Устройство для управления электродиализной установкой (его варианты) Советский патент 1985 года по МПК B01D13/02 G05D27/00 

пана, каналы переключения соединены разгрузочными каналами с всасывающими входами эжекторов, рабочие входы которых связаны с выходами каналов переключения. 3. Устройство для управления электродиализной установкой, состоящей из взаимосвязанных электродиализатора с электродными камерами,и размещенными между ними разделенными ионоселективными мембранами чередующимися камерами обессоливания и концентрирования, трубопроводов дилюата и концентрата и преобразователя тока, связанного своими выходами с электродами электродиализатора, содержащее электропереключатель, установленный в цепи питания электродов электродиа.чизатора, и блоки переключения камер обессоливания и концентрирования, каждый из которых включает гидропереключатель, имеющий вход, связанный соответственно с трубопроводом

дилюата или концентрата, дилюатный и концентратный выходы, отличающееся тем, что, с целью повыщения надежности и ресурса устройства и снижения его материалоемкости, оно дополнительно содержит воронки свободного стока и трехходовой клапан, вход которого связан с атмосферой, гидропереключатель каждого блока переключения камер выполнен в виде бистабильного струйного усилителя, входной канал которого подключен к входу блока переключения камер, выходы каналов переключения подключены к дилюатному и концентратному выходам блока переключения, входы каналов управления связаны с выходами трехходового клапана, а дилюатный и концентратный выходы блока переключения камер и выходы разгрузочных каналов связаны соответственно с дилюатным и концентратным трубопроводами через воронки свободного стока.

1. Устройство для управления электродиализной установкой, состоящей из взаимосвязанных электродиализатора с электродными камерами и размещенными между ними разделенными ионоселективными мембранами чередующимися камерами обессоливания и концентрирования, трубопроводов дилюата и концентрата, преобразователя тока, связанного своими выходами с электродами электродиализатора, содержащее электропереключатель, установленный в цепи питания электродов электродиализатора, и блоки переключения камер обессоливания и концентрирования, каждый из которых содержит гидропереключатель, вход, связанный соответственно с трубопроводом дилюата или концентрата, дилюатный и концентратный выходы, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и ресурса устройства и снижения его материалоемкости; оно дополнительно содержит невозвратные клапаны, установленные в дилюатном и концентратном трубопроводах на выходах из блоков переключения и трехходовый клапан, связанный своим входом с атмосферой, кажный блок переключения камер снабжен эжектором и двумя поплавковыми невозвратными клапанами, а гидропереключатель выполнен в виде бистабильного струйного усилителя, вхрдной канал которого подключен к выходу эжектора, выходы каналов переключения подключены соответственно к дилюатному или концентратному выходам блока переключения, входы каналов управления связаны с выходами трехходового клапана, каналы переключения соединены разгрузочным каналом через поплавковые невозвратные клапаны с всасывающими входами эжектора, рабочий вход которого подключен к входу блока переключения. 2. Устройство для управления электродиализной установкой, состоящей из взаимосвязанных электродиализатора с электродными камерами и размещенными между ними разделенными ионоселективными мембранами чередующимися камерами обессолиС SS вания и концентрирования,трубопроводов дилюата и концентрата и преобразователя то(Л ка, связанного своими выходами с электродами электродиализатора, содержащее электропереключатель, установленный в цепи питания электродов электродиализатора, и блоки переключения камер обессоливания и концентрирования, каждый из которых имеет гидропереключатель, вход связанный соответственно с трубопроводом дилюата или СП концентрата, дилюатный и концентратный со со выходы, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и ресурса устройства и снижения его материалоемкости, оно до4 полнительно содержит невозвратные клапа4; ны, установленные в дилюатном и концентратном трубопроводах на выходах из блоков переключения, трехходовый клапан, связанный своим входом с атмосферой, каждый блок переключения камер снабжен двумя эжекторами, выходы каждого из которых подключены соответственно к дилюатному или концентратному выходам блока переключения, а гидропереключатель выполнен в виде бистабильного струйного усилителя, входной канал которого подк.почсн к входу блока переключения, входы каналов управления связаны с выходами трехходового кла

