Электробаромембранный аппарат трубчатого типа
ELECTROBAROMEMBRANE APPARATUS OF TUBULAR TYPE

Изобретение относится к области разделения, концентрирования и очистки растворов методами электромикрофильтрации, электроультрафильтрации, электронанофильтрации, электроосмофильтрации и может быть использовано в химической, машиностроительной, пищевой промышленности, аграрном секторе и т. п.
Аналогом данной конструкции является мембранный аппарат, приведенный в авторском свидетельстве СССР № SU 799779, кл. B01D 63/06, 1979. Он состоит из цилиндрического корпуса и выполненных на его внутренней поверхности продольных каналов, микропористой подложки, мембраны, торцевых решеток, центральной трубы с отверстием и герметично установленным во внутренней поверхности патрубком, служащим для вывода продуктов разделения, торцевых крышек. Недостатком данного аппарата является низкая эффективность разделения. Этот недостаток частично устранен в прототипе.
Прототипом данной конструкции является электробаромембранный аппарат трубчатого типа, конструкция которого приведена в патенте RU 2273512 C2, 10.04.2006. Бюл. № 10. Прототип состоит из цилиндрического корпуса, выполненного из диэлектрического материала, с расположенным на его внешней поверхности штуцером для ввода разделяемой жидкости, устройства для подвода электрического напряжения и выполненных на внутренней поверхности корпуса продольных каналов, микропористой подложки, служащей одновременно электродом (анодом), прианодной мембраны, решеток, концентричных фильтрующих элементов различной длины с переточными каналами, выполненных в виде щелей и повернутых друг относительно друга на 180°, последовательно соединенных камер разделения, образованных концентрическими фильтрующими элементами различной длины, центральной трубы, выполненной из диэлектрического материала с отверстием и герметично установленным во внутренней поверхности патрубком, служащим для вывода продуктов разделения, внешней поверхности микропористой подложки, служащей электродом (катодом), прикатодной мембраны, торцевых крышек, имеющих штуцера для кислого и щелочного пермеата.
Недостатками прототипа являются: низкая производительность и качество разделения растворов, отсутствие турбулизации и охлаждения разделяемого (исходного) раствора, а также газоотведения в пространствах прикатодного и прианодного пермеата.
Технический результат выражается повышением производительности и качества разделения растворов, турбулизацией и охлаждением разделяемого (исходного) раствора за счет того, что аппарат состоит из цилиндрического корпуса, выполненного из диэлектрического материала, с расположенным на его внешней поверхности штуцером для ввода разделяемой жидкости, устройства для подвода электрического напряжения и выполненных на внутренней поверхности корпуса продольных каналов, микропористой подложки, служащей одновременно электродом (анодом), прианодной мембраны, решеток, концентричных фильтрующих элементов различной длины с переточными каналами, выполненных в виде щелей и повернутых друг относительно друга на 180°, последовательно соединенных камер разделения, образованных концентрическими фильтрующими элементами различной длины, центральной трубы, выполненной из диэлектрического материала с отверстием и герметично установленным во внутренней поверхности патрубком, служащим для вывода продуктов разделения, внешней поверхности микропористой подложки, служащей электродом (катодом), прикатодной мембраны, торцевых крышек, имеющих штуцера для кислого и щелочного пермеата, отличающийся тем, что в верхней части торцевых крышек установлены газоотводчики для удаления образующихся в прикатодном и прианодном пространствах газов (кислород и водород), в последовательно соединенных камерах разделения, образованных концентрическими фильтрующими элементами различной длины, расположена охлаждающая трубка-турбулизатор по всей длине от штуцера ввода охлаждающей жидкости до штуцера вывода охлаждающей жидкости шириной, равной ширине цилиндрического корпуса от одной прижимной решетки до другой для фиксации охлаждающей трубки-турбулизатора по центру камеры разделения и высотой, равной 1/3 высоты камеры разделения.
На фиг. 1 изображен электробаромембранный аппарат трубчатого типа, продольный разрез, фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.
