствора разделенной на две секции одинакового объема по всей длине вертикальной перегородкой, причем место расположения фиксаторов цилиндрической формы на данной перфорированной трубке служащей для подвода исходного раствора, разделенной на две секции одинакового объема по всей длине вертикальной перегородкой, с одной стороны по длине ее составляет 0,15 м, а с другой стороны - 0,05 м, а между фиксаторами цилиндрической формы и торцевыми крышками соответственно имеются канал-распределитель и канал-собиратель охлаждающей воды, на фиксаторах цилиндрической формы имеется резьба, в которую вкручены также штуцера вывода и ввода ретентата и исходного раствора соответственно.

На фиг.1 показан в разрезе электробаромембранный аппарат рулонного типа; фиг.2 - вид слева; фиг.3 - вид справа; фиг.4 - сечение А-А на фиг.1; фиг.5 - вид Б, увеличенный на фиг.4, схема разделения.

Электробаромембранный аппарат рулонного типа состоит из перфорированной трубки 2, служащей для подвода исходного раствора, разделенной на две секции одинакового объема по всей длине вертикальной перегородкой 21, коллекторы отвода ретентата 10 образованы пространством между полимерными перфорированными перегородками 15 с перфорацией в три ряда отверстиями 19 в шахматном порядке по всей длине, на которые последовательно уложены с одной стороны дренажные сетки - катод 7 и анод 5, подложки мембран 4, прикатодные и прианодные мембраны 26 и 6, приклеенные к внутренней части полуцилиндра корпуса аппарата 20, расположенными под углом π/4, 3π/4 и (-π/4), (-3π/4) от горизонтальной оси в месте крепления прикатодных и прианодных мембран 26 и 6 и подложек мембран 4 с другой стороны дренажных сеток - катод 7 и анод 5 к корпусу аппарата 1, коллектора отвода прикатодного пермеата 24, образованного пространством между полуцилиндром корпуса аппарата 20, корпусом аппарата 1 и полимерной перфорированной перегородкой 15 с перфорацией в три ряда отверстиями 19 в шахматном порядке по всей длине, расположенной под углом π/4 и (-3π/4) от горизонтальной оси в месте крепления прикатодных мембран 26 и подложек мембран 4 к корпусу аппарата 1, коллектора отвода прианодного пермеата 25, образованного пространством между полуцилиндром корпуса аппарата 20, корпусом аппарата 1 и полимерной перфорированной перегородкой 15 с перфорацией в три ряда отверстиями 19 в шахматном порядке по всей длине, расположенной под углом 3π/4 и (-π/4) от горизонтальной оси в месте крепления прианодных мембран 6 и подложек мембран 4 к корпусу аппарата 1, с одной стороны торцевой поверхности полуцилиндра корпуса аппарата 20 на торцевой крышке 29 имеются отверстия с резьбой, в которую вкручены штуцера для отвода прикатодного и прианодного пермеата 18 и 17, а с другой стороны торцевой поверхности полуцилиндра корпуса аппарата 20 на торцевой крышке 35 имеется отверстие с резьбой 27, в которую вкручен штуцер для отвода ретентата 13, торцевые крышки 29 и 35 являются целыми для корпуса аппарата 1 и полуцилиндров корпуса аппарата 20 и уплотняют посадочные поверхности через торцевые прокладки 32 и 33, при помощи болтов 30 и шайб 31, а пространство, образованное между корпусом аппарата 1, прикатодными и прианодными мембранами 26 и 6 и перфорированной трубкой 2, служащей для подвода исходного раствора и разделенной на две секции одинакового объема по всей длине вертикальной перегородкой 21, создает коллектор для протекания исходного раствора 28, в котором расположены сетки-турбулизаторы 8, в которые вплетены металлические трубки 40, переплетенные каждая между собой по всей длине и ширине, а дуга плетения сетки-турбулизатора 8, соединяющая межузлия переплетения, перекинута через одну пару металлических трубок 40 так, что сами металлические трубки 40 не касаются поверхностей прикатодных, прианодных мембран 26 и 6, при этом на торцевых поверхностях корпуса аппарата 1 с одной и другой стороны расположены торцевые крышки 29 и 35, в которых имеются отверстия с резьбой 22, 23 и 42, 44, в которую вкручены штуцера для вывода и ввода ретентата и исходного раствора 12, 3 соответственно