Устройство для управления электродиализной установкой (его варианты)

(56) 1. Патент Австрали1963.2. Авторское свидет561569, кл. В 01 Р 7в, В. Г. аск и С. В тепанов, Голубцов и256675, кл. 28.8,льство С7/04, 197Я УПРУСТ ССР4.ВЛЕНИАНОВ О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(57) 1. Устройство для управления электродиализной установкой, состоящей из взаимосвязанных электродиализатора с электродными камерами и размещенными между ними разделенными ионоселективными мембранами чередующимися камерами обессоливания и концентрирования, трубопроводов дилюата и концентрата, преобразователя тока, связанного своими выходами с электродами электродиализатора, содержащее электропереключатель, установленный в цепи питания электродов электродиализатора, и блоки переключения камер обессоливания и концентрирования, каждый из которых содержит гидропереключатель, вход, связанный соответственно с трубопроводом дилюата или концентрата, дилюатный и концентратный выходы, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и ресурса устройства и снижения его материалоемкости, оно дополнисельно содержит невозвратные клапаны, установленные в дилюатном и концентратном трубопроводах на выходах из блоков переключения и трехходовый клапан, связанный своим входом с атмосферой, кажный блок переключения камер снабжен эжектором и двумя поплавковыми невозвратными клапанами, а гидропереключатель выполнен в виде бистабильного струйного усилителя, входной канал которого подключен к выходу эжектора, выходы каналов переключения подключены соответственно к дилюатному или концентратному выходам блока переключения, входы каналов управления связаны с выходами трехходового клапана, каналы переключения соединены разгрузочным каналом через поплавковые невозвратные клапаны с всасывающими входами эжектора, рабочий вход которого подключен к входу блока переключения.2. Устройство для управления электродиализной установкой, состоящей из взаимосвязанных электродиализатора с электродными камерами и размещенными между ними разделенными ионоселективными мембранами чередующимися камерами обессоливания и концентрирования, трубопроводов ди- Я люата и концентрата и преобразователя тока, связанного своими выходами с электродами электродиализатора, содержащее электропереключатель, установленный в цепи питания электродов электродиализатора, и блоки переключения камер обессоливания и кон- Д центрирования, каждый из которых имеет гидропереключатель, вход связанный соответственно с трубопроводом дилюата или концентрата, дилюатный и концентратный Овыходы, отличающееся тем, что, с целью по- ЯЯ вышения надежности и ресурса устройства и снижения его материалоемкости, оно дополнительно содержит невозвратные клапаны, установленные в дилюатном и концентратном трубопроводах на выходах из блоков переключения, трехходовый клапан, связанный своим входом с атмосферой, каждый блок переключения камер снабжен двумя эжекторами, выходы каждого из которых подключены соответственно к дилюатному или концентратному выходам блока переключения, а гидропереключатель выполнен в виде бистабильного струйного усилителя, входной канал которого подключен к входу блока переключения, входы каналов управления связаны с выходами трехходового кла1153944 5 пана, каналы переключения соединены разгрузочными каналами с всасывающими входами эжекторов, рабочие входы которых связаны с выходами каналов переключения.3. Устройство для управления электродиализной установкой, состоящей из взаимосвязанных электродиализатора с электродными камерами и размещенными между ними разделенными ионоселективными мембранами чередующимися камерами обессоливания и концентрирования, трубопроводов дилюата и концентрата и преобразователя тока, связанного своими выходами с электродами электродиализатора, содержащее электропереключатель, установленный в цепи питания электродов электродиаллзатора, и блоки переключения камер обессоливания и концентрирования, каждый из которых включает гидропереключатель, имеющий вход, связанный соответственно с трубопроводом Изобретение относится к электрохимической обработке жидкостей электролитов методом электродиализа с использованием ионоселективных мембран, в частности к устройствам для управления электродиализной установкой,Известно устройство для управления электродиализной установкой, состоящей из взаимосвязанных электродиализатора, содержащего электродные камеры и камеры обессоливания и концентрирования, и преобразователя тока, выходы которого подключены к электродам электродиализатора. Устройство содержит электропереключатель, установленный в цепи питания электродов электродиализатора, и блок переключения камер обессоливания и концентрирования. Блок переключения камер обессоливания и концентрирования представляет собой ряд поворотных пробковых кранов, органы переключения которых жестко связаны между собой и снабжены общим приводом, а выходы и входы кранов гидравлически связаны с входами и выходами рабочих камер электродиализатора с возможностью переключения в них дилюата и концентрата.