Электродиализатор Советский патент 1992 года по МПК B01D61/50 

I (46) 30.05.92. Бкхп. № 20 :.(21) А060527/.26/

(221 03.03.86

(72) В.В. Журавлев, Г.К. Салдадзе

и В.Н. Северцев

(53)621.359.7(088,8)

(56) Деминерализация методом электродиализа./Под ред. Д. Уилсона. М., 1963, с. 217-313.

(

(54)ЭЛЕКТРОДИАЛИЗАТОР,

(57) Изобретение относится к устройствам для деминерализации проьпьшшен- ной воды. Аппарат позволяет обеспечить очистку воды до удельного сопротивления иё мекее 200 кОм-см и уменьшить энергозатраты. Для этого в аппарате электродиализные секции выполнены из установленных между их электродами последовательно соединенных по гидравлическому потоку диализных элементов 5 количество которых в каждой

последующей элактродиализной секции меньше, чем в предьвдутце к При этом каждый диализный элемент состоит из раэно:-5менньк ионоселективных MeMOpaWj соедтгенных между собой на горизонтальном участке, по длине которого вьтолнены переточные отверстия.Участки соединения размещены в каждых двух соседште диализных элементах соответственно в верхней и мижней частях мембран. Су нарная площадь переточных отверстий в одной паре мембран ке меиее площад л noneiJe4Horo сечения рабочей рамки. Кроме того, порядок чередования разноименных ионо- селективкых мембран в диализных элементах последующей электродиализкой секции противоположен порядг чередования разкоимеййых ионоселект й- ных мембрай в предыдущей электродо- дйализной секции. I табл., I ил.

а €

Изобретение относится к устройствам деминерализа1гии промьтшениой воды, в частности к электродиализным аппаратам фипьтр-прессного типа,, и может быть использорлно при производстве изделий электронной техники, а также в химии, энергетике и медицине .

Цель изобретения - у1 ел1-гчение сте пеии очистки при одновременном снижении расхода электрознергии.

. На чертеже показан многосекцион- н Ьгй электродиализатор фильтр-пресс- ного типа, содержащий ряд злектро- диализных секций, например три эле- ктродиализкые секции 1,2,3.

В каж,цой электродиалиэной секции установлены диализные элементы , последовательно соединенные по пуц- равлическому потоку. Количество диализных элементов 4 в каждой последующей электродиализной секции меньше, чем в предыдущей, например в первой секции -1 -установлено 75 диализ- ных элементов, во второй 2-50, в , третьей 3-25 элементов. Количество элементов выбрано из условия равен- ства суммарного сопротивления в каждой секции..

Для московской водогфоводной воды концентрация солей в которой колебле ся в пределах мг/п, такой набор днализньйс элементов целесооб- р азен при Получении на выходе из аппарата водь5 с сопротивлением 200кОм при этом на каждую секцию подается одинаковое напряжение, позволяющее использовать один источник постояино

2 . 3

, 10

15

363092

обрлз(1вл11ием кпмер 9 для отвода глзл., Крьпнки 10, имекицие однп входной 11, другая 1и 1ходной 12 штуцера, з креп- лены прижимными плитами 3 посредством стяжного устройства 14. Для подачи в электродиализлтор исходной воды, :1;ля обеспечения перетока воды между секциями и выхода опресненной воды имеются каналы 15, 16, 17. Каждый диализный элемент 4,состоит из рабочей рамки и клапана для отвода . концентрата, размещенного между парой разноименных мембран (анионообменной и катионорбменной), соединенных между собой на горизонтальном участке, например, сваркой, по длине которого выполнены переточные, отверстия 18. Участки соединения мембран, а следовательно, и переточные отверстия .18 размещены в каждых двух соседних диализных элементах 4 соответственно в верхней и нижней частях мембран, Площадь участка соединения разноименных ионоселвктивных мембран составляет J-4 площади проходного сечения рабочей рамки, Такой -запас площади достаточен для надежного соединения мембран и исключает проникновение воды из опресняемого-потока в межмембранное пространство. Увеличение же участка соединения приводит к неоправданной потере работающей на перенос ионоз площади мембран. Для исключения сужений гидравлического тракта и формирования потока, обладающего единой линейной скоростью, суммарная площадь переточных отверстий 8 в одной паре мембран не ме20