и штуцера ввода и вывода охлаждающей воды 41, 43 соответственно, которые расположены под углом π/2, (-π/2) и (-π/2), π/2 от горизонтальной оси и находятся на расстоянии 0,12 м и 0,06 м соответственно от края корпуса аппарата 1, а межмембранный канал 34, в котором расположена сетка-турбулизатор 9, образован последовательно уложенными с двух сторон от сетки-турбулизатора 9, прикатодной, прианодной мембран 26 и 6, подложек мембран 4, дренажных сеток - катода 7 и анода 5 и подложек мембран 4, прикатодной, прианодной мембран 26 и 6, которые все вместе проклеены с торцевых поверхностей и с сетками-турбулизаторами 8, в которые вплетены металлические трубки 40, обернуты вокруг перфорированной трубки 2, служащей для подвода исходного раствора и разделенной на две секции одинакового объема по всей длине вертикальной перегородкой 21, при этом дренажные сетки - катод 7 и анод 5 расположены между подложками мембран 4 и уложенными на них прикатодными и прианодными мембранами 26 и 6, соответственно, приклеенными в месте перфорации к перфорированной трубке 2, служащей для подвода исходного раствора и разделенной на две секции одинакового объема по всей длине вертикальной перегородкой 21, дренажные каналы прикатодного и прианодного пермеата соответственно образованы пространством между подложками мембран 4, в которых находится дренажная сетка - катод 7 и анод 5, являющаяся монополярными электродами из графитовой ткани - катодом и анодом или анодом и катодом, в зависимости от схемы подключения «плюс» или «минус», и соединены через отверстия 19 полимерной перфорированной перегородки 15 с перфорацией в три ряда отверстиями 19 в шахматном порядке по всей длине, электрическим проводом 11, проходящим через коллекторы отвода прикатодного и прианодного пермеата 24 и 25, который соединен с устройством для подвода электрического тока 14 через отверстия в полуцилиндрах корпуса аппарата 20, в которых расположена герметизирующая заливка 16, противоположные концы металлических трубок 40 закреплены жестко кольцевыми уплотнителями 39 в фиксаторах цилиндрической формы 37 по спирали при расстоянии между соседними металлическими трубками 40 в 0,01 м, в фиксаторах цилиндрической формы 37 имеется отверстие, совпадающее с посадочной поверхностью перфорированной трубки 2, служащей для подвода исходного раствора, разделенной на две секции одинакового объема по всей длине вертикальной перегородкой 21, а в местах выступов уплотнительной поверхности фиксаторов цилиндрической формы 37 расположены прокладки 38 и 36 в местах стыковки с корпусом аппарата 1, торцевыми крышками 29 и 35 и перфорированной трубкой 2, служащей для подвода исходного раствора, разделенной на две секции одинакового объема по всей длине вертикальной перегородкой 21, место расположения фиксаторов цилиндрической формы 37 на данной перфорированной трубке 2, служащей для подвода исходного раствора, разделенной на две секции одинакового объема по всей длине вертикальной перегородкой 21, с одной стороны по длине ее составляет 0,15 м, а с другой стороны 0,05 м, а между фиксаторами цилиндрической формы 37 и торцевыми крышками 29 и 35 соответственно имеются канал-распределитель 45 и канал-собиратель 46 охлаждающей воды, на фиксаторах цилиндрической формы 37 имеется резьба, в которую вкручены также штуцера вывода и ввода ретентата и исходного раствора 12 и 3 соответственно.

Корпус аппарата 1, перфорированная трубка 2, полуцилиндры корпуса аппарата 20, полимерные перфорированные перегородки 15, вертикальная перегородка 21, штуцера для отвода прикатодного и прианодного пермеата 18 и 17, штуцера для вывода и ввода ретентата и исходного раствора 12, 3, штуцера для отвода ретентата 13, штуцера ввода и вывода охлаждающей воды 41, 43 могут быть изготовлены из капролона, текстолита ПТК.

Подложка мембран 4 изготовлена из листа ватмана.

Дренажные сетки - катод 7 и анод 5 являются монополярными электродами катодом и анодом или анодом и катодом, в зависимости от схемы подключения «плюс» или «минус», и могут быть выполнены из графитовой ткани типа «Вискум».

