Электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа с охлаждением разделяемого раствора Российский патент 2018 года по МПК B01D61/42 B01D61/46 

Изобретение относится к аппаратам, предназначенным для очистки, разделения и концентрирования растворов электрогиперфильтрационным и электронанофильтрационным методами. Применение возможно в химической, микробиологической, пищевой, текстильной и других отраслях промышленности.

Аналогом данной конструкции выступает электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа, представленный в патенте № 2403957 RU, 11.03.2009 г. Данный аппарат состоит из фланцев корпуса, камер разделения с каналами ввода и вывода разделяемого раствора и отвода пермеата, устройства для подвода постоянного электрического тока, чередующихся диэлектрических камер корпуса, соединенных типом выступ-впадина, отверстий для подвода электрических проводов, последовательно соединенных через дренажную сетку с монополярным пористым электродом-пластиной "плюс" или "минус" и находящихся под пористой подложкой из ватмана и мембраной, канала для отвода прикатодного или прианодного пермеата образованного монополярным пористым электродом-пластиной с дренажной сеткой и диэлектрической камерой корпуса 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 и получен на выходе из аппарата прианодный или прикатодный ретентат в зависимости от схемы подключения "плюс" или "минус". Недостатками являются малая площадь размещения прикатодных или прианодных мембран в единице объема аппарата, низкое качество и эффективность разделения растворов.

Прототипом данной конструкции является электромембранный аппарат с плоскими фильтрующими элементами, приведенный в патенте №2532813 RU, 07.05.2013 г. Известный аппарат состоит из фланцев корпуса, камер разделения с каналами ввода и вывода разделяемого раствора и каналами для отвода прикатодного и прианодного пермеата, камер охлаждения, отверстий для шпилек, устройства для подвода постоянного электрического тока к камерам аппарата, прикатодных и прианодных мембран, переточных отверстий, шпилек, прокладок, ионообменных спейсеров. Недостатками являются меньшая степень турбулизации и недостаточное охлаждение разделяемого (исходного) раствора, а также большая температурная нагрузка на мембраны.

Технический результат - осуществление улучшенного охлаждения разделяемого (исходного) раствора; снижение температурной нагрузки на мембраны; увеличение степени турбулизации разделяемого (исходного) раствора за счет расположения в нем камер охлаждения между камерами разделения, а не между камер сбора прианодного или прикатодного пермеата, отделяющихся от них титановыми листами толщиной 1,5 мм, которые покрыты слоем керамикополимерной теплопроводящей диэлектрической силиконовой массы, правых и левых сеток-электродов, имеющих конфигурацию в виде десяти равномерно удаленных друг от друга прутьев диаметром 1,5-2 мм, равномерно удаленных друг от друга на расстояние в 20 мм, изогнутых в форме двух витков синусоиды, но при этом концы прутков согнуты не до конца и имеют прямой цилиндрический участок, и расположенных вертикально относительно верхних и нижних границ камер разделения, а также припаянных каждый в шести местах к шести прямым прутьям такого же диаметра, расположенных перпендикулярно к изогнутым, причем два из этих прямых прутьев имеют удлинение с правой или левой стороны в зависимости от того, правой или левой является сетка-электрод, с помощью которых каждая сетка-электрод прикрепляется в двух местах в неизменном положении к соответствующим большим и малым фланцам корпуса путем выполнения в данных фланцах и паронитовых прокладках камер разделения проточек такого же диаметра, что и выступающие за переделы корпуса аппарата элементы сеток-электродов, а также заполнения герметизирующей композицией наружных проточек с увеличенным диаметром.

На фиг. 1 изображен электромембранный аппарат плоскокамерного типа с охлаждением разделяемого раствора, продольный разрез; фиг. 2 - вид сверху; фиг. 3 - вид слева; фиг. 4 - разрез А-А, указанный на фиг. 1; фиг. 5 - вид сзади; фиг. 6 - вид Б, указанный на фиг. 5; фиг. 7 - правая и левая сетки-электроды в изометрии.

