Изобретение относится к конструкциям мембранных аппаратов рулонного типа и может быть использовано для осуществления процессов мембранной технологии: электроультрафильтрации, электронанофильтрации, электромикрофильтрации и электрогиперфильтрации.
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. Эти недостатки частично устранены в прототипе.
Прототипом данной конструкции является электробаромембранный аппарат рулонного типа, конструкция которого приведена в патенте № RU 2671723 C1, 06.11.2018, СПК B01D 61/46, B01D 63/10. Прототип состоит из корпуса, выполненного из диэлектрического материала, штуцеров для ввода и вывода охлаждающей воды, перфорированной трубки, пленок, имеющих насечки углубленные в половину от ее толщины, сеток-турбулизаторов, подложек мембран, прикатодных и прианодных мембран, дренажных сеток являющихся катодом и анодом, устройства для подвода электрического тока, электрических проводов, полимерных перфорированных перегородок с перфорацией в три ряда отверстиями в шахматном порядке по всей длине, штуцеров для отвода прикатодного и прианодного пермеата, штуцеров для отвода ретентата, вертикальной перегородки, коллекторов отвода прианодного и прикатодного пермеата, герметизирующей заливки, сеток-турбулизаторов охлаждающей воды, рулонного элемента, резиновой манжеты, уплотнительной прокладки, герметизирующей прокладки, штуцера подачи исходного раствора, посадочных прокладок, ответного прижимного фланца, торцевых прокладок, антителескопической решетки, втулки, внешних трубок, перегородок, внутренних трубок, клеевой композиции, эллиптических щелей, эллиптических проточек, отверстий, торцевых прокладок, крышки, фиксирующих прокладок, отверстий в фиксирующих прокладках, колец резиновых, внешних отводных трубок.
Недостатками аппарата является большое гидравлическое сопротивление в канале для отвода ретентата и прианодного, прикатодного пермеата, низкая производительность и качество разделения растворов, малая площадь прикатодных и прианодных мембран для разделения растворов и высокая концентрационная поляризация.
Технический результат выражается - снижением гидравлического сопротивления в канале для отвода ретентата и прианодного, прикатодного пермеата, увеличением производительности и качества разделения растворов, увеличением площади прикатодных и прианодных мембран для разделения растворов, снижением эффекта концентрационной поляризации, за счет изменения конструкции аппарата: состоящей из корпуса, выполненного из диэлектрического материала, штуцеров для ввода и вывода охлаждающей воды, перфорированной трубки, пленок, имеющих насечки углубленные в половину от ее толщины, сеток-турбулизаторов, подложек мембран, прикатодных и прианодных мембран, дренажных сеток являющихся катодом и анодом, устройства для подвода электрического тока, электрических проводов, полимерных перфорированных перегородок с перфорацией в три ряда отверстиями в шахматном порядке по всей длине, штуцеров для отвода прикатодного и прианодного пермеата, штуцеров для отвода ретентата, вертикальной перегородки, коллекторов отвода прианодного и прикатодного пермеата, герметизирующей заливки, сеток-турбулизаторов охлаждающей воды, рулонного элемента, резиновой манжеты, уплотнительной прокладки, герметизирующей прокладки, штуцера подачи исходного раствора, посадочных прокладок, ответного прижимного фланца, торцевых прокладок, антителескопической решетки, втулки, внешних трубок, перегородок, внутренних трубок, клеевой композиции, эллиптических щелей, эллиптических проточек, отверстий, торцевых прокладок, крышки, фиксирующих прокладок, отверстий в фиксирующих прокладках, колец резиновых, внешних отводных трубок, отличающийся тем, что перфорированная трубка 14 изготовлена с перфорацией в виде эллиптических проточек 33, по периметру которых расположены полуэллипсы 52 выполненные на расстоянии 5 мм друг от друга, ее толщина уменьшена в два раза, а на внутренней поверхности имеется восемь полуокружностей-проточек 53, проходящих по всей длине образующих и распределенных от горизонтальной оси под углами
На фиг. 1 показан в разрезе электробаромембранный аппарат рулонного типа; на фиг. 2 - вид сверху; фиг. 3 - вид слева; фиг. 4 - вид Н; фиг. 5 - сечение А-А на фиг. 1; фиг. 6 - вид Б увеличенный на фиг. 1; фиг. 7 - вид В увеличенный на фиг. 5, фиг. 8 - ступенчатый разрез Е-Е на фиг. 7; фиг. 9 - вид Г увеличенный на фиг. 5; фиг. 10 - вид К увеличенный на фиг. 9; фиг. 11 - вид Д увеличенный на фиг. 5; фиг. 12 - сечение Ж-Ж на фиг. 6; фиг. 13 - вид М выносной элемент на фиг. 1.
