Электродиализатор для обессоливания водных растворов

Электродиализатор для обессоливания водных растворов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. ЭЛЕКТРОДИАЛИЗАТОР ДЛЯ ОБЕССОЛИВАНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ , содержащий корпус с расположенными внутри него электродами, между которыми помещены чередующиеся анионообмен . f 2 f ч А к А ные и катионообменные мембраны, образующие рассольные и обессоливающие камеры с размещенной в них засыпкой из ионообменного наполнителя, патрубки ввода и вывода водного раствора, отличающийся тем, что, с целью увеличения степени обессоливания, увеличения производительности при одновременном снижении расхода электроэнергии на процесс, он снабжен водопроницаемыми прокладками, размещенными внутри камер параллельно мембранам, засыпка выполнена из анионообменного наполнителя, помещенного между анионообменной мембраной и водопроницаемой прокладкой, и катионообменного наполнителя, помещенного между катионообменной мембраной и водопроницаемой прокладкой.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(5D В Ol D 13 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н А ВТОРСКОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3586967/23-26 (22) 03.05.83 (46) 23.10.84. Бюл. № 39 (72) В. И. Писарук, А. В. Каракатенко, Н. М. Гукова и В. П. Пинчук (71) Институт коллоидной химии и химии воды им. А. В. Думанского (53) 621.317.729 (088.8) (56) 1. Гребенюк В. Д., Гнусин Н.П.

Заводская лаборатория, 1966, 32, 10, 1290.

2. Исаев Н. И. Докторская диссертация, Киев, 1974, с. 121 — 148. (54) (57) 1. ЭЛЕКТРОДИАЛИЗАТОР

ДЛЯ ОБЕССОЛИВАНИЯ ВОДНЫХ PACTВОРОВ, содержащий корпус с расположенными внутри него электродами, между которыми помещены чередующиеся анионообмен

1 2 ные и катионообменные мембраны, образующие рассольные и обессоливающие камеры с размещенной в них засыпкой из ионообменного наполнителя, патрубки ввода и вывода водного раствора, отличающийся тем, что, с целью увеличения степени обессоливания, увеличения производительности при одновременном снижении расхода электроэнергии на процесс, он снабжен водопроницаемыми прокладками, размещенными внутри камер параллельно мембранам, засыпка выполнена из анионообменного наполнителя, помещенного между анионообменной мембраной и водопроницаемой прокладкой, и катионообменного наполнителя, помещенного между катионообменной мембраной и водопроницаемой прокладкой.

1119708

2. Электродиализатор по п. 1, отличакицийся тем, что водопроницаемая прокладка снабжена перегородками, расположенными по обе стороны последней.

3. Электродиализатор по п. 2, отличаюи4ийся тем, что перегородки расположены в шахматном порядке.

Изобретение относится к области деминерализации воды и может быть использовано в химической промышленности, микроэлектронике, в частности в установках для получения глубоко обессоленной воды.

Известны электродиализаторы для получения глубоко обессоленной воды, содержащие корпус с расположенными внутри него электродами, оборудованные камерами обессоливания и концентрирования, заполненными смешанным слоем катионита и анионита. Камеры электродиализаторов образованы чередующимися ионообменными мембранами (1).

Однако производительность этих электродиализаторов недостаточно высокая 0,7— — 15

1,2 л/ч.дм площади мембран в камере обессоливания, что обусловлено наличием большого числа -биполярных границ контакта между катионитом и анионитом, на .которых при увеличении плотности тока, протекающего через электродиализатор, происходит «выброс» сорбированных ионообменниками ионов в фазу раствора, в результате чего ухудшается качество обессоленной воды и возрастают энергозатраты на осуществление процесса деминерализации.

Так, например, при увеличении плотности тока от 50 до 200 мА, дм при обессоливании дистиллированной воды, удельное сопротивление последней снижается от 16 до В мОмсм, а энергозатраты возрастают в 4 раза.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является многокамерный электродиализатор, который представляет собой пакет рамок из органического стекла, заполненных наполнителем в виде З5 смеси катионита и анионита. Рамки разделены между собой чередующимися катионитовыми и анионитовыми мембранами, когорые совместно с рамками образуют камеры обессоливания и рассольные камеры. 4>

Электродиализатор оборудован катодной и анодной камерами, образованными крайними ионообменными мембранами и корпусными рамками с вмонтированными в последние анодом и катодом, Исходная вода

4. Электродиализатор по п. 3, отличающийся тем, что перегородки размещены перпендикулярно к прокладке.

5. Электродиализатор по п. 4, отличаюи4ийся тем, что перегородки расположены параллельно плоскости отверстия патрубков ввода и вывода.

2 подается в камеры обессоливания. Под действием внешнего электрического поля присутствующие в исходной воде ионы электромигрируют в направлении, определяемом знаком заряда соответствующего иона, к ионообменным мембранам и далее через последние — в рассольные камеры (2).

Недостатком известного электродиализатора является наличие большого количества биполярных границ контакта ионитионит и мембрана-ионит, на которых с увеличением плотности тока, протекающего через электродиализатор, резко наступают предельные условия массопереноса и выход ранее сорбированных ионообменными наполнителями ионов из фазы ионита в раствор.

В связи с этим дальнейшее увеличение плотности тока, которая определяет производительность электродиализатора, не приводит к увеличению последней, а качество обессоленной воды при этом снижается в 3 — 5 раз.

Целью изобретения является увеличение степени обессоливания и производительности при одновременном снижении расхода электроэнергии на процесс.