Электробаромембранный аппарат шюскокамерного типа с охлаждением разделяемого (исходного) раствора состоит из двух краевых фланцев 1 и 13, четырех больших фланцев 2, 5, 8 и 11, четырех малых фланцев 3, 6, 9 и 12, а также трех межкамерных фланцев 4, 7 и 10, входного и выходного штуцеров для разделяемого (исходного) раствора 18 и 19 соответственно, восьми штуцеров 51 для вывода прианодного или прикатодного пермеата, в зависимости от схемы подключения электрического тока, четырех входных 43 и четырех выходных 44 штуцеров камеры охлаждения, входного канала 20 в большом фланце 2 и выходного канала 31 в малом фланце 12, камер разделения 22 и 49, а также следующих за ними шести аналогичных камер, прокладок 40 и 41, входных и выходных каналов 21, 26 и 23, 27 соответственно в прокладках 40 в первой 22 и второй 49 камерах разделения, а также по одному аналогичному входному и выходному каналу в каждой из прокладок 40 в следующих шести камерах разделения, переточного канала 24 в каждом из четырех больших фланцев 2, 5, 8 и 11, переточного канала 30 в больших фланцах 5, 8 и 11, переточного канала 25 в каждом из малых фланцев 3, 6, 9 и 12, переточного канала 29 в каждом из межкамерных фланца 4, 7 и 10, восьми камер сбора прианодного или прикатодного пермеата 32 и восьми выходных каналов 33 прианодного или прикатодного пермеата, в зависимости от схемы подключения электрического тока, восьми ионообменных мембран 34, анионообменных или катионообменных, в зависимости от схемы подключения электрического тока, восьми пластин-электродов 35, анодов или катодов, в зависимости от схемы подключения электрического тока, четырех левых сеток-электродов 36 и четырех правых сеток-электродов 37, анодов или катодов, в зависимости от схемы подключения электрического тока, четырех камер охлаждения 38, каждая из которых с двух сторон отделена перегородками 50 от камер разделения, восьми каналов ввода-вывода охлаждающей воды 39, восьми проточек 42, заполненные герметизирующей композицией и проводами для подключения пластин-электродов 35, шестнадцати проточек 46 в прокладках 40, шестнадцати проточек 47 и 48 в больших и малых фланцах 2, 5, 8, 11 и 3, 6, 9, 12 соответственно. Корпус электромембранного аппарата плоскокамерного типа с охлаждением разделяемого (исходного) раствора вместе с двумя металлическими пластинами 14 скрепляется шестью болтами 15, шайбами 16 и гайками 17. Подключение к электросети осуществляется с помощью устройства для подвода постоянного тока 45.

Краевые фланцы 1 и 13, большие фланцы 2, 5, 8 и 11, малые фланцы 3, 6, 9 и 12, межкамерные фланцы 4, 7 и 10, входной штуцер 18 и выходной штуцер 19 для разделяемого (исходного) раствора, штуцеры 51 для вывода прианодного или прикатодного пермеата, входные штуцеры 43 и выходные штуцеры 44 камеры охлаждения могут быть изготовлены из капролона, фторопласта, текстолита ПТК, стеклотекстолита СТЭФ. В качестве охлаждающей воды может использоваться водопроводная вода с температурой от 5 до 15°С. Материал прокладок 40 и 41 - паронит. Прикатодные или прианодные мембраны 34 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, ESNA, 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-О, МФФК-3, МК-40, МА-40. Герметизирующая композиция, заполняемая проточки 42 и 48, может быть выполнена из эпоксидных смол. Металлические пластины 14 могут изготовляться из стали 3, стали 15, стали стали 30, стали 45. Болты 15, шайбы 16 и гайки 77 являются стандартизированными изделиями и изготавливаются по действующим ГОСТам. Правые и левые сетки-электроды 36 и 37 может быть изготовлены из полимерного композита с наполнителем до 60% металлических порошков или технического углерода, материала Х18Н9Т, Х18Н10Т, а пластины-электроды 35 могут быть выполнены из 20-45 процентного пористого проката типа Х18Н15-ПМ, Х18Н15-МП, Н-МП, ЛНПИТ, ЛПН-ПМ. Перегородки 50 изготавливаются из титановых листов толщиной 1,5 мм, покрытых слоем керамикополимерной теплопроводящей диэлектрической силиконовой массой.

Работа электробаромембранного аппарата плоскокамерного типа с охлаждением разделяемого (исходного) раствора происходим по следующему принципу.

