Электроионитный аппарат Российский патент 2024 года по МПК B01D61/48 

Изобретение относится к конструкциям электродиализаторов с ионопроводящем наполнителем, используемых для разделения, концентрирования, очистки слабоминерализованных растворов в химической, машиностроительной, пищевой, фармацевтической промышлености, аграрном секторе и т.д.

Аналогом данной конструкции является электроионитный аппарат, представленный в авторском свидетельстве СССР №701655, В01D 13/02, 1977. Он представляет собой трехкамерный аппарат, в котором по очередности расположены камеры концентрирования, заполненные электрохимически нейтральным материалом, и камеры обессоливания с рамкой для заполнения ионообменной смолой. Недостатками конструкции являются сложность сборки и загрузки ионообменной смолы в камеры обессоливания, низкая производительность и качество слабоминерализованного разделяемого (исходного) раствора, высокие энергозатраты на разделение слабоминерализованных растворов. Эти недостатки частично устранены в прототипе.

Прототипом данной конструкции является электроионитный аппарат, конструкция которого приведена в патенте RU 2090251 С1, B01D 61/48, 20.09.1997. Прототип состоит из плоских последовательно расположенных камер концентрирования, обессоливания и двух электродных камер. Камеры концентрирования и обессоливания образованы чередующимися анионообменными и катионообменными мембранами, камеры обессоливания содержат рамки для ионообменной смолы.

Недостатками прототипа являются: низкая производительность и качество разделения слабоминерализованного раствора, отсутствие турбулизации, повышенное электросопротивление аппарата и высокая концентрационная поляризация в камерах обессоливания, сложность конструкции и обслуживания.

Технический результат выражается повышением производительности и качества разделения слабоминерализованного раствора, турбулизацией в камерах, уменьшением электросопротивления аппарата и снижением концентрационной поляризации, простотой сборки и обслуживания, за счет того, что аппарат состоит из плоских последовательно расположенных камер концентрирования и обессоливания, камеры концентрирования и обессоливания образованы чередующимися анионообменными и катионообменными мембранами, камеры обессоливания содержат рамки для ионообменной смолы, отличающийся тем, что камеры обессоливания и концентрирования разделены на первую и вторую камеры перегородкой корпуса, в камерах концентрирования размещена ионообменная смола, переточные каналы снабжены соплами-турбулизаторами, крышки аппарата имеют форму с выступами для уплотнения ионообменной смолы, а мембранодержатели вставлены в пазы и зафиксированы крышками.

На фиг. 1 изображена 3-D модель электроионитного аппарата; фиг. 2 – вид слева; фиг. 3 – вид сверху; фиг. 4 – разрез А-А; фиг. 5 – разрез Б-Б; фиг. 6 – разрез В-В, фиг. 7 – выносной элемент Г, камеры, заполненные ионообменной смолой.

Электроионитный аппарат состоит из корпуса 1 с перегородкой, верхней крышки 2 и нижней крышки 3 с выступами, штуцера 4 подачи раствора для концентрирования, штуцера 5 отвода концентрата, каналов 6, 7 подачи раствора для концентрирования в камеру концентрирования, каналов 8, 9 отвода концентрата из камеры концентрирования, сопла 10 каналов раствора концентрата для создания турбулентных потоков и предотвращения сопутствующего уносу ионообменной смолы, паза 11 для мембранодержателя, уплотнительной прокладки 12 крышек, переточного канала 13 дилюата, сопла 14 переточных каналов дилюата, переточного канала 15 концентрата, штуцера 16 подачи исходного раствора, штуцера 17 отвода дилюата, канала 18 подачи исходного раствора, канала 19 подачи исходного раствора в камеры разделения, сопла 20 каналов дилюата, каналов 21, 22 отвода дилюата из камеры обессоливания, сопла 23 отвода и предотвращения уноса смолы из камеры разделения, сопла 24 переточного канала концентрата, катода 25, анода 26, первой камеры 27 концентрирования, заполненной ионообменной смолой, прижимной гайки 28, прижимной шайбы 29, уплотнительного кольца 30 для герметизации выводов электродов, первой камеры 31 обессоливания, заполненной ионообменной смолой, катионообменной мембраны 32, анионообменной мембраны 33, верхнего уплотнителя 34 держателя мембраны, нижнего держателя 35 ионообменной мембраны, второй камеры 36 обессоливания, второй камеры 37 концентрирования.