Изобретение относится к электрохимической обработке жидкостей электролитов методом электродиализа с использованием ионоселективных мембран, в частности к устройствам для управления электродиализной установкой:

Известно устройство для управления электродиализной установкой, состоящей из взаимосвязанных электродиализатора, содержащего электродные камеры и камеры обессоливания и концентрирования, и преобразователя тока, выходы которого подключены к электродам электродиализатора. Устройство содержит электропереключатель, установленный в цепи питания электродов электродиализатора, и блок переключения камер обессоливания и концентрирования. Блок переключения камер обессоливания и концентрирования представляет собой ряд поворотных пробковых кранов, органы переключения которых жестко связаны между собой и снабжены общим приводом, а выходы и входы кранов гидравлически связаны с входами и выходами рабочих камер электродиализатора с возможностью переключения в них дилюата и концентрата.

При работе электродиализной установки в целях борьбы с отложением на ионоселективных мембранах и в катодной камере труднорастворимых осадков периодически производят реверсирование полярности на электродах электродиализатора с одновременной сменой камер обессоливания и концентрирования. После реверсирования полярности из электродиализатора удаляются те мещающие процессу вещества, которые осели на

его поверхностях в течение предыдущего периода работы. Для этого электропереключателем изменяют знак полярности электродов. Одновременно приводом поворачивают рабочие органы блока пробковых кранов в положение, при котором камеры электродиализатора, исполнявщие ранее функцию камер обессоливания, включаются в концентратный тракт, а камеры, исполнявшие функцию камер концентрирования, включаются в дилюатный тракт 1.

Недостатками этого устройства являются низкая надежность, связанная с недостаточной гидравлической плотностью пробковых рабочих органов и возможностью перетоков дилюата и концентрата в смежные тракты, а также возможностью засорения рабочих органов продуктами осадкообразования после переключения камер электродиализатора и недостаточный ресурс пробковых поворотных кранов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для управления электродиализной установкой, состоящей из взаимосвязанных электродиализатора с электродными камерами и размещенными между ними разделенными ионоселективными мембранами чередующимися камерами обессоливания и концентрирования, трубопроводов дилюата и концентрата и преобразователя тока, связанного своими выходами с электродами электродиализатора, содержащее электропереключатель, установленный в цепи питания электродов электродиализатора,

и блоки переключения камер обессоливания и концентрирования, каждый из которых включает гидропереключатель, с входом, связанным соответственно с трубопроводом дилюата или концентрата, дилюатный и концентратный выходы. Каждый гидропереключатель состоит из нормально-открытого и нормально-закрытого запорного клапана, гидравлически связанных своими входами между собой и с входом блока переключения, диализатный и концентратный выходы которого связаны с выходом соответствующего запорного клапана.

Для реверсирования полярности электродиализатора поворотом электропереключателя подают на электроды электродиализатора напряжение постоянного тока с противоположным знаком полярности. Одновременно приводами запорных клапанов открывают нормально-закрытые клапаны и закрывают нормально-открытые, гидравлически связывая дилюатный трубопровод с рабочими камерами, в которых До этого происходило концентрирование солей, а концентратный трубопровод - с камерами, в которых ранее происходило обессоливание 2.

Недостаток известного устройства заключается в ненадежности устройства, связанной с возможностью засорения уплотнительных поверхностей запорных органов клапанов продуктами осадкообразования при смене трактов обессоливания и концентрирования и, как следствие этого, перетоками растворов между трактами дилюата и концентрата. Кроме того, известное устройство материалоемко и не обладает большим ресурсом из-за наличия запорных органов, подвижных узлов и узлов трения, т. е. при необходимости многократного и частного срабатывания.

