Электродиализатор

Электродиализатор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ЭЛЕКТРОДИАЛИЗАТОР для деионизации растворов электролитов, включающий электроды, размещенные между ними ионоселективные и рамки, образующие рабочие камеры, в которые помещены сепараторы-турбулизаторы , выполненные в виде выотупов на мембране или сетки, отличающийся тем, что, с целью повьлиения производительности электродиализатора , выступы или поперечные нити сетки размещены на одинаковом расстоянии друг от друга и поперек рабочей камеры, причем высота выступов или диаметр поперечных нитей сетки относится к расстоянию между мембранами как 0,02-0,5 и к расстоянию между выступами или между поперечными нитями сетки как 0,011 ,0. (Л 00 00 СХ) со

сОюз сОВетских социАлистических

РЕСПУБЛИК

3(59 В 01 D 1 3/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, Н АВТО СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР по делАм изОБРетений и Опюытий (21) 3497788/23-26 (22) 05.10.82 (46) 15.10.84. Бюл, Р 38 (72) Э.М.Балавадэе, И.М.Цейтлин, В.B.Ñàëìàíîâ, Н.Г,Лебедь и Н.В.Чхеидзе (53) 621.357 (088.8) (56). 1. Гребенюк В.Д. Электродиализ.

Киев, "Техника", 1976, с. 65.

2. Патент СССР Р 306605, кл. В 01 D 13/02, 1971. (54)(57) ЭЛЕКТРОДИАЛИЗАТОР для деионизации растворов электролитов, включающий электроды, размещенные между ними ионоселективные мембраны

„„SU„„1118389 А и рамки, образующие рабочие камеры, в которые помещены сепараторы-турбулизатори, выполненные в виде высту пов на мембране или сетки, о т л ич а ю шийся тем., что, с целью повышения производительности электродиализатора, выступы или .поперечные нити сетки размещены на .одинаковом расстоянии друг от друга и поперек рабочей камеры, причем высота выступов или диаметр поперечных нитей сетки относится к расстоянию между мембранами как 0,02-0,5 и к расстоянию между выступами или между поперечными нитями сетки как 0,011,0 °

1118389

Изобретение относится к электрохимической обработке жидкостей-электролитов методом электродиализа H в, частности, к конструкции электродиализаторов.

Известен электродиализатор, предназначенный для деионизации проте кающего через него раствора электролита, содержащий электродные камеры и расположенные между ними рабочие камеры, образованные ионоселективными мембранами и рамками с разме щенными в них турбулизаторами. Функ ции турбулизатора выполняют выступы.

При протекании по рабочей камере раствора электролита раствор омывает мембраны. При возникновении перепада давлений между смежными рабочими камерами - камерами-деионизации и концентрирования выступы исключают касание мембран и увеличивают степень перемешивания раствора.

При пропускании.между электродами постоянного электрического тока происходит направленное перемещение анионов и катионов из раствора, протекающего в камерах деионизации, через соответствующие ионоселективные мембраны в камеры концентрирования (1).

Недостаток этого электродиализатора состоит .в том, что геометрические размеры турбулизатора выбраны без учета физико-химических свойств раствора н гидродинамических усло.вий в рабочих камерах, что приводит к снижению эффективности процесса деионизации и соответственно g снижению производительности электродиализатора.

Известен электродиализатор для деионизацин Растноров электролитов, включающий электроды, размещенные между ними ионоселективные мембраны. и рамки, образующие рабочие камеры, в которые помещены сепараторытурбулизаторы, выполненные в виде выступов на мембране или сетки.

При работе электродиализатора раствор электролита протекает через рабочие камеры вдоль мембран. Под действием электрического поля постоянного тока происходит миграция аионов и катионов из раствора электролита, протекающего в камере дионизации, через ионоселективные мембраны в камеры концентрирования.

Точечные выступы на мембранах предотвращают соприкосновение мембран под действием перепада давлений между смежными камерами и способствуют перемешиванию потока раствора электролита 23.