Прикатодная и прианодная мембраны 26 и 6 могут быть изготовлены в виде ленты из мембран типа МГА-95, МГА-70П, МГА-80П, МГА-90П, МГА-95П-Н, МГА-95П-Т, МГА-100П, ОПМ-К, ESPA, УАМ-150П, УАМ-300П, УАМ-500П, УАМ-1000П, УПМ-200, УПМ-П, УПМ-ПП, УФМ-100, УФМ-П, УФМ-ПТ, ОПМН-К, ОПМН (ОФМН)-П, МФФК-0, МФФК-3.

Сетки-турбулизаторы 8 и 9 могут быть изготовлены из пластмассы или углепластика, обеспечивают необходимую скорость движения и турбулизацию раствора.

Фиксаторы цилиндрической формы 37 могут быть изготовлены из материалов Х18Н9Т, Х18Н10Т.

Металлические трубки 40 могут быть изготовлены из материалов Х18Н9Т, Х18Н10Т.

Кольцевые уплотнители 39 могут быть изготовлены из резины, пластмассы.

Герметизирующая заливка 16 может быть изготовлена из диэлектрических герметизирующих эпоксидных смол или клея холодная сварка.

В качестве охлаждающей воды может использоваться водопроводная вода с температурой от 5 до 15°С.

Аппарат работает следующим образом.

Исходный раствор под давлением, превышающим осмотическое давление растворенных в нем веществ, одновременно подается в перфорированную трубку 2, фиг.1, 2, разделенную на две секции одинакового объема по всей длине вертикальной перегородкой 21 и штуцер для ввода исходного раствора 3, фиг.3, образующие два контура разделения растворов.

Для первого контура разделения, исходный раствор через перфорированную трубку 2, разделенную на две секции одинакового объема по всей длине вертикальной перегородкой 21, фиг.1, 4, попадает в межмембранный канал 34, в котором расположена сетка-турбулизатор 9, образованный последовательно уложенными с двух сторон от сетки-турбулизатора 9 прикатодными, прианодными мембранами 26, 6, подложками мембран 4, дренажными сетками - катодом 7 и анодом 5 и подложками мембран 4, прикатодными, прианодными мембранами 26, 6, которые все вместе проклеены с торцевых поверхностей.

Для второго контура разделения, исходный раствор через штуцер для ввода исходного раствора 3 попадает в пространство, образованное между корпусом аппарата 1, фиг.1, 4, прикатодными и прианодными мембранами 26 и 6 и перфорированной трубкой 2, служащей для подвода исходного раствора и разделенной на две секции одинакового объема по всей длине вертикальной перегородкой 21, создающее коллектор для протекания исходного раствора 28, в котором расположены сетки-турбулизаторы 8, в которые вплетены металлические трубки 40, переплетенные каждая между собой по всей длине и ширине, а дуга плетения сетки-турбулизатора 8, соединяющая межузлия переплетения, перекинута через одну пару металлических трубок 40 так, что сами металлические трубки 40 не касаются поверхностей прикатодных, прианодных мембран 26 и 6.

В этот же момент времени к дренажным сеткам - катоду 7 и аноду 5, фиг.4, включением устройства для подвода электрического тока 14 через электрические провода 11, которые проходят через отверстие 19 полимерной перфорированной перегородки 15 с перфорацией в три ряда отверстиями 19 в шахматном порядке по всей длине и через коллекторы отвода прикатодного и прианодного пермеата 24, 25 и отверстия в полуцилиндрах корпуса аппарата 20, в которых расположены герметизирующие заливки 16, к аппарату подводится внешнее постоянное электрическое поле с заданной плотностью тока.

Раствор в первом контуре разделения, двигаясь, турбулизируется с помощью сетки-турбулизатора 9, фиг.1, 4, и поступает к прикатодным и прианодным мембранам 26 и 6, в зависимости от схемы подключения «плюс» или «минус» дренажной сетки - катода 7 и анода 5. Раствор во втором контуре разделения, двигаясь, турбулизируется при помощи сеток-турбулизаторов 8, фиг.1, 4, 5, в которые вплетены металлические трубки 40, переплетенные каждая между собой по всей длине и ширине, а дуга плетения сетки-турбулизатора 8, соединяющая межузлия переплетения, перекинута через одну пару металлических трубок 40 так, что сами металлические трубки 40 не касаются поверхностей прикатодных, прианодных мембран 26, 6, и поступает к прикатодным и прианодным мембранам 26 и 6 в зависимости от схемы подключения «плюс» или «минус» дренажной сетки - катода 7 и анода 5.

