Устройство для получения глубокообессоленной воды Советский патент 1984 года по МПК C02F1/469 B01D61/46 

Изобретение относится к химическ технологии и может быть использовано для получения технологической среды, в частности глубокообессоленной воды, в электронной, радиои атомной промышленности. Известно устройство для получения глубокообессоленной воды, включающее диэлектрический корпус, вертикально размещенные в нем трубчаты ионообменные мембраны с коаксиальны ми стержневыми электродами, дренажно-распределительные каркасы, и в м мембранном пространстве помещена засыпка из ионообменных смол lj . Недостаток известного устройства заключается в низкой производительности. Это объясняется слепующи Сравнительно малая рабочая поверхность мембран из-за перекрытия их участками перфорированной трубки, в виде которой выполнен дренажно-ра пределительный каркас, без перфорац ведет к снижению массопереноса ионов. Работают только те участки мембраны, которые находятся непосре ственно против перфорации. ПлощаДь этих отверстий даже при ijjc .сплошном расположении составляет - 100 78,5%, где г - радиус окружности перфорации; 2г - сторона квадрата, которой вписана окружность. Фактически площадь работающей поверхности еще меньше, так как отверстия не мо гут располагаться вплотную,между ними должны находиться сплошные участки трубы. Поэтому фактически рабочая площадь мембраны не превышает 50%. Цель изобретения - повышение про изводительности устройства путем уве личения массопереноса ионов через мембраны. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для полу чения глубокообессоленной воды, включающем диэлектрический корпус, вертикально размещенные в нем трубчатые ионообменные мембраны с коаксиальными стержневыми электродами,дренажно-рас пределительные каркасы, и в межмембранном пространстве помещена засьшка из ионообменных смол дренажно-распределительные каркасы выполнены в виде спирали из диэлектрического . прутка круглого сечения и установлен на электроде с шагом (7-10) d, где d - диаметр прутка. В предлагаемом устройстве перфорированные трубы, на которых располагаются мембраны в известном устройстве, заменяются спиральным каркасом, на- витым на электрод. В этом случае практически вся поверхность мембран является работающей, так как со спиралью контактирует незначительная площадь мембраны и практически вся поверхность мембраны смывается водой. Перепад давления между дилюатными и рассольно-электродными .камерами отсутствует. Спиральный каркас играет роль изолятора мембран от электрода И поэтому изготавливается из диэлектрического материала. Вода, движущаяся по виткам спирали, уносит прошедшие через мембраны ионы, что способствует устранению процесса отложения осадков на противоположной поверхности мембраны. Шаг навивки спирали на каркас в пределах (7-10) d выбран исходя из следунлдих соображений. Для спирали берется пруток круглого сечения (для увеличения рабочей поверхности) из диэлектрического материала диаметром d 2-3 мм, так как эскпериментально установлено, что при меньшем диаметре мембрана, которая размещена на спирали, может кос- . .нуться электрода, а при большем диаметре прутка расстояние между электродом и мембраной возрастает, что ведет к возрастанию электрического сопротивления и росту рабочего напряжения, которое обратно пропорционально расстоянию между электродами. Шаг навивки выбирается равным (7-10)d, так как в этом случае пруток перекрывает 5-10% площади мембраны, что обеспечивает достаточную рабочую поверхность мембраны и в то же время не дает мембране проваливаться в пространство между витками спи- рали. На фиг. 1 изображено устройство для получения глубокообессОленной воды, общий вид; ра фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - рассольнозлектродная камера, общий вид. Устройство содержит совмещенные рассольные и электродные камеры (рассольно-электродные) 1 и 2 с закрепленными на них ионообменными мембранами 3 трубчатого типа (катионитовыми на камерах 1 и анионитовыми