Корпус 1, крышки аппарата 2 и 3 могут быть изготовлены из полимерных диэлектрических материалов.

Мембранодержатели 33 и 34 – из термопластичных эластомеров.

Электроды могут быть выполнены из ОИРТА.

Принцип работы аппарата основан на совмещении процесса электродиализа и ионного обмена.

Аппарат работает следующим образом.

Исходный раствор для разделения подается в штуцер 16 подачи исходного раствора, фиг. 1, 2, 3, 4, 6, далее по каналу 18 подачи исходного раствора направляется в каналы 19 подачи исходного раствора в камеры разделения и через сопло 20 каналов дилюата в турбулизированном потоке поступает в первую камеру 31 обессоливания, где ионы оседают на ионообменной смоле, фиг. 7, и под действием электрического тока транспортируются к катионообменной мембране 32 и анионообменной мембране 33, в свою очередь транспорт ионов через мембраны обусловлен ионообменной селективностью мембран, затем обессоленный раствор поступает в сопло 14 переточных каналов дилюата, фиг. 4, 5, 6, которое предотвращает унос ионообменной смолы, после подается в переточной канал 13 дилюата, фиг. 4, 5, откуда поступает во вторую камеру 36 обессоливания для полного удаления ионов из слабоминерализованных растворов, далее раствор поступает в сопло 23 отвода и предотвращения уноса ионообменной смолы, откуда по каналам 21, 22 отвода дилюата из камеры обессоливания отводится к штуцеру 17 отвода дилюата. Одновременно с подачей исходного раствора на разделение в штуцер 4 подачи раствора для концентрирования подается раствор для концентрирования, затем по каналам 6, 7 подачи раствора для концентрирования в камеру концентрирования поступает в сопло 10 каналов раствора концентрата для создания турбулентных потоков и предотвращения сопутствующего уносу ионообменной смолы, и далее в турбулентном потоке распределяется по первой камере 27 концентрирования, откуда концентрат первой ступени поступает через сопло 24 переточного канала концентрата, фиг. 1, 4, 6, и переточной канал 15 концентрата во вторую камеру 37 концентрирования, и далее отводится через сопло 10 каналов раствора концентрата для создания турбулентных потоков и предотвращения сопутствующего уносу ионообменной смолы и каналы 8, 9 отвода концентрата из камеры концентрирования к штуцеру 5 отвода концентрата.

Повышение производительности и качества разделения слабоминерализованного раствора, турбулизация в камерах, уменьшение электросопротивления аппарата и снижение концентрационной поляризации достигается за счёт того, что камеры обессоливания и концентрирования разделены на первую и вторую камеры перегородкой корпуса, в камерах концентрирования размещена ионообменная смола, переточные каналы снабжены соплами-турбулизаторами, за счёт формы крышек с выступами происходит уплотнение ионообменной смолы при сборке и обслуживании, что приводит к большему числу ионопроводимых частиц на единицу аппарата.

Простота сборки и обслуживания достигается за счет того, что мембранодержателями вставляются в пазы и фиксируются крышками.

Изобретение относится к конструкциям электродиализаторов с ионопроводящим наполнителем, используемых для разделения, концентрирования, очистки слабоминерализованных растворов. Отличительной особенностью электроионитного аппарата является то, что камеры обессоливания и концентрирования разделены на первую и вторую камеры перегородкой корпуса, а в камерах концентрирования размещена ионообменная смола. Переточные каналы снабжены соплами-турбулизаторами, а крышки аппарата имеют форму с выступами для уплотнения ионообменной смолы, при этом мембранодержатели вставлены в пазы и зафиксированы крышками. Техническим результатом является повышение производительности и качества разделения слабоминерализованного раствора, обеспечение турбулизации в камерах, уменьшение электросопротивления аппарата и снижение концентрационной поляризации, простота сборки и обслуживания. 7 ил.

Электроионитный аппарат, состоящий из плоских последовательно расположенных камер концентрирования и обессоливания, камеры концентрирования и обессоливания образованы чередующимися анионообменными и катионообменными мембранами, камеры обессоливания содержат рамки для ионообменной смолы, отличающийся тем, что камеры обессоливания и концентрирования разделены на первую и вторую камеры перегородкой корпуса, в камерах концентрирования размещена ионообменная смола, переточные каналы снабжены соплами-турбулизаторами, крышки аппарата имеют форму с выступами для уплотнения ионообменной смолы, а мембранодержатели вставлены в пазы и зафиксированы крышками.