При работе электродиализной установки в целях борьбы с отложением на ионоселективных мембранах и в катодной камере труднорастворимых осадков периодически производят реверсирование полярности на электродах электродиализатора с одновременной сменой камер обессоливания и концентрирования. После реверсирования полярности из электродиализатора удаляются те мешающие процессу вещества, которые осели на 10 5 20 25 30 дилюата или концентрата, дилюатный и концентратный выходы, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и ресурсан устроиства и снижения его материалоемкости, оно дополнительно содержит воронки свободного стока и трехходовой клапан, вход которого связан с атмосферой, гидропереключатель каждого блока переключения камер выполнен в виде бистабильного струйного усилителя, входной канал которого подключен к входу блока переключения камер, выходы каналов переключения подключены к дилюатному и концентратному выходам блока переключения, входы каналов управления связаны с выходами трехходового клапана, а дилюатный и концентратный выходы блока переключения камер и выходы разгрузочных каналов связаны соответственно с дилюатным и концентратным трубопроводами через воронки свободного стока. его поверхностях в течение предыдущего периода работы. Для этого электропереключателем изменяют знак полярности электродов. Одновременно приводом поворачивают рабочие органы блока пробковых кранов в положение, при котором камеры электродиализатора, исполнявшие ранее функцию камер обессоливания, включаются в концентратный тракт, а камеры, исполнявшие функцию камер концентрирования, включаются в дилюатный тракт 11. Недостатками этого устройства являются низкая надежность, связанная с недостаточной гидравлической плотностью пробковых рабочих органов и возможностью перетоков дилюата и концентрата в смежные тракты, а также возможностью засорения рабочих органов продуктами осадкообразования после переключения камер электродиализатора и недостаточный ресурс пробковых поворотных кранов.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для управления электродиализной установкой, состоящей из взаимосвязанных электродиализатора с электродными камерами и размещенными между ними разделенными ионоселективными мембранами чередующимися камерами обессоливания и концентрирования, трубопроводов дилюата и концентрата и преобразователя тока, связанного своими выходами с электродами электродиализатора, содержащее электропереключатель, установленный в цепи питания электродов электродиализатора,Целью изобретения является повышение надежности и ресурса устройства и снижение его материалоемкости.Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления электродиализной установкой, состоящей из взаимосвязанных электродиализатора с электродными камерами и размещенными между ними разделенными ионоселективными мембранами чередующимися камерами обессоливания и концентрирования, трубопроводов дилюата и концентрата, преобразователя тока, связанного своими выходами с электродами электродиализатора, содержащее электро- переключатель, установленный в цепи питания электродов электродиализатора, и блоки переключения камер обессоливания и концентрирования, каждый из которых содержит гидропереключатель, вход, связанный соответственно с трубопроводом дилюа.Ота или концентрата, дилюатныи и концентратный выходы, дополнительно содержит невозвратные клапаны, установленные в ди 40 45 50 55 и блоки переключения камер обессоливания и концентрирования, каждый из которых включает гидропереключатель, с входом, связанным соответственно с трубопроводом дилюата или концентрата, дилюатный и концентратный выходы, Каждый гидропереключатель состоит из нормально-открытого и нормально-закрытого запорного клапана, гидравлически связанных своими входамимежду собой и с входом блока переключения, диализатный и концентратный выходы которого связаны с выходом соответствующего запорного клапана.