Электробаромембранный аппарат состоит из корпуса аппарата изготовленного в виде цилиндрической обечайки 1 одна из торцевых поверхностей которого глухая и с внутренней ее стороны в ней имеются несквозные проточки в центре под перфорированную трубку 14 и под расположенные от горизонтальной оси под углами
Корпус аппарата, изготовленный в виде цилиндрической обечайки 1, штуцера для ввода и вывода охлаждающей воды 4, 13, штуцер подачи исходного раствора 10, ответный прижимной фланец 12, перфорированная трубка 14, антителескопическая решетка 16, втулка 17, внешняя и внутренняя трубка 25, 27, перегородка 26, полимерная перфорированная перегородка 28, штуцера для отвода прикатодного и прианодного пермеата 36, 37, штуцер для отвода ретентата 38, крышка 39, вертикальная перегородка 43, внешняя отводная трубка 50 могут быть изготовлены из капролона и углепластика. Подложки мембран 21 изготовлены из листа ватмана.
Пленки 19 могут быть изготовлены из полиэтилена и полиэтилена высокой плотности. Дренажные сетки, являющиеся анодом 48 и катодом 23, могут быть выполнены из графитовой ткани типа «Вискум» или плетеной сетки выполненной из титана.
Прикатодная и прианодная мембраны 22 и 49 могут быть изготовлены в виде ленты из мембран следующих типов в зависимости от прикладываемого градиента давления для обратного осмоса, ультрафильтрации, нанофильтрации и микрофильтрации: 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.
Сетка-турбулизатор охлаждающей воды 47 и сетка-турбулизатор 20 могут быть изготовлены из пластмассы или углепластика обеспечивают необходимую турбулизацию разделяемого раствора и охлаждающей воды.
Клеевая композиция 30 может быть изготовлена из эпоксидной смолы или влагостойкого клея.
В качестве охлаждающей воды может использоваться водопроводная и дистиллированная вода с температурой от 278 до 288 К.
Аппарат работает следующим образом.
Исходный раствор под давлением превышающем осмотическое давление растворенных в нем веществ, подается через штуцер подачи исходного раствора 10, фиг. 1, 2, 4, далее через сквозную проточку в центре крышки 39, фиг. 1 под перфорированную трубку 14 разделенную на две секции одинакового объема по всей длине вертикальной перегородкой 43 прокачивается в ней и через эллиптические проточки 33 по периметру которых расположены полуоэллипсы 52, выполненные на расстоянии 5 мм друг от друга, фиг. 1, 11 поступает в пространство, где расположена сетка-турбулизатор 20 по разные стороны от которой расположены прианодные и прикатодные мембраны 49, 22 образующие межмембранный канал по всей длине которого циркулирует раствор, поступающий по эллиптической щели 31, фиг. 2 во внутрь внутренней трубке 27, фиг. 7, 8 далее отводится по внутреннему пространству штуцера для отвода ретентата 38, фиг. 1.
