DE4334317A1 - Vorrichtung zur Trennung von dissoziierte Stoffe enthaltenden Flüssigkeitsströmen - Google Patents
Vorrichtung zur Trennung von dissoziierte Stoffe enthaltenden FlüssigkeitsströmenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Trennung von disso
ziierte Stoffe enthaltenden Flüssigkeitsströmen in zwei Teil
ströme, von denen jeder Teilstrom mit Ionen nur einer Ladung
angereichert ist, mit einem Flüssigkeitseinführungsstutzen, ei
nem mit einer Spannungsquelle verbundenen in einem Arbeitsraum
angeordneten Elektrodenpaar zur Bildung eines elektrostatischen
Feldes, zwei im unteren Bereich einer jeden Elektrode abführen
den Flüssigkeitskanälen und einer Gasabführung.
Vorrichtungen dieser Art werden beispielsweise zur Meerwasser
entsalzung verwendet. Bei der beispielsweise in der
DE-A-25 59 037 behandelten Elektrodialyse werden die Ionen di
rekt aus der Salzlösung extrahiert, wobei die Ionen ihre Ladung
an den Elektroden abgeben und sich die hierbei gebildeten Me
tallatome an der Kathode abscheiden. Dieses Verfahren ist im
Prinzip jedoch nur bei schwachen Salzlösungen anwendbar, nicht
jedoch bei der Entsalzung von Meerwasser, in dem die Konzentra
tion der fluktuierenden Ionen bei 105 Coulomb pro Liter Lösung
liegt. Versuche, die Zahl der zu extrahierenden Ionen durch
Einsatz von Ionenfiltern zu erniedrigen, sind daher ungeeignet,
da diese Filter nach kurzer Zeit infolge der dort abgelagerten
Ionen unbrauchbar werden. Auch tritt bei elektrolytischen Ver
fahren das Problem der Korrosion verstärkt in den Vordergrund.
Weiterhin wird in der WO 90/12758 eine Vorrichtung zur Meerwas
serentsalzung beschrieben, die u. a. einen Behälter mit einem im
wesentlichen vertikal angeordneten Elektrodenpaar zur Bildung
eines elektrostatischen Feldes besitzt, der im Boden oder Bo
denbereich mit der oder den Wasserzuführungsleitungen verbunden
ist und der unterhalb der Elektroden jeweils zwei Abflußkanäle
für die mit Ionen einer Sorte angereicherten Flüssigkeitsströme
und oberhalb der Elektroden eine weitere Abflußleitung auf
weist. Die Elektroden sind mit einem Dielektrikum überzogen.
Diese Vorrichtung bedarf jedoch sehr hoher Spannungen an den
Elektroden, um überhaupt eine wirksame Ionenseparation herbei
führen zu können.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannten Vor
richtungen dahingehend zu verbessern, daß die Wirkungsweise op
timiert wird, insbesondere die Geschwindigkeit des Elektroly
seprozeßes gesteigert und der Energieverbrauch minimiert wer
den. Dabei soll die Vorrichtung möglichst platzsparende Abmes
sungen, eine konstruktiv einfache Bauweise bei möglichst ener
giearmer wirtschaftlicher Leistung aufweisen. Schließlich soll
die Wartungsfreundlichkeit erhöht und eine größere Funktionssi
cherheit gewährleistet werden.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebene Vor
richtung gelöst, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet
ist, daß die Elektroden aus zwei koaxial zueinander und jeweils
senkrechtstehenden Rohrzylindern mit unterschiedlichen Durch
messern bestehen, zwischen denen ein Ringraum als Arbeitsraum
zur Flüssigkeitsdurchführung gebildet ist, wobei jede der Elek
troden mindestens eine umfangsseitige Öffnung aufweist, die in
einen Ablaufkanal mündet, daß in dem Ringraum (21) zwischen den
Elektroden 16, 18 eine zylindrische flüssigkeitsdurchlässige
Membran 24 aus elektrisch neutralem Material angeordnet ist
und daß oberhalb des Arbeitsraumes eine Gasabführung angeordnet
ist. Der ringförmige Arbeitsraum, der durch die Elektroden un
mittelbar begrenzt wird und damit keine korrosionsgefährdeten
Kanten aufweist, besitzt in einer waagerechten Querschnittsan
sicht ein radialsymmetrisches Feld und erlaubt den Aufbau einer
stehenden Flüssigkeitssäule, in der mit schwachen elektrischen
Feldern eine hervorragende Wirkung erzielt werden kann. Zur
Vermeidung einer weiteren Durchmischung der elektrodenoberflä
chennahen Flüssigkeitsteilchen mit solchen der gegenüberlie
genden Elektrode, insbesondere zur Verhinderung einer Rekoinbi
nation bereits getrennter Ladungen wird nach der Erfindung in
dem Ringraum zwischen den Elektroden eine zylindrische flüs
sigkeitsdurchlässige Membran aus elektrisch neutralem Material
angeordnet. Diese Membran besteht vorzugsweise aus einem syn
thetischen Gewebe, wie Viskosegarn, oder einem Textilstoff, wie
beispielsweise dichter mehrschichtiger Baumwolle.
Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den
Ansprüchen 2 bis 26 beschrieben.
Vorzugsweise ist der Flüssigkeitszulauf zum Ringraum im Boden
bereich angeordnet und der Ringraum als Flüssigkeitssteigrohr
mit Öffnungen im oberen Bereich ausgebildet. Durch diese Maß
nahme werden gleichmäßige laminare Strömungen mit einer gut do
sierbaren Strömungsgeschwindigkeit ohne Turbulenzen gewährlei
stet.
Als konstruktiv einfach hat es sich bewährt, jeweils mehrere
Öffnungen der Elektroden umfangsseitig der Elektrodenzylinder
vorzusehen und um die äußere Elektrode einerseits einen Ringzy
linder und inmitten der inneren Elektrode andererseits ein ko
axial angeordnetes Abflußrohr anzuordnen. Die in dem ringförmi
gen Arbeitsraum zwischen den Elektroden aufsteigende Flüssig
keit fließt bei Erreichen der jeweiligen Durchbrechungen der
Elektrodenzylinder nach innen bzw. außen ab, wobei die getrenn
ten Flüssigkeitsströme je nach Polung der Elektrode mit Ladun
gen einer Art angereichert sind.
Zur Stabilisierung der zylindrischen Membran an den Stirnseiten
ist ferner vorgesehen, außen und/oder innen um die Membran per
forierte Zylinder aus festem Material anzuordnen. Auch diese
Zylinder müssen sich selbstverständlich elektrisch neutral ver
halten.
Eine weitere Maßnahme zur Schaffung eines von Turbulenzen weit
gehend befreiten Flüssigkeitssteigstromes besteht darin, unter
halb eines oberen Flüssigkeitseinfüllstutzens eine Glocke zur
Ablenkung der Flüssigkeit in einen Ringstrom anzuordnen, der in
einen Ringzylinder mündet, der Durchflußöffnungen zum Ringraum
zwischen den Elektroden, und zwar in deren unteren Bereich auf
weist. Das gravitationsbedingt einfließende Wasser wird somit
in einen um die äußere Elektrode gebildeten Ringraum geführt,
von wo es radial nach innen strömend in den Ringraum zwischen
den Elektroden gelangen kann. Hierbei wird der äußere Ringzy
linder als Flüssigkeitsfüllkammer benutzt, deren Flüssigkeits
säule höher liegt als die umfangsseitigen Öffnungen der Elek
troden, worüber die Teilströme aus dem Ringraum zwischen den
Elektroden abfließen können, so daß zwangsläufig nach dem Prin
zip der verbundenen Gefäße auch der Ringraum zwischen den Elek
troden flüssigkeitsgefüllt ist, ohne daß es einer Pumpe bedarf.
Schon aus herstellungstechnischen Gründen ist die Glocke hohl
kegelstumpfförmig mit einem kleineren größten Durchmesser als
dem Ringzylinderdurchmesser ausgebildet, aber einem größeren
Durchmesser als dem Rohrdurchmesser des Flüssigkeitseinfüll
stutzens.
Weiterhin hat es sich bewährt, vom Flüssigkeitseinfüllstutzen
zum Ringzylinder einen Labyrinthflüssigkeitsweg anzuordnen. Der
Flüssigkeitseinfüllstutzen selbst steht im einfachsten Fall
senkrecht auf der Glocke und weist in seinem unteren Bereich
mehrere umfangsseitige Öffnungen auf.
