Электробаромембранный аппарат трубчатого типа Российский патент 2023 года по МПК B01D61/46 B01D63/06 

Изобретение относится к области разделения, концентрирования и очистки растворов методами электромикрофильтрации, электроультрафильтрации, электронанофильтрации, электроосмофильтрации и может быть использовано в химической, машиностроительной, пищевой промышленности, аграрном секторе и т. п.

Аналогом данной конструкции является мембранный аппарат, приведенный в авторском свидетельстве СССР № SU 799779, кл. B01D 63/06, 1979. Он состоит из цилиндрического корпуса и выполненных на его внутренней поверхности продольных каналов, микропористой подложки, мембраны, торцевых решеток, центральной трубы с отверстием и герметично установленным во внутренней поверхности патрубком, служащим для вывода продуктов разделения, торцевых крышек. Недостатком данного аппарата является низкая производительность и качество разделения растворов, отсутствие турбулизации и охлаждения разделяемого (исходного) раствора, а также газоотведения в пространствах прикатодного и прианодного пермеата. Этот недостаток частично устранен в прототипе.

Прототипом данной конструкции является электробаромембранный аппарат трубчатого типа, конструкция которого приведена в патенте RU 2780028 C1, 19.09.2022. Бюл. № 26. Прототип состоит из цилиндрического корпуса, выполненного из диэлектрического материала, с расположенным на его внешней поверхности штуцером для ввода разделяемой жидкости, устройства для подвода электрического напряжения, микропористой подложки, служащей одновременно электродом (анодом), прианодной мембраны, решеток, концентричных фильтрующих элементов различной длины, повернутых друг относительно друга на 180°, последовательно соединенных камер разделения, образованных концентрическими фильтрующими элементами различной длины с расположенной охлаждающей трубкой-турбулизатором по всей длине от штуцера ввода охлаждающей жидкости до штуцера вывода охлаждающей жидкости шириной, равной ширине цилиндрического корпуса от одной прижимной решетки до другой для фиксации охлаждающей трубки-турбулизатора по центру камеры разделения и высотой, равной 1/3 высоты камеры разделения, центральной трубы, выполненной из диэлектрического материала с отверстием и герметично установленным во внутренней поверхности патрубком, служащим для вывода продуктов разделения, внешней поверхности микропористой подложки, служащей электродом (катодом), прикатодной мембраны, торцевых крышек, в верхней части которых установлены газоотводчики для удаления образующихся в прикатодном и прианодном пространствах газов (кислород и водород) и имеющих штуцера для кислого и щелочного пермеата.

Недостатками прототипа являются: малая площадь разделения раствора на единицу объема аппарата, низкая производительность и качество разделения растворов, малоэффективная турбулизация и охлаждение разделяемого (исходного) раствора.

Технический результат выражается увеличением площади разделения раствора на единицу объема аппарата, повышением производительности и качества разделения растворов, улучшением турбулизации и охлаждения разделяемого (исходного) раствора за счет того, что аппарат состоит из цилиндрического корпуса, выполненного из диэлектрического материала, с расположенным на его внешней поверхности штуцером для ввода разделяемой жидкости, устройства для подвода электрического напряжения, микропористой подложки, служащей одновременно электродом (анодом), прианодной мембраны, решеток, концентричных фильтрующих элементов различной длины, повернутых друг относительно друга на 180°, последовательно соединенных камер разделения, образованных концентрическими фильтрующими элементами различной длины с расположенной охлаждающей трубкой-турбулизатором по всей длине от штуцера ввода охлаждающей жидкости до штуцера вывода охлаждающей жидкости шириной, равной ширине цилиндрического корпуса от одной прижимной решетки до другой для фиксации охлаждающей трубки-турбулизатора по центру камеры разделения и высотой, равной 1/3 высоты камеры разделения, центральной трубы, выполненной из диэлектрического материала с отверстием и герметично установленным во внутренней поверхности патрубком, служащим для вывода продуктов разделения, внешней поверхности микропористой подложки, служащей электродом (катодом), прикатодной мембраны, торцевых крышек, в верхней части которых установлены газоотводчики для удаления образующихся в прикатодном и прианодном пространствах газов (кислород и водород) и имеющих штуцера для кислого и щелочного пермеата, отличающийся тем, что на внутренней поверхности корпуса выполнены пазы в форме полуокружности с уложенными по всей поверхности прианодной дренажной сеткой, соединенной с продольными каналами в решетке, микропористой подложкой, служащей электродом (анодом), прианодной мембраной, на внутренних и внешних поверхностях концентричных фильтрующих элементов различной длины выполнены пазы в форме полуокружности с уложенными по всей поверхности прикатодной дренажной сеткой, соединенной с продольными каналами в решетке, микропористой подложкой, служащей электродом (катодом), прикатодной мембраной, в охлаждающей трубке-турбулизаторе имеются переточные отверстия для циркуляции разделяемого раствора и расположенные на равном расстоянии по всей ее ширине и в местах пазов в форме полуокружности по всей длине.

