Электродиализный модуль

Полезная модель относится к технологическим устройствам, предназначенным для электрохимической обработки жидкостей - электролитов методом электродиализа, и может быть применено для электродиализаторов фильтрпрессного типа. К техническому результату относится повышение эффективности работы устройства путем выполнения в рассольных и обессольных рамках прокладках, а также в анионо- и катионообменных мембранах отверстий и прорезей сложной формы с расчетными диаметрами, что препятствует перетеканию обессольного раствора в соседние камеры рассольного раствора. Технический результат достигается благодаря тому, что Электродиализный модуль содержит пакет из чередующихся анионо- и катионообменных мембран, и рамок-прокладок, причем в них выполнены отверстия для ввода и вывода диализата (обессольная) и концентрата, (рассольная), с образованием при сборке пакета круглую форму коллекторов для распределения потоков растворов диализата и концентрата в устройстве. Внутри каждая рамка-прокладка снабжена сеткой-турбулизатором, а пакет включает стяжные плиты, между которыми размещены электроды. При этом в рассольных и обессольных рамках-прокладках, а также в мембранах выполнены чередующиеся между собой отверстия круглой формы с диаметрами D_pac и D_об соответственно. Все отверстия в рамках-прокладках располагаются на горизонтальной оси, расположенной на расстоянии не менее 1,3 D от нижнего и верхнего края рамки-прокладки. Кроме того отверстия в обессольных рамках-прокладках расположены ассиметрично по отношению к отверстиям в рассольных рамках-прокладках. Все отверстия в обоих типах прокладок располагаются на одинаковом расстоянии друг от друга и на расстояниях 1,3 D_об или 1,3 D_pac соответственно от нижнего и верхнего края прокладок. На расстоянии 1,5 D_об вверх от оси входных и вниз от оси выходных отверстий расположена горизонтальная ось коллекторов распределения потоков. Рамки-прокладки обоих типов в центре снабжены окном прямоугольной формы со скругленными углами, на расстоянии от края прокладки до края окна слева и справа, равном 1,2 D_об, а снизу и сверху - (3-3,5) D_об. Над каждым входным отверстием рассольных рамок - прокладок, веерообразно выполнены четыре прорези, с наклоном в одну сторону и шириной 2-3 мм, нижний край которых в вертикальном направлении располагается на расстоянии 5 мм ниже оси распределения потоков, а в горизонтальном направлении нижний край прорезей располагается симметрично вертикальной оси отверстий с диаметром D_об на расстоянии 7 мм между собой. Верхний край прорезей соединен с окном рамки-прокладки с шагом между ними в месте выхода в окно рамки, равным (0,6-0,8) D_об. В свою очередь над отверстиями обессольных рамок-прокладок также располагаются прорези: над первым отверстием - 1 прорезь, над вторым - 2 прорези, над третьим - 3 прорези, с наклоном в одну сторону и шириной 2 мм, нижний край прорезей располагается на расстоянии 5 мм ниже оси распределения потоков, а нижний край прорезей этих рамок-прокладок в горизонтальном направлении располагается симметрично вертикальной оси коллектора рассольных рамок-прокладок на расстоянии не менее 7 мм между собой. Верхний край этих прорезей также соединен с окном рамки, с шагом между ними в месте выхода в окно рамки, равным 1,1-1,3 D_об.. При наложении рассольных рамок-прокладок на обессольные рамки-прокладки получают только одно пересечение прорезей, расположенное непосредственно у окна рамки. Над входными отверстиями с диаметром Брас обессольных рамок-прокладок выполнен коллектор в виде сложной фигуры, в которой круглый элемент соединен каналом шириной 0,3-0.5 D_об с отверстием распределения потока диализата в форме вытянутого эллипса, расстояние от вертикальной оси отверстия D_рас обессольной рамки-прокладки до левого и правого края отверстия равно (0,3-0,5) D_об .. Над входными отверстиями с диаметром D_об., рассольных рамок-прокладок выполнен коллектор в виде сложной фигуры, в которой круглый элемент соединен каналом шириной (0,3-0.5) D_об с отверстием распределения потока концентрата в форме вытянутого эллипса. Расстояние от вертикальной оси отверстия Брас рассольной рамки-прокладки до левого и правого края отверстия равно (0,3-0,5) D_об. При наложении рассольной рамки-прокладки на обессольную рамку-прокладку прорези в последней располагают в центре отверстия распределения обессольного потока жидкости. Размеры Боб и ирас определяют по формуле: где Q - расход жидкости, м²/ч; - скорость течения продукта в трубопроводе, м/сек; - удельный вес продукта при заданных параметрах, кг/м ³

Полезная модель относится к технологическим устройствам, предназначенным для электрохимической обработки жидкостей -электролитов методом электродиализа, и может быть применено для электродиализаторов фильтрпрессного типа.

