Электродиализатор

С 0103 СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1 1) 13/02 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ РЕТЕ НИЕ У КОМУ СВИД А 97788(23-2 ,10,82 ,10,84, Бю И,Балавадзалманов, Н,Г(54)(57) ЭЛЕионизации равключающий эмежду ними и л, Р 38е, И,М,ЦеЛебедь и.8)В,Д. Элек1976, с,Р 3066051971,и рамки, образующие рабочие камеры,в которые помещены сепараторы-турбулизатори, выполненные в виде выступов на мембране или сетки, о т л ич а ю щ и й с я тем., что, с цельюповышения производительности электродиализатора, выступы или поперечные нити сетки размещены на одинаковом расстоянии друг от друга и поперек рабочей камеры, причем высотавыступов или диаметр поперечных нитей сетки относится к расстояниюмежду мембранами как 0,02-0,5 и красстоянию между выступами или междупоперечными нитями сетки как 0,01Изобретение относится к электрохимической обработке жидкостей-электролитов методом электродиализа и в,частности, к конструкции электроднализаторов.Известен электродиализатор, предназначенный для деионизации проте;:кающего через него раствора электролита, содержащий электродные камерыи расположенные между ними рабочиекамеры, образованные ионоселективными мембранами и рамками с размещенными в них турбулизаторами. Функции турбулизатора выполняют выступы.При протекании по рабочей камерераствора электролита раствор омывает мембраны. При возникновении перепада давлений между смежными рабочими камерами - камерами деиониза"ции и концентрирования выступи исключают касание мембран и увеличивают степень перемешивания раствора.При пропускании.между электродамипостоянного электрического тока происходит направленное перемещениеанионов и катионов из раствора, протекающего в камерах деионизации, через соответствующие ионоселективныемембраны в камеры концентрирования 1,Недостаток этого электродиализатора состоит .в том, что геометрические размеры турбулизатора выбраныбез учета физико-химических свойствраствора н гидродинамических усло,вий в рабочих камерах, что приводитк снижению эффективности процессадеионизации и соответственно К снижению производительности электродиализатора.Известен электродиализатор длядеионизацин растворов электролитов,включающий электроды, размещенныемежду ними ионоселективные мембраны.и рамки, образующие рабочие камеры, в которые помещены сепараторытурбулизаторы, выполненные в видевыступов на мембране или сетки.При работе электродиализаторараствор электролита протекает черезрабочие камеры вдоль мембран. Поддействием электрического поля постоянного тока происходит миграцияаионов и катионов из раствораэлектролита, протекающего в камередионизации, через ионоселективныемембраны в камеры концентрирования,Точечные выступы на мембранах предотвращают соприкосновение мембранпод действием перепада давлений между смежными камерами и способствуютперемешиванию потока раствора электролита 23.Недостаток известного электродиализатора состоит в том, что в егорабочих камерах создается малоэффективный гидродинамический режим, характеризуемый низкой степенью турбулентности потока, наличием застойных зон, и т.п. Геометрические раэмеоы элементов рабочей камеры такжевыбраны без учета Физико-химическихсвойств раствора и гидродинамическо 5 го режима в рабочей камере,указанный недостаток являетсяпричиной снижения предельно допустимой плотности тока в электродиализаторе и в связи с этим снижения10 его производительности.Цель изобретения - повышение производительности электродиализатора.Поставленная цель достигаетсятем, что в электродиализаторе длядеионизации растворов электролитов,включающем электроды, размещенныемежду ними ионоселективные мембраныи 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 другот друга и поперек рабочей камеры,причем высота выступов или диаметр25 поперечных нитей сетки относится красстоянию между мембранами как0,02-0,5 и к расстоянию между выступами или поперечными нитями как0,01-1,0,ЗО На Фиг.1 показана схема электродиализатора с прямолинейными выступами на поверхности мембран нафиг,2 - то же, с сетчатым сепаратором-турбулизатором.З 5Электродиализлтор (Фиг,1) содер;жит ионоселективные мембраны 1, рамки 2, сепараторы 3 выполненные,например, в виде продольных связейрамки 2), турбулизаторы - прямоли 40 нейные выступы 4 на поверхностяхмембран 1,.