В этот же момент времени к дренажным сеткам, являющимся катодом 23 и анодом 48, фиг. 7 включением устройства для подвода электрического тока 24, фиг. 1 через электрические провода 29 соединенными через герметизирующую заливку 46 внешней отводной трубки 50, которые проходят через коллекторы для отвода прианодного, прикатодного пермеата 44, 45, фиг. 7 далее проходящие через отверстия 41 в фиксирующей прокладке 40 исполненные в виде равносторонних треугольников, фиг. 6, 12 затем между перегородкой 26, фиг. 7, внешней и внутренней трубками 25, 27 соответственно и полимерными перфорированными перегородками 28 через эллиптические отверстия 34, фиг. 7, 8 к аппарату подводится внешнее постоянное электрическое поле с заданной плотностью тока.
Раствор, двигаясь турбулизируется при помощи сетки-турбулизатора 20 фиг. 7, 9, 10, 11, установленной в межмембранном канале около поверхности прианодных и прикатодных мембран 49, 22 в зависимости от схемы подключения дренажных сеток, являющихся анодом 48 и катодом 23 в зависимости от схемы подключения электродов «плюс» или «минус».
В межмембранном канале фиг. 9, 10, растворенное в исходном растворе вещество диссоциирует на ионы, - анионы и катионы и под действием электрического тока и градиента давления проникают совместно с растворителем сквозь поры прианодных и прикатодных мембран 49, 22 соответственно и подложки мембран 21 попадая в пространства, где расположены дренажные сетки, являющиеся анодом 48 и катодом 23 в зависимости от схемы подключения электродов «плюс» или «минус» соответственно.
Полученный таким образом прианодный и прикатодный пермеат самотеком отводится через эллиптические отверстия 34, фиг. 8 в полимерной перфорированной перегородке 28, на которую уложены концы дренажных сеток, являющихся анодом 48 и катодом 23, фиг. 7 в зависимости от схемы подключения электродов «плюс» или «минус» попадая в коллекторы для отвода прианодного и прикатодного пермеата 44, 45 соответственно, далее отводятся через отверстия 41 в фиксирующей прокладке 40 исполненные в виде равносторонних треугольников фиг. 6, 12 по продолжающимся коллекторам для отвода прианодного и прикатодного пермеата 44, 45 и выводятся через штуцера для отвода прианодного и прикатодного пермеата 37, 36, фиг. 4 в виде кислот и оснований соответственно.
Одновременно с подачей исходного раствора, через штуцера для ввода и вывода охлаждающей воды 4, 13, фиг. 1, 3 расположенные от горизонтальной оси в сечении под углами
Исходный раствор, протекая по всему межмембранному каналу, где расположена сетка-турбулизатор 20, фиг. 7, 9, 10, 11, очищается от катионов и анионов, попадая через эллиптические щели 31, фиг. 7 внутрь внутренней трубки 27 и штуцера для отвода ретентата 38, фиг. 1. 6 и выводится в виде ретентата.
Снижение гидравлического сопротивления в канале для отвода ретентата и прианодного, прикатодного пермеата и увеличение производительности и качества разделения растворов, увеличение площади прикатодных и прианодных мембран для разделения растворов, снижение эффекта концентрационной поляризации при конструктивном исполнении электробаромембранного аппарата рулонного типа, фиг. 1, по сравнению с аппаратом прототипом достигается, за счет исполнения перфорированной трубки 14 с перфорацией в виде эллиптических проточек 33 по периметру которых расположены полуэллипсы 52, выполненные на расстоянии 5 мм друг от друга, толщина стенок трубки 14 уменьшена в два раза, на внутренней поверхности трубки 14 имеется восемь полуокружностей-проточек 53, проходящих по всей длине образующих и распределенных от горизонтальной оси под углами
Результаты расчета площади разделения растворов в электробаромембранных аппаратах (представленный в данной работе и прототипа) представлены в таблице.