В межмембранном канале 34, фиг.5, катионы и анионы, проникающие через прикатодные и прианодные мембраны 26 и 6, подложки мембран 4, попадают с одной стороны в дренажные каналы прикатодного и прианодного пермеата соответственно, образованные пространством между подложками мембран 4, в которых находится дренажная сетка - катод 7 и анод 5, являющиеся монополярными электродами из графитовой ткани - катодом и анодом или анодом и катодом, в зависимости от схемы подключения «плюс» или «минус». А из коллектора для протекания исходного раствора 28, фиг.5, катионы и анионы, проникающие через прикатодные и прианодные мембраны 26 и 6, подложки мембран 4, попадают с другой стороны в эти же дренажные каналы прикатодного и прианодного пермеата соответственно. Далее прикатодный и прианодный пермеат, фиг.4 попадает самотеком в коллекторы отвода прикатодного пермеата 24 и прианодного пермеата 25, образованные пространством между полуцилиндром корпуса аппарата 20, корпусом аппарата 1 и полимерной перфорированной перегородкой 15 с перфорацией в три ряда отверстиями 19 в шахматном порядке по всей длине, расположенной под углом π/4 и (-3π/4) и 3π/4 и (-π/4) соответственно, от горизонтальной оси в месте крепления прикатодных, прианодных мембран 26, 6 и подложек мембран 4 к корпусу аппарата 1, затем прикатодный и прианодный пермеат и выделившиеся в результате электрохимических реакций газы, фиг.1, отводятся через отверстия с резьбой в торцевой крышке 29, в которую вкручены штуцера для отвода прикатодного и прианодного пермеата 18 и 17 в виде оснований и кислот.

Одновременно с подачей исходного раствора, фиг.1, через отверстие с резьбой 42 и штуцер ввода охлаждающей воды 41, расположенный на торцевой крышке 29, подается охлаждающая вода в канал-распределитель 45 охлаждающей воды, где рассредоточивается по всем металлическим трубкам 40 и протекает в канал-собиратель 46 охлаждающей воды, а затем через отверстие с резьбой 44 и штуцер вывода охлаждающей воды 43, расположенный на торцевой крышке 35, отводится из аппарата.

Исходный раствор, протекая по межмембранному каналу 34, фиг.1, 4, очищается от катионов и анионов и попадает в коллекторы отвода ретентата 10, образованные пространством между полимерными перфорированными перегородками 15 с перфорацией в три ряда отверстиями 19 в шахматном порядке по всей длине, на которые последовательно уложены с одной стороны дренажные сетки - катод 7 и анод 5, подложки мембран 4, прикатодные и прианодные мембраны 26 и 6, приклеенные к внутренней части полуцилиндра корпуса аппарата 20, расположенными под углом π/4, 3π/4 и (-π/4), (-3π/4) от горизонтальной оси в месте крепления прикатодных и прианодных мембран 26 и 6 и подложек мембран 4 с другой стороны дренажных сеток - катода 7 и анода 5 к корпусу аппарата 1 и выводится через отверстие с резьбой 27 на торцевой крышке 35, в которую вкручен штуцер для отвода ретентата 13. А исходный раствор, подаваемый через отверстия с резьбой 23 в торцевой крышке 35 и фиксаторе цилиндрической формы 37, в которую вкручен штуцер для ввода исходного раствора 3, очищается от катионов и анионов в коллекторе для протекания исходного раствора 28, фиг.1, 4, и выводится через отверстия с резьбой 22 в фиксаторе цилиндрической формы 37 и торцевой крышке 29, в которую вкручен штуцер для вывода ретентата 12.

Исходный раствор, протекая по всему межмембранному каналу 34 и коллектору для протекания исходного раствора 28, фиг.1, 4, последовательно очищается от катионов и анионов.