3S

го тока, причем токи получаются блиэ- л нес площади поперечного сечения рабокими по значению. Такая зависгшость сохраняется только в узком диапазоне скоростей опресняемого потока. Диализные элементы размещены в злектро- диапизных секциях между двумя перфо™ рнрованнымн электродами-аиодом 5 н катодом 6с примьпсающнм к, ним соот™ вественно катионоселективной 7 н ани оноселектмвной 8 мембранами. Камеры 9 для о рвода газов образованы с помощью рамокi нставленнык между одно- полярными элекгроданн соседних элё- ктродийлйзных секций, яапрш ер между элек сродами-анодами 5 первой 1 н второй .I элекг зодиализньж секций и катодами 6 второй 2 и третьей 3 секций. Меяяу крайними элрктрсздами и крышка I Oi закры&ающмык аппарат с торгов, тйкжб устаноэлены рамки с

45

55

чей рамки,

Порядок чередования разноименных ионосепективных мембран в диализных элементах 4 последующей электроди- ализной секции противоположен порядку чередования разноименных ионосе- лектйвных мембран в предыдущей электродиализной секции.

Например, в первой секции I чередуются анионоселективные мембраны с катионоселектинными, а во второй 4:екции 2 чередуются катионоселектив- кые мембраны с анионоселективнымн.

Злектродиализатор работает следующим образом.

Исходная вода подается через входной штуцер И, выполненный в крышке 10; и через канал f5 в первую электродиализную секцию I. Далее через

нес площади поперечного сечения рабо

.

чей рамки,

Порядок чередования разноименных ионосепективных мембран в диализных элементах 4 последующей электроди- ализной секции противоположен порядку чередования разноименных ионосе- лектйвных мембран в предыдущей электродиализной секции.

Например, в первой секции I чередуются анионоселективные мембраны с катионоселектинными, а во второй 4:екции 2 чередуются катионоселектив- кые мембраны с анионоселективнымн.

Злектродиализатор работает следующим образом.

Исходная вода подается через входной штуцер И, выполненный в крышке 10; и через канал f5 в первую электродиализную секцию I. Далее через

J

i.A.fS ing

соответст- и TpeTijfn

каналы 16 води ппступлет венно во вторую секщ-по 2 секцию 3. Пройдя череп все секции электродиалияаторл, пода Через канал 17 и выходной штуцер 12 йыводнтся нз него. Герметичность мн(.1госекциоиного электроднализаторя обеспечивяется стяжным устройстБом 14, скрепляюмемпрлНг переходит в следующий ди- а: изный элемент и т.д. Из последнего диализного элемента 4 первой секции 1 диализат поплдлет в пространство, образованное рабочей рам-- кой ионоселективной мембраной (например 8) последнего диализного элемента 4 и однош- енной ионоселектив-

щим все его секции при помощи прижим- IQ ной (катионоселективной 7) мембраных плит 3.

На электроды-аноды 5 и катоды 6 каждой электродиализной секции подается одинаковое напряжение постоянного тока от одного источника, посколь- 15 ку в электродиализаторе количество элементов каждой последующей секции меньше, чем в предьщ: пцей, и суммарное сопротивление каждой секции одинаково. В процессе электродиали- 20 за, происходящего в объеме диализного элемента 4, образованного рабочей рамкой и парой мембран, диссоциированные ионы растворенных солей (концентрат) пе,реходят в про- 25 странство между мембранами и выво- дятся оттуда индивидуально через клапаны каждого диализного элемента 4. Последовательно по гвдравлнческо- му потоку диализат перетекает из од- ЗО ного диализного элемента 4 в последующий через- переточные отверстия 18, выполненные на горизонтальном участке соединения пары разноименных ионоселективных мембран, например в вер

