Электробаромембранный аппарат трубчатого типа Российский патент 2025 года по МПК B01D63/06 B01D61/46 

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 2826557 C1, 12.09.2024. Бюл. № 26. Прототип состоит из цилиндрического корпуса, выполненного из диэлектрического материала, с расположенными на его внешней поверхности патрубком для ввода разделяемой жидкости и на его внутренней поверхности на одинаковом расстоянии друг от друга пазами в форме полуокружности, 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°, с распложенными на внутренних поверхностях на одинаковом расстоянии друг от друга пазами в форме полуокружности, последовательно соединенных камер разделения, образованных концентрическими фильтрующими элементами различной длины с установленной охлаждающей трубкой-турбулизатором переменной ширины, равной длине цилиндрического корпуса, концентричных фильтрующих элементов и центральной трубы, от одной прижимной решетки сферической формы до другой, фиксирующих охлаждающую трубку-турбулизатор по центру камеры разделения, длиной от штуцера ввода охлаждающей жидкости до штуцера вывода охлаждающей жидкости и высотой, равной 1/3 высоты камеры разделения, с переточными отверстиями для циркуляции разделяемого раствора, расположенными на равном расстоянии по всей ее ширине и в местах пазов в форме полуокружности по всей длине, центральной трубы, выполненной из диэлектрического материала с отверстием, расположенным вплотную к устройству для подвода электрического напряжения и герметично установленным во внутренней поверхности патрубком с раструбом, служащим для вывода продуктов разделения, на внутренней поверхности центральной трубы на одинаковом расстоянии друг от друга 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, торцевых крышек, с установленными в верхней части газоотводчиками для удаления образующихся в прикатодном и прианодном пространствах газов - кислорода и водорода, а в нижней части - штуцерами для кислого и щелочного пермеата.

Недостатками прототипа являются: низкая производительность и качество разделения растворов, малоэффективное охлаждение и турбулизация разделяемого (исходного) раствора, повышенная способность образования застойных зон и высокая концентрационная поляризация, большая материалоемкость в единицу объема аппарата.

Технический результат выражается повышением производительности и качества разделения растворов, улучшением охлаждения и турбулизации разделяемого (исходного) раствора, уменьшением застойных явлений и снижением эффекта концентрационной поляризации, уменьшением материалоемкости в единицу объема аппарата за счет того, что аппарат состоит из цилиндрического корпуса, выполненного из диэлектрического материала, с расположенными на его внешней поверхности патрубком для ввода разделяемой жидкости и на его внутренней поверхности на одинаковом расстоянии друг от друга пазами в форме полуокружности, 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°, с распложенными на внутренних поверхностях на одинаковом расстоянии друг от друга пазами в форме полуокружности, последовательно соединенных камер разделения, образованных концентрическими фильтрующими элементами различной длины с установленной охлаждающей трубкой-турбулизатором переменной ширины, равной длине цилиндрического корпуса, концентричных фильтрующих элементов и центральной трубы, от одной прижимной решетки сферической формы до другой, фиксирующих охлаждающую трубку-турбулизатор по центру камеры разделения, длиной от штуцера ввода охлаждающей жидкости до штуцера вывода охлаждающей жидкости и высотой, равной 1/3 высоты камеры разделения, с переточными отверстиями для циркуляции разделяемого раствора, расположенными на равном расстоянии по всей ее ширине и в местах пазов в форме полуокружности по всей длине, центральной трубы, выполненной из диэлектрического материала с отверстием, расположенным вплотную к устройству для подвода электрического напряжения и герметично установленным во внутренней поверхности патрубком с раструбом, служащим для вывода продуктов разделения, на внутренней поверхности центральной трубы на одинаковом расстоянии друг от друга 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, торцевых крышек, с установленными в верхней части газоотводчиками для удаления образующихся в прикатодном и прианодном пространствах газов - кислорода и водорода, а в нижней части - штуцерами для кислого и щелочного пермеата, отличающийся тем, что цилиндрический корпус выполнен с ребрами жесткости и расположенными в одной плоскости центральным патрубком для ввода разделяемой жидкости и симметричными относительно него штуцерами ввода и вывода охлаждающей жидкости, охлаждающая трубка-турбулизатор с коническими переточными отверстиями в местах соединения с штуцерами ввода и вывода охлаждающей жидкости исполнена с закруглениями и шириной, равной 1/6 от ширины охлаждающей трубки-турбулизатора.

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; фиг.4 - фрагмент охлаждающей трубки-турбулизатора в местах соединения с штуцерами.

Электробаромембранный аппарат трубчатого типа состоит из цилиндрического корпуса 1 с ребрами жесткости, служащими, как для повышения прочности, так и для отвода тепла, и пазами в форме полуокружности, патрубка 2 для ввода разделяемой жидкости, устройства 3 для подвода электрического напряжения, 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 пазами в форме полуокружности и отверстием 13, патрубка 14 с раструбом, прикатодной дренажной сетки 15, внешней поверхности микропористой подложки 16, служащей электродом-катодом, прикатодной мембраны 17, торцевых крышек 18, имеющих штуцеры 19 и 20 для кислого и щелочного пермеата соответственно, газоотводчиков 21, охлаждающей трубки-турбулизатора 22 переменной ширины с коническими переточными отверстиями 23 для циркуляции разделяемого раствора, позволяющими направлять поток к пазам в форме полуокружности, штуцеров 24 и 25 для ввода и вывода охлаждающей жидкости соответственно, прижимных решеток 26 сферической формы.

