ЭЛЕКТРОБАРОМЕМБРАННЫЙ АППАРАТ ПЛОСКОКАМЕРНОГО ТИПА
FLAT-CHAMBER ELECTRIC BAROMEMBRANE APPARATUS

Изобретение относится к области разделения, концентрирования и очистки растворов методами электромикрофильтрации, электроультрафильтрации, электроосмофильтрации и может быть использовано в химической, текстильной, целлюлозно-бумажной, микробиологической, пищевой и других отраслях промышленности.
Аналогом данной конструкции является баромембранный аппарат, приведенный в работе Дытнерского Ю.И. Обратный осмос и ультрафильтрация. - М.: Химия, 1978 стр.111, 197-200. Он представляет собой однокамерный аппарат, состоящий из пористого анода и катода, прианодной и прикатодной мембран. Недостатками являются малая площадь разделения при высоких энергозатратах на процесс разделения. Эти недостатки частично устранены в прототипе.
Прототипом данной конструкции является аппарат плоскокамерного типа, конструкция которого приведена в патенте RU 2324529 C2, 2006.01.10. Известный аппарат состоит из двух фланцев, каналов ввода и вывода разделяемого раствора и отвода прикатодного и прианодного пермеата, устройства для подвода постоянного тока к параллельно соединенным камерам аппарата, электродов, мембран. Недостатком являются низкая площадь размещения прикатодных или прианодных мембран в единице объема аппарата, невозможность разделения на прикатодный пермеат и прианодный ретентат.
Техническая задача - увеличение площади прикатодных или прианодных мембран в единице объема аппарата, повышение качества и эффективности разделения растворов путем раздельного отвода прикатодного пермеата и прианодного ретентата, снижение влияния эффекта концентрационной поляризации в электробаромембранном аппарате в зависимости от схемы подключения "плюс" или "минус" за счет изготовления чередующихся диэлектрических камер корпуса с соединением типа выступ-впадина, с обеих сторон каждой из которых имеются отверстия для подвода электрических проводов, которые последовательно соединены через дренажную сетку с монополярным пористым электродом-пластиной "плюс" или 'минус и находящимися под пористой подложкой из ватмана и обратноосмотической мембраной, а по всем межмембранным каналам проходит последовательно соединенная через переточные эллиптические окна электропроводящая сетка турбулизатор, на все вершины которой нанесен диэлектрический элемент в точках касания с поверхностью мембран, являющаяся монополярным электродом "минус" или "плюс".
На фиг.1 изображен электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа, продольный разрез и вид сверху; фиг.2 - вид А сбоку; фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1; фиг.4 - продольный разрез камеры разделения с "выступом" и сечение камеры В-В; фиг.5 - продольный разрез элементов камеры разделения с "впадиной" и сечение камеры Г-Г; фиг.6 - вид I увеличенный, схема разделения в межмембранном канале на фиг.1; фиг.7 - вид II повернутый, пространственная модель межмембранного канала на фиг.6.
Электробаромембранный аппарат состоит из двух фланцев 3 со штуцерами 11 и 12 ввода и вывода разделяемого раствора и штуцерами 7 для отвода прикатодного или прианодного пермеата в зависимости от схемы подключения "минус" или "плюс", чередующихся диэлектрических камер корпуса с соединением типа выступ-впадина 2 и 1, с обеих сторон каждой из которых имеются отверстия 24 для подвода электрических проводов 26, которые последовательно соединены через дренажную сетку 17 с монополярным пористым электродом-пластиной 14 и находящимися под пористой подложкой из ватмана 16 и обратноосмотической мембраной 15 прикатодной или прианодной, по всем межмембранным каналам проходит последовательно соединенная через переточные эллиптические окна 19 электропроводящая сетка турбулизатор 13, на все вершины которой нанесен диэлектрический элемент 25 в точках касания с поверхностью мембран, являющаяся монополярным электродом "плюс" или "минус", отверстий 18 для болтов 8 с шайбами 9 и гайками 10, устройства 6 для подвода постоянного электрического тока к чередующимся диэлектрическим камерам корпуса с соединением типа выступ-впадина 2 и 1, металлических пластин 4, прокладок 5, герметизирующих заливок 20, полимерных компаундов 22 и 21, каналов 23 для отвода прикатодного или прианодного пермеата в зависимости от схемы подключения "минус" или "плюс".
Диэлектрические камеры корпуса 1 и 2 могут быть изготовлены из капролона, фторопласта, текстолита ПТК, стеклотекстолита СТЭФ.
Монополярный электрод сетка турбулизатор 13 может быть изготовлен из графитовой ткани, полимерного композита с наполнителем до 60% металлических порошков или технического углерода, материала Х18Н10Т, а монополярный пористый электрод-пластина 14 может быть выполнен из 20-45%-ного пористого проката типа Х18Н15-ПМ, Х18Н15-МП, Н-МП, ЛНПИТ, ЛПН-ПМ.
Диэлектрический элемент 25 в точках касания с поверхностью мембран может быть выполнен их резины, латекса, пластмассы с нанесением на его поверхность Лака ГФ-95 электроизоляционного пропиточного.
