электродиализатор

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОДИАЛИЗАТОР, включающий электроды, размещенные между ними ионоселективные мембраны, рамки с питателями, образующие рабочие камеры, в которых размещены сепараторы, отличающийся тем, что электродиализатор снабжен основанием в форме параллелепипеда с выполненными на ее поверхности прорезями и гребнями, двумя боковыми крышками с электродами и двумя плитами с системой каналов для подачи и удаления рабочих сред, выполненных на поверхности плит в виде каналов, в прорезях основания установлены пакеты, содержащие рамки и плоские ионоселективные мембраны одного типа, которых в пакете в два раза меньше, чем рамок, мембрана другого типа выполнена зигзагообразной, каждое звено которой охватывает пакет, и фиксируется с внешней стороны пакета гребнями основания, питатели выполнены в виде впадин с формой трапеций, большие основания которых обращены к рабочим камерам и равны ширине рабочих камер, а меньшие основания обращены к каналам для подачи и удаления рабочих сред, причем во впадинах расположены расходящиеся веерообразно трубки, на которых размещены пластины, полностью перекрывающие впадины, и расположены заподлицо с поверхностями рамок.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для разделения веществ с помощью полупроницаемых мембран, в частности к устройствам для электродиализного разделения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является многокамерный электродиализатор, содержащий ионообменные мембраны, рамки со сквозными питающими и выходными каналами, рабочие камеры, образованные в рамках, электроды и сепараторы, установленные в рабочих камерах. Сквозные каналы в рамках и мембранах выполнены с четырех сторон (по три с каждой стороны). Кроме того, в рамках со стороны питающего и выходного каналов выполнены коллекторы (по два в каждой рамке), ширина которых равна ширине рамок, причем коллекторы соединены с рабочими камерами и питающими (выходными) каналами, выполненными с одной плоскости рамки впадинами, образующими гребенки. Размеры впадин этих гребенок увеличиваются по мере удаления от питающего (выходного) каналов. При сборке известного электродиализатора набирается пакет из чередующихся рамок с камерами концентрирования и обессоливания и мембран различного типа (катионообменных, анионообменных, биполярных). Затем этот пакет стягивается с помощью крайних плит, в результате чего происходит прижатие мембран к поверхности рамок и разделение по этим поверхностям каналов и камер между собой и с атмосферой. Работает известный электродиализатор следующим образом: по питающим каналам обрабатываемые исходные растворы подаются в коллекторы, а затем в рабочие камеры, в которых осуществляется их электрохимическая обработка. Затем обработанные растворы выводятся через коллекторы в выходные каналы. Основными недостатками известного электродиализатора являются сложность его сборки и эксплуатации, так как, во-первых, требуется изготовление рамок и отдельных мембран с большим числом каналов, впадин и вырезов, во-вторых, при сборке необходимо строгое совмещение всех этих каналов и вырезов, в-третьих, при сборке очень трудно соблюсти необходимое усилие стягивания пакета, так как недостаточное усилие приводит к неплотному прижатию мембран к рамкам, а большое усилие - к выдавливанию мембраны во впадины гребенок, провисанию участков мембран во впадины и перетеканию потоков по противоположным сторонам мембраны из питающего (выходного) канала, связанного с одной рабочей камерой, в соседнюю рабочую камеру, в-четвертых, при необходимости замены хотя бы одной мембраны или очистки засорившейся камеры требуется разборка всего аппарата, так как весь пакет распадается на отдельные рамки и мембраны, в-пятых, после разборки аппарата его негерметичность возрастает многократно (если не заменить все мембраны), так как возникающие при первой сборке вмятины на мембранах (от выступов гребенок) при повторной сборке неизбежно не совпадут с этими выступами (из-за технологических погрешностей), что и приведет к дополнительным перетеканиям потоков.

Целью изобретения является упрощение сборки и эксплуатации аппарата.

Поставленная цель достигается тем, что в известный электродиализатор, включающий электроды, размещенные между ними ионоселективные мембраны, рамки с питателями, рабочие камеры, образованные в рамках, и сепараторы, установленные в рабочих камерах, введены основание в форме параллелепипеда с выполненными на нем чередующимися прорезями и гребнями, две боковые крышки с электродами и две плиты с системой каналов в виде впадин на поверхностях плит. В прорезях основания установлены пакеты, каждый из которых включает 2n рамок, при этом в пакете через одну размещены n плоских мембран одного типа и непрерывная в пределах пакета изогнутая мембрана другого типа, каждое звено которой полуохватывает соответствующую пару рамок, причем изогнутая мембрана фиксируется с внешней стороны пакета гребнями основания, в которых образованы рабочие камеры, аналогичные рабочим камерам в рамках. Питатели выполнены в рамках и в гребнях основания в виде впадин, имеющих форму трапеций, большие основания которых обращены к рабочим камерам и равны ширине рабочих камер, а меньшие основания обращены к соответствующим каналам для подачи и удаления рабочих сред в плитах, причем во впадинах уложены расходящиеся веерообразно трубки, на которых размещены пластины, полностью перекрывающие впадины и расположенные заподлицо с поверхностями рамок и гребней. Предлагаемое техническое решение обеспечивает упрощение сборки и эксплуатации электродиализатора, так как, во-первых, электродиализатор состоит из минимального числа деталей (рамок и мембран), простых и технологичных (нет никаких прорезей и каналов в мембранах и в рамках), во-вторых, сборка аппарата происходит чрезвычайно просто путем введения пакетов с мембранами в прорези основания и поджатия их, причем число рамок в пакетах может быть выбрано любым (2, 4, 6 и т. д. ) в зависимости от удобства установки пакетов и желаемой схемы соединения камер рабочих камер (параллельной, последовательной, комбинированной), в-третьих, обеспечивается надежная герметизация камер, так как мембраны прижимаются к плоским поверхностям рамок и гребней (в том числе в районе питателей), в которых отсутствуют какие-либо отверстия или впадины, в-четвертых, при необходимости замены мембраны или очистки засоренной рабочей камеры с аппарата снимается только необходимый пакет, который может быть быстро заменен на новый пакет, а остальные пакеты не меняют своего местоположения, т. е. их герметичность не ухудшается, в-пятых, обеспечивается герметизация рабочих камер при небольших усилиях поджатия рамок, что уменьшает деформацию мембран и позволяет многократно собирать (разбирать) его без частой замены мембран.

