Электродиализатор Советский патент 1984 года по МПК B01D13/02 

Изобретение относится к электрохимической обработке жидкостей-элекролитов методом электродиалиэа и в, частности, к конструкции электродиалиэаторов.

Известен электродиалиэатор, предназначенный для деионизации протекающего через него раствора электролита/ содержащий электродные камеры и расположенные между ними рабочие камеры, образованные ионоселективными мембранами и рамками с раэме щенными в них турбулизаторами. Функ ции турбулизатора вьтояиягот выступы

При протекании по рабочей камере раствора электролита patfTBOp омывает {| еМбраны. При возникновении перепада давлений между сг жными рабочими камерами - камерами- деионизации и концентрирования выступы исключают касание мембран и увеличивают степень перемешивания раствора. При пропускании между электродами постоянного электрического тока происходит направленное перемещение анионов и катионов из -раствора, протекающего в камерах деионизации, через соответствующие ионоселективные мембраны в камеры концентрирования 1.

Недостаток этого электродиализатора состоит в том, что геометрические размеры турбулизатора выбраны без учета физико-химических свойств раствора и гидродинамических усло,вий в рабочих камерах, что приводит к снижению эффективности процесса деионизации и соответственно к снижению производительности электродиализатора.

. Известен электродиализатор для деионизации растворов электролитов включающий электроды, размещенные между ними ионоселективные мембраныи рамки, образующие рабочие камеры, в которые помещены сепараторытурбулизаторы, выполненные в виде выступов на мембране или сетки.

При работе электродиализатора раствор электролита протекает через рабочие камеры вдоль мембран. Под действием электрического поля постоянного тока происходит миграция айонов и катионов из раствора электролита, протекающего в камере дионизации, через иокоселективные мембраны в камеры концентрирования. Точечные выступы на мембранах предотвращают соприкосновение мембран под действием перепада давлений между смежными камерами и способствуют перемешиванию потока раствора электролита Сзз.

Недостаток известного электродиализатора состоит в том, что в его рабочих камерах создается малоэффективный гидродинамический режим, характеризуемый низкой степенью турбулентности потока, наличием застойных зон, и т.п. Геометрические размеоы элементов рабочей камеры также выбраны без учета физико-химических свойств раствора и гидродинамическо5 го режима в рабочей камере.

Указанный недостаток является ПРИЧИНОЙ снижения предельно допустимой плотности тока в электродиализаторе и в связи с этим снижения to его производительности.

Цель изобретения - повьвыение производительности электродиализатора.

Поставленная цель достигается тем, что в электродиализаторе для 5 деионизации растворов электролитов, включающем электроды, размещенные между ними ионоселективные мембраны и оамки, образующие рабочие камеры, в которые помещены сепараторы-турбулизаторы, выполненные в виде вы-ступов на мембране или сетки, выступы или поперечные нити сеткн размещены на одинаковом расстоянии друг от друга и поперек рабочей камеры, причем высота выступов или диаметр 5 поперечных нитей сетки относится к расстойнию между мембранами как 0,02-0,5 и к расстоянию между высту пами или поперечными нитями как

0,01-1,0.

0 Иа фиг.1 показана схема электродиализатора с прямолинейными выступами на поверхности мембран; на фиг.2 - то же, с сетчатым сепарато ром-турбулизатором.

5 I Электродиализатор (фиг.1) содер;жит ионоселективные мембраны 1, рамки 2, сепараторы 3 (выполненные, например, в виде продольных связей рамки 2), турбулизаторы - прямоли0 нейные выступы 4 на поверхностях

мембран 1, размещенные поперек - рабочей камегял, электродные камеры 5, рабочие камеры - камеры деионизации 6 и камеры концентрирования 1, с На периферии мембран и рамок выполнены отверстия 8, образующие при совмещении каналы 9 для подвода и отвода растворов. Каналы 9 связаны с камерг1ми б и 7 питателями 10.

Q Схема электродиализатора (фигГ2) включает ионоселективные мембраны 1, рамки 2, сепараторы 3, выполненные в виде продольных нитей сетки, поперечные нити которой служат турбус лизаторами 4, электродные камеры 5, камеры 6 и 7 соответственно деионизации и концентрирования. Каналы 9 для отвода и подвода растворов и их связи с камерами 6 и 7 выполнены так/же, как на фиг.1.

