Электродиализатор

 

Изобретение относится к области разделения химических соединений с помощью полупроницаемых мембран, в частности к устройствам для электродиализного разделения. Электродиализатор включает кронштейн, состоящий из двух рам, скрепленных между собой четырьмя прямоугольными стержнями, ионоселективную мембрану одного типа, которая натянута в виде ленты, образующей многозвенную зигзагообразную фигуру, на опорных пластинах, пакеты, каждый из которых включает по две рамки с питателями и плоскую ионоселективную мембрану второго типа, расположенную между ними, две крышки с электродами и две плиты с системой каналов для подачи и удаления рабочих сред. Пакеты из рамок с мембранами введены с двух противоположных сторон в звенья ленты. Питатели выполнены в виде впадин трапецеидальной формы, в которых веерообразно уложены трубки, прикрытые пластинами, полностью перекрывающими впадины и расположенными заподлицо с поверхностями рамок. Электродиализатор обеспечивает упрощение сборки и эксплуатации, так как, во-первых, он состоит из минимального числа деталей - простых и технологических, во-вторых, сборка осуществляется чрезвычайно просто путем установки одной мембраны в виде зигзагообразной ленты и введении в звенья этой ленты пакетов с мембранами второго типа, в-третьих, обеспечивается надежная герметизация при небольших деформациях мембран и легкость замены пакетов. 3 ил.

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для разделения веществ с помощью полупроницаемых мембран, в частности к устройствам для электродиализного разделения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является многокамерный электродиализатор, содержащий ионообменные мембраны, рамки со сквозными питающими и выходными каналами, рабочие камеры, образованные в рамках, электроды и сепараторы, установленные в рабочих камерах. Сквозные каналы в рамках и мембранах выполнены с четырех сторон (по три с каждой стороны). Кроме того, в рамках со стороны питающего и выходного каналов выполнены коллекторы (по два в каждой рамке), ширина которых равна ширине рамок, причем коллекторы соединены с рабочими камерами и питающими (выходными) каналами, выполненными с одной плоскости рамки впадинами, образующими гребенки. Размеры впадин этих гребенок увеличиваются по мере удаления от питающего (выходного) канала. При сборке известного электродиализатора набирается пакет из чередующихся рамок с камерами концентрирования и обессоливания и мембран различного типа (катионообменных, анионообменных, биполярных). Затем этот пакет стягивается с помощью крайних плит, в результате чего происходит прижатие мембран к поверхности рамок и разделение по этим поверхностям каналов и камер между собой и с атмосферой. Работает известный электродиализатор следующим образом: по питающим каналам обрабатываемые исходные растворы подаются в коллекторы, а затем в рабочие камеры, в которых осуществляется их электрохимическая обработка. Затем обработанные растворы выводятся через коллекторы в выходные каналы. Основными недостатками известного электродиализатора являются сложность его сборки и эксплуатации, так как во-первых, требуется изготовление рамок и отдельных мембран с большим числом каналов, впадин и вырезов, во-вторых, при сборке необходимо строгое совмещение всех этих каналов и вырезов, в-третьих, при сборке очень трудно соблюсти необходимое усилие стягивания пакета, так как недостаточное усилие приводит к неплотному прижатию мембран к рамкам, а большое усилие - к выдавливанию мембран во впадины гребенок, провисанию участков мембран во впадины и перетеканию потоков по противоположным сторонам мембраны из питающего (выходного) канала, связанного с одной рабочей камерой, в соседнюю рабочую камеру, в-четвертых, при необходимости замены хотя бы одной мембраны или очистки засорившейся камеры требуется разборка всего аппарата, так как весь пакет распадается на отдельные рамки и мембраны, в-пятых, после разборки аппарата его негерметичность возрастает многократно (если не заменить все мембраны), так как возникающие при первой сборке вмятины на мембранах (от выступов гребенок) при повторной сборке неизбежно не совпадут с этими выступами (из-за технологических погрешностей), что и приведет к дополнительным перетеканиям потоков.

Целью изобретения является упрощение сборки и эксплуатации аппарата.