Поставленная цель достигается тем, что электродиализатор для обессоливания водных растворов, содержащий корпус с расположенными внутри него электродами, между которыми помещены чередующиеся анионообменные и катионообменные мембраны, образующие рассольные и обессоливающие камеры с размещенной в них засыпкой из. ионообменного наполнителя, снабжен водопроницаемыми прокладками, размещенными внутри камер параллельно мембранам, засыпка выполнена из анионообменного наполнителя, помещенного между анионообменной мембраной и водопроницаемой прокладкой, и катионообменного наполнителя, помещенного между катионообменной мембраной и водопроницаемой прокладкой.

При этом водопроницаемая прокладка снабжена перегородками, расположенными по обе стороны последней.

Кроме того, перегородки расположены в шахматном порядке.

1119708

Причем перегородки размещены перпендикулярно к прокладке. . Перегородки расположены параллельно плоскости отверстия патрубков ввода и вывода. 5

На чертеже представлена схема предлагаемого электродиализатора.

Электродиализатор представляет собой пакет рамок 1 из органического стекла, внутри которых установлены водопроницаемые прокладки 2, оборудованные перегородками 3 в камерах обессоливания и перегородками 4 в рассольных камерах.

Рамки разделены между собой чередующимися катионитовыми и анионитовыми мембранами, которые совместно с рамками об- 15 разуют камеры обессоливания и рассольные камеры. Пространство камер между анионообменной мембраной и прокладкой заполнено анионообменным наполнителем 5, а между катйонообменной мембраной и прокладкой — катионообменным наполнителем 6, Электродиализатор оборудован катодной 7 и анодной 8 камерами, образованными крайними ионообменными мембранами и корпусными рамками 9 с вмонтированными в последние катодом 10 и анодом 11. 25

Предлагаемый электродиализатор работает следующим образом.

Исходная вода подается в камеры обессоливания в направлении, указанном стрелками, доходит до первой перегородки, поворачивают в направлении прокладки, проходит через последнюю, и далее опять двигается в направлении, параллельном ионообменным мембранам и прокладкам до сле30 дующей перегородки, поочередно омывая слой катионообменного наполнителя, расположенный у катионообменной мембраны, и анионообменного наполнителя — у анионообменной мембраны. Под действием внешнего электрического поля происходит электтромиграционный перенос присутствующих в исходной воде ионов из камер обессоливания через ионообменные мембраны в рассольные камеры без выхода указанных ионов из фазы ионита в раствор.

Для получения конкретных сравнительных показателей работы известного и .пред- 45 лагаемого электродиализаторов были проведены опыты по деминералнзации раствора NaCl 0,25 г/л.

Все подвергавшиеся испытаниям электродиализаторь1 имели одинаковые размеры мембран, одно и то же число камер обессоливания и рассольных камер, межмембранные расстояния. Электроды в указанных электродиализаторах выполнены из одинаковых материалов, расход воды через одну камеру обессоливания для всех элеи- 55 тродиализаторов составлял 5 л/ч, в качестве межмембранных наполнителей использовались монофункциональные, сильноэлектролитные ионообменные смолы КУ вЂ” 2 и

А — 17. Различие между электродиализаторами состояло в их конструктивном выполнении, а также в том, что в первом аппарате в качестве межмембранного наполнителя была использована смесь катионообменной смолы КУ вЂ” 2 и анионообменной смолы А — 17 в соотношении 1:1 по объему.

Во втором электродиализаторе в камерах обессоливания и рассольных камерах была установлена водопроницаемая прокладка в виде капроновой ткани (артикул № 58, размер ячейки 0,03 м) и пространство между водопроницаемой прокладкой я анионообменной мембраной заполнено анионитом

А — 17, а пространство между прокладкой и катионообменной мембраной — катионитом КУ вЂ” 2, конструкция третьего электродиализатора соответствует принципиальной схеме предложенного электродиализатора и отличается от второго электродиализатора тем, что установленная в нем водонроницаемая прокладка оборудована восьмью перегородками .в камере обессоливания и четырьмя перегородками в рассольной камере. Результаты проведенных испытаний описанных электродиализаторов представлены в таблице.

В связи с тем, что за один проход раствора NaC1 0,25 г/л через камеры обессоливания первого и второго электродиализаторов не удавалось достичь удельного сопротивления 1,0 мОм см, в опытах проводилось многократное пропускание определенного объема раствора (5 л) через указанные камеры. Расчет величины расхода электроэнергии на обессоливание 1 л раствора выполнен без учета затрат энергии на перекачивание раствора.

Как следует из представленных в таблице данных, качество обессоленной воды, характеризуемое величиной удельного сопротивления, полученной после предлагаемого электродиализатора, в 5,5 раз выше значения удельного сопротивления воды, полученной после известного электродиализатора. Производительность предлагаемого электродиализатора в три раза выше производительности известного, а энергозатраты на осуществление процесса деминерализации в предлагаемом электродиализаторе в 5 раза ниже, чем в известном электродиализаторе. Наивысший эффект достигается в предлагаемом электродиализаторе, в камере которого установлены водопроницаемые прокладки, оборудованные перегородками, где удельное сопротивление обессоленной воды выше, чем после известного устройства в 56 раз, производительность выше в 9 раз, а расход энергии на осуществление процесса ниже в 4 раза.

1119708

Удельное сопротивление обессоленной воды, мОм см

0,24

0,025

1,39

Расход электроэнергии на обессоливание 1 л раствора NaC1

0,25 г/л до удельного сопротивления 1 0 мОм.см, Вт ч/л

32,4

21,7

8,0

Производительность электродиализатора при удельном сопротивлении обессоленной воды

1,0 мОм.см, л/ч

2,4

0,8

7,3

Составитель О. Зобиин

Редактор А. Шишкина Техред И. Верес Корректор В. Синицкая

Заказ 7507/5 Тираж 681 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент»,. г. Ужгород, ул. Проектная, 4