Vorzugsweise besitzen der Ringzylinder und der innere Elektrode
einen gemeinsamen Boden, während die äußere Elektrode oberhalb
dieses Bodens endet, so daß hierdurch eine Verbindung zwischen
dem Ringzylinder und dem Ringarbeitsraum zwischen den Elektro
den geschaffen ist. Die Elektroden bestehen nach einer weiteren
Ausgestaltung der Erfindung aus Titan und/oder sind mit Platin,
vorzugsweise einer Dicke von 8 bis 10 µm beschichtet. Platin
ist als Edelmetall reaktionsträge und verhindert somit eine
frühzeitige Korrosion der Elektrodenzylinder. Die jeweiligen
oberen Stirnflächen der Elektroden, der Membran und des inneren
Abflußrohres schließen etwa bündig in gleicher Höhe ab und sind
am oberen Tragflansch des Arbeitsraumes befestigt. Der Trag
flansch weist ferner Gasdurchlaßbohrungen auf, die Teil einer
Verbindung des Arbeitsraumes zwischen den Elektroden mit einem
unterhalb der Glocke befindlichen Gaskollektor sind, worüber
die entstehenden Gase, wie Wasserstoff und Chlorgas, unmittel
bar bzw. mittelbar abgezogen werden können. Hierzu sind nach
einer weiteren Ausgestaltung auf dem Tragflansch senkrechte
Rohre angeordnet, die in den Kollektor münden. Eine kompakte
Bauweise wird weiterhin dadurch gewährleistet, daß um den Ring
zylinder im oberen Bereich ein weiterer Ringraum angeordnet
ist, der über waagerechte Rohre mit dem genannten Gaskollektor
verbunden ist. Aus dem Ringraum führt vorzugsweise ein tangen
tial hierzu angeordneter Stutzen, der ggf. über einen Flansch
mit einer Abzugsvorrichtung verbunden ist. In konstruktiv ein
facher Weise wird der Aufbau so gewählt, daß die als Füllkammer
dienende Ringkammer durch Schlitze im Deckel mit einer oberhalb
dieser angeordneten stabilisierten Ringkammer verbunden ist,
die konzentrisch zur Behälterachse aufgestellt ist und die über
Schlitze jeweils oberhalb der Glocke an verschiedenen Trennwän
den mit der Flüssigkeitseinführung verbunden ist. Vorzugsweise
ist der äußere Ringraum zur Gassammlung konzentrisch zur vorge
nannten stabilisierten Ringkammer angeordnet. Die vertikalen
Rohre zur Gasableitung enthalten in ihrer Basisfläche einen ko
nischen Ansaugdiffusor, oberhalb dessen mit Hilfe von Distanz
ringen Filterscheiben befestigt sind, oberhalb derer ein kon
zentrisch angeordnetes perforiertes Rohr in Zylinderform ange
bracht ist, wobei in dem Ringraum, der von dem perforierten Zy
linder und dem Gasweiterleitungsrohr gebildet wird, eine Netz
spirale angebracht ist. Die Filterscheiben sowie die Netzspi
rale dienen als Tröpfchenabscheider und reinigen somit die ab
geführten Gase.
Optimale Ionenseparationsergebnisse können mit Elektroden er
halten werden, die einen Abstand von 10 bis 40 mm voneinander
haben. Der Durchmesser der Membran sollte in einem Verhältnis
zum Elektrodendurchmesser so gewählt werden, daß die Membran
entsprechend der Formel Dm = d + (D-d)/2 angeordnet ist, wobei
Dm den Membrandurchmesser, d den Außendurchmesser der Elektrode
und D den Innendurchmesser der äußeren Elektrode bezeichnen.
Weiterhin vorzugsweise besitzt die äußere Elektrode mit größe
rem Durchmesser eine geringere Höhe und ist an ihrer unteren
Stirnfläche mit einer Bördelung versehen. Die innere Elektrode
mit kleinerem Durchmesser ist vorzugsweise mit dem Behälterbo
den verbunden.
