Электродиализатор Советский патент 1982 года по МПК B01D13/02 

(5) ЭЛЕКТРОДИАЛИЗАТОР

Изобретение относится к конструкциям электродиализаторов, применяемых в химическо технологии для деионизации растворов и электрохимического восстановления или окисления. Известен электродиализатор элемент ного типа, предназначенный для разложения солей с получением кислоты и щелочи. Электродиализатор состоит из корпуса, анодов и катодов, установлен ных в несколько рядов токоподводов. Токоподводы имеют гнезда, в которых крепятся электроды 01. Недостатком такого электродиалйзатора является невозможность использования его для извлечения из растворов ионов только одного типа и сложность конструкции. Наиболее близким к предлагаемому является электродиализатор, включающий цилиндрические катод, анод, иони товую мембрану, два токоподвода, один из которых установлен в верхней части электродиализатора и выполнен с гнездами 23 . Недостатком данного электродиализатора является то, что вторым токоподврдом служит коАух электродиализатора. Это делает сложным процесс монтажа и демонтажа конструкции. Токоподвод неразъемный и замена, например, мембраны требует разбора целого ряда узлов. Целью изобретения является упрощение монтажа и демонтажа электродиализатора. Поставленная цель достигается тем, что в злектродиализаторе, включающем цилиндрические катод, анод, ионитовую мембрану, два токоподвода, один токоподвод установлен в верхней части электродиализатора и выполнен с гнездами, а другой токоподвод размещен под токоподводом с гнездами и выполнен с отверстиями соосно гнездам верхнего токоподвода. 39n На фиг. 1 изображен электролиализатор предлагаемой конструкции с расположением электродиализных камер по кольцу, общий вид; на фиг. 2 - один элемент {электродиализная камера, заключенная в кожух) этого электродиализатора, разрез; на фиг. 3 второй вариант выполнения электродиализатора предлагаемой конструкции с многорядным расположением электродиализных элементов; на фиг, - продольный ,разрез А-Л на фиг. 3. Электродиализатор состоит из верхнего токоподвода 1, нижнего токоподвода 2, кожухов 3, сборника k продукта, электродиализных камер, содержащих полые ионоо менные мембраны 5, заглушенные с нижнего конца заглушками 6, а на верхнем конце имеющие нарезную втулку 7, и электроды 8 в виде полой трубки, верхняя часть которых выполнена в виде плунжера 9. Верхний токоподвод 1 имеет каналы 10 для подвода электролита и каналы 11 для его отвода со штуцерами 12 и 13 соответственно. I Кроме того, аппарат снабжен штуцером 1 для подачи исходного раство ра переливным штуцером 15 отвода про дукта электродиализа и штуцером 16 для отвода газа, выделяющегося в про цессе электродиализа из раствора в пространстве между мембраной 5 и кожухом 3- Верхний токоподвод 1 скреплен с нижним токоподводом 2 при помо щи болтов 17 и гаек 18 на изолирующих втулках 19- В верхнем токоподводе 1 имеются очверстия (гнезда) 20 для установки и закрепления верхних частей электродов 8. Отверстия 20 сооб1цаются с каналами 10 и 11 для по вода и отвода электролита соответственно. Плунжер 9 имеет уплотняющее кольцо 21. Штуцер 12 через отверстия 22 сообщается с полостью электрода 8 Штуцер 13 через отверстия 23 соединен с внутренней полостью мембраны 5 Положением переливного штуцера 15 на подъемной трубе 2 обеспечивается постоянный уровень раствора в электродиализаторе. На плунжере 9 (фиг. 1 2) смонтирована уплотняющая обойма 25 с одновременным обеспечением подвижности плунжера 9 и герметичности с помощью сильфона 26. На верхнем ко це плунжера 9 имеется гайка 27, упор ная втулка 28, нажимная гайка 29 и .резьбовая упорная втулка 30, закрепляемая в гильзе 31. Верхний токоподвод 1 и нижний токоподвод 2 уплотняются гибкими элементами 32. Канал 33 сообщает полости кожухов 3. Для установки датчиков (не показаны) определения выхода из строя камер имеются штуцера З. Второй вариант электродиализатора (фиг. 3, ) отличается исполнением конструкции верхней части электрода 8, которая содержит разрезнуьэ цангу 35, верхние уплотнительные кольца 36 на плунжере 9 и нижнее уплотнительное кольцо 37. В центре плунжера 9 имеется клапан 38, уплотняемый кольцами 39 для запирания отверстия 40. Пространство верхнего токоподвода 1 отделено от нижнего токоподвода 2 жесткой вставкой 1 с помощью прокладок 2. Каждый кожух 3 имеет устройство 3 для распределения исходного раствора внутрь полости 3. Аппарат подготавливается и пускается в работу следующим образом. Производится сборка электродиализных камер и установка их вовнутрь кожухов. При этом для электродиализатора, показанного на фиг. 1 и 2, втулки 30 после установки в гильзы 31 поворачиваются на некоторый угол и входят в зацепление с ней. Затем свертываются гайки 27 с нарезных концов на плунжерах 9- При этом плунжеры 9 уходят вниз и нижней сферической поверхностью отделяют канал 11 от полости кожуха 3- Затем с помощью упорных втулок 28 -и нажимных гаек 29 зажимают уплотняющие обоймы 25, которые исключают выход электролита. Таким образом предотвра.