на камерах 2), расположенные в диэлектрическом корпусе 4. В этом же корпусе, размещена дилюатная камера 5, заполненная ионообменной смолой. По оси рассольно-электродных камер 1 и 2, ограниченных трубчатыми мембранами 3, расположены цилиндрические электроды 6, соединенные с токопроводящими шинами 7. На электроды 6 навит по спирали каркас 8, изготовленный из диэлектрического материала. Ввод воды в камеры 1 и 2 осуществляется через штуцер 9, ввод обессоливаемой воды-через штуцер 10., Штуцер 11 служит для выхода обессоленной воды, штуцеры 12 и 13 - для выхо да рассола из камер 1 и 2. Электроды 6 вставлены в корпус 4 через верхнюю крышку 14. В нижней части устройства имеется дренажная система 15 для пре дотвращения выноса ионообменных смол и вентили 16 для создания избыточно го давления в рассольно-электродных камерах по сравнению с дилюатной. Устройство работает следующим образом.. Вода на обессоливание поступает через штуцер 10 в дилюатную камеру 5 и выходит через дренажную систему 15 и штуцер 11 к потребителю. Поток рассола, образующийся в камерах 1 и 2 из исходной воды, подаваемой через штуцер 9, и ионных примесей, проникающих через мембраны 3, проходит по спиральному каркасу 8,унося ионные примеси с поверхности мемб ран, и.выходит через штуцеры 12 и 13 и вентили 16. В дилюатных камерах происходит процесс обессоливания вод под действием электрического тока, при этом положительно заряженные ионы движутся к катоду, а отрицательно заряженные - к аноду и через мембраны 3 попадают в камеры 1 и 2, откуда уносятся потоками воды. Вентили 16 за счет создания перепада давления между рассольно-электродными и дилюатными камерами позволяют при несколько большем давлении в камерах 1 и 2 исключить прогиб мембра в сторону электрода. Спиральный каркас 8 играет роль изолятора мембраны от электрода. В предлагаемом устройстве практически работает вся площадь мембраны. Пример. В аппарате для обессоливания воды, содержащем 54 электрода диаметром 28 мм, высотой 1 м, на которые навита спираль из винипластового прутка диаметром 2 мм с- шагом 20 мм, с диаметром мембраны 32 мм, периметром 100 мм и площадью 0,1 м, имеющем производительность 2,5 , общая площадь мембраны S составляет 5,6 м . При плотности тока мА/см (для электроионитных аппаратов это предельная плотность тока, при большем значении начинается поляризация мембран) количество ионов, перенесенных чере.з мембраны в течение t 1 ч, составит m 4,4 г-экв, где F - число Фарадея (96500 Кл соответствует переносу 1 г-зкв ионов). Количество ионов, перенесенных через мембраны в известном устройстве, имеющем те же параметры, где рабочая площадь мембран составляет 50%, т.е. 28000 см, составит 22 г-экв, т.е. производительность устройства уменьшается в два раза. Следовательно, для обеспечения производительности 2,5 потребуется поставить .последовательно два аппарата. Предлагаемое устройство для получения глубокообессоленной воды по сравнению с известным позволит повысить производительность ввиду того, что увеличивается рабочая площадь мембран и массоперенос через них. Получение большой удельной поверхности отверстий невозможно, так как при выходе из экструдера горячий полимер, предназначенный для каркаса под мембрану, стягивается и диаметр отверстий уменьшается. Сверление отверстий трудоемко. Кроме того, упрощается изготовление устройства, так как производство перфорированных труб методом экструзии требует специального оборудования.

М

фиг.1

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГЛУВОКООВЕССОЛЕННОЙ ВОДИ, включающее диэлектрический корпус, вертикально размещенные в нем трубчатые ионообменные мембраны с коаксиальными стержневыми электродами, дренажно-распределительные каркасы, и в межмеМбранном пространстве помещена засыпка из ионообменных смол, отличающееся тем, что, с целью повьшения производительности устройства, дренажно-распределительные каркасы выполнены в виде спирали из диэлектрического прутка круглого сечения и установдены на электроде, с шагом