ЭЛЕКТРОДИАЛИЗНЫЙ МОДУЛЬ

Полезная модель относится к технологическим устройствам, предназначенным для электрохимической обработки жидкостей -электролитов методом электродиализа, и может быть применено для электродиализаторов фильтрпрессного типа.
Известен «Электродиализатор», включающий расположенные между электродами ионообменные мембраны и прокладки, имеющие отверстия, образующие в сборе каналы для подачи исходной воды и вывода диализата и концентрата, отверстия прокладок выполнены с кольцевыми выступами, на которые посредством отверстий насажены мембраны. Патент на изобретение №2201793, МКИ: B01D 61/46; публ. 10.04.2003 г.
Известен «Электродиализатор» включающий электроды, между которыми размещены ионитовые мембраны и прокладки, в которых выполнены отверстия, образующие при сборке каналы для подачи исходного раствора и вывода диализата и концентрата, в прокладках выполнена прорезь, начало и конец которой соединены с отверстиями, при этом прорезь выполнена в виде концентрических дуг, последовательно соединенных между собой каналами, длина которых составляет 2-10% длины дуги.
Патент на изобретение №1707813, МКИ: B01D 61/42, д. публ. 20.10.1996 г.
Известен «Электродиализатор» включающий основные торцевые электроды, дополнительные внутренние электроды, разделяющие электродиализатор на секции, установленные между электродами чередующиеся разноименные ионоселективные мембраны, сепараторные прокладки, в которых выполнено не менее трех отверстий для трактов подачи исходного раствора и удаления продуктов обессоливания, патрубки ввода исходного раствора и вывода продуктов электродиализа, в центре каждой секции электродиализатора установлена водонепроницаемая перегородка из неэлектропроводного материала с двумя отверстиями для трактов.
Патент на изобретение №2234359, МКИ: B01D 61/50, д. публ. 18.08.2004 г.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является «Электродиализатор», включающий стяжные плиты, между которыми размещены концевые электроды, и пакет из между чередующихся анионо- и катионообменные мембран, и рамок-прокладок, имеющих отверстия для ввода и вывода диализата и концентрата, закрепленных стяжными устройствами, причем участки прокладок, в которых выполнены отверстия для ввода и вывода аппарата, размещены за габаритами мембран и выполнены из двух частей, в которых выполнены чередующие пазы, образующие при сборке каналы. Патент на изобретение №1681433, МКИ: B01D 61/42; публ. 1996.10.20.
К техническому результату относится повышение эффективности работы устройства путем выполнения в рассольных и обессольных рамках прокладках, а также в анионо- и катионообменных мембранах отверстий и прорезей сложной формы с расчетными диаметрами, что препятствует перетеканию обессольного раствора в соседние камеры рассольного раствора.
рас
об
об
рас
об
об
об
об
об
об
рас
об
рас
об
об
об
рас
об
об
рас
Технический результат достигается благодаря тому, что Электродиализный модуль содержит пакет из чередующихся анионо- и катионообменных мембран, и рамок-прокладок, причем в них выполнены отверстия для ввода и вывода диализата (обессольная) и концентрата, (рассольная), с образованием при сборке пакета коллектор для распределения потоков растворов диализата и концентрата в устройстве. Пакет включает стяжные плиты, между которыми размещены электроды. При этом в рассольных и обессольных рамках-прокладках, а также в мембранах выполнены чередующиеся между собой отверстия круглой формы с диаметрами D и D соответственно. Все отверстия в рамках-прокладках располагаются на горизонтальной оси, расположенной на расстоянии не менее 1,3 D от нижнего и верхнего края рамки-прокладки. Кроме того отверстия в обессольных рамках-прокладках расположены ассиметрично по отношению к отверстиям в рассольных рамках-прокладках. Все отверстия в обоих типах прокладок располагаются на одинаковом расстоянии друг от друга и на расстояниях 1,3 D или 1,3 D соответственно от нижнего и верхнего края прокладок. На расстоянии 1,5 D вверх от оси входных и вниз от оси выходных отверстий расположена горизонтальная ось коллекторов распределения потоков. Рамки-прокладки обоих типов в центре снабжены окном прямоугольной формы со скругленными углами, на расстоянии от края прокладки до края окна слева и справа, равном 1,2 D, а снизу и сверху - (3-3,5) D. Над каждым входным отверстием рассольных рамок-прокладок, веерообразно выполнены четыре прорези, с наклоном в одну сторону и шириной 2-3 мм, нижний край которых в вертикальном направлении располагается на расстоянии 5 мм ниже оси распределения потоков, а в горизонтальном направлении нижний край