Известен «Электродиализатор», включающий расположенные между электродами ионообменные мембраны и прокладки, имеющие отверстия, образующие в сборе каналы для подачи исходной воды и вывода диализата и концентрата, отверстия прокладок выполнены с кольцевыми выступами, на которые посредством отверстий насажены мембраны. Патент на изобретение 2201793, МКИ: B01D 61/46; публ. 10.04.2003 г.

Известен «Электродиализатор» включающий электроды, между которыми размещены ионитовые мембраны и прокладки, в которых выполнены отверстия, образующие при сборке каналы для подачи исходного раствора и вывода диализата и концентрата, в прокладках выполнена прорезь, начало и конец которой соединены с отверстиями, при этом прорезь выполнена в виде концентрических дуг, последовательно соединенных между собой каналами, длина которых составляет 2-10% длины дуги.

Патент на изобретение 1707813, МКИ: B01D 61/42, д. публ. 20.10.1996 г.

Известен «Электродиализатор» включающий основные торцевые электроды, дополнительные внутренние электроды, разделяющие электродиализатор на секции, установленные между электродами чередующиеся разноименные ионоселективные мембраны, сепараторные прокладки, в которых выполнено не менее трех отверстий для трактов подачи исходного раствора и удаления продуктов обессоливания, патрубки ввода исходного раствора и вывода продуктов электродиализа, в центре каждой секции электродиализатора установлена водонепроницаемая перегородка из неэлектропроводного материала с двумя отверстиями для трактов.

Патент на изобретение 2234359, МКИ: B01D 61/50, д. публ. 18.08.2004 г.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является «Электродиализатор», включающий стяжные плиты, между которыми размещены концевые электроды, и пакет из между чередующихся анионо- и катионообменные мембран, и рамок-прокладок, имеющих отверстия для ввода и вывода диализата и концентрата, закрепленных стяжными устройствами, причем участки прокладок, в которых выполнены отверстия для ввода и вывода аппарата, размещены за габаритами мембран и выполнены из двух частей, в которых выполнены чередующие пазы, образующие при сборке каналы. Патент на изобретение 1681433, МКИ: B01D 61/42; публ. 1996.10.20.

К техническому результату относится повышение эффективности работы устройства путем выполнения в рассольных и обессольных рамках прокладках, а также в анионо- и катионообменных мембранах отверстий и прорезей сложной формы с расчетными диаметрами, что препятствует перетеканию обессольного раствора в соседние камеры рассольного раствора.