щаются потери электролита и обеспечивается надёжный контакт электродов 8 с верхним токоподводом 1. Затем через штуцер 12 все электродиализные камеры заполняются электролитом, через штуцер электродиализатор заполняется исходным раствором. В зависимости от не- обходимости проведения процесса деионизации с извлечением из раствора либо только анионов, либо только катионов, электродиализные камеры быть укомплектованы либо анионитовыми, либо катионитовыми мембранами. После выполнения этих операций токоподводы 1 и 2 подключаются к полюсам источника постоянного тока и аппарат включается в работу. Сборка и подготовка к пуску аппарата, представленного на фиг. 3 и , осуществляется аналогичным образом, но после установки электродиализных камер вовнутрь кожухов 3 гайки 27 навинчиваются на верхние концы плунжеров 9. При этом разрезные цанги 35 расходятся в гнезда 20 с осуществлением надежного контакта электродов 8 с верхним токоподводом 1. Для деионизации исходного раствора с извлечением из него анионов электродиализные камеры оснащаются анионитовыми мебранами 5, верхний то коподвод 1 подключается к положител ному полюсу источника постоянного то ка (не показан), а нижний токоподвод 2 - к отрицательному полюсу. В качестве электролита для заполнения электродиализных камер применяется слабый раствор кислоты. При проведении деионизации с извлечением из раствора катионов элек родиализные камеры оснащаются катио нитовыми мембранами 5, подключение токоподводов осуществляется с изменением полярности, а электролитом я ляется слабый раствор щелочи. В процессе непрерывной работы электродиализатора в полость кожухт 3 непрерывно подается исходный раствор, который вытесняет обедненный раствор с удаленными из него ионами из сборника k по подъемной трубе 2 через штуцер 15. Вовнутрь электродиа лизных камер из канала 10 через отверстия 22 непрерывно поступает свежий электролит, который обогащается ионами и непрерывно отводится через отверстия 23 по каналу 11 и штуцер 13. Газы, выделяющиеся в процессе электродиализа в полости кожуха 3, отводятся по штуцеру 16, а газы, выделяющиеся на электродах 8, отводятся вместе с электролитом. При выходе из строя любой камеры достаточно повернуть гайку 27 на несколько оборотов и удалить ее из электродиализато ра. В сущности оба варианта электродиализатора (фиг. 1, 2 и 3, ) имеют одинаковый принцип действия. В зависимости от условий эксплуатации, спе цифики производства и физико-химичес ких свойств перерабатываемых растворов может быть применен первый или второй вариант конструкции электродиализатора. Использование электродиализатора, показа ного на фиг. 1 и 2, предпочтительно для малотоннаж-i ных производств с усложненными услоВИЯМИ ремонта, когда нулно быстро огфеделить вышедшую из строя камеру и заменить ее. Конструкция электродиализатора, показанного на фиг. 3 и 4, является более ко(пактной, позволяющей при малых габаритах аппарата разместить большое количество электродиализных камер, что, в свою очередь, определяет высокую удельную производительность на единицу его объема и целесообразность его исполь-, зова.я для многотоннанных производств. Однако сложность определения вышедшей из строя камеры ограничивает возмоиность применения данной конструкции для производств со сложными условиями ремонта. Таким образом, предложенная конструкция электродиализатора позволяет осуществить быструю установку и замену мембраны в ячейке с одновременным обеспечением надежного электрического контакта электродов, герметичности подвода и отвода электролита, а такх е обеспечивает возможность дистанционной замены вышедшей из строя мембраны при переработке токсичных сред. j Предложенная конструкция аппарата быть использована для осуществления деионизацми солевых растворов с получением целевого продукта, а также,для электрохимического восстановления- и окисления солевых и гидратных растворов ряда элементов. Это, в свою очередь, позволяет внедрить в производство ряда продуктов новую безотходную технологию с ликвидацией токсичных сбросов и возвратом в цикл ценных реагентов. I Формула изобретения Электродиализатор, включающий цииндрические катод, анод, ионитовую ембрану, два токоподвода, один из оторых установлен в верхней части лектродиализатора и выполнен с гнезами, отличающийся тем, то, с целью упрощения монтажа и деонтажа электродиализатора, другой окоподвод размещен под токоподводом гнездами и выполнен с отверстиями оосно гнездам верхнего токоподвода. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР о заявке № , кл. В 01 D 13/02, 1.11.78. 2.Авторское свидетельство СССР f 182111, кл. В 01 D 13/12, ТЭб (прототип).

16

Фиг.