прорезей располагается симметрично вертикальной оси отверстий с диаметром D на расстоянии 7 мм между собой. Верхний край прорезей соединен с окном рамки-прокладки с шагом между ними в месте выхода в окно рамки, равным (0,6-0,8) D. В свою очередь над отверстиями обессольных рамок-прокладок также располагаются прорези: над первым отверстием - 1 прорезь, над вторым - 2 прорези, над третьим - 3 прорези, с наклоном в одну сторону и шириной 2 мм, нижний край прорезей располагается на расстоянии 5 мм ниже оси распределения потоков, а нижний край прорезей этих рамок-прокладок в горизонтальном направлении располагается симметрично вертикальной оси коллектора рассольных рамок-прокладок на расстоянии не менее 7 мм между собой. Верхний край этих прорезей также соединен с окном рамки, с шагом между ними в месте выхода в окно рамки, равным 1,1-1,3 D.. При наложении рассольных рамок-прокладок на обессольные рамки-прокладки получают только одно пересечение прорезей, расположенное непосредственно у окна рамки. Над входными отверстиями с диаметром D обессольных рамок-прокладок выполнен коллектор в виде фигуры, в которой круглый элемент соединен каналом шириной 0,3-0.5 D с отверстием для ввода и вывода обессоленного раствора-диализата в форме вытянутого эллипса, расстояние от вертикальной оси отверстия D обессольной рамки-прокладки до левого и правого края отверстия равно (0,3-0,5) D.. Над входными отверстиями с диаметром D., рассольных рамок-прокладок выполнен коллектор в виде фигуры, в которой круглый элемент соединен каналом шириной (0,3-0.5) D с отверстием для ввода и вывода рассольного раствора-концентрата в форме вытянутого эллипса. Расстояние от вертикальной оси отверстия D рассольной рамки-прокладки до левого и правого края отверстия равно (0,3-0,5) D. При наложении рассольной рамки-прокладки на обессольную рамку-прокладку прорези в последней располагают в центре отверстия распределения обессольного потока жидкости. Размеры D и D определяют по формуле:
2
где Q - расход жидкости, м/ч;
υ - скорость течения продукта в трубопроводе, м/сек;
3
γ - удельный вес продукта при заданных параметрах, кг/м
Электродиализный модуль поясняется чертежом на Фиг. 1, 2, 3, 4, 5 и 6
Фиг. 1 - Электродиализный модуль (схема общего вида)
Фиг. 2 - Электродиализный модуль (схема обессольной рамки-прокладки);
Фиг. 3 - Электродиализный модуль (схема рассольной рамки-прокладки);
Фиг. 4 - Электродиализный модуль (схема анионо-катионообменной мембраны);
Фиг. 5 - Электродиализный модуль (схема наложения обессольной рамки-прокладки на мембрану)
Фиг. 6 - Электродиализный модуль (схема наложения рассольной рамки-прокладки на мембрану).
Согласно фиг. 1 электродиализный модуль содержит пакет из чередующихся рамок-прокладок обессольной 2 и рассольной 4, и анионо- и катионообменных мембран 3 помещенных между двумя стяжными плитами 1 и 5 с электродами плоской формы (на фиг. 1 условно не показаны). Согласно фиг. 2, 3, 4, и 5 в стяжных плитах 1 и 5, мембранах 3 и рамках-прокладках 2 и 4 выполнены отверстия: в нижней части 6 для входа рассольного раствора и 7 обессольного раствора, а в верхней части 8, для выхода рассольного раствора и 9 для выхода обессольного раствора, эти отверстия образуют при сборке пакета цилиндрическую форму коллектора для распределения растворов в устройстве. Каждая рамка-прокладка снабжена сеткой-турбулизатором (на фиг. 1 условно не показаны). Пакет закреплен между собой стяжным устройством в виде металлической рамы, шпилек и гаек.
В обессольной и рассольной рамках-прокладках 2 и 4 выполнены прорези 10, и коллектор распределения потоков растворов 11.
pac
об
об
об
pac
об
об
об
об
об
В рамках-прокладках, так и в мембранах выполнены отверстия круглой формы в рассольных 13 с диаметрами D. и обессольных 14 с D. соответственно. Все отверстия расположены на горизонтальной оси на расстоянии не менее 1,3 D от нижнего и верхнего края рамки-прокладки. При этом отверстия с диаметрами D и D чередуются. Кроме того все отверстия расположены на одинаковом расстоянии друг от друга таким образом, чтобы расстояние между соседними отверстиями было не менее D. При этом расстояние от краев крайних левого и правого отверстий до краев рамки-прокладки и мембраны должно быть не менее D. На расстоянии (1-1,5) D вверх от оси входных и вниз от оси выходных отверстий соответственно расположена горизонтальная ось коллекторов распределения потоков 11. Рамки-прокладки обоих типов в центре снабжены окном прямоугольной формы со скругленными углами на расстоянии от края прокладки до края окна слева и справа 1,2 D, а снизу и сверху не менее (3-3,5) D.
