Многокамерный электродиализатор Советский патент 1983 года по МПК B01D13/02 

Изобретение относится к технике электродиализа, а конкретно к конструкциям многокамерных электродиализаторов с близкорасположенными мембранами и внешними гидравлическими коллекторами, предназначенным для глубокой деминерализации растворов. Известен многокамерный электродиализатор с ионообменными мембранами, образующими камеры деминерализации и камеры концентрирования с внутренними коллекторами, образованными соосными отверстиями в мембранах и уплотнительных рамках прокладок f1.

Недостатками такой конструкции являются неравномерность гидродина. мических условий по площади мембран и значительная (более 1 мм) толщина камер.

Известен также.многокамерный электродиализатор, включающий внешние гидравлические коллекторы, катионообменные и анионообменные мембраны, образующие рабочие -камеры, в которых помещены сетчатые прокладки, снабженные с двух противоположных сторон эластичными уплотнитель ными полосами.

Такая конструкция электродиализатора позволяет максимально увеличить полезную площадь мембран, создать равномерные гидродинамические условия по всей поверхности мембран, обеспечивает жесткую фиксацию мембран в пакете и допускает их многократную переборку Г2.

Недостатками такой конструкции является высокое гидравлическое сопротивление и малый срок службы электродиализатора, так как полосы уплотнения сетчатой прокладки, находясь в сжатом пакете электродиализатора в налряженном состоянии, вызывают взаимную деформацию мембран и сетчатой структуры прокладок, что приводит к уменьшению живого сечения на входных и выходшлх участках рабочих камер и, как следствие, к росту гидравлического сопротивления электродиализатора. Поскольку ионообменные мембраны более пластичны чем материалы сетчатых прокладок (последние обычно изготавливаются из капрона, полиэтилена, пропилена или фторопласта), то при длительной эксплуатации электродиализатора происходит постепенное врезание сеток в мембраны,что вызывает дальнейшее уменьшение живого сечения входных и выходных участков, рабочих камер вплоть до их полного перекрывания ионообменными мембра,нами. Кроме того, малое живоесечение входных и выходных участков рабочих камер электродиализатора делает его весьма чувствительным к взвешенным частицам, находящимся в перерабатываемом растворе, что также сокращает срок службы электродиализатора.

Целью изобретения является повышение надежности и срока службы электродиализ атора.

Указанная цель достигается тем, что в многокамерном электродиализаторе, включающем катионообменные и анионообменные мембраны, образующие рабочие камеры, размещенные в них сетчатые прокладки, снабженные с двух противоположных сторон эластичными УПЛОТНЯЮЩИМИ полосами, повернутыми в двух смежных камерах

относительно друг друга на 90

и

внешние гидравлические коллекторы, соединенные с камерами, рабочие камеры снабжены дополнительными сетчатьми прокладками, расположенными в местах соединениях рабочих камер с коллекторами и выполненными в ви- де полос, имеющих ширину, равную ширине уплотняющих ,полос, На фиг. 1 и 2 изображены сечения двух смежных рабочих камер соответственно известного электцюдиализатора и предлагаемого.

Электродиализаторы включают близкорасположенные чередующиеся катионообменные 1 и анионообменные 2 мембраны, образующие рабочие камеры, т.е. камеры 3 обессоливания и камеры 4 концентрирования, сетчатые прокладки 5, снабженные с двух противоположных сторон эластичными полосами б уплотнения. Вхо)5ные и выходные участки рабочих камер 3 и 4 предлагаемого электродиализатора дополнительно снабжены сетчатыми прокладками 7, выполненными в виде прямоугольных полос, по ширине не превышающих ширину полос б уплотнения. Сетчатые прокладки 7 позволяют осуществить полное сжатие

полос 6 уплотнения и жесткую фикса цию мембран 1 и 2 в рабочем пакете при его стягивании, что обеспечивает надежную герметизацию рабочих камер 3 и 4, исключает прогиб мембран 1 и 2 под действием перепада давления в смежных камерах. Таким образом, в отличие от известного электродиализатора, где расстояние между мембранами 1 и 2 на входных

и выходных участках рабочих камер 3 и 4 уменьшается с величины N до величины М (М N) за счет деформации и врезания сеток 5 в мемб.раны 1 и 2, расстояние между мембранами 1 и 2 на входных и выходных участках L Остается постоянным (N К), что существенно снижает гидравлическое сопротивление электродиализатора и повышает надежность

и срок службы.

Было изготовлено и испытано четыре 50-камерных электродиализатора с внешними коллекторами, включающие чередующиеся катионообменные МК-40 1 и анионооб1«юнные МА-40 мембраны с рабочей площадью каждой мембраны 1 дм и межмембранным расстоянием 0,45 мм. Уплотнительные полосы 6 наносились непосредственно на счетчатые прокладки 5, для чего использовался герметик. Сетчатые прокладки 5 и дополнительные сетчатые прокладки 7 изготовлены из капроновой сетки-плетенкиОСТ 17-46-71 и имеют ширину 15 мм Все исследования проводили на растворе хлорида натрия с концентраци- ей 100 мг/л.

, Отличительные характеристики (падение напора (Р) в камерах электродиализатора с сетчатЕами прокладками турбулизаторами ОСТ 17-46-71 при объемном расходе раствора через одну камеру 20 л/ч) электродиализаторов с дополнительными прокладками и без них и результаты их испытаний представлены в таблице. В этой же таблице для сравнения приведены результаты, полученные на специальной лабораторной ячейке, позволяющей определить гидродинамические параметры

рабочего клапана, образованного двумя мембранами и сетчатой прокладкой в условиях, когда исключалась взаимная деформация прокладки и мембран, а также врезание сетчатой структуры прокладки в мембраны (холостой опыт).

Характеристики известного и предлагаемого электродиализаторов

(выход по TOKyj затраты электроэнергии собственно на электродиализ, достигаемая глубина обессоливания) практически одинаковые. Опыт эксплуатации электродиализаторов с дополнительными сетчатыми прокладками показывает, что .срок их слуксбы в растворах, содержащих механические и коллоидные примеси, в несколько десятков раз выше, чем аналогичных электрода1ализаторов без компенсаторов. Так электродиализатор без дополнительных сетчатых прокладок с мембранным расстоянием 0,44 мм при очистке промывного раствора в производстве гидаюокиси алюминия проработал 350 ч, а такой же ахшарат с дополнительными сетчатыми прокладками на том же объекте и при неизменных условиях эксплуатаций без переборки мембран наработал ресурс более 4000 ч.

МНОГОКАМЕРНЫЙ ЭЛЕКТРОДИАЛИЗАТОР , в ключающий к атионообме нные и анионообменные кюмбраны, образующие рабочие камеры, размещенные в них сетчатые прокладки, снабженные с двух противоположных сторон эластичными уплотняющими полосами, повернутыми в двух смежных камерах относительно друг друГа на , и внешние гидравлические коллекторы, соединенные с камерами, о тл ичающи и ся- тем, что, с целью повьлиения надежности и срока службы электродиализатора рабочие камеры снабжены дополнительными сетчатыми прокладками, расположенными в местах соединения рабочих камер с коллекторами и выполненными в виде полос, имекмцих ыифину, равную ширине уплотняпщих полос. (Л

Камера с сетчатыми прокладками без деформации (холостой опыт)

Камера с сетчатыми прокладками в сжатом пакете без дополнительных узетчатых прокладок (известный электродиализатор)

Камера с сетчатыми прокладками в сжатом пакете с дополнительными сетчатыми прокладками

0,06

0,12

0,65

1,05

0,10

0,18