Электродиализатор

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДИТИИеСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

«ii904730 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 05. 10. 79(2l ) 2823906/23-26 с присоеаинениеат заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 15. 02. 82. бюллетень М 6

Дата опубликования описания 18.02.82 (51)N. Кл.

В 01 î 13/ог г

Вкударствоеы11 кеиитет

СССР во делам иаееретехк11 и вткрытв1т (53) УДК 621..3.035. 2 (o88. 8) 172) Авторы изобретения

A. Н. Смолин, В. А. Одинцов, В. П. Напольских, ЮЛИ. Тисов и Л.В. Комаров

f (71) Заявитель

E с (51т) ЭЛЕКТРОДИАЛИЗАТОР

Изобретение относится к конструкциям электродиализаторов, применяемых в химической технологии для деионизации растворов и электрохимического восстановления или окисления.

Известен электродиализатор элемент- ного типа, предназначенный для разложения солей с получением кислоты и щелочи. Электродиализатор состоит из корпуса, анодов и катодов, установленных в несколько рядов токоподводов.

Токоподводы имеют гнезда, в которых крепятся электроды 1).

Недостатком такого электродиализатора является невозможность использования его для извлечения из растворов ионов только одного типа и сложность конструкции.

Наиболее близким к предлагаемому является электродиализатор, включав20 щий цилиндрические катод, анод, ионитовую мембрану, два токоподвода, один из которых установлен в верхней части электродиализатора и выполнен с гнездами 1.2.1.

Недостатком данного электродиализатора является то, что вторым токоподводом служит кожух электродиализатора. Это делает сложным процесс монтажа и демонтажа конструкции. Токоподвод неразъемный и замена, например, мембраны требует разбора целого ряда узлов.

Целью изобретения является упрощение монтажа и демонтажа электро-" диализатора

Поставленная цель достигается тем, что в электродиализаторе, включающем цилиндрические катод, анод, ионитовую мембрану, два токоподвода, один токоподвод установлен в верхней части электродиализатора и выполнен с гнездами, а другой токоподвод разме" щен под токоподводом с гнездами и выполнен с отверстиями соосно гнездан верхнего токоподвода.

3 90473

На фиг. l изображен электродиализатор предлагаемой конструкции с расположением электродиализных камер по кольцу, общий вид; на фиг. 2 - один элемент (электродиализная камера, за" ключенная в кожух) этого электродиализатора, разрез; на фиг, 3 — второй вариант выполнения электродиализатора предлагаемой конструкции с многорядным расположением электродиализ- lg ных элементов; на фиг. 4 - продольный ,разрез А-A на фиг. 3.

Электродиализатор состоит из верхнего токоподвода 1, нижнего токоподвода 2, кожухов 3, сборника 4 продукта, электродиализных камер, содержащих полые ионообменные мембраны 5, заглушенные с нижнего конца заглушками 6, а на верхнем конце имеющие нарезную втулку 7, и электроды 8 в ув виде полой трубки, верхняя часть которых выполнена в виде плунжера 9.

Верхний токоподвод 1 имеет каналы 10 для подвода электролита и каналы 11 для его отвода со штуцерами 12 и 13 2 соответственно.

Кроме того, аппарат снабжен штуцером 14 для подачи исходного раствора переливным штуцером 15 отвода про30 дукта электродиализа и штуцером 16 для отвода газа, выделяющегося в про цессе электродиализа из раствора в пространстве между мембраной 5 и кожухом 3. Верхний токоподвод 1 скреплен с нижним токоподводом 2 при помо- З ц|и болтов 17 и гаек 18 на изолируюцих втулках 19 В верхнем токоподводе 1 имеются отверстия (гнезда) 20 для установки и закрепления верхних частей электродов 8. Отверстия 20 сообщаются с каналами 10 и 11 для подвода и отвода электролита соответственно. Плунжер 9 имеет уплотняющее кольцо 21. Лтуцер 12 через отверстия

22 сообщается с полостью электрода 8. 4 штуцер 13 через отверстия 23 соединен с внутренней полостью мембраны

Положением переливного штуцера 15 на подъемной трубе 24 обеспечивается постоянный уровень раствора в электродиализаторе. На плунжере 9 (фиг. 1, 2) смонтирована уплотняющая обойма

25 с одновременным обеспечением подвижности плунжера 9 и герметичности с помоцью сильфона 26. На верхнем кон-55 це плунжера 9 имеется гайка 27, упорная втулка 28, нажимная гайка 29 и .резьбовая упорная втулка 30, закрепляемая в гильзе 31. Верхний токоподвод 1 и нижний токоподвод 2 уплотняются гибкими элементами 32, Канал

33 сообщает полости кожухов 3. Для установки датчиков (не показаны) определения выхода из строя камер имеются штуцера 34.

Второй вариант электродиализатора (фиг. 3, 4) отличается исполнением конструкции верхней части электрода

3, которая содержит разрезную цангу

35, верхние уплотнительные кольца 36 на плунжере 9 и нижнее уплотнительное кольцо 37. В центре плуннера 9 имеется клапан 38, уплотняемый кольцами

39 для запирания отверстия 40. Пространство верхнего токоподвода t отделено от нижнего токоподвода 2 жесткой вставкой 41 с помощью прокладок

42. Каждый кожух 3 имеет устройство

43 для распределения исходного раствора внутрь полости кожуха 3.