Недостаток известного электродиализатора состоит в том, что в его рабочих камерах создается малоэффективный гидродинамический режим, характеризуемый низкой степенью турбулентности потока, наличием застойных зон, и т.п. Геометрические размеры элементов рабочей камеры также выбраны без учета физико-химических свойств раствора и гидродинамическо5 го режима в рабочей камере. указанный недостаток является причиной снижения предельно допустимой плотности тока в электродиализаторе и s связи с этим снижения

10 его производительности.

Цель изобретения - повышение производительности электродиализатора.

Поставленная цель достигается тем, что в электродиализаторе для деионизации растворов электролитов, включающем электроды, Размещенные между ними ионоселективные мембраны и рамки, образующие рабочие камеры, в которые помещены сепараторы-турбулизаторы, выполненные в виде выступов на мембране или сетки, выступы или поперечные нити сетки размещены на одинаковом расстоянии друг от друга и поперек рабочей камеры, причем высота выступов или диаметр поперечных нитей сетки относится к расстоянию между мембранами как

0,02-0,5 и к расстоянию между высту-пами или поперечными нитями как

0,01-1,0.

30 На фиг.1 показана схема электродиализатора с прямолинейными выступами на поверхности мембран на фиг.2 - то же, с сетчатым сепаратором-турбулизатором.

35 Электродиализатор (фиг.1) содер;жит ионоселективные мембраны 1, Рам» ки 2, сепараторы 3 (выполненные, например, в виде продольных связей рамки 2), турбулизаторы - прямоли4П нейные выступы 4 на поверхностях мембран 1,.размещенные поперек рабочей камеры, электродные камеры 5, рабочие камеры - камеры деионизации 6 и камеры концентрирования 7, 45 На пеРифеРии мембРан и рамок выполнены отверстия 8, образующие при совмещении каналы 9 для подвода и отвода растворов. Каналы 9 связаны с камерами 6 и 7 питателями 10.

Схема электродиализатора (фиг.2) включает ионоселективные мембраны 1, рамки 2, сепараторы 3, выполненные в виде продольных нитей сетки, поперечные нити которой служат турбулиэаторами 4, электродные камеры 5, камеры 6 и 7 соответственно деионизации и концентрирования. Каналы 9 для отвода и подвода растворов и их связи с камерами 6 и 7 выполнены так ..же, как на фиг.1.

60 Растворы подводятся s камеры 6 и 7 деионизации и концентрирования по каналам 9, расположенным, например на одной из сторон рамок и мембран, и удаляются из камер по со65 ответствующим каналам. расположенным

1118389 ляет — = 0 2 и — = 0 1. При

d d

Ь е этом удельная (c 1 м поверхности мембран), производительность предлагаемого электродиализатора по сравнению с производительностью известного злектродиализатора понимается с 0,0314 до 0,0371 мЗ/и ч (т.е. на

18%) при одновременном понижении удельного (на 1 м длины рабочей камеры электродиализатора ) гидравлического сопротивления с 4,2 до

0 ° 11 м ВОда ст,/м, Пример 2. Природную =оленую воду с общии солесодержанием

44 r экв/м« и температурой 35ОС определяют до остаточного солесодержа- ния около 10 r экв/м в электродиализаторе с расстоянием между мембранами, равном 1-10 м, и скоростью потока воды 0,2 м/с. (см. таблицу, режимы 1 - б ).

Пример 3. 50%-ный водный раствор глицерина с содержание сульфата натрия 0,62 вес.% и температурой 20 С очищают до концентрации около 0,1 вес.% сульфата натрия в электродиализаторе с расстоянием ,между ме«лбранаин 1 10 2 «л и скоростью потока раствора 0,02 м/с (см. ,таблицу, режимы 7 - 9).

П р и и е р 4. Сахарный сироп с

30%-ным содержаниеи сухих веществ, доброкачественностью 91,4% и температурой около 150 С очищают до доброкачественности 94,7% в электродиализаторе с расстоянием между мембранами 4 .10 и и скоростью потока си ропа 0,012 и/с (см. таблицу, режимы 10 — 12). бб0,02.Ь ьW÷ где Й вЂ” диаметр . поперечных нитей сетки, и;

h - -высота прямолинейных выступов на мембранах, м«

6 - расстояние между поперечными нитями сетки или прямолинейными выступами на мемб- 55 ранах, м;

Р - коэффициент диффузии раствора электролита, м2/с«

- кинематическая вязкость раствора электролита, м2/с; («/ - скорость потока раствора электролита, м/с.