Под увеличением площади и повышением качества разделения растворов при повышении охлаждения пермеата и монополярных электродов - катода и анода понимается возможность при данном конструктивном исполнении электробаромембранного аппарата рулонного типа, фиг.1, совместить электробаромембранное разделение с процессом охлаждения пермеата и дренажных сеток являющихся монополярными электродами.

Площадь мембран в единице объема представленного аппарата по сравнению с конструкцией аппарата-прототипа рассчитывается по формуле:

S_{ед. аппарата}=k·l·b,

где l - длина мембраны;

b - ширина мембраны;

k - количество лент мембран с размерами (l·b), уложенных от коллекторов отвода ретентата до перфорированной трубки разделенной на две секции одинакового объема по всей длине вертикальной перегородкой;

Таблица 1 Площадь мембран в единице объема аппарата Аппарат l, м k b, м S, м² Прототип 1,5 4 0,4 2,4 Представленный в описании и на фиг.1 1,5 8 0,4 4,8

Увеличение площади в 2 раза в единице объема представленного электробаромембранного аппарата рулонного типа, фиг.1, по сравнению с аппаратом-прототипом позволит повысить качество разделения растворов.

Дренажные сетки - катод 7 и анод 5, фиг.4, являются монополярными электродами из графитовой ткани - катодом и анодом или анодом и катодом, в зависимости от схемы подключения «плюс» или «минус», реализуют возможную функцию периодической переполюсовки электродов, которая позволяет разрушать наслоения разделяемых веществ на поверхности прикатодных и прианодных мембран 26 и 6.

Необходимость охлаждения пермеата и дренажных сеток - катода 7 и анода 5, фиг.1, 4, заключается в том, что исходный раствор, нагретый или нагревающийся в результате наложения на систему мембрана-раствор электрического тока, прокачиваемый над поверхностью прикатодных, прианодных мембран 26, 6 и прошедший через их поры в виде прикатодного и прианодного пермеата с температурой от 25 до 40°С, проходящий самотеком в коллекторах отвода прикатодного и прианодного пермеата 24 и 25, может охлаждаться через теплопередающую стенку металлических трубок 40 и фиксаторов цилиндрической формы 37 при помощи охлаждающей воды с температурой от 5 до 15°С. Так как прикатодный и прианодный пермеат, проникающий сквозь поры прикатодных и прианодных мембран 26 и 6, со стороны коллектора для протекания исходного раствора 28, фиг.1, 4, становится более охлажденным и, смешиваясь с прикатодным и прианодным пермеатом, проникающим через поры прикатодных и прианодных мембран 26 и 6 со стороны межмембранного канала 34, охлаждает также дренажные сетки - катод 7 и анод 5.

Прокладки 36, фиг.1, уплотняющие соединяемые поверхности фиксаторов цилиндрической формы 37, торцевых крышек 29, 35 и перфорированную трубку 2, разделенную на две секции одинакового объема по всей длине вертикальной перегородкой 21, предотвращают от смешивания потоки охлаждающей воды и исходного раствора для второго контура разделения.

Кольцевые уплотнители 39, фиг.1, в местах стыковки с фиксаторами цилиндрической формы 37 предотвращают от смешивания потоки охлаждающей воды и исходного раствора для второго контура разделения.

Назначением расположения сеткок-турбулизаторов 8, в которые вплетены металлические трубки 40, переплетенные каждая между собой по всей длине и ширине, а дуга плетения сетки-турбулизатора 8, соединяющая межузлия переплетения перекинута через одну пару металлических трубок 40 так, что сами металлические трубки 40 не касаются поверхностей прикатодных, прианодных мембран 26 и 6, является предотвращение касания дренажными сетками - катодом 7 и анодом 5, являющимися монополярными электродами металлических трубок 40 при локальном прогорании прикатодных и прианодных мембран 26 и 6 и подложек мембран 4 и предотвращение экранирования (часть мембраны, закрытая металлической трубкой) металлической трубкой 40 по всей ее длине части прикатодной и прианодной мембраны 26 и 6.

Под местом крепления прикатодных и прианодных мембран 26 и 6 и подложек мембран 4 к корпусу аппарата 1, фиг.1, понимается приклейка данных поверхностей по ширине мембран к корпусу аппарата 1.