На фиг. 1 изображен электробаромембранный аппарат трубчатого типа, продольный разрез, фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, фиг. 3 - выносной элемент Б на фиг. 2, схема миграции анионов и катионов в камере разделения.

Электробаромембранный аппарат трубчатого типа состоит из цилиндрического корпуса 1 с пазами в форме полуокружности, штуцера для ввода разделяемой жидкости 2, устройства для подвода электрического напряжения 3, продольных каналов 4, прианодной дренажной сетки 5, микропористой подложки 6, служащей одновременно электродом (анодом), прианодной мембраны 7, решеток 8, концентричных фильтрующих элементов 9 различной длины с пазами в форме полуокружности и переточными каналами 10, последовательно соединенных камер разделения 11, центральной трубы 12 с отверстием 13, патрубка 14, прикатодной дренажной сетки 15, внешней поверхности микропористой подложки 16, служащей электродом (катодом), прикатодной мембраны 17, торцевых крышек 18, имеющих штуцера 19 и 20 для кислого и щелочного пермеата соответственно, газоотводчиков 21, охлаждающей трубки-турбулизатора 22 с переточными отверстиями 23 для циркуляции разделяемого раствора, штуцеров для ввода и вывода охлаждающей жидкости 24 и 25 соответственно, прижимных решеток 26.

Электробаромембранный аппарат работает следующим образом. Разделяемый раствор под давлением, превышающем осмотическое давление растворенных в нем веществ, через патрубок 2 поступает в ближайшую к корпусу 1 камеру разделения 11, фиг. 1, 2, 3. Двигаясь по всем камерам разделения 11, фиг. 2, 3, раствор перемешивается, циркулируя по переточным отверстиям 23 охлаждающей трубки-турбулизатора 22, расположенной внутри камеры разделения 11. После заполнения аппарата жидкостью на клеммы 3 подается постоянное электрическое напряжение, фиг. 1, 2, вызывающее определенную плотность тока в растворе. Под действием электрического поля анионы транспортируются через прианодную мембрану 7, к микропористой подложке 6, служащей одновременно электродом (анодом), расположенным на корпусе 1, фиг. 2, 3. Катионы транспортируются через прикатодную мембрану 17 к поверхности ближайшей микропористой подложки 16, служащей электродом (катодом). В результате электрохимических реакций в прикатодном и прианодном пространствах образуются, соответственно, щелочь и кислота, а также выделяются различные газы. Щелочь и кислота вымываются пермеатом, продавливаемым под действием перепада давления через мембраны, а выделившиеся газы (кислород и водород) через газототводчики 21, фиг. 1, удаляются в специальные емкости. Далее пермеат перемещается по прианодной и прикатодной дренажным сеткам 5 и 15, соответствующим продольным каналам 4 и выводится из аппарата через патрубки 19 и 20, фиг. 1. Разделяемая жидкость через переточный канал 10 в концентричном фильтрующем элементе 9 различной длины поступает в следующую камеру разделения 11, расположенную ближе к центру аппарата, где происходят аналогичные описанным выше процессы, фиг. 1, 2.

Таким образом, из раствора, последовательно протекающего по всем камерам аппарата в форме анионов и катионов, удаляются растворенные вещества. Обедненный раствор отводится через отверстие 13 в центральную трубу 12, а далее через патрубок 14 выводится из аппарата, фиг. 1.

Одновременно с подачей разделяемого раствора через штуцер ввода охлаждающей жидкости 24 подается охлаждающий агент (например, водопроводная вода), заполняя всю охлаждающую трубку-турбулизатор 22 с переточными отверстиями 23 во всех камерах разделения 11 шириной от одной прижимной решетки 26 до другой, фиг. 1, отводя избыток тепла от разделяемого раствора, и выводится через штуцер вывода охлаждающей жидкости 25, фиг. 2.