Поставленная цель достигается тем, что в известный электродиализатор, включающий электроды, размещенные между ними ионоселективные мембраны, рамки с питателями, рабочие камеры, образованные в рамках, и сепараторы, установленные в рабочих камерах, введены кронштейн, состоящие из двух рам, скрепленных между собой четырьмя прямоугольными стержнями, опорные пластины, которые установлены на прямоугольных стержнях и на которых натянута в виде ленты ионоселективная мембрана одного типа, образующая многозвенную зигзагообразную фигуру, пакеты из двух рамок, между которыми расположены плоские ионоселективные мембраны второго типа, две крышки с электродами, установленные на рамах, в которых образованы приэлектродные камеры, и две плиты с системой каналов в виде впадин на поверхностях плит, пакеты из двух рамок с ионоселективными мембранами второго типа введены с двух противоположных сторон в звенья ленты, образующей зигзагообразную фигуру, причем каждый пакет с двух сторон фиксируется прямоугольными стержнями, а с третьей стороны - опорным стержнем, питатели выполнены в рамках в виде впадин, имеющих форму трапеций большие основания которых обращены к рабочим камерам и равны ширине этих рабочих камер, а меньшие основания обращены к соответствующим каналам для подачи и удаления рабочих сред, причем во впадинах уложены расходящиеся веерообразно трубки, на которых размещены пластины, полностью перекрывающие впадины и расположенные заподлицо с поверхностями рамок. Предлагаемое техническое решение обеспечивает упрощение сборки и эксплуатации аппарата, так как, во-первых, электродиализатор состоит из минимального числа деталей (рамок и мембран), простых и технологичных (нет никаких прорезей и каналов в мембранах и в рамках), во-вторых, сборка аппарата происходит чрезвычайно просто путем натягивания зигзагообразной мембраны на опорных стержнях, введение пакетов в звенья натянутой мембраны и поджатия всех пакетов в единую конструкцию, в-третьих, обеспечивается надежная герметизация камер (а значит снижение перетеканий, отсутствие необходимости поджатия пакетов во время эксплуатации и т. д. ), так как мембраны прижимаются к плоским поверхностям рамок (в том числе и в районе питателей), на которых отсутствуют какие-либо отверстия, а впадины заподлицо перекрыты пластинами, в-четвертых, герметизация рабочих камер производится при небольшом усилии поджатия рамок, что уменьшает деформацию мембран и позволяет многократно собирать (разбирать) аппарат без частой замены мембран, в-пятых, при очистке засорившихся камер либо при повреждении плоских мембран с аппарата легко может быть извлечен необходимый пакет (путем перемещения по стержням ближайшей рамы с приэлектродной камерой и прилегающих к ней пакетов, находящихся до заменяемого пакета, извлечения этого пакета, очистки и замены на новый) без смещения остальных пакетов, т. е. без нарушения герметизации.

На фиг. 1 представлен вид аппарата сбоку; на фиг. 2 и 3 - рабочие камеры электродиализатора.