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 коническим переточным отверстиям 23, позволяющими направлять поток к пазам в форме полуокружности, фиг. 3, 4, охлаждающей трубки-турбулизатора 22 переменной ширины, 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 штуцеры 19 и 20 для кислого и щелочного пермеата, расположенные в нижней части торцевых крышек, 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, а далее через отверстие 13 в центральную трубу 12, где происходят аналогичные описанным выше процессы, фиг. 1, 2.

Таким образом, из раствора, последовательно протекающего по всем камерам аппарата и центральной трубе 12 в форме анионов и катионов, удаляются растворенные вещества. Обедненный раствор через патрубок 14 с раструбом 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 коническими переточными отверстиями 23, фиг. 3, 4, во всех камерах разделения 11 шириной от одной прижимной решетки 26 сферической формы до другой, фиг. 1, отводя избыток тепла от разделяемого раствора, и выводится через штуцер вывода охлаждающей жидкости 25, фиг. 2, 4.

Повышение производительности и качества разделения растворов, улучшение охлаждения и турбулизации разделяемого (исходного) раствора, уменьшение застойных явлений и снижение эффекта концентрационной поляризации, уменьшение материалоемкости в единицу объема аппарата достигается за счет того, что цилиндрический корпус выполнен с ребрами жесткости, служащими, как для повышения прочности, так и для отвода тепла, и расположенными в одной плоскости центральным патрубком для ввода разделяемой жидкости и симметричными относительно него штуцерами ввода и вывода охлаждающей жидкости, позволяющими увеличить площадь поверхности охлаждения, охлаждающая трубка-турбулизатор с коническими переточными отверстиями в местах соединения с штуцерами ввода и вывода охлаждающей жидкости исполнена с закруглениями и шириной, равной 1/6 от ширины охлаждающей трубки-турбулизатора.

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 области разделения, концентрирования и очистки растворов. Предложен электробаромембранный аппарат трубчатого типа, в котором цилиндрический корпус выполнен с ребрами жесткости и расположенными в одной плоскости центральным патрубком для ввода разделяемой жидкости и симметричными относительно него штуцерами ввода и вывода охлаждающей жидкости, охлаждающая трубка-турбулизатор с коническими переточными отверстиями в местах соединения с штуцерами ввода и вывода охлаждающей жидкости исполнена с закруглениями и шириной, равной 1/6 от ширины охлаждающей трубки-турбулизатора. Технический результат - повышение производительности и качества разделения растворов, улучшение охлаждения и турбулизации разделяемого раствора, уменьшение застойных явлений и снижение эффекта концентрационной поляризации, уменьшение материалоемкости в единицу объема аппарата. 4 ил.

Электробаромембранный аппарат трубчатого типа, состоящий из цилиндрического корпуса, выполненного из диэлектрического материала, с расположенными на его внешней поверхности патрубком для ввода разделяемой жидкости и на его внутренней поверхности на одинаковом расстоянии друг от друга пазами в форме полуокружности, 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°, с распложенными на внутренних поверхностях на одинаковом расстоянии друг от друга пазами в форме полуокружности, последовательно соединенных камер разделения, образованных концентрическими фильтрующими элементами различной длины с установленной охлаждающей трубкой-турбулизатором переменной ширины, равной длине цилиндрического корпуса, концентричных фильтрующих элементов и центральной трубы, от одной прижимной решетки сферической формы до другой, фиксирующих охлаждающую трубку-турбулизатор по центру камеры разделения, длиной от штуцера ввода охлаждающей жидкости до штуцера вывода охлаждающей жидкости и высотой, равной 1/3 высоты камеры разделения, с переточными отверстиями для циркуляции разделяемого раствора, расположенными на равном расстоянии по всей ее ширине и в местах пазов в форме полуокружности по всей длине, центральной трубы, выполненной из диэлектрического материала с отверстием, расположенным вплотную к устройству для подвода электрического напряжения и герметично установленным во внутренней поверхности патрубком с раструбом, служащим для вывода продуктов разделения, на внутренней поверхности центральной трубы на одинаковом расстоянии друг от друга 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, торцевых крышек с установленными в верхней части газоотводчиками для удаления образующихся в прикатодном и прианодном пространствах газов - кислорода и водорода, а в нижней части - штуцерами для кислого и щелочного пермеата, отличающийся тем, что цилиндрический корпус выполнен с ребрами жесткости и расположенными в одной плоскости центральным патрубком для ввода разделяемой жидкости и симметричными относительно него штуцерами ввода и вывода охлаждающей жидкости, охлаждающая трубка-турбулизатор с коническими переточными отверстиями в местах соединения с штуцерами ввода и вывода охлаждающей жидкости исполнена с закруглениями и шириной, равной 1/6 от ширины охлаждающей трубки-турбулизатора.