На ПРОтИВОП ЛОжНО«« СТОРОНЕ РаМОК И мембран. Соприкосновение мембран предотвращается сепараторами 3. Пои наложении на электооды электродиализатора электрического потенциала происходит направленное движение годержащихся в протекающем через каме ры 6 деионизации растворе катионов и анионов и их миграция из камер б деионизации через катионоселективные и анионоселективные мембраны 1 !О в смежные с ними камеры 7 концентрирования. При этом в пограничных с мембранами 1 слоях раствора, в которых поток раствора носит ламинарный характер, может возникнуть явление $5 концентрационной поляризации. При протекании раствора по рабочей камере пограничный слой потока раствора периодически разрушается прямолинейными выступами 4 на поверхности мембран 1 (фиг.1) или поперечными нитями 4 сетчатого сепаратора 3 (фиг.2), расположенными на оди наковом расстоянии друг от друга и поперек рабочей камеры электродиализатора - поперек пбтока раствора электролита. Выполнение геометрических размеров турбулиэаторов — высоты прямолинейных выступов на мембранах или диаметра поперечных нитей сетки и расстояния между ними в 30 оговоренных интервалах обуславливает уменьшение толщины и турбулизацию ламинарного подслоя, следствие«л чего является интенсификация массопереноса и повышение предельно допустимой 135 плотности тока. Геометрические размеры турбулизаторов, разрушающих пограничный слой потока раствора элект,ролита, в зависимости оТ гидродинами« ческих условий в рабочих камерах электродиализатора и с учетом химического состава раствора, его «(онцентрации и температуры могут быть уточнены в оговоренных пределах с помощью следующих выражений:

Д Ь О .!)1/3 -1/9

Пример 1. Природную соленую воду с общим солесодержанием

51,3 г экв/«л и теипературой 20 С

Опресняют до Остаточного солесодержания 12 г экв/м в известном электродиализаторе с сепараторами-турбулизаторами типа сетки "просечкавытяжка" и в электродиалиэаторе согласно изобретению с расстоянием между мембранами соответственно

1,2 .10 з и 1 10 « м при скоростях потока раствора 0,07 м/с. В электродиализаторе согласно изобратению отношение высоты пря«лолинейных выступов к расстонию между мембранами и к расстоянию между выступами составВ примерах 2, 3 и 4 указаны удель= ные производительности и приведенные значения гидравлического сопротивления электродиализаторов согласно изобретению, определенные при значениях отношений высоты прямолинейных выступов (диаметра поперечных нитей) к расстоянию между мембранами — и к расстоянию между пряиоли3

Ь нейными выступами (поперечныии ни1118389 уменьшается производительность злектродиализатора, а при их повышении выше верхних предельных значений (режимы 1 и 10, †. ) 0,5, а

v 1,0) возрастает гидравлическое сопротивление электродиализаторов.

Режим, 9

Пример,В е ев«в эа»»«ю е е 1 °.2

59

5 б

0,03

0t 02

0,01

1ю07.

1,07

0,75

0i03

0,02

0,01

1 2

1,0

0,8

186

11

2,6

2,6

2,6

0,3

0,25

ОР2 тями) -, близких к крайним значе.а ниям указанных диапазонов.

Как видно из приведенных в таблице данных, при понижении отношений размеров турбулизаторов ниже нижных предельных значений (режимы 6 и 9, <0,01, "-О, 0021 существенно

0,6

0 5

0,4

0,2

0,1

0805

0,06

0,05

0,04

0,02

0iO1

0,005

Удельная производительность, 1Р м, м . ч

59

59

59

Приведенное гидравлическое сопротивление, %

192

87

109

Ир у 43ИВ

1118389 о о о о

О С) С>

1

Составитель О. Зобнин

Техред Л.Коцюбняк

Корректор A.Òÿñêî

Редактор A.Ãóëüêî

Филиал ППН "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4, Заказ 731б/5 Тираж 681 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5