Предлагаемый электродиализатор включает ионоселективные мембраны 1 (изогнутая анионитовая) и 2 (плоские катионитовые), пакеты 3-10 из сдвоенных рамок 11, 12 и мембран 2, рабочие камеры 13 (деионизации) и 14 (концентрирования), образованные в рамках 11, 12, сепараторы 15, установленные в камерах 13, 14, кронштейн, состоящий из двух рам 16, 17 и четырех прямоугольных стержней 18, опорные пластины 19, две крышки 20, 21 с электродами 22 (анод) И 23 (катод) и электровводами 24, 25, две плиты 26, 27, в одной из которых (26) выполнены каналы 28 (для подачи исходного раствора в камеры 13 деионизации) и 29 (для подачи исходного раствора в камеры 14 концентрирования), а в другой (27) - каналы 30 (для отвода деионизированного раствора из камер 13) и 31 (для отвода концентрированного раствора 14), тяги 32 (для прижатия мембран 1,2 к рамкам 11, 12) и 33 (для прижатия плит 26, 27 к рамкам 11, 12), гайки 34 и прокладки 35, 36. В рамках 11 выполнены питатели 37 (для подачи исходного раствора в камеры 13) и 38 (для отвода деионизированного раствора из камер 13). В рамках 12 выполнены питатели 39 (для подачи исходного раствора в камеры 14) и 40 (для отвода концентрата из камер 14). В рамах 16, 17 образованы приэлектродные камеры 41, 42, для подачи и удаления сред из которых служат каналы 43, 44 в крышках 20, 21 соответственно. Прямоугольные стержни 18 крепятся на рамах 16, 17 винтами, размещаемыми в продольных пазах, выполненных в стержнях 18. Все питатели (37-40) представляют собой впадины в рамках 11, 12 в виде трапеций, установленных в этих впадинах веерообразно трубки и трапециевидные пластины. Опорные пластины 19 прижимаются к стержням 18 пластинами, которые крепятся на них винтами. Сборка аппарата производится следующим образом. На кронштейне, состоящем из рам 16, 17 и стержней 18 (винты находятся в пазах в крайних положениях, т. е. pамы 16, 17 максимально удалены одна от другой. Устанавливают на стержнях 18 пластины с помощью винтов. Устанавливая под одной опорной пластиной 19 (их вводят в зазоры между стержнями 18 и пластинами) производят формирование зигзагообразной мембраны 1. Складываются пакеты 3-10 из рамок 11, 12 и мембран 2 с установкой в рамках 11, 12 питателей 37-40 из трубок и пластин. Вводят пакеты 3-10 с двух сторон аппарата (направляя их между стержнями до соприкосновения с опорными пластинами 19) в звенья зигзагообразной ленты из мембраны 1. На рамах 16, 17 устанавливают прокладки 35 и крышки 20, 21, через которые пропускают тяги 32. Навинчивая гайки 34 на концы тяг 32, сжимают все пакеты в единую конструкцию и плотно прижимают мембраны 1 и 2 к поверхностям рамок, т. е. изолируют камеры 13, 14 одна от другой и от окружающей среды. Затем устанавливают прокладки 36, фиксируют плиты 26, 27 между парой стержней 18, пропускают через плиты 26, 27 тяги 33 и, навинчивая на них гайки 34, плотно прижимают плиты 26, 27 к рамкам 11, 12, разжимая при этом прокладки 36.

Предлагаемый аппарат работает следующим образом. Один из обрабатываемых растворов подается в канал 28 и из него по питателям 37 в рамках 11, т. е. по трубкам и по промежуткам между ними, этот раствор поступает в камеры 13 деионизации, проходит между мембранами 1, 2 электрохимическую обработку и через питатели 38 выводится в канал 30. Аналогично другой обрабатываемый раствор поступает через канал 29 и питатели 39 в камеры 14 концентрирования, проходит в этих камерах электрохимическую обработку. После чего концентрат через питатели 40 и канал 31 выводится из аппарата. (56) Авторское свидетельство СССР N 1611368, кл. В 01 D 61/42, 1990.

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОДИАЛИЗАТОР, включающий электроды, размещенные между ними ионоселективные мембраны, рамки с питателями, образующие рабочие камеры, в которых размещены сепараторы, отличающийся тем, что электродиализатор снабжен кронштейном, выполненным из двух рам, соединенных между собой четырьмя прямоугольными стержнями, опорными пластинами, установленными на прямоугольных стержнях, с помощью которых зигзагообразно натянута одна из ионоселективных мембран, а другая ионоселективная мембрана размещена между двумя рамками с питателями, которые установлены в промежутках зигзагообразной мембраны, причем рамки фиксируются с двух сторон прямоугольными стержнями, а с третьей стороны опорными стержнями, электроды установлены в крышках, установленных на рамках, электродиализатор снабжен также двумя плитами с каналами для подачи и удаления рабочих сред, выполненными на поверхности плит, питатель в рамках выполнен в виде впадин, имеющих форму трапеций, большие основания которых обращены к рабочим камерам и равны ширине рабочих камер, а меньшие основания обращены к каналам для подачи и удаления рабочих сред, причем во впадинах расположены расходящиеся веерообразно трубки, на которых размещены пластины, полностью перекрывающие впадины и расположенные заподлицо с поверхностями рамок.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3