Разделяемый (исходный) раствор под давлением поступает через штуцер 18 (фиг. 1, 3), входной канал 20 в большом фланце 2 и входной канал 21 в прокладке 40 и заполняет камеру разделения 22 (фиг. 1, 4), образованную в пространстве между краевым фланцем 1 и большим фланцем 2 и ограниченную с одной стороны ионообменной мембраной 34 и пластиной-электродом 35, а с другой перегородкой 50 камеры охлаждения 38. Далее он проходит через выходной канал 23 в прокладке 40, переточный канал 24 в большом фланце 2, переточный канал 25 в малом фланце 3, входной канал 26 в прокладке 40 и заполняет камеру разделения 49, образованную в пространстве между большим фланцем 2 и малым фланцем 3 и ограниченную по аналогии с камерой разделения 22 с одной стороны ионообменной мембраной 34 и пластиной-электродом 35, а с другой перегородкой 50 камеры охлаждения 38, но вышеупомянутые элементы расположены в зеркальном отражении. Затем после прохождения выходного канала 27 в прокладке 40, переточного канала 28 в малом фланце 3, переточного канала 29 в межкамерном фланце 4 и переточного канала 30 в большом фланце 5 движение разделяемого (исходного) раствора осуществляется аналогично движению через камеры разделения 22 и 49 вплоть до его попадания в выходной канал 31 в малом фланце 12, откуда он поступает в выходной штуцер 19 и выводится из аппарата в виде ретентата. Параллельно процессу протекания разделяемого (исходного) раствора через камеры разделения происходит электролитическая диссоциация его компонентов за счет нахождения в каждой камере разделения подключенных к электрической сети по одной пластине-электроду 35, анодов или катодов, в зависимости от схемы подключения электрического тока, и одной левой или правой сетке-электроду 36 или 37, соответственно, анодов или катодов, в зависимости от схемы подключения электрического тока. При этом часть разделяемого (исходного) раствора вместе с продуктами электролитической диссоциации в виде прианодного или прикатодного пермеата, в зависимости от схемы подключения электрического тока, проникает через ионообменные мембраны 34, анионообменные или катионообменные, в зависимости от схемы подключения электрического тока, и пластины-электроды 35, анодов или катодов, в зависимости от схемы подключения электрического тока, в камеры сбора прианодного или прикатодного пермеата 32 и выводится через выходные каналы 33 прианодного или прикатодного пермеата, в зависимости от схемы подключения электрического тока.

Охлаждение разделяемого (исходного) раствора осуществляется использованием камер охлаждения 38, в которые через входные штуцеры 43 и каналы ввода-вывода охлаждающей воды 39 поступает водопроводная вода и выводится через другие каналы ввода-вывода охлаждающей воды 39 и выходные штуцеры 44, тем самым обеспечивая постоянное постоянную смену охлаждающей воды. Теплообмен между всеми камерами разделения, 22, 49 и остальные, и камерами охлаждения 38 происходит через перегородки 50, которыми с двух сторон отделены камеры охлаждения 38.

Для подключения электрических проводов к пластине-электроду 35 имеются проточки 42 диаметром 1,5-2 мм (фиг. 1, 2) по одной в краевых фланцах 1 и 13 и по две в межкамерных фланцах 4, 7 и 10, которые заполнены герметизирующей композицией и расположены по центру на уровне соответствующей пластине-электроду 35.

Левые 36 и правые 37 сетки-электроды имеют конфигурацию в виде десяти равномерно удаленных друг от друга прутьев диаметром 1,5-2 мм, изогнутых в форме синусоиды и припаянных каждый в шести местах к прямым прутьям такого же диаметра, причем два из этих прямых прутьев имеют удлинение с правой или левой стороны в зависимости от того, правой или левой является сетка-электрод, и за счет них подключаются к устройству для подвода постоянного тока 45 (фиг. 5, 6, 7) через проточки 46 в прокладках 40, проточки 47 и 48 в больших 2, 5, 8, 11 и малых 3, 6, 9, 12 фланцах. Также данные выступающие элементы, по 2 у каждой сетки-электрода, позволяют закрепить все сетки-электроды в неизменном положении путем выполнений проточек 47 такого же диаметра, что и выступающие элементы сеток-электродов 36 и 37, а также за счет заполнения проточек 48 герметизирующей композицией.