Назначением крепления противоположных концов металлических трубок 40, фиг.1, кольцевыми уплотнителями 39 в фиксаторах цилиндрической формы 37 по спирали понимается способность расположения отверстий под эти металлические трубки 40 при посадке с натягом в фиксаторах цилиндрической формы 37, для предотвращения смешивания охлаждающей воды и исходного раствора второго контура разделения и способствует более равномерному охлаждению исходного раствора второго контура разделения через теплопередающую стенку металлических трубок 40.

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

Изобретение относится к мембранным аппаратам рулонного типа и может быть использовано для фильтрации и обратного осмоса. Аппарат содержит коллекторы отвода прикатодного и прианодного пермеата, образованные пространством между полуцилиндрами корпуса аппарата, корпусом аппарата и полимерной перфорированной перегородкой с перфорацией в три ряда отверстиями в шахматном порядке по всей длине. Со стороны торцевых поверхностей полуцилиндров корпуса аппарата на торцевых крышках имеются отверстия с резьбой, в которую вкручены штуцера для отвода пермеата и ретентата. Пространство между корпусом аппарата, прикатодными, прианодными мембранами и перфорированной трубкой образует коллектор для протекания исходного раствора, в котором расположены сетки-турбулизаторы, в которые вплетены металлические трубки. Межмембранный канал образован последовательно уложенными с двух сторон от сетки-турбулизатора двумя парами прикатодной, прианодной мембран, подложек мембран, дренажных сеток - катода и анода, которые все вместе проклеены с торцевых поверхностей и с сетками-турбулизаторами, в которые вплетены металлические трубки, обернуты вокруг перфорированной трубки, при этом дренажные сетки - катод и анод расположены между подложками мембран и уложенными на них прикатодными и прианодными мембранами, приклеенными в месте перфорации к перфорированной трубке. Технический результат - повышение качества разделения растворов при улучшенном охлаждении пермеата и монополярных электродов. 5 ил., 1 табл.