размещенные поперек рабо"чей камеры, электродные камеры 5,рабочие камеры - камеры деионизации б и камеры концентрирования 7,45 На пеРифеРии мембран и рамок выполнены отверстия 8, образующие присовмещении каналы 9 для подвода иотвода растворов. Каналы 9 связаныс камерами 6 и 7 питателями 10.Схема электродиализатора фиг.2)включает ионоселективные мембраны 1,рамки 2, сепараторы 3, выполненныев виде продольных нитей сетки, поперечные нити которой служат турбулиэаторами 4, электродные камеры 5,камеры б и 7 соответственно деионизации и концентрирования, Каналы 9для отвода и подвода растворов и ихсвязи с камерами 6 и 7 выполненытак .же, как на фиг.1.60 Растворы подводятся в камеры би 7 деионизации и концентрированияпо каналам 9, расположенным, например на одной из сторон рамок имембран, и удаляются из камер по со 5 ответствующим каналам, расположенным1118389 ляет - = 0 2 и - = 0 1. Приа дЬ е фэтом удельная (с 1 м поверхностимембран), производительность предлагаемого электродиализатора по сравнению с производительностью известного злектродиализатора понимаетсяс 0,0314 до 0,0371 мз/м ч (т.е. на18) при одновременном пониженииудельного (на 1 м длины рабочей камеры электродиализатора ) гидравлического сопротивления с 4,2 доОа 11 м ВОда ста/маП р и м е р 2. Природную .оленуюводу с общии солесодержанием44 г экв/м и температурой 35 С определяют до остаточного солесодержа-ния около 10 г экв/м в электродиализаторе с расстоянием между мембранами, равном 1 10м, и скоростьюпотока воды 0,2 м/с. (см. таблицу,режимы 1 - б ),П р и м е р 3, 50-ний водныйраствор глицерина с содержание сульФата натрия 0,62 вес. и температурой 20 ОС очищают до концентрацииоколо 0,1 вес. сульфата натрия вэлектродиализаторе с расстоянием,между мевлбранаин 1 10 2 юл и скоростью потока раствора 0,02 м/с (см.,таблицу, режимы 7 - 9).П р и и е р 4. Сахарный сироп с30-ным содержаниеи сухих веществ,доброкачественностью 91,4 и температурой около 150 С очищают до доброкачественности 94,7 в электродиализаторе с расстоянием между мембра.нами 4 10и и скоростью потока сиропа 0,012 и/с (см, таблицу, режимы 10 - 12). Еб 0,02 аЬ аЮЧгде й - диаметр . поперечных нитейсетки, и;Ъ - высота прямолинейных выступов на мембранах, мЕ - расстояние между поперечными нитями сетки или прямолинейными выступами на мембранах, м;Р - коэффициент диффузии раствора электролита, м 2/с(в - скорость потока раствораэлектролита, м/с. 50 на противоположной стороне рамок и мембран. Соприкосновение мембран предотвращается сепараторами 3. Пои наложении на электооды электродиализатора электрического потенциала происходит направленное движение со держащихся 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) илн поперечными нитями 4 сетчатого сепаратора 3 (Фиг.2), расположенными на одинаковом 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, следствием чего является интенсиФикация массопереноса и повышение предельно допустимой 135 плотности тока. Геометрические размеры турбулизаторов, разрушающих но" граничный слой потока раствора элект,ролита, в зависимости от гидродинами" ческих условий в рабочих камерах 40 электродиализатора и с учетом химического состава раствора, его концентрации и температуры могут быть уточнены в оговоренных пределах с помощью следующих выражений:45+ з-Юз П р и м е р 1, Природную соленуюводу с общим солесодержанием51,3 г экв/мз и теипературой 20 С 65 опресняют до остзточногс солесодержания 12 г экв/м в известном электродиализаторе с сепараторами-турбулизаторами типа сетки "просечкавытяжка" и в электродиалиэаторе согласно изобретению с расстоянием между мембранами соответственно1,2 10 з и 1 10 м при скоростяхпотока раствора 0,07 м/с. В электродиализаторе согласно изобратениюотношение высоты прямолинейных выступов к расстонию между мембранами ик 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 пряиоли 3Ь нейными выступами (поперечныии ни1118389 тями) - , близких к крайним значе,аниям указанных диапазонов,Как видно из приведенных в таблице данных, при понижении отношений размеров турбулизаторов ниже ниж" ных предельных значений режимы 6 уменьшается производительностьэлектродиализатора, а при их повышении выше верхних предельных значений (режимы 1 и 10, в . ) 0,5,аГ Ф 43 Ие 1118389 о о о о С) С) С Составитель О.Зобнин Техред Л.Коцюбняк Кор ор А,Тяско дактор А,Гульк Заказ 731 б/ илиал ППН "Патент", г. Ужгород, ул. Проектн 119 раж 681арственногоизобретений Ж, Рауш ВНИИПИ Госудпо делам13035, Москв Подписно омитета СССР открытий ая наб., д, 4/5