Полимерный компаунд 21 и 22 и герметизирующая заливка 20 состоят из диэлектрических герметизирующих эпоксидных смол или клея холодная сварка.
Дренажная сетка 17 может быть выполнена из материала Х18Н10Т, 20Х23Н18, 10Х17Н13М2Т, 08Х18Т1.
Аппарат работает следующим образом.
Исходный раствор под давлением, превышающим осмотическое давление растворенных в нем веществ, через штуцер 11, фиг.1, 2, подается в первую камеру разделения, образованную фланцем 3, прокладкой 5, прикатодной или прианодной обратноосмотической мембраной 15.
В этот же момент времени к чередующимся диэлектрическим камерам корпуса с соединением типа выступ-впадина 2 и 1, фиг.4, 5, включением устройства 6, фиг.1, к аппарату подводится внешнее постоянное электрическое поле с заданной плотностью тока.
Раствор, двигаясь, турбулизируется с помощью электропроводящей сетки турбулизатора 13, на все вершины которой нанесен диэлектрический элемент 25 в точках касания с поверхностью мембран фиг.7, и поступает к обратноосмотическим мембранам 15 прикатодным или прианодным в зависимости от схемы подключения "минус" или "плюс".
Из образовавшейся между фланцем 3, прокладкой 5, прикатодной или прианодной обратноосмотической мембраны 15 камеры разделения, фиг.1, катионы или анионы фиг.6, проникающие через прикатодную или прианодную обратноосмотическую мембрану 15, пористую подложку из ватмана 16, монополярный пористый электрод-пластину 14 и дренажную сетку 17, расположенные последовательно на диэлектрической камере корпуса 1, отводятся с прикатодным или прианодным пермеатом в зависимости от схемы подключения "минус" или "плюс" по каналам 23, фиг.4, 5, в виде оснований или кислот. А оставшиеся анионы или катионы фиг.1, движущиеся в камере разделения в ядре потока электропроводящей сетки турбулизатора 13, на все вершины которой нанесен диэлектрический элемент 25 в точках касания с поверхностью мембран, переходят через переточное эллиптическое окно 19 фиг.6 в следующую камеру разделения, образованную соединенными выступ-впадиной между собой диэлектрическими камерами корпуса 1 и 2 с последовательно уложенными на них дренажными сетками 17, монополярными пористыми электродами-пластинами 14, пористыми подложками из ватмана 16, обратноосмотическими прианодными или прикатодными мембранами 15 в виде кислот или оснований в зависимости от схемы подключения "плюс" или "минус".
Раствор переходит из камеры в камеру по переточным эллиптическим окнам 19 всего аппарата фиг.1, где происходит аналогичное разделение, катионы или анионы отводятся с пермеатом через прикатодную или прианодную обратноосмотические мембраны 15 по штуцерам 7 для отвода прикатодного или прианодного пермеата в зависимости от схемы подключения "минус" или "плюс", в виде оснований или кислот, а анионы или катионы фиг.1 отводятся с прианодным или прикатодным ретентатом последовательно в ядре потока электропроводящей сетки турбулизатора 13, на все вершины которой нанесен диэлектрический элемент 25 в точках касания с поверхностью мембран через штуцер 12 вывода разделяемого раствора в виде кислот или оснований.
Исходный раствор, протекая по всем камерам разделения, последовательно очищается от анионов или катионов.
Увеличение площади прикатодных или прианодных мембран в единице объема аппарата достигается за счет расположения с обеих сторон каждых диэлектрических камер корпуса только прикатодных обратноосмотических мембран или, наоборот, в зависимости от схемы подключения "минус" или "плюс".
Монополярный пористый электрод-пластина с дренажной сеткой и диэлектрической камерой корпуса образуют канал для отвода прикатодного или прианодного пермеата через каналы на диэлектрических камерах корпуса по штуцерам для отвода прикатодного или прианодного пермеата в зависимости от схемы подключения "минус" или "плюс", фиг.5.
Расположение сетки турбулизатора, на все вершины которой нанесен диэлектрический элемент в точках касания с поверхностью мембран, последовательно проходящей через переточные эллиптические окна диэлектрических камер корпуса и находящейся в межмембранном канале камеры разделения фиг.1, позволяет получать постоянное разрушение диффузионных слоев у поверхности обратноосмотических прикатодных или прианодных мембран со снижением концентрационной поляризации, получением на выходе из аппарата прианодного или прикатодного ретентата в зависимости от схемы подключения "плюс" или "минус".
Также функцией электропроводящей сетки турбулизатора, на все вершины которой нанесен диэлектрический элемент в точках касания с поверхностью мембран при электробаромембранном процессе, является предотвращение протекания тока через контакт и прогорания обратноосмотических мембран вследствие выделения большого количества Джоулева тепла.
На разработанной конструкции электробаромембранного аппарата плоскокамерного типа без наложения электрического поля можно проводить баромембранные процессы, например ультрафильтрацию, обратный осмос, микрофильтрацию.