Для реверсирования полярности электродиализатора поворотом электропереключателя подают на электроды электродиализатора напряжение постоянного тока с противоположным знаком полярности. Одновременно приводами запорных клапанов открывают нормально-закрытые клапаны и закрывают нормально-открытые, гидравлически связывая дилюатный трубопровод с ра бочими камерами, в которых до этого происходило концентрирование солей, а концентратный трубопровод - с камерами, в которых ранее происходило обессоливание 2.Недостаток известного устройства заключается в ненадежности устройства, связанной с возможностью засорения уплотнительных поверхностей запорных органов клапанов продуктами осадкообразования при смене трактов обессоливания и концентрирования и, как следствие этого, перетоками раст- З 0 воров между трактами дилюата и концентрата. Кроме того, известное устройство материалоемко и не обладает большим ресурсом из-за наличия запорных органов, подвижных узлов и узлов трения, т. е. при необходимости многократного и частного сраба тывания. люатном и концентратном трубопроводах на выходах из блоков переключения, трех- ходовой клапан, связанный своим входом с атмосферой, каждый блок переключения камер снабжен эжектором и двумя поплавковыми невозвратными клапанами, а гидропереключатель выполнен в виде бистабильного струйного усилителя, входной канал которого подключен к выходу эжектора, выходы каналов переключения подключены соответственно к дилюатному или концентратному выходам блока переключения, входы каналов управления связаны с выходами трехходового клапана, каналы переключения соединены разгрузочным каналом через поплавковые невозвратные клапаны с всасывающими входами эжектора, рабочий вход которого подключен к входу блока переключения. Устройство по второму варианту отличается тем, что оно дополнительно содержит невозвратные клапаны, установленные в дилюатном и концентратном трубопроводах на выходах из блоков переключения, трехходовой клапан, связанный своим входом с атмосферой, каждый блок переключения камер снабжен двумя эжекторами, выходы каждого из которых подключены соответственно к дилюатному или концентратному выходам блока переключения, а гидропереключатель выполнен в виде бистабильного струйного усилителя, входной канал которого подключен к входу блока переключения, входы каналов управления связаны с выходами трех- ходового клапана, каналы переключения соединены разгрузочными каналами с всасывающими входами эжекторов, рабочие входы которых связаны с выходами каналов переключения.Отличие устройства по третьему варианту состоит в том, что оно дополнительно содержит воронки свободного стока и трех- ходовой клапан, вход которого связан с атмосферой, гидропереключатель каждого блока переключения камер выполнен в виде бистабильного струйного усилителя, входной канал которого подключен к входу блока переключения камер, выходы каналов переключения подключены к дилюатному и концентратному выходам блока переключения, входы каналов управления связаны с выходами трехходового клапана, а дилюатный и концентратный выходы блока переключения камер и выходы разгрузочных каналов связаны соответственно с дилюатным и концентратным трубопроводами через воронки свободного стока.На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства в прямоточной электродиализной установке, первый вариант; на фиг. 2 - то же, второй вариант; на фиг. 3 - то же, третий вариант; на фиг. 4 - принципиальная схема второго варианта устрой 153944ства в циркуляционной электродиализной установке.Устройство для управления электродиализной установкой содержит электропереключатель 1, блоки 2 и 3 переключения камер, содержащие соответственно первый 4 и второй 5 гидропереключатели, входы 6и 7, концентратные выходы 8 и 9 и дилюатные выходы 1 О и 11. В устройство входят также трехходовый клапан 12 с входом 13 и выходами 4 и 15, а в первом и втором вариантах устройства (фиг. 1 и 2) - невозвратные клапаны 16. Каждый гидропереключатель 4 и 5, выполненный в виде бистабиль 1 О 20 25 30 35 40 50 55 ленные на входе в электродиализатор и включенные соответственно в дилюатный циркуляционный контур к дилюатному трубопроного струйного усилителя, содержит взаимосвязанные входной канал 17 с соплом, первый 18 и второй 19 каналы переключения, каждый из которых соединен разгрузочным каналом 20 и 21 с вихревыми камерами 22 и 23, камеры 24 взаимодействия с выполненными прямолинейными боковыми стенками, первый 25 и второй 26 каналы управления. Первый вариант устройства (фиг. 1) отличается от остальных тем, что каждый из блоков 2 и 3 переключения камер содержит эжектор 27, связанный своим выходом с входным каналом 17 гидропереключателя, и первый 28 и второй 29 поплавковые