Технический результат достигается благодаря тому, что Электродиализный модуль содержит пакет из чередующихся анионо- и катионообменных мембран, и рамок-прокладок, причем в них выполнены отверстия для ввода и вывода диализата (обессольная) и концентрата, (рассольная), с образованием при сборке пакета коллектор для распределения потоков растворов диализата и концентрата в устройстве. Пакет включает стяжные плиты, между которыми размещены электроды. При этом в рассольных и обессольных рамках-прокладках, а также в мембранах выполнены чередующиеся между собой отверстия круглой формы с диаметрами D_рас и D_об соответственно. Все отверстия в рамках-прокладках располагаются на горизонтальной оси, расположенной на расстоянии не менее 1,3 D от нижнего и верхнего края рамки-прокладки. Кроме того отверстия в обессольных рамках-прокладках расположены ассиметрично по отношению к отверстиям в рассольных рамках-прокладках. Все отверстия в обоих типах прокладок располагаются на одинаковом расстоянии друг от друга и на расстояниях 1,3 D_об или 1,3 D_рас соответственно от нижнего и верхнего края прокладок. На расстоянии 1,5 D_об вверх от оси входных и вниз от оси выходных отверстий расположена горизонтальная ось коллекторов распределения потоков. Рамки-прокладки обоих типов в центре снабжены окном прямоугольной формы со скругленными углами, на расстоянии от края прокладки до края окна слева и справа, равном 1,2 D_об, а снизу и сверху - (3-3,5) D_об. Над каждым входным отверстием рассольных рамок-прокладок, веерообразно выполнены четыре прорези, с наклоном в одну сторону и шириной 2-3 мм, нижний край которых в вертикальном направлении располагается на расстоянии 5 мм ниже оси распределения потоков, а в горизонтальном направлении нижний край прорезей располагается симметрично вертикальной оси отверстий с диаметром D_об на расстоянии 7 мм между собой. Верхний край прорезей соединен с окном рамки-прокладки с шагом между ними в месте выхода в окно рамки, равным (0,6-0,8) D_об. В свою очередь над отверстиями обессольных рамок-прокладок также располагаются прорези: над первым отверстием - 1 прорезь, над вторым - 2 прорези, над третьим - 3 прорези, с наклоном в одну сторону и шириной 2 мм, нижний край прорезей располагается на расстоянии 5 мм ниже оси распределения потоков, а нижний край прорезей этих рамок-прокладок в горизонтальном направлении располагается симметрично вертикальной оси коллектора рассольных рамок-прокладок на расстоянии не менее 7 мм между собой. Верхний край этих прорезей также соединен с окном рамки, с шагом между ними в месте выхода в окно рамки, равным 1,1-1,3 D_об.. При наложении рассольных рамок-прокладок на обессольные рамки-прокладки получают только одно пересечение прорезей, расположенное непосредственно у окна рамки. Над входными отверстиями с диаметром D_рас обессольных рамок-прокладок выполнен коллектор в виде фигуры, в которой круглый элемент соединен каналом шириной 0,3-0.5 D_об с отверстием для ввода и вывода обессоленного раствора-диализата в форме вытянутого эллипса, расстояние от вертикальной оси отверстия D_рас обессольной рамки-прокладки до левого и правого края отверстия равно (0,3-0,5) D_об.. Над входными отверстиями с диаметром D_об., рассольных рамок-прокладок выполнен коллектор в виде фигуры, в которой круглый элемент соединен каналом шириной (0,3-0.5) D_об с отверстием для ввода и вывода рассольного раствора-концентрата в форме вытянутого эллипса. Расстояние от вертикальной оси отверстия D_рас рассольной рамки-прокладки до левого и правого края отверстия равно (0,3-0,5) D_об . При наложении рассольной рамки-прокладки на обессольную рамку-прокладку прорези в последней располагают в центре отверстия распределения обессольного потока жидкости. Размеры D_об и D _рас определяют по формуле:

где Q - расход жидкости, м²/ч;

- скорость течения продукта в трубопроводе, м/сек;

- удельный вес продукта при заданных параметрах, кг/м ³

Электродиализный модуль поясняется чертежом на Фиг. 1, 2, 3, 4, 5 и 6

Фиг. 1 - Электродиализный модуль (схема общего вида)

Фиг. 2 - Электродиализный модуль (схема обессольной рамки-прокладки);

Фиг. 3 - Электродиализный модуль (схема рассольной рамки-прокладки);

Фиг. 4 - Электродиализный модуль (схема анионо-катионообменной мембраны);

Фиг. 5 - Электродиализный модуль (схема наложения обессольной рамки-прокладки на мембрану)

Фиг. 6 - Электродиализный модуль (схема наложения рассольной рамки-прокладки на мембрану).

Согласно фиг. 1 электродиализный модуль содержит пакет из чередующихся рамок-прокладок обессольной 2 и рассольной 4, и анионо- и катионообменных мембран 3 помещенных между двумя стяжными плитами 1 и 5 с электродами плоской формы (на фиг. 1 условно не показаны). Согласно фиг. 2, 3, 4, и 5 в стяжных плитах 1 и 5, мембранах 3 и рамках-прокладках 2 и 4 выполнены отверстия: в нижней части 6 для входа рассольного раствора и 7 обессольного раствора, а в верхней части 8, для выхода рассольного раствора и 9 для выхода обессольного раствора, эти отверстия образуют при сборке пакета цилиндрическую форму коллектора для распределения растворов в устройстве. Каждая рамка-прокладка снабжена сеткой-турбулизатором (на фиг. 1 условно не показаны). Пакет закреплен между собой стяжным устройством в виде металлической рамы, шпилек и гаек.

В обессольной и рассольной рамках-прокладках 2 и 4 выполнены прорези 10, и коллектор распределения потоков растворов 11.

В рамках-прокладках, так и в мембранах выполнены отверстия круглой формы в рассольных 13 с диаметрами D_pac. и обессольных 14 с D_об . соответственно. Все отверстия расположены на горизонтальной оси на расстоянии не менее 1,3 D_об от нижнего и верхнего края рамки-прокладки. При этом отверстия с диаметрами D_об и D_pac чередуются. Кроме того все отверстия расположены на одинаковом расстоянии друг от друга таким образом, чтобы расстояние между соседними отверстиями было не менее D_об. При этом расстояние от краев крайних левого и правого отверстий до краев рамки-прокладки и мембраны должно быть не менее D_об . На расстоянии (1-1,5) D_об вверх от оси входных и вниз от оси выходных отверстий соответственно расположена горизонтальная ось коллекторов распределения потоков 11. Рамки-прокладки обоих типов в центре снабжены окном прямоугольной формы со скругленными углами на расстоянии от края прокладки до края окна слева и справа 1,2 D_об, а снизу и сверху не менее (3-3,5) D_об .