Электробаромембранный аппарат трубчатого типа состоит из цилиндрического корпуса 1, штуцера для ввода разделяемой жидкости 2, устройства для подвода электрического напряжения 3, продольных каналов 4, микропористой подложки 5, служащей одновременно электродом (анодом), прианодной мембраны 6, решеток 7, концентричных фильтрующих элементов различной длины 8 с переточными каналами 9, последовательно соединенных камер разделения 10, центральной трубы 11 с отверстием 12, патрубка 13, внешней поверхности микропористой подложки 14, служащей электродом (катодом), прикатодной мембраны 15, торцевых крышек 16, имеющих штуцера 17 и 18 для кислого и щелочного пермеата соответственно, газоотводчиков 19, охлаждающей трубки-турбулизатора 20, штуцеров для ввода и вывода охлаждающей жидкости 21 и 22 соответственно, прижимных решеток 23.
Электробаромембранный аппарат работает следующим образом. Разделяемый раствор под давлением, превышающем осмотическое давление растворенных в нем веществ, через патрубок 2 поступает в ближайшую к корпусу 1 камеру разделения 10, фиг. 1, 2. Двигаясь по всем камерам разделения 10, фиг. 2, раствор перемешивается при помощи охлаждающей трубки-турбулизатора 20, расположенной внутри камеры разделения 10. После заполнения аппарата жидкостью на клеммы 3 подается постоянное электрическое напряжение, фиг. 1, вызывающее определенную плотность тока в растворе. Под действием электрического поля анионы транспортируются через прианодную мембрану 6 к аноду 5, расположенному на корпусе 1, фиг. 1. Катионы транспортируются через прикатодную мембрану к поверхности ближайшего микропористого биполярного электрода, который по отношению к аноду является катодом. В результате электрохимических реакций в прикатодном и прианодном пространствах образуются, соответственно, щелочь и кислота, а также выделяются различные газы. Щелочь и кислота вымываются пермеатом, продавливаемым под действием перепада давления через мембраны, а выделившиеся газы (кислород и водород) через газототводчики 19, фиг. 1, удаляются в специальные емкости. Далее пермеат перемещается по соответствующим продольным каналам 4 и выводится из аппарата через патрубки 17 и 18, фиг. 1. Разделяемая жидкость через переточный канал 9 в микропористом биполярном электроде 8 поступает в следующую камеру разделения 10, расположенную ближе к центру аппарата, где происходят аналогичные описанным выше процессы, фиг. 1.
Таким образом, из раствора, последовательно протекающего по всем камерам аппарата в виде анионов и катионов, удаляются растворенные вещества. Обедненный раствор отводится через отверстие 12 в центральную трубу 11, а далее через патрубок 13 выводится из аппарата, фиг. 1.
Одновременно с подачей разделяемого раствора через штуцер ввода охлаждающей жидкости 21 подается охлаждающий агент (например, водопроводная вода), заполняя всю охлаждающую трубку-турбулизатор 20 во всех камерах разделения 10, отводя избыток тепла от разделяемого раствора, и выводится через штуцер вывода охлаждающей жидкости 22, фиг. 2.
Повышение производительности и качества разделения растворов, фиг. 1, турбулизация и охлаждение разделяемого (исходного) раствора, фиг. 1, 2, достигается за счет того, что в верхней части торцевых крышек установлены газоотводчики для удаления образующихся в прикатодном и прианодном пространствах газов (кислород и водород), в последовательно соединенных камерах разделения, образованных концентрическими фильтрующими элементами различной длины, расположена охлаждающая трубка-турбулизатор по всей длине от штуцера ввода охлаждающей жидкости до штуцера вывода охлаждающей жидкости, фиг. 2, шириной, равной ширине цилиндрического корпуса от одной прижимной решетки до другой для фиксации охлаждающей трубки-турбулизатора по центру камеры разделения, фиг. 1, и высотой, равной 1/3 высоты камеры разделения, фиг. 2.
На разработанной конструкции электробаромембранного аппарата трубчатого типа без наложения электрического поля можно проводить баромембранные процессы, например обратный осмос, нанофильтрацию, ультрафильтрацию и микрофильтрацию.