Электродиализатор

 

Изобретение относится к области электрохимии и касается электродиализатора, содержащего корпус с расположенными внутри него электродами, между которыми расположены чередующиеся анионообменные и катионообменные мембраны, образующиеся рассольные и обессоливающие камеры, с размещенной в них засыпкой из ионообменного наполнителя, патрубки ввода и вывода раствора и концентрата, причем перед катодом расположена рамка со слоем анионообменной смолы, отделенным смачиваемой перегородкой от слоя катионообменной смолы, а после анода расположена рамка с активированным углем, при этом каждая камера обессоливания снабжена рамкой, по периметру которой установлены постоянные неодимовые магниты таким образом, что вектор индуцируемого в среде электрического поля совпадает с приложенным вектором электрического поля, и коллекторы внутри рамок выполнены гидравлически обтекаемыми с закругленными кромками. 3 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области деминерализации воды и может быть использовано в химической промышленности, экологии, бытовой технике, в частности, в установках для получения глубоко обессоленной воды.

В качестве прототипа предполагаемого изобретения можно предложить устройство электродиализатора, состоящего из корпусных рамок с вмонтированными анодом и катодом, пакета рамок из органического стекла, заполненных наполнителем в виде смеси катионита и анионита, которые разделены между собой катионитовыми и анионитовыми мембранами, образующими вместе с рамками камеры обессоливания и рассольные камеры. К недостаткам следует отнести наличие большого количества биполярных границ контакта ионит-ионит и мембрана-ионит, на которых с увеличением плотности тока резко ухудшаются условия массопереноса и происходит самопроизвольный выход ранее сорбированных ионообменными наполнителями ионов из фазы ионита в раствор, что приводит к снижению качества обессоленной воды.

Целью изобретения является увеличение степени обессоливания и производительности при одновременном снижении расхода электроэнергии на процесс.

Поставленная цель достигается тем, что электродиализатор, содержащий корпус с расположенными внутри него электродами, между которыми расположены чередующиеся анионообменные и катионообменные мембраны, образующие рассольные и обессоливающие камеры, имеет перед катодом рамку со слоем анионообменной смолы, отделенную смачиваемой перегородкой от слоя катионообменной смолы, а после анода расположена рамка с активированным углем. При этом каждая камера обессоливания снабжена рамкой, по периметру которой установлены постоянные неодимовые магниты таким образом, что вектор индуцируемого в среде электрического поля совпадает с приложенным к электродам вектором электрического поля. Кроме этого, коллекторы внутри рамок выполнены гидравлически обтекаемыми с закругленными кромками. Причем в катионообменные и анионообменные мембраны могут быть впрессованы ферромагнитные включения и дополнительно могут быть установлены ферромагнитные сетки. Кроме этого снаружи электродиализатора с противоположных сторон могут быть установлены постоянные магниты таким образом, что индуцируемое ими дополнительное электрическое поле совпадает с вектором электрического поля приложенного к электродам. При этом к электродам может быть приложено пульсирующее электрическое поле.

На фиг. 1 представлено устройство предлагаемого электродиализатора. На фиг. 2 дан укрупненно фрагмент коллектора. Электродиализатор содержит корпус 1, патрубки ввода и вывода раствора и концентрата 2, рамку 3, снабженную водопроницаемой перегородкой 4 для слоя анионообменной 5 и катионообменной 6 смолы, прокладку 7, катод 8, прикатодную рамку 9, ферромагнитную сетку 10, катионообменную мембрану 11 с впрессованными ферромагнитными включениями, сетку 10, рамку камеры обессоливания 12 со встроенными по периметру постоянными неодимовыми магнитами 13, сетку 10, анионообменную мембрану 14, сетку 10, камеру концентрирования 15 со встроенными по периметру постоянными неодимовыми магнитами 13, сетку 10, катионообменную мембрану 11 с впрессованными ферромагнитными включениями и так далее установлено несколько камер обессоливания и концентрирования до прианодной рамки 16, анода 17, прокладки 7, рамки с активированным углем 18, корпусом 1. Содержит также два внешних постоянных магнита 19, расположенных с противоположных сторон блока электродиализатора.

Электродиализатор работает следующим образом. Исходная вода подается по патрубкам 2 в отверстия коллектора корпуса 1, в направлении указанном стрелками и далее в рамку 3 через слой анионообменной смолы 5, перегородку 4 и слой катионообменной смолы 6, где предварительно очищается от ионосодержащих примесей. Далее, проходя насквозь через отверстия прокладки 7, катод 8, рамку 9, сетку 10, мембрану 11, сетку 10, поступает через коллектор в камеры обессоливания 12, где, двигаясь внутри рамок под действием основного электрического поля и электрического поля индуцируемого встроенными магнитами 13, а также под действием поля внешних магнитов 19, происходит электромиграционный перенос присутствующих в исходной воде ионов из камер обессоливания 12 через ионообменные мембраны 11, 14 в рассольные камеры 15. Очищенный раствор через коллекторы рамок собирают в поток и направляют на доочистку от органических примесей в рамку 18 с активированным углем, откуда очищенная вода через патрубок отводится из электродиализатора. С другой стороны на вход 2 поступает поток воды для промывки и концентрата, который проходит через коллектор корпуса 1, отверстия в рамке 3, прокладке 7, катоде 8, поступает в прикатодную рамку 9, омывает его раствором, выходит и подается через отверстия в камере концентрирования 15, где под действием электромиграционного переноса через ионообменные мембраны 11, 14 происходит насыщение раствора солями. Концентрат через коллекторы рамок 15 собирается в поток и через патрубок 2 отводится из электродиализатора.

Эффект влияния на массоперенос магнитных полей обусловлен тем, что при пересечении магнитных силовых линий возникает дополнительно индуцируемое электрическое поле и электромагнитная сила пропорциональные плотности тока и напряженности магнитного поля, воздействующие на скорость движения ионов и толщину пограничных слоев в примембранной области и способствующие увеличению массопереноса через ионоселективные мембраны.

Следует отметить, что интенсификация процесса массопереноса постоянными магнитными полями не требует каких-либо дополнительных затрат энергии, что позволяет снизить общие затраты электроэнергии на осуществление процесса очистки водных растворов.

Формула изобретения

1. Электродиализатор, включающий электроды с размещенными между ними чередующимися анионо- и катионообменными мембранами, разделенными корпусными рамками, в которых выполнены коллекторы, образующими рассольные и обессоливающие камеры, патрубки ввода и вывода раствора и концентрата, засыпку из катионо- и анионообменной смол, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен камерами, одна из которых размещена перед катодом, в ней размещены отделенные водопроницаемыми перегородками слои анионо- и катионообменной смол, а другая камера размещена за анодом и снабжена активированным углем, корпусные рамки рассольных и обессоливающих камер снабжены неодимовыми магнитами, а коллекторы внутри рамок выполнены с закругленными кромками.

2. Электродиализатор по п.1, отличающийся тем, что в катионо- и анионообменные мембраны впрессованы ферромагнитные материалы.

3. Электродиализатор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что между мембранами размещены сетки из ферромагнитного материала.

4. Электродиализатор по пп.1 3, отличающийся тем, что он снабжен постоянным магнитом или электромагнитом, размещенным вне электродиализатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2