где a - длина мембраны, м; b - ширина мембраны, м; n- - количество прикатодных мембран, шт.; n+ - количество прианодных мембран, шт.; n - общее количество мембран, шт.;
На разработанной конструкции электробаромембранного аппарата рулонного типа без наложения электрического поля можно проводить баромембранные процессы, например, обратный осмос, ультрафильтрацию, нанофильтрацию, микрофильтрацию.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
Электробаромембранный аппарат рулонного типа | 2022 |
|
RU2788979C1 |
Электробаромембранный аппарат рулонного типа | 2022 |
|
RU2782940C1 |
Электробаромембранный аппарат рулонного типа | 2023 |
|
RU2804768C1 |
Электробаромембранный аппарат рулонного типа | 2023 |
|
RU2826576C1 |
Электробаромембранный аппарат рулонного типа с низким гидравлическим сопротивлением | 2017 |
|
RU2671723C1 |
Электробаромембранный аппарат рулонного типа | 2016 |
|
RU2634010C2 |
ЭЛЕКТРОБАРОМЕМБРАННЫЙ АППАРАТ РУЛОННОГО ТИПА | 2014 |
|
RU2553859C1 |
ЭЛЕКТРОБАРОМЕМБРАННЫЙ АППАРАТ РУЛОННОГО ТИПА | 2012 |
|
RU2487746C1 |
Электробаромембранный аппарат рулонного типа | 2020 |
|
RU2752479C1 |
ЭЛЕКТРОБАРОМЕМБРАННЫЙ АППАРАТ РУЛОННОГО ТИПА | 2013 |
|
RU2522882C1 |
Изобретение относится к конструкциям мембранных аппаратов рулонного типа. Предлагается электробаромембранный аппарат рулонного типа, состоящий из корпуса, выполненного из диэлектрического материала, штуцеров для ввода и вывода охлаждающей воды, перфорированной трубки, пленок, имеющих насечки, углубленные в половину от ее толщины, сеток-турбулизаторов, подложек мембран, прикатодных и прианодных мембран, дренажных сеток, являющихся катодом и анодом, устройства для подвода электрического тока, электрических проводов, полимерных перфорированных перегородок с перфорацией в три ряда отверстиями в шахматном порядке по всей длине, штуцеров для отвода прикатодного и прианодного пермеата, штуцеров для отвода ретентата, вертикальной перегородки, коллекторов отвода прианодного и прикатодного пермеата, герметизирующей заливки, сеток-турбулизаторов охлаждающей воды, рулонного элемента, резиновой манжеты, уплотнительной прокладки, герметизирующей прокладки, штуцера подачи исходного раствора, посадочных прокладок, ответного прижимного фланца, торцевых прокладок, антителескопической решетки, втулки, внешних трубок, перегородок, внутренних трубок, клеевой композиции, эллиптических щелей, эллиптических проточек, отверстий, торцевых прокладок, крышки, фиксирующих прокладок, отверстий в фиксирующих прокладках, колец резиновых, внешних отводных трубок, при этом перфорированная трубка изготовлена с перфорацией в виде эллиптических проточек, по периметру которых расположены полуэллипсы, выполненные на расстоянии 5 мм друг от друга, а на внутренней поверхности имеется восемь полуокружностей-проточек, проходящих по всей длине образующих и распределенных от горизонтальной оси под углами π/6, π/3, 2π/3, 5π/6, 7π/6, 4π/3, 5π/3, 11π/6 соответственно, отверстия в фиксирующей прокладке исполнены в виде двух полумесяцев с закругленными краями, на внутренней поверхности внутренней трубки имеется восемь полуокружностей-проточек, проходящих по всей длине образующих и распределенных от горизонтальной оси под углами π/6, π/3, 2π/3, 5π/6, 7π/6, 4π/3, 5π/3, 11π/6 соответственно, внешняя и внутренняя трубки перфорированы эллиптическими щелями, по периметру которых расположены полуэллипсы, выполненные на расстоянии 5 мм и 10 мм друг от друга соответственно, в полимерной перфорированной перегородке имеются эллиптические отверстия, пленки, имеющие насечки, углубленные в половину от ее толщины, составляют по форме параллелограммы, штуцер для ввода охлаждающей воды смещен к разъемной торцевой поверхности корпуса аппарата на 25 мм, штуцер для вывода охлаждающей воды смещен к глухой торцевой поверхности корпуса аппарата на 25 мм. Технический результат - снижение гидравлического сопротивления в канале для отвода ретентата и прианодного, прикатодного пермеата, увеличение производительности и качества разделения растворов, увеличение площади прикатодных и прианодных мембран для разделения растворов, снижение эффекта концентрационной поляризации. 13 ил.