невозвратные клапаны, установленные разгрузочных каналах 20 и 21 перед всасывающими входами эжекторов 27. Второй вариант устройства (фиг. 2) отличается тем, что каждый из блоков 2 и 3 переключения камер содержит первый 30 и второй 31 эжекторы, связанные своими входами с выходами соответственно первого 18 и второго 19 каналов переключения, а всасывающими входами - с первым 20 и вторым 21 разгрузочными каналами. В третьем варианте устройства (фиг. 3) дилюатные и концентратные выходы 8 - 11 блоков переключения 2 и 3 и разгрузочные каналы 20 и 21 гидро- переключателей 4 и 5 гидравлически связаны с дилюатным и концентратным трубопроводами через воронки свободного стока. На фиг. 1 - 3 для примера показано использование устройства для управления в составе прямоточной электродиализной установки, содержащей преобразователь 32 тока, электродиализатор ЗЗ с электродными камерами 34, камерами 35 обессоливания и концентрирования, разделенными ионоселективными мембранами 36, входной (питательный) трубопровод 37, выходные трубопроводы 38 и 39, а также дилюатный и концентратный трубопроводы 40 и 41. На фиг. 4 приведен пример использования устройства для управления в составе электродиализной установки циркуляционного типа. В этом случае устройство содержит дополнительно два блока 42 и 43 переключения камер, установводу 40 и в питательный трубопровод 37, из которого раствор поступает на промывку камер концентрирования. Циркуляционная установка содержит также дилюатный бак 44 и дилюатный насос 45.Первый и второй варианты устройства предназначены для использования при наличии противодавления на выходе из блоков 2 и 3 переключения, а третий вариант - при отсутствии противодавления. Первый вариа нт устройства работает следующим образом.Исходный раствор по входному трубопроводу 37 поступает в рабочие камеры 35 и на промывку электродных камер 34 электродиализатора 33. К электродам приложено напряжение постоянного тока, поступающего с преобразователя 32 тока через электроггереключатель 1. Под действием электрического поля постоянного тока ионы диссоциированных в исходной воде солей мигрируют через ионоселективные мембраны 36 из камер обессоливания в камеры концентрирования и выходящий из электродиализатора дилюат поступает, например по трубопроводу 38 на вход 6 блока 2 переключения камер, а концентрат - по трубопроводу 39 на вход 7 блока 3 переключения камер. Далее дилюат и концентрат поступают через эжекторы 27 во входные каналы 17 с соплами соответственно гидропереключателей 4 и 5. В данный период времени каналы 25 управления гидропереключателей 4 и 5 (как показано на чертеже) через выхо," 15 трехходового клапана 12 связаны с атмосферой, а их каналы 26 управления, связанные с выходом 14 трехходового клапана 12 закрыты. В гидропереключателе при истечении раствора из сопла входного канала 17 в камеру 24 взаимодействия струя прилипает к прямолинейной боковой стенке, примыкающей к закрытому каналу 26 управления вследствие разрежения между струей и этой стенкой (эффект Коанда) и повышенным давлением между струей и противоположной стенкой, создаваемым отраженным от вогнутого дефлектора потокоми поступает в канал 19 переключения. Затем дилюат через дилюатный выход 10, невозвратный клапан 16 и дилюатный трубопровод 40 направляется к потребителю, а концентрат через выход 9, невозвратный клапан 16 и концентратный трубопровод 4 в на сброс. Одновременно с каналом 19 переключения включается и сообщающаяся с ним вихревая камера 23, из которой раствор по разгрузочному каналу 21 поступает в поплавковый невозвратный клапан 29. При поступлении жидкости в поплавковый невозвратный клапан 29 его поплавок, обладаюший избыточной по отношению к усилию присасывания плавучестью, всплывает и поток раствора проходит через него к всасывающему входу эжектора 27. Отвод части потока раствора из канала переключения черех вихревую камеру обеспечивает более надежное удержание струи у стенки при наличии противодавления на выходе из гидропереключателя и при колебаниях этого противодавления. При прохождении раствора по каналам 19 переключения, каналы 18 полностью опорожнены и разгрузочные каналы 20 заполнены воздухом. Вследствие этого их поплавковые невозвратные клапаны 28 закрыты поплавками, что предотвращает подсос воздуха через сообщающиеся выход 15 трехходового клапана 12, каналы 25 управления, каналы 18 переключения, разгрузочные каналы 20 и эжекторы 27 во входные каналы 17 гидропереключателей 4 и 5. При необходимости реверсирования полярности электродиализатора 33 поворотом электро- переключателя 