0 Растворы подводятся в камеры б и 7 деионизации и концентрирования по каналам 9, расположенным, например, на одной из сторон ракюк и мембран,и удаляются из камер по со5 ответствующим каналам, расположенным на противоположной стороне рамок и мембран. Соприкосновения мембран предотврашается сепараторами 3. ПРИ наложении на электооды электродиали затора электрического потенциала происходит направленное движение со держащихся в протекающем через каме ры 6 деионизации растворе катионов и анионов и их миграция из камер б деионизации через катионоселективные и анионоселективные мембраны 1 в смежные с ними камеры 7 концентри рования. При этом в пограничных с мембранами 1 слоях раствора, в кото рых поток раствора носит ламинарный характер, может возникнуть явление концентрационной поляризации. При протекании раствора по рабочей камере пограничный слой потока раствора периодически разрушается прямолинейными выступами 4 на поверхности мембран 1 (фиг.и или попереч ными нитями 4 сетчатого сепаратора 3 1ФИГ.2), расположенными на оди Иаковом расстоянии друг от друга и поперек рабочей камеры электродиали затора - поперек пбтока раствора электролита. Выполнение геометричес ких размеров турбулизаторов - высоты прямолинейных выступов на мембра нах или диаметра поперечных нитей сетки и расстояния между ними в оговоренных интервалах обуславливает уменьшение толщины и турбулизаци ламинарного подслоя, следствиег чег является интенсификация массоперено са и повышение предельно допустимой плотности тока. Геометрические размеры турбулизаторов, разрушающих по граничный спой потока ра створа элек :ролита, в зависимости от гидродинам ческих условий в рабочих камерах электродиализатора и с учетом химического состава раствора, его концентрации и температуры могут быть уточнены в оговоренных пределах с помощью следующих выражений: - .o,S. i ) , где Л - диаметр . поперечных нитей сетки, м; Vi - высота прямолинейных выступов на мембранах, м; в - расстояние между поперечными нитями сетки иля прямолинейными выступами на мембранах, Mf D - коэффициент диффузии раствора электролита, л) - кинематическая вязкость раствора электролита, W скорость потока раствора электролита, м/с. Пример 1. Природную солену воду с общим солесодержанием 51,3 г экв/м и температурой 20°С опресняют до остаточного солесодержания 12 г экв/м в известном электродиализаторе с сепараторами-турбулизаторами типа сетки просечкавытяжка и в электродиализаторе согласно изобретению с расстоянием между мембранами соответственно 1,2-10 и 1-10 м при скоростях потока раствора 0,07 м/с. В электродиализаторе согласно изобратению отношение высоты прямолинейных выступов к расстонию между мембранами и к расстоянию между выступами состав 0,1. При 0,2 и этом удельная (,с 1 м поверхности мембран). производительность предлагаемого электродиализатора по сравнению с производительностью известного электродиализатора повшчается с 0,0314 до 0,0371 (т.е. на 18%) при одновременном понижении удельного (на 1 м длины рабочей камеры электродиалиэатора ) гидравлического сопротивления с 4,2 до 0,11 м вод. ст./м. Пример 2. Природную соленую воду с общим солесодержанием 44 г экв/м и температурой определяют до остаточного солесодержания около 10 г экв/м в электродиализаторе с расстоянием между мембранами, равном I-IO м, и скоростью потока воды 0,2 м/с. (см. таблицу, режимы 1 - б). Пример 3. 50%-ный водный раствор глицерина с содержание сульфата натрия 0,62 вес.% и температурой 20°С очищают до концентрации окололо, вес.% сульфата натрия в электродиализаторе с расстоянием .между мембранами 1-10 м и скоростью потока раствора 0,02 м/с (см. таблицу, режимы 7 - 9). Припер 4. Сахарный сироп с 30%-ным содержанием сухих веществ, доброкачественностью 91,4% и температурой около 150°С очищают до доброкачественности 94,7% в электродиализаторе с расстоянием между мембранами 4-10 м и скоростью потока сиропа 0,012 м/с (см. таблицу, режимы 10 - 12) . В примерах 2, 3 и 4 указаны удель:: ные производительности и приведенные значения гидравлического сопротивления электродиализаторов согласно изобретению, определенные при значениях отношений высоты прямолинейных выступов (диаметра поперечных нитей) к расстоянию между мембранами - и к расстоянию между прямолинeйны tи выступами (поперечными ни

ЭЛЕКТРОДИАЛИЗАТОР для деионизации растворов электролитов, включающий электроды, размещенные между ними ионоселективные и рамки, образующие рабочие камеры, в которые помещены сепараторы-турбулизаторы, выполненные в виде выотупов на мембране или сетки, отличающийся тем, что, с целью повьлиения производительности электродиализатора, выступы или поперечные нити сетки размещены на одинаковом расстоянии друг от друга и поперек рабочей камеры, причем высота выступов или диаметр поперечных нитей сетки относится к расстоянию между мембранами как 0,02-0,5 и к расстоянию между выступами или между поперечными нитями сетки как 0,011,0. (Л 00 00 СХ) со