Способ деионизации раствора электролита Советский патент 1993 года по МПК B01D61/44 

Изобретение относится к области элек- рохимической обработки растворов электролитов методом электродиализа и, j частности, к способам их деионизации. Изобретение может быть использовано для лубокого обессоливания минерализованной воды, опреснения природных соленых 1 солоноватых вод, деионизации сточных юд промышленных производств и может найти применение в других отраслях промышленности, где используются подобные способы.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности процесса и уп- ющение конструкции установки.

Сущность изобретения поясняется чертежами; на которых для примера осуще- :твления способа изображена принципиальная схема возможного устройства для

реализации способа и графики, иллюстрирующие характер процесса.

На фиг. 1 представлен один из возможных вариантов принципиальной схемы установки, в которой реализован предлагаемый способ. Установка включает в себя электродиализатор - 1, содержащий ионоселектив- ные мембраны - 2, образующие камеры деионизации - 3 и концентрирования - 4, и электроды - 5, подключенные к питающей сети через выпрямитель - 6, содержащий электрически последовательно включенные конденсаторы - 7 и диодный выпрямительный мост - 8-. При таком подключении электрическое сопротивление конденсаторов по переменному току вызывает изменение выходного напряжения от потребляемого тока, обеспечивая при этом обратно-пропорциональную зависимость тока и напрясл

с

оо со XI ю сл

CJ

жения в цепи нагрузки (в эЛектродиализа- торе).

На фиг. 2 приведены графики, представляющие внешнюю падающую вольт-амперную характеристику выпрямителя согласно изобретению (I) и вольт-амперные характеристики электродиализатора при стабилизированных значениях тока (II) и напряжения (111).

На фиг. 3 изображен график зависимости тока и напряжения от сопротивления электродиализатора, обусловленного удельной электропроводностью раствора на выходе электродиализатора - степенью де- ионизации раствора.

На фиг, 4 представлен график, иллюстрирующий протекающий процесс деиони- зации согласно приведенному примеру реализации способа.

Способ осуществляется следующим образом.

При деионизации минерализованного раствора его прокачивают через камеры деионизации проточного электродиализатора (фиг. 1).

Электрическое поле постоянного тока в электродиализаторе, под воздействием которого осуществляют направленный перенос ионов диссоциированных в воде электролитов, создают выпрямителем с .внешней падающей вольт-амперной характеристикой, Вид этой зависимости (см. линии 1 на фиг. 2 и 3) обусловленный значениями тока короткого замыкания (1 кз) и напряжением холостого хода (Uxx) определяют и ус- танавливают предварительно, таким образом, чтобы эта зависимость имела с вольт-амперной характеристикой электродиализатора (см. линии II и III на фиг. 2 и 3) общую точку, характеризуемую током (0) и напряжением (Uo), значения которых необходимы и достаточны для деионизации раствора от исходной концентрации раствора на входе до конечной концентрации раствора на выходе электродиализатора. Затем, задаются одним из параметров - током короткого замыкания (1кз) или напряжением холостого хода (Uxx) выпрямителя, ограничивая его значение принятым предельным значением, и по приведенному в формуле изобретения математическому выражению определяют значение второго параметра вольт-амперной характеристики выпрямителя.

В начальный период времени при вводе установки в действие электродиализатор полностью заполнен раствором с исходной концентрацией и поэтому его электрическое сопротивление минимально-возможное в условиях эксплуатации. Вследствие этого в

соответствии с видом внешней падающей характеристики выпрямителя в этот период процесс деионизации ведут при минимальном значении напряжения и максималь- ном - тока. По мере деионизации раствора понижается его удельная электропроводность, соответственно возрастает электрическое сопротивление электродиализатора, и процесс деионизации ведут при плавно