ней части мембран. При этом благодаря соединению пары мембран между собой На участке с площадью, составляющей 3-4 площади проходного сечения рабочей рамки, нсключае.тся проникновение воды из опресняемого потока в межмембранное пространство. Так как суммарная площадь переточны отверстий 18 в одной паре мембран не менее площади поперечного сечения опресняемого потока (поперечног сечения рабочей рамки), то поток пртекает через переточные отверстия 18 без образования застойных зои и с одной линейной скоростью. Далее ,, опресняемый поток, попадая в следующий соседний диализный элемент 4, вновь проходит по всей площади рабочей рамки. Концентрат переходит в пространство между мембранами, откуда выводится через клапан,Опре- деляемый поток через переточные отверстия 18, расположенные в данном диализном элегменте А в нижней части

мемпрлНг переходит в следующий ди- а: изный элемент и т.д. Из последнего диализного элемента 4 первой секции 1 диализат поплдлет в пространство, образованное рабочей рам-- кой ионоселективной мембраной (например 8) последнего диализного элемента 4 и однош- енной ионоселектив- .

ной, прилегающей к элeктpojay-aнoдy SsnepeTeKaeT через канал 16 и попадает в аналогичное пространство между двумя катионоселективными мембра- нгтми/ разделенными рабочей рамкой вто рой элёктродиализной секции 2.Порядок чередования разноименных ионоселектнвных мембран второй секции 2 противоположен порядку чередования мембран второй секции 2 . . На поверхностях электродов-анодов 5 и катодов 6, сопряженных соответственно с катионосе лективными 7 и анионоселективньтми 8 мембранами, образуются электролиэ- ные газы, которые собираются в камерах 9 для отвода газа. Диализат, пройдя последовательно все диализные элементы всех злектродиализных секций многосекционного электродиализатора, опресняется до удельного сопротивле- ния не.менее 200 .

Предлагаемое изобретение позволяет обеспечить по сравнению о прототипом следующие преимущества (см. таб0

5

Как видно из таблицы глубина очистки воды по предлагаемому изобретению во много раз превьппает глубину очистки по прототипу, энергозатраты в три раза меньше, чем по прототипу, выход конечного продукта почти в два раза выше.

Кроме того, количество сбросной воды в пять раз меньше, чем по прототипу, и исключено вьщеление газообразного хлора.

Ф о

0

рмула изобретения

Электродиализатор фильтр-пресс ного типа для очистки воды, включающий электроды, между которыми размещены разноименные ионоселективные мембраны и рабочие рамки, образующие рабочие камеры, пары электродов, g делящие электродиапизйтор на секции, прижимные плиты и стяжное устройст-.. во, патрубки ввода и вывода воды, отличающийся тем, что, с целый увеличения степени очистки

при одновременном снижении расхода электроэнергии, пары электродов делят длектродиалнзатор на три секции, и количеЬтва рабочих камер -в секциях относятся .между собой как 3:3:2 начиная or патрубка ввода, S рамках, ограничивающих пары элек- тродов вьшолнены каналы, соединяющие камеры двух соседних, секций, на стороная элактродов обращенных 8,рабочие камеры, наложены ионосе- лективные мембраны, в секциях соседние разйоименный ионоселектив1436309 .6 .

ные мембраны соединены друг с другом и в месте их соединения выполнено ) отверстие, отверстия в двух соседниЦ парах мембран размещены соответственно в верхней и нижней .частях мембран, а порядок чередования разио- именнь х ионоселективных MeitCpSH в последующей электродиалиэной секции 1C противоположен порядку чередования в предьщущей электродиалиэной секции, при этом патрубки ввода и вывог да размещены на противоположных прижимных плитах.

Показатель

Глубина очистки, .

мг/л500-1000

Энергозатраты па т водь, кВт/ч 1,0

Выход конечного продукта, %50

IS S fd- if

Л-LZ/.

Способ

Прототип

Предлагаемый

3 (что соответствует 200 кОм-см)

0,3 . 90