Способ электродиализного обессоливания раствора электролита

Изобретение относится к области электрохимической обработки растворов электролитов, способам электродиализа и, в частности, к способам их деионизации. Способ электродиализного обессоливания раствора электролита включает подачу раствора в пространство между ионоселективными мембранами, наложение электрического поля постоянного тока и проведение процесса до конечной концентрации, измерение режимных параметров процесса, в том числе значений тока и напряжения, определение по ним электрического сопротивления электродиализатора, корректирование электрического параметра. В качестве электрического параметра корректируют электрическое сопротивление раствора, для чего часть диализата или концентрата рециркулируют в начало процесса. При этом наложение электрического поля постоянного тока может быть осуществлено от выпрямителя с внешней подающей вольтамперной характеристикой. Технический результат: предотвращение превышения плотности тока выше предельнодопустимого значения, сопровождающегося возникновением концентрационной поляризации и выпадением на поверхность мембран труднорастворимых осадков; повышение эксплуатационной надежности при сохранении производительности электродиализа и глубины обессоливания раствора. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области электрохимической обработки растворов электролитов способом электродиализа и, в частности, к способам их деионизации.

Изобретение может быть использовано для глубокого обессоливания минерализованной воды, опреснения природных соленых и солоноватых вод, деионизации сточных вод промышленных производств и может найти применение в других отраслях промышленности, где используются подобные способы.

Известен способ обессоливания раствора электролита (Патент СССР №1837951, кл. В 01 D 61/44, 1993), включающий подачу раствора электролита в пространство между ионоселективными мембранами, наложение электрического поля постоянного тока выпрямителя с внешней падающей вольт-амперной характеристикой, проведение процесса до заданной конечной концентрации, соответствующей общей точке вольт-амперных характеристик выпрямителя и электродиализатора, определяемой формулой

I₀/I_кз + U₀/U_хх = 1,

где I₀ и U₀ - рабочие значения тока и напряжения в электродиализаторе;

I_кз и U_хх - значения тока короткого замыкания и напряжения холостого хода.

Хотя известный способ обладает рядом достоинств, в частности простота осуществления и надежность, однако возможности электродиализного обессоливания использованы не полностью из-за наложенного ограничения на продолжительность процесса.

Известен способ электродиализного обессоливания раствора электролита (Патент РФ №2006270, кл. В 01 D 61/44, 1994), включающий подачу раствора в пространство между ионоселективными мембранами, наложение электрического поля постоянного тока, проведение процесса до конечной концентрации, измерение режимных параметров процесса, в том числе значений тока и напряжения, определение по ним электрического сопротивления электродиализатора, корректирование электрического параметра, а именно напряжения по первой производной электрического сопротивления по току, а проведение процесса осуществляют при ее поддержании в диапазона от минус 0,05 до минус 0,3.

Недостаток известного способа - в сложности электронного осуществления измерения, вычисления, отслеживания и корректирования режима по производной электрического параметра, а следовательно, и неудовлетворительная надежность реализующей способ системы.

Задача изобретения - разработать способ электродиализного обессоливания раствора электролита с максимально возможной плотностью тока в электродиализаторе в течение всего цикла обессоливания порции раствора.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, - предотвращение превышения плотности тока выше предельно допустимого значения, сопровождающегося возникновением концентрационной поляризации и выпадением на поверхность мембран труднорастворимых осадков, что повышает эксплуатационную надежность при сохранении производительности электродиализа и глубины обессоливания раствора.

Технический результат достигается тем, что в способе электродиализного обессоливания раствора электролита, включающем подачу раствора в пространство между ионоселективными мембранами, наложение электрического поля постоянного тока, проведение процесса до конечной концентрации, измерение режимных параметров процесса, в том числе значений тока и напряжения, определение по ним электрического сопротивления электродиализатора, корректирование электрического параметра, в качестве электрического параметра корректируют электрическое сопротивление раствора, для чего часть диализата или концентрата рециркулируют в начало процесса.

Кроме того, наложение электрического поля постоянного тока осуществляют от выпрямителя с внешней падающей вольт-амперной характеристикой.

Возвращение части обессоленного, т.е. с высоким электрическим сопротивлением раствора или концентрированного, т.е. с низким сопротивлением раствора позволяет поддерживать необходимое оптимальное значение электрического сопротивления электродиализатора, при котором плотность тока имеет максимальное допустимое значение в течение всего процесса.

Примеры осуществления способа

Обессоливают природную соленую воду до остаточного солесодержания 0,3 г/л в циркуляционной электродиализной установке ЭДИС-50Б фирмы “ЭЙКОС” производительностью 50 л/ч с числом рабочих ячеек (пар камер) 80 и рабочим напряжением на электродах 150 В с возможностью рециркуляции диализата или концентрата для поддержания оптимальной плотности тока 0,55 А/м². Объем порции природной воды, подвергаемой опреснению, 120 л.

При осуществлении способа с рециркуляцией диализата обессоливают природную соленую воду с общим солесодержанием 8 г/л по NaCl, pH 7,0 при температуре 21°С до остаточного солесодержания 0,3 г/л. При этом измеряют отклонения (ΔU) текущих значений напряжения от рабочего оптимального значения U=150B, и сигналами-отклонениями управляют клапанами трактов рециркуляции: ΔU - трактом диализата. Рециркуляция диализата позволяет поддерживать постоянным электрическое сопротивление электродиализатора за счет поддержания постоянными значений тока (I=0,55 А/м²) и напряжения (U=150B).

Производительность электродиализной установки составила 0,282 м/ч при опреснении до остаточного солесодержания 0,3 г/л.

При осуществлении способа с рециркуляцией концентрата обессоливают природную соленую воду с общим солесодержанием 2 г/л по NaCl, pH 7,0 при температуре 21°С до остаточного солесодержания 0,3 г/л. При этом измеряют отклонения (ΔI) текущих значений тока от рабочих оптимальных значений I=0,55 А/м² и сигналами-отклонениями управляют клапанами трактов рециркуляции: ΔI - трактом диализата. Рециркуляция концентрата позволяет поддерживать постоянным электрическое сопротивление электродиализатора за счет поддержания постоянными значений тока (I=0,55 А/м²) и напряжения (U=150B).

Производительность электродиализной установки составила 0,286 м/ч при опреснении до остаточного солесодержания 0,3 г/л.

Таким образом, при сохранении производительности и качества опресненной воды способ значительно проще и надежнее за счет исключения электронных схем измерения, вычисления и управления и проведения процесса при неизменяющихся оптимальных значениях напряжения и плотности тока электродиализа.

1. Способ электродиализного обессоливания раствора электролита, включающий подачу раствора в пространство между ионоселективными мембранами, наложение электрического поля постоянного тока, проведение процесса до конечной концентрации, измерение режимных параметров процесса, в том числе значений тока и напряжения, определение по ним электрического сопротивления электродиализатора, корректирование электрического параметра, отличающийся тем, что в качестве электрического параметра корректируют электрическое сопротивление раствора, для чего часть диализата или концентрата рециркулируют в начало процесса.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что наложение электрического поля постоянного тока осуществляют от выпрямителя с внешней подающей вольтамперной характеристикой.