Аппарат подготавливается и пускается в работу следующим образом.

Производится сборка электродиализных камер и установка их вовнутрь кожухов. При этом для электродиализатора, показанного на фиг. 1 и 2, втулки 30 после установки в гильзы 31 поворачиваются на некоторый угол и входят в зацепление с ней. Затем свертываются гайки 27 с нарезных концов на плунжерах 9. При этом плунжеры 9 уходят вниз и нижней сферической поверхностью отделяют канал 11 от полости кожуха 3. Затем с помощью упорных втулок 28 .и нажимных гаек 29 зажимают уплотняющие обоймы 25, которые исключают выход электролита. Таким образом предотвращаются потери электролита и обеспечивается надежный контакт электродов 8 с верхним токоподводом l. Затем через штуцер

12 все электродиализные камеры заполняются электролитом, через штуцер 14 электродиализатор заполняется исходным раствором. В зависимости от необходимости проведения процесса деионизации с извлечением из раствора либо только анионов, либо только катионов, электродиализные камеры мог„т быть укомплектованы либо анионитовыми, либо катионитовыми мембранами. После выполнения этих операций токоподводы 1 и 2 подключаются к полюсам источника постоянного тока и аппарат включается в работу.

Сборка и подготовка к пуску аппарата, представленного на фиг. 3 и 4, 5 90 осуществляется аналогичным образом, но после установки электродиализных камер вовнутрь кожухов 3 гайки 27 навинчиваются на верхние концы плунжеров 9. При этом раэрезные цанги 35 расходятся в гнезда 20 с осуществлением надежного контакта электродов 8 с верхним токоподводом 1.

Для деионизации исходного раствора с извлечением из него анионов электродиализные камеры оснащаются анионитовыми мебранами 5, верхний токоподвод 1 подключается к положительному полюсу источника постоянного тока (не показан), а нижний токоподвод 2 - к отрицательному полюсу. В качестве электролита для заполнения электродиализных камер применяется слабый раствор кислоты.

При проведении деионизации с извлечением из раствора катионов электродиализные камеры оснащаются катионитовыми мембранами 5, подключение токоподводов осуществляется с изменением полярности, а электролитом является слабый раствор щелочи.

В процессе непрерывной работы электродиализатора в полость кожуха

3 непрерывно подается исходный раст-, вор, который вытесняет обедненный раствор с удаленными из него ионами из сборника 4 по подъемной трубе 24 через штуцер 15. Вовнутрь электродиализных камер из канала 10 через отверстия 22 непрерывно поступает свео жий электролит, который обогащается ионами и непрерывно отводится через отверстия 23 по каналу 11 и штуцер l3. Газы, выделяющиеся в процессе электродиализа в полости кожуха 3, отводятся по штуцеру 16, а гази, выделяющиеся на электродах 8, отводятся вместе с электролитом. При выходе из строя любой камеры достаточно повернуть гайку 27 на несколько оборо"

Д тов и удалить ее иэ электродиалиэатора.

В сущности оба варианта электродиализатора (фиг. 1, 2 и 3, 4) имеют одинаковый принцип действия. В эави5 симости от условий эксплуатации, специфики производства и физико-химичес" ких свойств перерабатываемых растворов может быть применен первый или второй вариант конструкции электро55 диализатора. Использование электродиализатора, показанного на фиг. 1 и 2, предпочтительно для малотоннаж-, ных производств с усложненными усло-

4730 6 виями ремонта, когда нужно быстро определить вышедшую из строя камеру и заменить ее. Конструкция электродиализатора, показанного на фиг. и 4, является более компактной, позволяющей при малых габаритах anna" рата разместить большое количество электродиализных камер, что, в свою очередь, определяет высокую удельную

io производительность на единицу его объема и целесообразность его исполь". зова, ия для многотоннажных производств. Однако сложность определения вышедшей из строя камеры ограничивает возможность применения данной конструкции для производств со сложными условиями ремонта.

Таким образом, предложенная конструкция электродиализатора позволяет осуществить быструю установку и замену мембраны в ячейке с одновременным обеспечением надежного электрического контакта электродов, герметичности подвода и отвода электролита, а также обеспечивает возможность дистанционной замены вышедшей из строя мембраны при переработке токсичных сред.

Предложенная конструкция аппарата может быть использована для осущесто вления деионизации соленых растворов с получением целевого продукта, а также для электрохимического восстановления и окисления соленых и гидратных рас гворов ряда элементов. Это, в свою очередь, позволяет внедрить в производство ряда продуктов новую беэотходную технологию с ликвидацией токсичных сбросов и возвратом в цикл

4ценных реагентон.

Формула изобретения

Электродиализатор, включающий цилиндрические катод, анод, ионитовую мембрану, два токоподвода, один из которых установлен в верхней части

5 электродиализатора и выполнен с гнездами, отличающийся тем, что, с целью упрощения монтажа и демонтажа электродиализатора, другой токоподвод размещен под токоподводом о с гнездами и выполнен с отверстиями соосно гнездам верхнего токоподвода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство CCCP по заявке V 2687406, кл. В 01 О 13/02, 21.11.78.

2. Авторское свидетельство СССР

t4 182111, кл. В 01 D 13712, 1964 (прототип).