Электродиализатор для обессоливания водных растворов Советский патент 1984 года по МПК B01D13/02 

2.Электродиализатор по п. 1, отличающийся тем, что водопроницаемая прокладка снабжена перегородками, расположенными по обе стороны последней.

3.Электродиализатор по п. 2, отличающийся тем, что перегородки расположены в шахматном порядке.

4.Электродиализатор по п. 3, отличающийся тем, что перегородки размещены перпендикулярно к прокладке.

5.Электроднализатор по п. 4, отличающийся тем, что перегородки расположены параллельно плоскости отверстия патрубков ввода и вывода.

1. ЭЛЕКТРОДИАЛИЗАТОР ДЛЯ ОБЕССОЛИВАНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ, содержащий корпус с расположенными внутри него электродами, между которыми помещены чередующиеся анионообмен. f 2 f ч А к А ные и катионообменные мембраны, образующие рассольные и обессоливающие камеры с размещенной в них засыпкой из ионообменного наполнителя, патрубки ввода и вывода водного раствора, отличающийся тем, что, с целью увеличения степени обессоливания, увеличения производительности при одновременном снижении расхода электроэнергии на процесс, он снабжен водопроницаемыми прокладками, размещенными внутри камер параллельно мембранам, засыпка выполнена из анионообменного наполнителя, помещенного между анионообменной мембраной и водопроницаемой прокладкой, и катионообменного наполнителя, помещенного между катионообменной мембраной и водопроницаемой прокладкой.

Изобретение относится к области деминерализации воды и может быть использовано в химической промышленности, микроэлектронике, в частности в установках для получения глубоко обессоленной воды. Известны электродиализаторы для получения глубоко обессоленной воды, содержащие корпус с расположенными внутри него электродами, оборудованные камерами обессоливания и концентрирования, заполненными смешанным слоем катионита и анионита. Камеры электродиализаторов образованы чередующимися ионообменными мембранами 1. Однако производительность этих электродиализаторов недостаточно высокая 0,7- 1,2 л/ч.дм площади мембран в камере обессоливания, что обусловлено наличием большого числа биполярных границ контакта между катионитом и анионитом, на .которых при увеличении плотности тока, протекающего через электродиализатор, происходит «выброс сорбированных ионообменниками ионов в фазу раствора, в результате чего ухудшается качество обессоленной воды и возрастают энергозатраты на осуществление процесса деминерализации. Так, например, при увеличении плотности тока от 50 до 200 мА/дм при обессоливании дистиллированной воды, удельное сопротивление последней снижается от 16 до 8 мОм см, а энергозатраты возрастают в 4 раза. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является многокамерный электродиализатор, который представляет собой пакет рамок из органического стекла, заполненных наполнителем в виде смеси катионита и анионита. Рамки разделены между собой чередующимися катионитовыми и анионитовыми мембранами, которые совместно с рамками образуют камеры обессоливания и рассольные камеры. Электродиализатор оборудован катодной и анодной камерами, образованными крайними ионообменными мембранами и корпусными рамками с вмонтированными в последние анодом и катодом. Исходная вода подается в камеры обессоливания. Под действием внешнего электрического поля присутствующие в исходной воде ионы электромигрируют в направлении, определяемом знаком заряда соответствующего иона, к ионообменным мембранам и далее через последние - в рассольные камеры 2. Недостатком известного электродиализатора является наличие большого количества биполярных границ контакта ионитионит и мембрана-ионит, на которых с увеличением плотности тока, протекающего через электродиализатор, резко наступают предельные условия массопереноса и выход ранее сорбированных ионообменными наполнителями ионов из фазы ионита в раствор. В связи с этим дальнейшее увеличение плотности тока, которая определяет производительность электродиализатора, не приводит к увеличению последней, а качество обессоленной воды при этом снижается в 3-5 раз. Целью изобретения является увеличение степени обессоливания и производительности при одновременном снижении расхода электроэнергии на процесс. . Поставленная цель достигается тем, что электродиализатор для обессоливания водных растворов, содержащий корпус с расположенными внутри него электродами, между которыми помещены чередующиеся анионообменные и катнонообменные мембраны, образующие рассольные и обессоливающие камеры с размещениой в них засыпкой из ионообменного наполнителя, снабжен водопроницаемыми прокладками, размещенными внутри камер параллельно мембранам, засыпка выполнена из анионообмениого наполнителя, помещенного между анионообменной мембраной и водопроницаемой прокладкой, и катионообменного наполнителя, помещенного между катионообменной мембраной и водопроницаемой прокладкой. При этом водопроницаемая прокладка снабжена перегородками, расположенными по обе стороны последней. Кроме того, перегородки расположены в шахматном порядке.

Причем перегородки размещены перпендикулярно к прокладке.