Электробаромембранный аппарат рулонного типа, состоящий из корпуса, выполненного из диэлектрического материала, штуцеров для ввода и вывода охлаждающей воды, перфорированной трубки, пленок, имеющих насечки, углубленные в половину от ее толщины, сеток-турбулизаторов, подложек мембран, прикатодных и прианодных мембран, дренажных сеток, являющихся катодом и анодом, устройства для подвода электрического тока, электрических проводов, полимерных перфорированных перегородок с перфорацией в три ряда отверстиями в шахматном порядке по всей длине, штуцеров для отвода прикатодного и прианодного пермеата, штуцеров для отвода ретентата, вертикальной перегородки, коллекторов отвода прианодного и прикатодного пермеата, герметизирующей заливки, сеток-турбулизаторов охлаждающей воды, рулонного элемента, резиновой манжеты, уплотнительной прокладки, герметизирующей прокладки, штуцера подачи исходного раствора, посадочных прокладок, ответного прижимного фланца, торцевых прокладок, антителескопической решетки, втулки, внешних трубок, перегородок, внутренних трубок, клеевой композиции, эллиптических щелей, эллиптических проточек, отверстий, торцевых прокладок, крышки, фиксирующих прокладок, отверстий в фиксирующих прокладках, колец резиновых, внешних отводных трубок, отличающийся тем, что перфорированная трубка 14 изготовлена с перфорацией в виде эллиптических проточек 33, по периметру которых расположены полуэллипсы 52, выполненные на расстоянии 5 мм друг от друга, а на внутренней поверхности имеется восемь полуокружностей-проточек 53, проходящих по всей длине образующих и распределенных от горизонтальной оси под углами π/6, π/3, 2π/3, 5π/6, 7π/6, 4π/3, 5π/3, 11π/6 соответственно, отверстия в фиксирующей прокладке 40 исполнены в виде двух полумесяцев с закругленными краями 41, на внутренней поверхности внутренней трубки 27 имеется восемь полуокружностей-проточек 54, проходящих по всей длине образующих и распределенных от горизонтальной оси под углами π/6, π/3, 2π/3, 5π/6, 7π/6, 4π/3, 5π/3, 11π/6 соответственно, внешняя и внутренняя трубки 25 и 27 перфорированы эллиптическими щелями 32 и 31, по периметру которых расположены полуэллипсы 52, 51, выполненные на расстоянии 5 мм и 10 мм друг от друга соответственно, в полимерной перфорированной перегородке 28 имеются эллиптические отверстия 34, пленки 19, имеющие насечки, углубленные в половину от ее толщины, составляют по форме параллелограммы, штуцер для ввода охлаждающей воды 4 смещен к разъемной торцевой поверхности корпуса аппарата 1 на 25 мм, штуцер для вывода охлаждающей воды 13 смещен к глухой торцевой поверхности корпуса аппарата 1 на 25 мм.
Электробаромембранный аппарат рулонного типа | 2016 |
|
RU2634010C2 |
ЭЛЕКТРОБАРОМЕМБРАННЫЙ АППАРАТ РУЛОННОГО ТИПА | 2012 |
|
RU2487746C1 |
Кольцевая туннельная печь для термо-обработки углеродистого материала | 1973 |
|
SU508646A1 |
US 4948514 A1, 14.08.1990. |
Авторы
Даты
2019-09-16—Публикация
2019-01-23—Подача