Целью изобретения является повышение надежности и ресурса устройства и снижение его материалоемкости.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления электродиализной установкой, состоящей из взаимосвязанных электродиализатора с электродными камерами и размещенными между ними разделенными ионоселективными мембранами чередующимися камерами обессоливания и концентрирования, трубопроводов дилюата и концентрата, преобразователя тока, связанного своими выходами с электродами электродиализатора, содержащее электропереключатель, установленный в цепи питания электродов электродиализатора, и блоки переключения камер обессоливания и концентрирования, каждый из которых содержит гидропереключатель, вход, связанный соответственно с трубопроводом днлюата или концентрата, дилюатный и концентратный выходы, дополнительно содержит невозвратные клапаны, установленные в дилюатном и концентратном трубопроводах на выходах из блоков переключения, трехходовой клапан, связанный своим входом с атмосферой, каждый блок переключения камер снабжен эжектором и двумя поплавковыми невозвратными клапанами, а гидропереключатель выполнен в виде бистабильного струйного усилителя, входной канал которого подключен к выходу эжектора, выходы каналов переключения подключены соответственно к дилюатному или концентратному выходам блока переключения, входы каналов управления связаны с выходами трехходового клапана, каналы переключения соединены разгрузочным каналом через поплавковые невозвратные клапаны с всасывающими входами эжектора, рабочий вход которого подключен к входу блока переключения.

Устройство по второму варианту отличается тем, что оно дополнительно содержит невозвратные клапаны, установленные в дилюатном и концентратном трубопроводах на выходах из блоков переключения, трехходовой клапан, связанный своим входом с атмосферой, каждый блок переключения камер снабжен двумя эжекторами, выходы каждого из которых подключены соответственно к дилюатному или концентратному выходам блока переключения, а гидропереключатель выполнен в виде бистабильного струйного

0 усилителя, входной канал которого подключен к входу блока переключения, входы каналов управления связаны с выходами трехходового клапана, каналы переключения соединены разгрузочными каналами с всасывающими входами эжекторов, рабочие

5 входы которых связаны с выходами каналов переключения.

Отличие устройства по третьему варианту состоит в том, что оно дополнительно содержит воронки свободного стока и трехходовой клапан, вход которого связан с атмосферой, гидропереключатель каждого блока переключения камер выполнен в виде бистабильного струйного усилителя, входной канал которого подключен к входу блока переключения камер, выходы каналов

5 переключения подключены к дилюатному и концентратному выходам блока переключения, входы каналов управления связаны с выходами трехходового клапана, а дилюатный и концентратный выходы блока переfj ключения камер и выходы разгрузочных каналов связаны соответственно с дилюатным и концентратным трубопроводами через воронки свободного стока.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства в прямоточной электродиа5 лизной установке, первый вариант; на фиг. 2 - то же, второй вариант; на фиг. 3 - то же, третий вариант; на фиг. 4 - принципиальная схема второго варианта устройства в циркуляционной электродиализной установке.

Устройство для управления электродиализной установкой содержит электропереключатель 1, блоки 2 и 3 переключения камер, содержащие соответственно первый 4 и второй 5 гидропереключатели, входы 6 и 7, концентратные выходы 8 и 9 и дилюатные выходы 10 и И. В устройство входят также трехходовый клапан 12 с входом 13 и выходами 14 и 15, а в первом и втором вариантах устройства (фиг. 1 и 2) - невозвратные клапаны 16. Каждый гидропереключатель 4 и 5, выполненный в виде бистабильного струйного усилителя, содержит взаимосвязанные входной канал 17 с соплом, первый 18 и второй 19 каналы переключения, каждый из которых соединен разгрузочным каналом 20 и 21 с вихревыми камерами 22 и 23, камеры 24 взаимодействия с выполненными прямолинейными боковыми стенками, первый 25 и второй 26 каналы управления. Первый вариант устройства (фиг. 1) отличается от остальных тем, что каждый из блоков 2 и 3 переключения камер содержит эжектор 27, связанный своим выходом с входным каналом 17 гидропереключателя, и первый 28 и второй 29 поплавковые невозвратные клапаны, установленные разгрузочных каналах 20 и 21 перед всасывающими входами эжекторов 27. Второй вариант устройства (фиг. 2) отличается тем, что каждый из блоков 2 и 3 переключения камер содержит первый 30 и второй 31 эжекторы, связанные своими входами с выходами соответственно первого 18 и второго 19 каналов переключения, а всасывающими входами - с первым 20 и вторым 21 разгрузочными каналами. В третье.м варианте устройства (фиг. 3) дилюатные и концентратные выходы 8-11 блоков переключения 2 и 3 и разгрузочные каналы 20 и 21 гидропереключателей 4 и 5 гидравлически связаны с дилюатным и концентратным трубопроводами через воронки свободного стока. На фиг. 1-3 для примера показано использование устройства для управления в составе прямоточной электродиализной установки, содержащей преобразователь 32 тока, электродиализатор 33 с электродными камерами 34, камерами 35 обессоливания и концентрирования, разделенными ионоселективными мембранами 36, входной (питательный) трубопровод 37, выходные трубопроводы 38 и 39, а также дилюатный и концентратвый трубопроводы 40 и 41. На фиг. 4 приведен пример использования устройства для управления в составе электродиализной установки циркуляционного типа. В этом случае устройство содержит дополнительно два блока 42 и 43 переключения камер, установленные на входе в электродиализатор и включенные соответственно в дилюатный циркуляционный контур к дилюатному трубопроводу 40 и в питательный трубопровод 37, из которого раствор поступает на промывку камер концентрирования. Циркуляционная установка содержит также дилюатный бак 44 и дилюатный насос 45.