Перегородки расположены параллельно плоскости отверстия патрубков ввода и вывода.

На чертеже представлена схема предлагаемого электродиализатора.

Электродиализатор представляет собой пакет рамок 1 из органического стекла, внутри которых установлены водопроницаемые прокладки 2, оборудованные перегородками 3 в камерах обессоливания и перегородками 4 в рассольных камерах. Рамки разделены между собой чередующимися катионитовыми и анионитовыми мембранами, которые совместно с рамками образуют камеры обессоливания и рассольные камеры. Пространство камер между анионообменной мембраной и прокладкой заполнено анионообменным наполнителем 5, а между катйонообменной мембраной и про кладкой - катионообменным наполнителем 6, Электродиализатор оборудован катодной 7 и анодной 8 камерами, образованными крайними ионообменными мембранами и корпусными рамками 9 с вмонтированными в последние катодом 10 и анодом 11.

Предлагаемый электродиализатор работает следующим образом. . Исходная вода подается в камеры обессоливания в направлении, указанном стрелками, доходит до первой перегородки, поворачивают в направлении прокладки, проходит через последнюю, и далее опять двигается в направлении, параллельном ионообменным мембранам и прокладкам до следующей перегородки, поочередно омывая слой катионообменного наполнителя, расположенный у катйонообменной мембраны, и аниоиообменного наполнителя - у анионообменной мембраны. Под действием внешнего ачектрического поля происходит электтромиграционный перенос присутствующих в исходной воде ионов из камер обессоливания через ионообменные мембраны в рассольные камеры без выхода указанных ионовиз фазы ионита в раствор.

Для получения конкретных сравнительных показателей работы известного и .предлагаемого электродиализаторов были проведены опыты по деминерализации раствора NaCl 0,25 г/л.

Все подвергавшиеся испытаниям электpoдиaлизaтopьf имели одинаковые размеры мембран, одно и то же число камер обессоливания и рассольных камер, межмембранные расстояния. Электроды в указанных электродиализаторах выполнены из одинаковых материалов, расход воды через одну камеру обессоливания для всех электродиализаторов составлял 5 л/ч, в качестве межмембранных наполнителей использовались монофункциональные, сильноэлектролитные ионообменные смолы КУ-2 и АВ-17. Различие между электродиализаторами состояло в их конструктивном выполнении, а также в том, что в первом аппарате в качестве межмембранного наполнителя была использована смесь катйонообменной смолы КУ-2 и анионообменной смолы АВ-17 в соотношении 1:1 по объему. Во втором электродиализаторе в камерах обессоливания и рассольных камерах была установлена водопроницаемая прокладка в виде капроновой ткани (артикул № 58, размер ячейки 0,03 м) и пространство между водопроницаемой прокладкой и анионообменной мембраной заполнено анионитом АВ-17, а пространство между прокладкой и катйонообменной мембраной - катионитом КУ-2, конструкция третьего электродиализатора соответствует принципиальной схеме предложенного электродиализатора и отличается от второго, электродиализатора тем, что установленная в нем водопроницаемая прокладка оборудована восьмью перегородками в камере обессоливания и четырьмя перегородками в рассольной камере. Результаты проведенных испытаний описанных электродиализаторов представлены в таблице.

В связи с тем, что за один проход раствора NaCl 0,25 г/л через камеры обессоливания первого и второго электродиализаторов не удавалось достичь удельного сопротивления 1,0 мОм см, в опытах проводилось многократное пропускание определенного объема раствора (5 л) через указанные камеры. Расчет величины расхода электроэнергии на обессоливание 1 л раствора выполнен без учета затрат энергии на перекачивание раствора.

Как следует из представленных в таблице данных, качество обессоленной воды, характеризуемое величиной удельного сопротивления, полученной после предлагаемого электродиализатора, в 5,5 раз выше значения удельного сопротивления воды, полученной после известного электродиализатора. Производительность предлагаемого электродиализатора в три раза выше производительности известного, а энергозатраты на осуществление процесса деминерализации в предлагаемом электродиализаторе в 1,5 раза ниже, чем в известном электродиализаторе. Наивысший эффект достигается в предлагаемом электродиализаторе, в камере которого установлены водопроницаемые прокладки, оборудованные перегородками, где удельное сопротивление обессоленной воды выше, чем после известного устройства в 56 раз, производительность выше в 9 раз, а расход энергии на осуществление процесса ниже в 4 раза.

Удельное сопротивление обессоленной воды, мОм см

Расход электроэнергии на обессоливание 1 л раствора NaCl 0,25 г/л до удельного сопротивления 1,0 мОм.см, Вт ч/л

Производи ельность электродиалиэатора при удельном сопротивлении обессоленной воды 1,0 мОм.см, л/ч

0,24

0,025

1,39

32,4

21,7

8,0

2,4

7,3

0,8