На фиг. 1 представлен сборочный чертеж электродиализатора с двумя рамками в пакете; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез электродиализатора с четырьмя рамками в пакете.

Предлагаемый электродиализатор включает основание 1 с гребнями 2, между которыми в прорезях размещены пакеты 3-8, каждый из которых состоит из двух рамок 9 и 10, в которых образованы рабочие камеры - деионизации 11 и концентрирования 12 соответственно, и мембран плоских 13 (анионитовых), 14 (катионитовых) и изогнутых 15 (анионитовых), 16 (катионитовых), полуохватывающих рамки 9, 10 каждого пакета 3-8, две боковые крышки 17, 18 с электродами: анодом 19 и катодом 20 с вводами 21, 22, две плиты 23, 24, в одной из которых (23) выполнены каналы 25 (для подачи исходного раствора в камеры деионизации 11) и 26 (для подачи исходного раствора в камеры концентрирования 12), а в другой плите (24) выполнены каналы 27 (для отвода деионизированного раствора из камер 11) и 28 (для отвода концентрата из камер 12), тяги 29 (для прижатия мембран 13-16 к рамкам 9, 10 и гребням 2) и 30 (для прижатия плит 23, 24 к рамкам 9,10 и гребням 2), и прокладки 31, 32. В гребнях 2 также образованы рабочие камеры - деионизации 11 и концентрирования 12. В рамках 9, 10 и гребнях 2 для подачи исходных растворов в камеры деионизации 11 и концентрирования 12 выполнены питатели 33, 34, и для отвода деионизированного раствора и концентрата - питатели 35, 36. Все питатели представляют собой впадины в виде трапеций, установленные в этих впадинах веерообразно трубки и трапециевидные пластинки. Для подачи и удаления сред в приэлектродные камеры 40, 41 в крышках 17, 18 выполнены каналы 42, 43. В камерах 11 и 12 установлены сепараторы 44. На тягах 29, 30 установлены гайки 45. В представленном на фиг. 4 электродиализаторе в прорезях между гребнями 2 размещено четыре пакета 3-6, каждый из которых состоит из четырех рамок 9 и 10 (по две), в которых образованы рабочие камеры - деионизации 11 и концентрирования 12 соответственно и мембран плоских 13 (анионитовых), 14 (катионитовых) и изогнутых 15 (анионитовых), 16 (катионитовых), полуохватывающих по две рамки 9, 10 каждого пакета 3-7. В остальном нумерация и описание других деталей и узлов второго примера конкретного выполнения аппарата совпадает с приведенной. Сборка аппарата, представленного на фиг. 1 производится следующим образом. Во впадины рамок 9 и 10 устанавливают трубки, после чего закрывают их пластинами. Между рамок 9 и 10 прокладываются мембраны 14 в пакетах 3, 5, 7 или 13 в пакетах 4, 6, 8. Затем сдвоенные рамки полуоборачивают мембранами 15 в пакетах 3, 5, 7 или 16 в пакетах 4, 6, 8. Раздвигая гребни 2 основания в прорези между ними вводятся поочередно пакеты 3-8. На основании 1 устанавливают прокладки 32 и боковые крышки 17, 18 с электродами. Пропускают тяги 29 через крышки, навинчивают гайки 45 на тяги 29 и прижимают рамки 9, 10 и гребни 2 к поверхности мембран 13-16. Затем устанавливают прокладки 31 и плиты 23, 24, пропускают тяги 30 через плиты 23, 24 и с помощью гаек 45 плотно прижимают плиты 23, 24 к боковым поверхностям рамок 9, 10 и гребней 2, разжимая при этом прокладки 31. Аналогично собирается и аппарат, представленный на фиг. 4.

Предлагаемый аппарат работает следующим образом. Один из обрабатываемых растворов подается в канал 25 и из него по питателям 33 в рамках 9, т. е. по трубкам и по промежуткам между ними, этот раствор поступает в камеры 11 деионизации, проходит между ионообменными мембранами электрохимическую обработку и через питатели 35 деионизированный раствор выводится в канал 27. Аналогично другой обрабатываемый раствор поступает через канал 26 и питатели 34 в камеры 12 концентрирования, проходит электрохимическую обработку в этих камерах. После чего концентрат поступает через питатели 36 в канал 28 для вывода концентрата. (56) Авторское свидетельство СССР N 1611368, кл. В 01 D 61/42, 1990.