Первый и второй варианты устройства предназначены для использования при наличии противодавления на выходе из блоков 2 и 3 переключения, а третий вариант - при отсутствии противодавления.

Первый вариант устройства работает следующим образом.

Исходный раствор по входному трубопроводу 37 поступает в рабочие, камеры 35 и на промывку электродных камер 34 электродиализатора 33. К электродам приложено напряжение постоянного тока, поступающего с преобразователя 32 тока через электроггереключатель 1. Под действием электрического поля постоянного тока

0 ионы диссоциированных в исходной воде солей мигрируют через ионоселективные мембраны 36 из камер обессоливания в камеры концентрирования и выходящий из электродиализатора дилюат поступает, например

5 по трубопроводу 38 на вход 6 блока 2 переключения камер, а концентрат - по трубопроводу 39 на вход 7 блока 3 переключения камер. Далее дилюат и концентрат поступают через эжекторы 27 во входные каналы 17 с соплами соответственно гидропере0 ключателей 4 и 5. В данный период времени каналы 25 управления гидропереключателей 4 и 5 (как показано на чертеже) через выход 15 трехходового клапана 12 связаны с атмосферой, а их каналы i26 управления, связанные с выходом 14 трехходового клапана 12 закрыты. В гидропереключателе при истечении раствора из сопла входного канала 17 в камеру 24 взаимодействия струя прилипает к прямолинейной боковой стенке, примыкающей к закрытому каналу 26 управQ ления вследствие разрежения между струей и этой стенкой (эффект Коанда) и повышенным давлением между струей и противоположной стенкой, создаваемым отраженным от вогнутого дефлектора потоком, .и поступает в канал 19 переключения. Затем

5 дилюат через дилюатный выход 10, невозвратный клапан 16 и дилюатный трубопровод 40 направляется к потребителю, а концентрат через выход 9, невозвратный клапан 16 и концентратный трубопровод 41 - на сброс. Одновременно с каналом 19 переключения включается и сообщающаяся с ним вихревая камера 23, из которой раствор по разгрузочному каналу 21 поступает в поплавковый невозвратный клапан 29. При поступлении жидкости в поплавковый невозвратный клапан 29 его поплавок, обладающий избыточной по отношению к усилию присасывания плавучестью, всплывает и поток раствора проходит через него к всасывающему входу эжектора 27. Отвод части потока раствора из канала переключения черех вихревую камеру обеспечивает более надежное удержание струи у стенки при наличии противодавления на выходе из гидропереключателя и при колебаниях этого противодавления. При прохождении раствора по каналам 19 переключения, каналы 18 полностью опорожнены и разгрузочные каналы 20 заполнены воздухом. Вследствие этого их поплавковые невозвратные клапаны 28 закрыты поплавками, что предотвращает подсос воздуха через сообщающиеся выход 15 трехходового клапана 12, каналы 25 управления, каналы 18 переключения, разгрузочные каналы 20 и эжекторы 27 во входные каналы 17 гидропереключателей 4 и 5. При необходимости реверсирования полярности электродиализатора 33 поворотом электропереключателя 1 изменяют знак полярности на электродах. Электрод, выполняющий ранее функции анода, становится катодом и наоборот. В этом случае по трубопроводу 39 к блоку 3 переключения камер будет поступать дилюат, а по трубопроводу 38 и блоку 2 переключения камер - концентрат. Одновременно с изменением положения электропереключателя 1 изменяют положение трехходового клапана 12, через выход 14 которого сообщают каналы 26 управления с атмосферой и через выход 15 перекрывают каналы 25 управления. Переключение каналов 25 и 26 управления обусловливает, вследствие изменившихся в камере 24 взаимодействия условий, по указанным выше причинам скачкообразное переключение потоков дилюата и концентрата из каналов 19 в каналы 18 соответствующих гидропереключателей 5 и 4. Дилюат через дилюатный выход 11 блока 3 переключения камер, невозвратный клапан 16 и дилюатный трубопровод 40 поступает к потребителю, а концентрат через концентратный выход 10 блока 2 переключения камер, невозвратный клапан 16 и концентратный трубопровод 41 - на сброс. По указанной причине растворы заполняют поплавковые невозвратные клапаны 28, поплавки всплывают и растворы через вихревые камеры 22 и разгрузочные каналы 20 поступают на всасывающие входы эжекторов 27, а из поплавковых невозвратных клапанов 29 оставшийся в них раствор отсасывается эжекторами 27, поплавки опускаются на седла и под действием усилия присасывания перекрывают разгрузочные каналы 21, предотвращая подсос воздуха в эжектор. В дальнейщем реверсирование полярности повторяется описанным образом.