1 изменяют знак полярности на электродах. Электрод, выполняющий ранее функции анода, становится катодом и наоборот. В этом случае по трубопроводу 39 к блоку 3 переключения камер будет поступать дилюат, а по трубопроводу 38 и блоку 2 переключения камер - концентрат. Одновременно с изменением положения электропереключателя 1 изменяют положение трехходового клапана 12, через выход 14 которого сообщают каналы 26 управления с атмосферой и через выход 15 перекрывают каналы 25 управления. Переключение каналов 25 и 26 управления обусловливает, вследствие изменившихся в камере 24 взаимодействия условий, по указанным выше причинам скачкообразное переключение потоков дилюата и концентрата из каналов 19 в каналы 18 соответствующих гидропереключателей 5 и 4. Дилюат через дилюатный выход 11 блока 3 переключения камер, невозвратный клапан 16 и дилюатный трубопровод 40 поступает к потребителю, а концентрат через концентратный выход 10 блока 2 переключения камер, невозвратный клапан 16 и концентратный трубопровод 41 - на сброс. По указанной причине растворы заполняют поплавковые невозвратные клапаны 28, поплавки всплывают и растворы через вихревые камеры 22 и разгрузочные каналы 20 поступают на всасывающие входы эжекторов 27, а из поплавковых невозвратных клапанов 29 оставшийся в них раствор отсасывается эжекторами 27, поплавки опускаются на седла и под действием усилия присасывания перекрывают разгрузочные каналы 21, предотвращая подсос воздуха в эжектор. В дальнейшем реверсирование полярности повторяется описанным образом,Принцип действия второго варианта устройства (фиг. 2) аналогичен принципу действия первого варианта. Отличие заключается в том, что дилюат и концентрат поступают с входов 6 и 7 соответствующих блоков 2 и 3 переключения камер непосредственно во входные каналы 7 гидропереключателей 4и 5, а из каналов 18 и 19 переключения -на входы соответствующих эжекторов 30 и31, с выходов которых через концентратныевыходы 8 или 9 и дилюатные выходы 10 или11 блоков 2 и 3 переключения камер растворы поступают в соответствующие трубопроводы. При прохождении раствора по каналу 18 и 19 переключения часть потока раствора отводится по разгрузочному каналу 20или 21 через вихревую камеру 22 или 23непосредственно на всасывающий вход эжектора 30 и 31. Так как неработающий в данный момент канал переключения связан снеработающим эжектором, то последнийне создает разрежения в разгрузочном канале и не подсасывает воздух из связанногос атмосферой канала управления,Особенность работы третьего вариантаустройства (фиг. 3), предназначенного дляэлектродиализной установки, в дилюатном20 и концентратном трубопроводах которой отсутствует противодавление, состоит в том,что растворы из каналов 18 и 19 переключения и разгрузочных каналов 20 и 21 гидропереключателей 4 и 5 сливаются в дилюатный трубопровод 40 и концентратный трубопровод 41 через воронки свободного стока и самотеком направляются: дилюат - кпотребителю, а концентрат - на сброс,Устройство для управления, примененноев составе циркуляционной электродиализзп ной установки (фиг. 4) работает так, какописано выше. Особенность работы устройства состоит в том, что при реверсированииполярности и смены камер обессоливания иконцентрирования электродиализатора 33по команде трехходового клапана 12 одно 35 временно с переключением потоков дилюатаи концентрата в гидропереключателях 4 и 5блоков 2 и 3 переключения камер происходит аналогичным образом переключение потоков дилюата и поступающего на промыв 4 О ку камер концентрирования исходного раствора в гидропереключателях 4 и 5 блоков 42и 43 переключения камер.Использование изобретения позволяетповысить ресурс и надежность устройстваблагодаря простоте конструкции гидропере 45 ключателя потоков, вследствие отсутствиятрущихся поверхностей, контактных запорных органов и уплотнений, а также благодаря отсутствию управляющих сред (для переключения потоков используется атмосферный воздух), практически мгновенному переключению потоков и исключению возможности смешения потоков дилюата и концентрата. Изобретение также обеспечивает снижение металлоемкости (и трудоемкости изготовления) органов переключения трактов, так как блоки переключения камер малогабаритны и могут быть изготовлены штамповкой или литьем из неметаллических материалов (пластмасс).овК едактор А. Саб аказ 2566/5 иницка Составитель А. По Техред И. ВересТираж 659ВНИИ ПИ Государственного копо делам изобретений и113035, Москва, Ж - 35, РаушскФилиал ППП Патент, г. Ужгород,орректор одписноеСССР ийд. 4/5 Проектная итетаоткрыя наул.