Над каждым входным отверстием диаметром D _об рассольных рамок-прокладок, веерообразно выполнены четыре прорези 10, с наклоном в одну сторону и шириной 2-3 мм, нижний край которых в вертикальном направлении располагается на расстоянии 5 мм ниже оси распределения потоков, а в горизонтальном направлении нижний край прорезей располагается симметрично вертикальной оси отверстий диаметром D_об на расстоянии 7 мм между собой, при этом верхний край прорезей соединен с окном рамки-прокладки с шагом между ними в месте выхода в окно рамки, равным (0,6-0,8) D_об.

В свою очередь над каждым входным отверстием диаметром D_pac рассольных рамок-прокладок 4 также располагаются прорези 10: над первым отверстием - 1 прорезь, над вторым - 2 прорези, над третьим - 3 прорези, с наклоном в одну сторону и шириной 2 мм. Нижний край прорезей располагается на расстоянии 5 мм ниже оси распределения потоков, а нижний край прорезей этих рамок-прокладок в горизонтальном направлении располагается симметрично вертикальной оси коллектора рассольных рамок-прокладок 4 на расстоянии не менее 7 мм между собой, верхний край этих прорезей также соединен с окном рамки, с шагом между ними в месте выхода в окно рамки, равным (1,1-1,3) D_об., при этом при наложении рассольных рамок-прокладок на обессольные рамки-прокладки 2 получают только одно пересечение прорезей, расположенное непосредственно у окна рамки.

Кроме того над каждым входным отверстием диаметром D_рас обессольных рамок-прокладок 2 выполнен коллектор в виде фигуры, в которой круглый элемент соединен каналом. 12 шириной (0,3-0,5) D_об. с отверстием 11 для ввода и вывода рассольного раствора-концентрата в форме вытянутого эллипса шириной (0,3-0,5) D_об. Расстояние от вертикальной оси отверстия диаметром D_рас обессольной рамки-прокладки 2 до левого и правого края отверстия распределения потоков равно (0,3-0,5) D_об. Соответственно над каждым входным отверстием диаметром D_об рассольных рамок-прокладок 2 также выполнен коллектор в виде фигуры, в которой круглый элемент соединен каналом шириной (0,3-0,5) D_об. с отверстием для ввода и вывода обессоленного раствора-диализата в форме вытянутого эллипса шириной (0,3-0,5) D_об. Расстояние от вертикальной оси отверстия диаметром D_рас обессольной рамки-прокладки 4 до левого и правого края отверстия распределения потоков равно (0,3-0,5) D_об.

Мембраны отличаются от рамок-прокладок отсутствием окон прямоугольной формы в центре и отсутствием веерообразных прорезей. Над каждым входным отверстием диаметром D_рас расположен коллектор такой же формы, как в обессольных рамках-прокладках 2, а над каждым входным отверстием D_об - коллектор такой же формы, как и в рассольных рамках-прокладках 4.

Отверстия для выхода обессольного 13 и рассольного 14 растворов в верхней части расположены ассиметрично по отношению к отверстиям для входа обессольного и рассольного растворов в верхней части модуля.

При этом существенно, чтобы при наложении рассольных рамок-прокладок, обессольных рамок-прокладок и мембран друг на друга отверстия и коллекторы были совмещены, а веерообразные прорези располагались в центре отверстия распределения потоков жидкости. Наконец размеры D_об и D_рас определяют по формуле:

где Q - расход жидкости, м²/ч;

- скорость течения продукта в трубопроводе, м/сек;

- удельный вес продукта при заданных параметрах, кг/м ³

Электродиализный модуль работает следующим образом: при наложении рамки-прокладки на мембрану (Фиг. 5) для обессольной рамки-прокладки 2 и (Фиг. 6) для рассольной рамки-прокладки 4 все коллекторы совмещаются, а прорези 10 в обессольной рамке-прокладке 2 попадают в коллектор 11 обессольного раствора. В свою очередь прорези 10 в рассольной рамке-прокладке попадают в коллектор 11 рассольного раствора. При подаче под давлением обессольного раствора в его коллекторы в нижней части модуля раствор через прорези поступает в окно обессольной рамки-прокладки 2, поднимается вверх и выводится через коллекторы 11 обессольного раствора в верхней части модуля. При этом не происходит перетекание обессольного раствора в соседние камеры рассольного раствора. Аналогичная ситуация происходит при подаче рассольного раствора в коллекторы рассольных рамок-прокладок.