Принцип действия второго варианта устройства (фиг. 2) аналогичен принципу действия первого варианта. Отличие заключается в том, что дилюат и концентрат поступают с входов 6 и 7 соответствующих блоков 2 и 3 переключения камер непосредственно во

входные каналы 17 гидропереключателей 4 и 5, а из каналов 18 и 19 переключения - на входы соответствующих эжекторов 30 и 31, с выходов которых через концентратные 5 выходы 8 или 9 и дилюатные выходы 10 или 11 блоков 2 и 3 переключения камер растворы поступают в соответствующие трубопроводы. При прохождении раствора по каналу 18 и 19 переключения часть потока раствора отводится по разгрузочному каналу 20

или 21 через вихревую камеру 22 или 23 непосредственно на всасывающий вход эжектора 30 и 31. Так как «неработающий в данный момент канал переключения связан с «неработающим эжектором, то последний

5 не создает разрежения в разгрузочном канале и не подсасывает воздух из связанного с атмосферой канала управления.

Особенность работы третьего варианта устройства (фиг. 3), предназначенного для электродиализной установки, в дилюатном

0 и концентратном трубопроводах которой отсутствует противодавление, состоит в том, что растворы из каналов 18 и 19 переключения и разгрузочных каналов 20 и 21 гидропереключателей 4 и 5 сливаются в дилюат2 ный трубопровод 40 и концентратный трубопровод 41 через воронки свободного стока и самотеком направляются: дилюат - к потребителю, а концентрат - на сброс.

Устройство для управления, примененное в составе циркуляционной электродиализ0 ной установки (фиг. 4) работает так, как описано выше. Особенность работы устройства состоит в том, что при реверсировании полярности и смены камер обессоливания и концентрирования электродиализатора 33 по команде трехходового клапана 12 одновременно с переключением потоков дилюата и концентрата в гидропереключателях 4 и 5 блоков 2 и 3 переключения камер происходит аналогичным образом переключение потоков дилюата и поступающего на промывл ку камер концентрирования исходного раствора в гидропереключателях 4 и 5 блоков 42 и 43 переключения камер.

Использование изобретения позволяет повысить ресурс и надежность устройства благодаря простоте конструкции гидропере5 ключателя потоков, вследствие отсутствия трущихся поверхностей, контактных запорных органов и уплотнений, а также благодаря отсутствию управляющих сред (для переключения потоков используется атмосферный воздух), практически мгновенному пе0реключению потоков и исключению возможности смешения потоков дилюата и концентрата. Изобретение также обеспечивает снижение металлоемкости (и трудоемкости изготовления) органов переключения трак5 тов, так как блоки переключения камер малогабаритны и могут быть изготовлены щтамповкой или литьем из неметаллических материалов (пластмасс).

ШййййЬ

J7

JJ

/

32

Фиг. 2

/

37

-f6 ff