повышающемся напряжении и понижаю

щемся токе. Достижение заданной конечной концентрации деионизированного раствора происходит при значениях тока (0) и напряжения (Uo) соответствующих упомянутой точке пересечения вольт-амперных характеристик выпрямителя и электродиализатора. Дальнейшее понижение концентрации раствора невозможно, так как с его понижением и ростом электрического сопротивления электродиализатора понижается и значение выходного тока выпрямителя, что явно недостаточно для более глубокой деионизации раствора. Вследствие эффекта саморегулирования процесса

восстанавливается заданное значение концентрации раствора. Повышение концентрации также невозможно, так как при соответствующем понижении электриче- . ского сопротивления повышается значение

0 выходного тока выпрямителя, что приводит к восстановлению заданной концентрации раствора. В тех случаях, когда будет нарушено указанное в формуле изобретения условие и внешняя падающая характеристика

5 выпрямителя пройдет выше или ниже точки с координатами 0 и U0, раствор соответственно достигнет более глубокой деионизации или не достигнет заданного значения конечной концентрации.

0Приме р. Природную минерализованную воду с расходом 530 л/ч и общим соле- содержанием 596 мг/л и температурой 20 град. С и удельной электропроводностью 0,1157 См/м деионизируют в проточной

5 электродиализной установке до конечной концентрации электропроводности 0,001 См/м. Заданная степеньдеионизации достижима при параметрах электропитания электродеионизатора Ц0 798 В и

0 |0 1,68 А. Процесс ведут при текущих параметрах электропитания заданных видом внешней падающей характеристики выпрямителя с током короткого замыкания кз 5,5 А и напряжением холостого хода Uxx5 1150 В, определенными с помощью приведенного в формуле изобретения равенства.. Зависимости электродиализатора и выпрямителя имеют общую точку с указанным выше током (10) и напряжением (U0). Экспериментальные данные, характеризукщие процесс деиониэации приведены в таблице и на фиг. 4,

При использовании способа, таким об- р{азом, создается положительный техничесий результат, заключающийся в том, что п эй сравнительно простой конструкции установки с нерегулируемым выпрямителем обеспечивается надежный вывод установки н э рабочий режим, характеризуемый задан- нэй степенью деионизации исходного рас- т шра и поддержанием этой степени д ионизации в процессе работы установки. Вследствие использования предложенного С тособа упрощается конструкция установки, повышается надежндсть ее работы и снижается трудоемкость обслуживания.

Формула изобретения Способ деионизации раствора электролита, включающий его подачу в пространст- во между ионоселективными мембранами электродиализатора при наложении электрического поля постоянного тока выпрямителя и проведение процесса до заданной конечной концентрации, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что электрическое поле постоянного тока накладывают выпрямителем с внешней падающей вольт-амперной характеристикой, и процесс ведут до заданной конечной концентрации, соответствующей общей точке вольт-амперных характеристик выпрямителя и электродиализатора и характеризуемой формулой

Uo

кз. U

1,

где 10, U0 - значения тока и напряжения в электродиализаторе при деионизации раствора от начальной до конечной концентрации;

IKS, Uxx - значение тока короткого замыкания и напряжение холостого хода выпрямителя с внешней падающей вольт- амперной характеристикой.

п

7б 8

/т™- 7irfl

быхой кондентрата ф,| Вых оЭ Зеионтиробоннои

7М«$5А

Л 3 2 1 О

О fOO 200 300 400 500 600 700 800 900 fOOO ilOD 1200

Uxi В

Фиг. 2

и

.и. в

э.л U,B

.I

.xTv.

0 100 200 900 //00 500 (00 700 800 900 fOOO

У. A sou

4

3,5 5

.5 (

0.5 0

BOO TDD 6Ш) - SM «00 300

tea

10tt

о

эе,

120D

код

4000 90D 8 CO

тоа

Ј00

Sea wo зоо

2DO TOO

a

0246

Р(;д актор

8 10 a ft 46 4в 20 .UЫ « 2« 30 SZ Jit 56 38 /-.

Составитель Э. Балавадзе

Техред М.МоргенталКорректор Т. Вашкович

1837951

.A-UjT

I

о

R,OM

Фиг. 3