Электродиализатор

 

Изобретение относится к техническим средствам процесса обессоливания воды электродиализом в электродиализаторах с ионообменными мембранами. Электродиализатор включает электроды, между которыми размещены ионообменные мембраны и прокладки, в противоположных сторонах которых выполнены отверстия, образующие в сборе каналы для подачи исходной воды и вывода диализата и концентрата. При этом в отверстия мембран и прокладок, образующих в сборе каналы для вывода концентрата и диализата, вставлены диэлектрические перфорированные трубки по всей высоте электродиализного пакета в сборе. Технический результат: снижение непроизводительных потерь злектроэнергии в электродиализаторе. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к техническим средствам процесса обессоливания воды электродиализом в электродиализаторах с ионообменными мембранами.

Известен электродиализатор, включающий электроды, между которыми размещены ионообменные мембраны и сепараторные прокладки, в противоположных сторонах которых выполнены отверстия, образующие в сборе каналы для подачи исходного раствора и вывода диализата и концентрата (Гребенюк В.Д. Электродиализ. - Киев: Техника, 1976, с.100 и 101).

Недостатком известного электродиализатора является то, что при концентрировании солей в таких аппаратах наблюдается разогрев и прожег прокладок и мембран со стороны электродных блоков вокруг распределительных и сборных коллекторов концентрата. Это приводит к выходу из строя электродиализных аппаратов. Причиной разогрева и прожога мембран и прокладок в указанных местах является то, что при повышении концентрации солей увеличиваются утечки тока через распределительные и сборные коллекторы, а следовательно, и количество тепла, выделяемого при его прохождении. Ускорение отвода избыточного тепла в данном случае возможно в основном только путем увеличения скорости прокачки воды, что не всегда возможно и целесообразно. Кроме того, вследствие утечек тока снижается доля полезного использования тока, протекающего через электродиализный аппарат.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является известный электродиализатор (А.c. СССР №1018678, кл. В 01 D 13/02, 1983), включающий электроды, между которыми размещен пакет чередующихся ионообменных мембран и прокладок, образующих электродиализные камеры, в противоположных сторонах мембран и прокладок выполнены отверстия, образующие в сборе каналы для подачи исходной воды и вывода диализата и концентрата. При этом электродиализатор снабжен закупоривающими пластинами из диэлектрического материала, размещенными в отверстиях одной из мембран.

Известный аппарат позволяет сократить утечки тока, однако технически нереально полностью изолировать коллекторы пластинами, во-первых, из-за набухаемости мембран и их разной толщины с толщиной пластин, а во-вторых, из-за просачивания воды между пластинами и мембранами. Полностью разомкнуть контур паразитной цепи электрод - мембрана - коллектор - электрод не удается. Кроме того, из-за перекрытия каналов возникают конструкторские проблемы с выводом диализата и концентрата. Аппарат становится нетехнологичным.

Предлагаемое изобретение направлено на снижение непроизводительных потерь электроэнергии в электродиализаторе.

Это достигается тем, что предлагаемый электродиализатор так же, как известный, включает электроды, между которыми размещен пакет чередующихся ионообменных мембран и прокладок, образующих электродиализные камеры, а в противоположных сторонах мембран и прокладок выполнены отверстия, образующие в сборе каналы для подачи исходной воды и вывода диализата и концентрата.

Однако в отличие от известного электродиализатора в предлагаемом аппарате в отверстия мембран и прокладок, образующих в сборе каналы для подачи исходной воды и вывода концентрата и диализата, вставлены диэлектрические перфорированные трубки по всей высоте электродиализного пакета в сборе. При этом перфорационные отверстия выполнены щелевидными в количестве, равном числу электродиализных камер, и размещены на уровнях расположения последних.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 схематично показан электродиализатор; на фиг.2 схематично показана пара прокладка - мембрана. Электродиализатор включает прижимные плиты 1 и 2, электроды 3, между которыми размещены ионообменные мембраны 4 и прокладки 5, в которых выполнены отверстия 6, образующие в сборе каналы для подачи исходной воды и вывода диализата и концентрата. Отверстиями 6 мембрана 4 надевается на диэлектрические перфорированные трубки 7, вставленные также в соответствующие отверстия б в сепараторных прокладках 5 (лабиринтные каналы на прокладке 5 для наглядности предложения не показаны). При этом перфорированные трубки 7, вставленные также в соответствующие отверстия 6 в сепараторных прокладках 5 (лабиринтные каналы на прокладке 5 для наглядности предложения не показаны). При этом перфорационные отверстия 8 трубки 7 выполнены щелевидными в количестве, равном числу электролизных камер, и размещены на уровнях расположения электролизных камер.

Электродиализатор работает следующим образом. Опресняемая (обессоливаемая) вода через входной патрубок поступает в электродиализатор, где, проходя через рабочие камеры, образованные мембранами 4 и прокладками 5, обессоливается. Обессоленная вода через щелевые перфорационные отверстия 8 поступает в канал (коллектор) для вывода диализата, соленая вода поступает в канал (коллектор) для вывода концентрата и через выходной патрубок выводится через тракт концентрата (на чертеже не показаны).

Диэлектрические трубки 7, вставленные в отверстия 6, прерывают контур паразитного тока электрод - мембрана - коллектор - электрод и в то же время, благодаря перфорационным отверстиям 8, полностью сохраняют классическую схему аппарата, не требуя изощренных конструкторских решений для удаления диализата и концентрата.

Применение предлагаемого электродиализатора в схемах концентрирования и обессоливания водных растворов не отличается от применения известного электродиализатора противоточного типа. В известном электродиализаторе ток, протекающий через него, в основном расходуется на перенос солей через мембраны, непроизводительный перенос ионов Н⁺ и ОН^-, нагрев раствора и утечки через коллекторы. При подаче напряжения на электроды 3 в предлагаемом электродиализаторе утечки тока через коллекторы значительно ниже, чем в известном, так как коллекторы по току многократно перекрыты диэлектрическими трубками 7, вставленными в отверстия 6 мембран 4 и прокладок 5. Разрыв контура паразитной электрической цепи не изменяет кинетику и механизм процесса переноса солей через мембраны 4. Масса переносимых солей и ионов Н⁺ и ОН^- за единицу времени и нагрев воды в камерах при одном и том же напряжении, подаваемом на электроды 3 предлагаемого и известного электродиализаторов, одни и те же. Однако удельный расход электроэнергии на единицу объема обессоленного раствора в предлагаемом электродиализаторе значительно меньше, так как в нем значительно меньше непроизводительные потери тока через коллекторы. Снижение утечек тока через коллекторы позволяет также избежать локального нагрева стенок коллекторов и выхода пакета мембран и прокладок из строя. В то же время конструкция аппарата имеет классическую, простую и технологичную конфигурацию.

Формула изобретения

1. Электродиализатор, включающий электроды, между которыми размещен пакет чередующихся ионообменных мембран и прокладок, образующих электродиализные камеры, а в противоположных сторонах мембран и прокладок выполнены отверстия, образующие в сборе каналы для подачи исходной воды и вывода диализата и концентрата, отличающийся тем, что в отверстия мембран и прокладок, образующих в сборе каналы для подачи исходной воды и вывода концентрата и диализата, вставлены диэлектрические перфорированные трубки по всей высоте электродиализного пакета в сборе.

2. Электродиализатор по п.1, отличающийся тем, что перфорационные отверстия выполнены щелевидными в количестве, равном числу электродиализных камер, и размещены на уровнях расположения последних.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2