Увеличение площади разделения раствора на единицу объема аппарата, повышение производительности и качества разделения растворов, улучшение турбулизации и охлаждения разделяемого (исходного) раствора, фиг. 1, 2, 3, достигается за счет того, что на внутренней поверхности корпуса выполнены пазы в форме полуокружности с уложенными по всей поверхности прианодной дренажной сеткой, соединенной с продольными каналами в решетке, микропористой подложкой, служащей электродом (анодом), прианодной мембраной, фиг. 1, 2, 3, на внутренних и внешних поверхностях концентричных фильтрующих элементов различной длины выполнены пазы в форме полуокружности с уложенными по всей поверхности прикатодной дренажной сеткой, соединенной с продольными каналами в решетке, микропористой подложкой, служащей электродом (катодом), прикатодной мембраной, в охлаждающей трубке-турбулизаторе имеются переточные отверстия для циркуляции разделяемого раствора и расположенные на равном расстоянии по всей ее ширине и в местах пазов в форме полуокружности по всей длине, фиг. 2.

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

Изобретение относится к разделению, концентрированию и очистке растворов и может быть использовано в химической, машиностроительной, пищевой промышленности, аграрном секторе. Раскрыт электробаромембранный аппарат трубчатого типа, отличительной особенностью которого является то, что на внутренней поверхности корпуса выполнены пазы в форме полуокружности с уложенными по всей поверхности прианодной дренажной сеткой, соединенной с продольными каналами в решетке, микропористой подложкой, служащей электродом – анодом, прианодной мембраной. На внутренних и внешних поверхностях концентричных фильтрующих элементов различной длины выполнены пазы в форме полуокружности с уложенными по всей поверхности прикатодной дренажной сеткой, соединенной с продольными каналами в решетке, микропористой подложкой, служащей электродом - катодом, прикатодной мембраной. В охлаждающей трубке-турбулизаторе имеются переточные отверстия для циркуляции разделяемого раствора и расположенные на равном расстоянии по всей ее ширине и в местах пазов в форме полуокружности по всей длине. Техническим результатом является повышение производительности аппарата и качества разделения растворов. 3 ил.

Электробаромембранный аппарат трубчатого типа состоит из цилиндрического корпуса, выполненного из диэлектрического материала, с расположенным на его внешней поверхности штуцером для ввода разделяемой жидкости, устройства для подвода электрического напряжения, микропористой подложки, служащей одновременно электродом - анодом, прианодной мембраны, решеток, концентричных фильтрующих элементов различной длины, повернутых друг относительно друга на 180°, последовательно соединенных камер разделения, образованных концентрическими фильтрующими элементами различной длины с расположенной охлаждающей трубкой-турбулизатором по всей длине от штуцера ввода охлаждающей жидкости до штуцера вывода охлаждающей жидкости шириной, равной ширине цилиндрического корпуса от одной прижимной решетки до другой для фиксации охлаждающей трубки-турбулизатора по центру камеры разделения и высотой, равной 1/3 высоты камеры разделения, центральной трубы, выполненной из диэлектрического материала с отверстием и герметично установленным во внутренней поверхности патрубком, служащим для вывода продуктов разделения, внешней поверхности микропористой подложки, служащей электродом - катодом, прикатодной мембраны, торцевых крышек, в верхней части которых установлены газоотводчики для удаления образующихся в прикатодном и прианодном пространствах газов - кислорода и водорода и имеющих штуцера для кислого и щелочного пермеата, отличающийся тем, что на внутренней поверхности корпуса выполнены пазы в форме полуокружности с уложенными по всей поверхности прианодной дренажной сеткой, соединенной с продольными каналами в решетке, микропористой подложкой, служащей электродом - анодом, прианодной мембраной, на внутренних и внешних поверхностях концентричных фильтрующих элементов различной длины выполнены пазы в форме полуокружности с уложенными по всей поверхности прикатодной дренажной сеткой, соединенной с продольными каналами в решетке, микропористой подложкой, служащей электродом - катодом, прикатодной мембраной, в охлаждающей трубке-турбулизаторе имеются переточные отверстия для циркуляции разделяемого раствора и расположенные на равном расстоянии по всей ее ширине и в местах пазов в форме полуокружности по всей длине.