Предложенное в качестве полезной модели устройство позволяет повысить эффективность работы устройства путем выполнения в рамках прокладках и мембранах отверстий и прорезей сложной формы, что препятствует перетеканию обессольного раствора (диализата) в соседние камеры рассольного раствора (концентрата).

Электродиализный модуль, содержащий пакет из чередующихся анионо- и катионообменных мембран и рамок-прокладок, причем в них выполнены отверстия для ввода и вывода диализата (обессольная) и концентрата (рассольная), с образованием при сборке пакета - коллектора для распределения потоков растворов диализата и концентрата в устройстве, пакет включает стяжные плиты, между которыми размещены электроды, отличающийся тем, что в рассольных и обессольных рамках-прокладках, а также в мембранах выполнены чередующиеся между собой отверстия круглой формы с диаметрами D_pac и D_об соответственно, при этом все отверстия в рамках-прокладках располагаются на горизонтальной оси, расположенной на расстоянии не менее 1,3 D от нижнего и верхнего краев рамки-прокладки, кроме того, отверстия в обессольных рамках-прокладках расположены ассиметрично по отношению к отверстиям в рассольных рамках-прокладках, все отверстия в обоих типах прокладок располагаются на одинаковом расстоянии друг от друга и на расстояниях 1,3 D_об или 1,3 D_pac соответственно от нижнего и верхнего краев прокладок, при этом на расстоянии 1,5 D_об вверх от оси входных и вниз от оси выходных отверстий расположена горизонтальная ось коллекторов распределения потоков, причем рамки-прокладки обоих типов в центре снабжены окном прямоугольной формы со скругленными углами, на расстоянии от края прокладки до края окна слева и справа, равном 1,2 D_об, а снизу и сверху - (3-3,5) D_об, наконец над каждым входным отверстием рассольных рамок- прокладок веерообразно выполнены четыре прорези с наклоном в одну сторону и шириной 2-3 мм, нижний край которых в вертикальном направлении располагается на расстоянии 5 мм ниже оси распределения потоков, а в горизонтальном направлении нижний край прорезей располагается симметрично вертикальной оси отверстий с диаметром D_об на расстоянии 7 мм между собой, при этом верхний край прорезей соединен с окном рамки-прокладки с шагом между ними в месте выхода в окно рамки, равным (0,6-0,8) D_об, в свою очередь, над отверстиями обессольных рамок-прокладок также веерообразно располагаются прорези: над первым отверстием - 1 прорезь, над вторым - 2 прорези, над третьим - 3 прорези, с наклоном в одну сторону и шириной 2 мм, нижний край прорезей располагается на расстоянии 5 мм ниже оси распределения потоков, а нижний край прорезей этих рамок-прокладок в горизонтальном направлении располагается симметрично вертикальной оси коллектора рассольных рамок-прокладок на расстоянии не менее 7 мм между собой, верхний край этих прорезей также соединен с окном рамки, с шагом между ними в месте выхода в окно рамки, равным 1,1-1,3 D_об, при этом при наложении рассольных рамок-прокладок на обессольные рамки-прокладки получают только одно пересечение прорезей, расположенное непосредственно у окна рамки, кроме того, над входными отверстиями с диаметром D_pac обессольных рамок-прокладок выполнен коллектор в виде фигуры, в которой круглый элемент соединен каналом шириной (0,3-0,5) D_об с отверстием для ввода и вывода обессоленного раствора-диализата в форме вытянутого эллипса, расстояние от вертикальной оси отверстия D_pac обессольной рамки-прокладки до левого и правого краев отверстия равно (0,3-0,5) D_об, кроме того, над входными отверстиями с диаметром D_об, рассольных рамок-прокладок выполнен коллектор в виде фигуры, в которой круглый элемент соединен каналом шириной (0,3-0,5) D_об с отверстием для ввода и вывода рассольного раствора-концентрата в форме вытянутого эллипса, расстояние от вертикальной оси отверстия D_pac рассольной рамки-прокладку до левого и правого краев отверстия равно (0,3-0,5) D_об, причем при наложении рассольной рамки-прокладки на обессольную рамку-прокладку прорези в последней располагают в центре отверстия для ввода и вывода обессоленного раствора-диализата, наконец размеры D_об и D_pac определяют по формуле:

где Q - расход жидкости, м²/ч;

- скорость течения продукта в трубопроводе, м/с;

- удельный вес продукта при заданных параметрах, кг/м ³_.