Электродиализная установка циркуляционного типа Советский патент 1975 года по МПК B01D13/02 

Изобретение относится к оборудованию для деионизации или концентрирования растворов электролитов посредством злектродиализа с ионообменными мембранами н может быть использовано, например, для опреснения соленых вод.

Известна электродиализная установка циркуляционного тина, содержащая электродиализатор с ионообменными мембранами и циркуляционные контуры дилюата и концентрата, образованные соответствующими трактами электроднализатора, емкостями с установленными в них датчиками верхнего и нижнего уровня, насосами, трубопроводами и штуцерами ввода циркулирующих растворов в емкости и вывода из них. В этой установке деполяризация мембран осуществляется за счет поддержания высоких скоростей потока в рабочих камерах электродиализатора.

Однако для известной установки характерна невысокая эффективность процесса электродиализа вследствие нрименения низкой плотности тока и больших затрат энергии на циркуляцию, что обусловлено недостаточной деполяризацией мембран. Это приводит к ухудшению весо-габаритных характеристик установки и росту суммарных энергозатрат.

С целью уменьшения поляризации мембран путем введения в электродиализатор газожидкостных эмульгированных потоков каждая

емкость предлагаемой установки снабжена заглушенной снизу трубой, пропущенной через крышку и днище емкости и имеющей отверстия, выполненные на уровне крышки и днпща, а также по высоте емкости, предпочтительно на 2/3 ее высоты от днища, при этом штуцер ввода циркулирующего раствора в каждую емкость пропущен через крышку и закреплен в ней при помощи устройства, обеспечивающего возможность вертикального перемещения штуцера, а датчик верхнего уровня размещен в верхней части трубы над щтуцером.

На чертеже схематически изображена конструкция предлагаемой электродиализной установки циркуляционного типа.

Она состоит из электродиализатора 1 и двух циркуляционных контуров, каждый из которых образован соответственно емкостями

2 и 3 с датчиками верхнего 4 и 5 и нижнего 6 и 7 уровней, насосами 8 и 9, трубопроводами 10, 11, 12 и 13, 14, 15, штуцерами ввода 16 и 17 циркулирующих растворов в емкости, штуцерами вывода 18 и 19 растворов из емкости и соответствующими трактами электродиализатора 1. Емкости 2 и 3 снабжены трубами 20 и 21, пропущенными через крыщки и днища емкостей и имеющими отверстия 22 и 23, выполненные на уровнях крышек, отверстия 24. и 25, выполненные на уровнях

днищ, а также отверстия 26 и 27, выполненные по высоте емкостей, предпочтительно на высоте 2/3 от днища. Штуцеры 16 и 17 ввода растворов в емкости 2 и 3 пропущены через крыщкп емкостей и закреплены в них при иомощи устройств 28 и 29, например сальников, обеспечивающих возможиость вертикального перемещения щтуцеров, а датчики верхнего уровня 4 и 5 размещены в верхних частях труб 20 и 21, выступающих над крышками емкостей.

Объем каждой емкости выбран таким образом, чтобы кратность циркуляции раствора через нее была не менее 80 часОба циркуляционных контура выполнены полностью идентичными и в зависимости от полярности электродиализатора каждый из них может быть контуром дилюата или концентрата (на чертеже з становка показана в таком состоянии, когда левый контур является контуром дилюата, а правый - контуром концентрата).

Установка работает следующим образом.

Исходный раствор через клапаны 30 и 31 поступает в емкости 2 и 3, заполняя их до уровня, ограниченного датчиками 4 и 5, по сигналу которых клапаны 30 и 31 закрываются.

В процессе электродиализа концентрация раствора в контуре дилюата (левый контур) снижается до заданного значения, соответствующего установке датчика солесодержания 32 (в правом контуре датчика 33), по сигналу которого открывается клапан 34 и дилюат по трубопроводу 35 через четырехходовый пробковый кран 36 поступает к потребителю. При понижении уровня жидкости в емкости 2 до датчика нижнего уровня 6 клапан 34 закрывается, а клапан 30 открывается и происходит заполнение емкости 2 до уровня датчика 4, после чего клапан 30 закрывается и начинается новый рабочий цикл.

Часть раствора из контура концентрата (правый контур) отбирается через трубопровод 37, четырехходовый пробковый кран 36 и трубопровод 38 на промывку электродных камер 39 электродиализатора 1, после чего сбрасывается.

Отбор части раствора на промывку сопровождается понижением уровня жидкости в емкости 3 до датчика нижнего уровня 7, по сигналу которого открывается клапан 31 и происходит заполнение емкости 3 исходным раствором до уровня датчика 5.

В начале каждого рабочего цикла уровень жидкости в емкости дилюата 2 соответствует датчику 4, а циркулирующий раствор поступает через штуцер 16 ниже уровня жидкости в емкости 2. Поэтому в начале цикла опреснения эмульгирование дилюата не происходит, а раствор через от-верстия 22, 24 и 26 пост}пает в трубу 20 и выводится из нее через штуцер 18. По мере электродиализной деионизации раствора уровень его в емкости дилюата 2 понижается за счет элект13оосмотического нереноса растворителя и к концу цикла сказывается между нижним концом штуцера 16 и отверстием 26 трубы 20. При этом поступающий через щтуцер 16 раствор падает на свобод,ную поверхность, вызывая интенсивное эмульгирование в верхней части емкости при кратности циркуляции раствора через нее не менее 80 час предпочтительно 150- 250 час-. Ввиду того, что вертикальная составляющая скорости жидкости в емкости мала, происходит сепарация воздушных пузырьков, при этом крупные пузырьки, которые могут помешать нормальной работе электродиализатора и насоса, всплывают, а мелкие пузырьки воздуха через отверстие 26 поступают вместе с раствором в трубу 20, где скорость жидкости значительно выше, чем в емкости, и увлекаются раствором через штуцер 18 в насос 8 и затем в электродиализатор 1.

Регулирование времени эмульгирования осуществляется вертикальным перемещением щтуцер а 16.

Аналогично происходит эмульгирование в емкости концентрата 3. Разница заключается лишь в том, что концентрат эмульгирует практически в течение всего цикла, так как вследствие отбора части раствора на промывки электродных камер 39 время нахождеения уровня жидкости выше уровня штуцера 17 незначительно.

Предлагаемая конструкция электродиализной установки циркуляционного типа позволяет уменьшить ноляризацию мембран, новысить рабочую плотность тока и улучшить тем самым ее весо-габаритные характеристики и снизить энергозатраты.

Предмет изобретения

Электродиализная установка циркуляционного типа, содержащая электродиализатор с ионообменными мембранами и циркуляционные контуры дилюата и концентрата, образованные соответствующими трактами электродиализатора, емкостями с установленными в них датчиками верхнего и нижнего уровня, насосами, трубопроводами и штуцерами ввода циркулирующих растворов в емкости и вывода из них, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения поляризации мембран путем введения в электродиализатор газожидкостных эмульгированных потоков, каждая емкость снабжена заглушенной снизу трубой, пропущенной через крышку и днище емкости и имеющей отверстия, выполненные на уровне крышки и днища, а также по высоте емкости, предпочтительно на 2/3 ее высоты от днища, при этом штуцер ввода циркулирующего раствора в каждую емкость пропун1,ен через крышку и закреплен в ней при помощи устройства, обеспечивающего возможность вертикального перемещения штуцера, а датчик верхнего уровня размешен в верхней части трубы над штуцером.