об
об
об
Над каждым входным отверстием диаметром D рассольных рамок-прокладок, веерообразно выполнены четыре прорези 10, с наклоном в одну сторону и шириной 2-3 мм, нижний край которых в вертикальном направлении располагается на расстоянии 5 мм ниже оси распределения потоков, а в горизонтальном направлении нижний край прорезей располагается симметрично вертикальной оси отверстий диаметром D на расстоянии 7 мм между собой, при этом верхний край прорезей соединен с окном рамки-прокладки с шагом между ними в месте выхода в окно рамки, равным (0,6-0,8) D.
pac
об
В свою очередь над каждым входным отверстием диаметром D рассольных рамок-прокладок 4 также располагаются прорези 10: над первым отверстием - 1 прорезь, над вторым - 2 прорези, над третьим - 3 прорези, с наклоном в одну сторону и шириной 2 мм. Нижний край прорезей располагается на расстоянии 5 мм ниже оси распределения потоков, а нижний край прорезей этих рамок-прокладок в горизонтальном направлении располагается симметрично вертикальной оси коллектора рассольных рамок-прокладок 4 на расстоянии не менее 7 мм между собой, верхний край этих прорезей также соединен с окном рамки, с шагом между ними в месте выхода в окно рамки, равным (1,1-1,3) D., при этом при наложении рассольных рамок-прокладок на обессольные рамки-прокладки 2 получают только одно пересечение прорезей, расположенное непосредственно у окна рамки.
рас
об
об
рас
об
об
об
об
рас
об
Кроме того над каждым входным отверстием диаметром D обессольных рамок-прокладок 2 выполнен коллектор в виде фигуры, в которой круглый элемент соединен каналом. 12 шириной (0,3-0,5) D. с отверстием 11 для ввода и вывода рассольного раствора-концентрата в форме вытянутого эллипса шириной (0,3-0,5) D. Расстояние от вертикальной оси отверстия диаметром D обессольной рамки-прокладки 2 до левого и правого края отверстия распределения потоков равно (0,3-0,5) D. Соответственно над каждым входным отверстием диаметром D рассольных рамок-прокладок 2 также выполнен коллектор в виде фигуры, в которой круглый элемент соединен каналом шириной (0,3-0,5) D. с отверстием для ввода и вывода обессоленного раствора-диализата в форме вытянутого эллипса шириной (0,3-0,5) D. Расстояние от вертикальной оси отверстия диаметром D обессольной рамки-прокладки 4 до левого и правого края отверстия распределения потоков равно (0,3-0,5) D.
рас
об
Мембраны отличаются от рамок-прокладок отсутствием окон прямоугольной формы в центре и отсутствием веерообразных прорезей. Над каждым входным отверстием диаметром D расположен коллектор такой же формы, как в обессольных рамках-прокладках 2, а над каждым входным отверстием D - коллектор такой же формы, как и в рассольных рамках-прокладках 4.
Отверстия для выхода обессольного 13 и рассольного 14 растворов в верхней части расположены ассиметрично по отношению к отверстиям для входа обессольного и рассольного растворов в верхней части модуля.
об
рас
При этом существенно, чтобы при наложении рассольных рамок-прокладок, обессольных рамок-прокладок и мембран друг на друга отверстия и коллекторы были совмещены, а веерообразные прорези располагались в центре отверстия распределения потоков жидкости. Наконец размеры D и D определяют по формуле:
2
где Q - расход жидкости, м/ч;
υ - скорость течения продукта в трубопроводе, м/сек;
3
γ - удельный вес продукта при заданных параметрах, кг/м
Электродиализный модуль работает следующим образом: при наложении рамки-прокладки на мембрану (Фиг. 5) для обессольной рамки-прокладки 2 и (Фиг. 6) для рассольной рамки-прокладки 4 все коллекторы совмещаются, а прорези 10 в обессольной рамке-прокладке 2 попадают в коллектор 11 обессольного раствора. В свою очередь прорези 10 в рассольной рамке-прокладке попадают в коллектор 11 рассольного раствора. При подаче под давлением обессольного раствора в его коллекторы в нижней части модуля раствор через прорези поступает в окно обессольной рамки-прокладки 2, поднимается вверх и выводится через коллекторы 11 обессольного раствора в верхней части модуля. При этом не происходит перетекание обессольного раствора в соседние камеры рассольного раствора. Аналогичная ситуация происходит при подаче рассольного раствора в коллекторы рассольных рамок-прокладок.
Предложенное в качестве полезной модели устройство позволяет повысить эффективность работы устройства путем выполнения в рамках прокладках и мембранах отверстий и прорезей сложной формы, что препятствует перетеканию обессольного раствора (диализата) в соседние камеры рассольного раствора (концентрата).