Электробаромембранный аппарат рулонного типа, состоящий из корпуса аппарата, выполненного из диэлектрического материала, перфорированной трубки, служащей для подвода исходного раствора и разделенной на две секции одинакового объема по всей длине вертикальной перегородкой, коллекторов отвода ретентата, полимерных перфорированных перегородок с перфорацией в три ряда отверстиями в шахматном порядке по всей длине, на которые последовательно уложены дренажные сетки - катод и анод, подложки мембран, прикатодные и прианодные мембраны, приклеенные к внутренней части полуцилиндров корпуса аппарата, коллекторов отвода прикатодного и прианодного пермеата, образованных пространством между полуцилиндрами корпуса аппарата, корпусом аппарата и полимерными перфорированными перегородками, расположенных под углами (π/4) и (3π/4) и (-π/4) и (-3π/4), соответственно, от горизонтальной оси в месте крепления к корпусу аппарата, с одной стороны торцевой поверхности полуцилиндров корпуса аппарата имеются отверстия с резьбой, в которую вкручены штуцера для отвода прикатодного и прианодного пермеата, а с другой стороны торцевой поверхности полуцилиндра корпуса аппарата имеется отверстие с резьбой, в которую вкручен штуцер для отвода ретентата, дренажные сетки - катод и анод являются монополярными электродами из графитовой ткани - катодом и анодом или анодом и катодом, в зависимости от схемы подключения «плюс» или «минус», и соединены через отверстие полимерной перфорированной перегородки электрическим проводом, который соединен с устройством для подвода электрического тока через отверстия в полуцилиндрах корпуса аппарата, в которых расположены герметизирующие заливки, отличающийся тем, что коллекторы отвода прикатодного пермеата образованы пространством между полуцилиндрами корпуса аппарата, корпусом аппарата и полимерной перфорированной перегородкой с перфорацией в три ряда отверстиями в шахматном порядке по всей длине, расположенные под углами π/4 и (-3π/4) от горизонтальной оси в месте крепления прикатодных мембран и подложек мембран к корпусу аппарата, коллекторы отвода прианодного пермеата образованы пространством между полуцилиндрами корпуса аппарата, корпусом аппарата и полимерной перфорированной перегородкой с перфорацией в три ряда отверстиями в шахматном порядке по всей длине, расположенные под углами 3π/4 и (-π/4) от горизонтальной оси в месте крепления прианодных мембран и подложек мембран к корпусу аппарата, с одной стороны торцевой поверхности полуцилиндра корпуса аппарата на торцевой крышке имеются отверстия с резьбой, в которую вкручены штуцера для отвода прикатодного и прианодного пермеата, а с другой стороны торцевой поверхности полуцилиндра корпуса аппарата на торцевой крышке имеется отверстие с резьбой, в которую вкручен штуцер для отвода ретентата, торцевые крышки являются целыми для корпуса аппарата и полуцилиндров корпуса аппарата и уплотняют посадочные поверхности через торцевые прокладки при помощи болтов и шайб, пространство, образованное между корпусом аппарата, прикатодными и прианодными мембранами и перфорированной трубкой, служащей для подвода исходного раствора и разделенной на две секции одинакового объема по всей длине вертикальной перегородкой, создает коллектор для протекания исходного раствора, в котором расположены сетки-турбулизаторы, в которые вплетены металлические трубки, переплетенные каждая между собой по всей длине и ширине, а дуга плетения сетки-турбулизатора, соединяющая межузлия переплетения, перекинута через одну пару металлических трубок так, что сами металлические трубки не касаются поверхностей прикатодных, прианодных мембран, при этом на торцевых поверхностях корпуса аппарата с одной и другой стороны расположены торцевые крышки, в которых имеются отверстия с резьбой, в которую вкручены штуцера для вывода и ввода ретентата и исходного раствора, соответственно, и штуцера ввода и вывода охлаждающей воды соответственно, которые расположены под углами π/2 и (-π/2) и (-π/2) и π/2 от горизонтальной оси и находятся на расстоянии 0,12 м и 0,06 м, соответственно, от края корпуса аппарата, а межмембранный канал, в котором расположена сетка-турбулизатор, образован последовательно уложенными с двух сторон от сетки-турбулизатора прикатодной, прианодной мембранами, подложками мембран, дренажными сетками - катодом и анодом, подложками мембран, прикатодной, прианодной мембранами, которые все вместе проклеены с торцевых поверхностей и с сетками-турбулизаторами, в которые вплетены металлические трубки, обернуты вокруг перфорированной трубки, служащей для подвода исходного раствора и разделенной на две секции одинакового объема по всей длине вертикальной перегородкой, при этом дренажные сетки - катод и анод расположены между подложками мембран и уложенными на них прикатодными и прианодными мембранами, приклеенными в месте перфорации к перфорированной трубке, служащей для подвода исходного раствора и разделенной на две секции одинакового объема по всей длине вертикальной перегородкой, дренажные каналы прикатодного и прианодного пермеата, соответственно, образованы пространством между подложками мембран, в которых находится дренажная сетка - катод и анод, являющаяся монополярными электродами из графитовой ткани - катодом и анодом или анодом и катодом в зависимости от схемы подключения «плюс» или «минус», противоположные концы металлических трубок закреплены жестко кольцевыми уплотнителями в фиксаторах цилиндрической формы по спирали при расстоянии между соседними металлическими трубками 0,01 м, в фиксаторах цилиндрической формы имеется отверстие, совпадающее с посадочной поверхностью перфорированной трубки, служащей для подвода исходного раствора, разделенной на две секции одинакового объема по всей длине вертикальной перегородкой, а в местах выступов уплотнительной поверхности фиксаторов цилиндрической формы расположены прокладки в местах стыковки с корпусом аппарата, торцевыми крышками и перфорированной трубкой, служащей для подвода исходного раствора, разделенной на две секции одинакового объема по всей длине вертикальной перегородкой, место расположения фиксаторов цилиндрической формы на данной перфорированной трубке, служащей для подвода исходного раствора, разделенной на две секции одинакового объема по всей длине вертикальной перегородкой, с одной ее стороны по длине составляет 0,15 м, а с другой стороны - 0,05 м, а между фиксаторами цилиндрической формы и торцевыми крышками, соответственно, имеются канал-распределитель и канал-собиратель охлаждающей воды, на фиксаторах цилиндрической формы имеется резьба, в которую вкручены также штуцера вывода и ввода ретентата и исходного раствора, соответственно.