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

Изобретение следует отнести к аппаратам, которые предназначены для электрогиперфильтрационного и электронанофильтрационного разделения, концентрирования и очистки технологических растворов. Электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа с охлаждением разделяемого раствора, включающий камеры разделения с каналами ввода и вывода разделяемого раствора и каналы для отвода прикатодного или прианодного пермеата, камеры охлаждения, отверстия для шпилек, устройства для подвода постоянного электрического тока к камерам аппарата, прикатодные или прианодные мембраны, переточные отверстия, прокладки, сетки-электроды, пластины-электроды, ионообменные мембраны, отличается тем, что камеры охлаждения в нем располагаются между камерами разделения, отделяющимися от них титановыми листами толщиной 1,5 мм, которые покрыты слоем керамикополимерной тегаюпроводящей диэлектрической силиконовой массы, каналы ввода-вывода охлаждающей воды расположены по два в каждом большом фланце симметрично горизонтальной оси аппарата на расстоянии 100-110 мм от нее и смещены на 5-6 мм влево от середины камеры охлаждения, правые и левые сетки-электроды имеют конфигурацию в виде десяти прутьев диаметром 1,5-2 мм, равномерно удаленных друг от друга на расстояние в 20 мм, изогнутых в форме двух витков синусоиды, но при этом концы прутков согнуты не до конца и имеют прямой цилиндрический участок, и расположенных вертикально относительно верхних и нижних границ камер разделения, а также припаянных каждый в шести местах к шести прямым прутьям такого же диаметра, расположенным перпендикулярно к изогнутым, причем два из этих прямых прутьев имеют удлинение с правой или левой стороны в зависимости от того, правой или левой является сетка-электрод, с помощью которых каждая сетка-электрод прикрепляется в двух местах в неизменном положении к соответствующим большим и малым фланцам корпуса путем выполнения в данных фланцах и паронитовых прокладках камер разделения проточек такого же диаметра, что и выступающие за переделы корпуса аппарата элементы сеток-электродов, а также заполнения герметизирующей композицией наружных проточек с увеличенным диаметром. Технический результат - осуществление улучшенного охлаждения разделяемого раствора; снижение температурной нагрузки на мембраны; увеличение степени турбулизации разделяемого раствора. 7 ил.

Электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа с охлаждением разделяемого раствора, включающий камеры разделения с каналами ввода и вывода разделяемого раствора и каналы для отвода прикатодного или прианодного пермеата, камеры охлаждения, отверстия для шпилек, устройства для подвода постоянного электрического тока к камерам аппарата, прикатодные или прианодные мембран, переточные отверстия, прокладки, сетки-электроды, пластины-электроды, ионообменные мембраны, отличающийся тем, что камеры охлаждения в нем располагаются между камерами разделения, отделяющимися от них титановыми листами толщиной 1,5 мм, которые покрыты слоем керамикополимерной тегаюпроводящей диэлектрической силиконовой массы, каналы ввода-вывода охлаждающей воды расположены по два в каждом большом фланце симметрично горизонтальной оси аппарата на расстоянии 100-110 мм от нее и смещены на 5-6 мм влево от середины камеры охлаждения, правые и левые сетки-электроды имеют конфигурацию в виде десяти прутьев диаметром 1,5-2 мм, равномерно удаленных друг от друга на расстояние в 20 мм, изогнутых в форме двух витков синусоиды, но при этом концы прутков согнуты не до конца и имеют прямой цилиндрический участок, и расположенных вертикально относительно верхних и нижних границ камер разделения, а также припаянных каждый в шести местах к шести прямым прутьям такого же диаметра, расположенным перпендикулярно к изогнутым, причем два из этих прямых прутьев имеют удлинение с правой или левой стороны в зависимости от того, правой или левой является сетка-электрод, с помощью которых каждая сетка-электрод прикрепляется в двух местах в неизменном положении к соответствующим большим и малым фланцам корпуса путем выполнения в данных фланцах и паронитовых прокладках камер разделения проточек такого же диаметра, что и выступающие за переделы корпуса аппарата элементы сеток-электродов, а также заполнения герметизирующей композицией наружных проточек с увеличенным диаметром.