Eine weitere Optimierung der Arbeitsweise erhält man, wenn
zusätzlich auf der Membran eine mit einem Kondensator verbun
dene Drahtwicklung angeordnet ist. Diese Drahtwicklung wirkt in
Verbindung mit den Elektroden transformatorähnlich, da in der
Drahtwicklung Spannungen induziert werden, wobei die Drahtwick
lung gleichzeitig zur Ladungsabnahme aus der Elektrolytflüssig
keit dient. Die notwendige Zeit zur Ladungstrennung wird durch
die verstärkende Wirkung der Drahtwicklung in dem elektrischen
Feld der Vorrichtung erheblich verkürzt.
Besonders günstige Arbeitsbedingungen werden geschaffen, wenn
die Elektroden mit einer Wechselspannungsquelle, vorzugsweise
zur Abgabe von positiven und negativen Rechteckimpulsen verbun
den ist. Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wer
den Spannungsimpulse bis zu +/-5 V, vorzugsweise 4,5 V,
und/oder Stromdichten von 8 bis 100 A/dm² gewählt, wobei Span
nung wie Stromdichte jeweils auf den Salzgehalt der Flüssig
keitsströme abgestimmt werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird inmitten
der Spule und der Membran, vorzugsweise zentrisch hierzu, ein
Magnetstab angeordnet, der weiterhin feldverstärkend wirkt. Zur
besseren Flüssigkeitsableitung besitzt der Magnetstab an seiner
Oberfläche eine wendelförmige Nut. Insbesondere im Hinblick auf
die Korrosionsbeständigkeit werden die Drahtwicklung und/oder
der Magnetstab mit Teflon beschichtet, vorzugsweise der Magnet
stab mit einer Schichtdicke von 25 bis 50 µm und die Drahtwick
lung mit einer Schichtdicke von 20 bis 35 µm.
Auch außerhalb des Bereiches der Spule und des Magnetstabes
sollte zusätlich eine oder mehrere Büchsen aus einem Magnet
stoff angeordnet sein, die vorzugsweise an ihrer Oberfläche
wendel- oder spiralförmige Nuten aufweisen. Aus konstruktiven
Gründen sind die Zulauf-, Arbeits- und Ablaufkammern oder deren
Mantelwandungen mit einem Stufenflansch verbunden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besitzt der
Stufenflansch mehrere Öffnungen, die auf der Stirnfläche
und/oder in Radialrichtung ausgebildet sind. Die stirnflächigen
Öffnungen sind vorzugsweise auf einem Kreisbogen verteilt ange
ordnet und/oder die in Radialrichtung ausgebildeten Öffnungen
im Querschnitt trapezförmig ausgebildet. Bevorzugt besitzen die
Zulauf-, Arbeits- und Ablaufkammer einen gemeinsamen Flansch
deckel und den genannten Stufenflansch als obere Abdeckung bzw.
Boden und eine Seitenwandung, die durch einen rohrförmigen Man
telkörper jeweils gebildet wird, der an der oberen und unteren
Stirnseite mit dem Flanschdeckel bzw. dem Stufenflansch verbun
den ist.
Der Flanschdeckel besitzt gleichmäßig verteilte Öffnungen,
sowie an seiner Unterseite einen Gaskollektor, der radial nach
außen ragende Öffnungen mit einer Gasabfuhr aufweist.
Bevorzugt wird die umschriebene Vorrichtung dazu verwendet,
insbesondere Meerwasser zu enthärten und/oder Laugen zu gewin
nen. Die Härte des Wassers ist im wesentlichen durch Alkali-
und Erdalkaliionen, wie Calcium und Magnesium, bestimmt. Führt
man mit Calcium und Magnesium angereicherte Flüssigkeiten mit
Hydroxidionen zusammen, so bildet sich Calcium- bzw. Magnesium
hydroxid, das sich als Sediment abscheidet.
Ausführungsbeispiele der Vorrichtung sind in den Zeichnungen
dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 eine Längsschnittansicht der erfindungsgemäßen
Vorrichtung,
Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie A - A nach
Fig. 1,
Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie B - B in
Fig. 1,
Fig. 4 eine schematische Ansicht der Vorrichtung,
Fig. 5 eine weitere Ansicht des Behälters mit Spannungs
versorgung und Wasserzu- und Wasserablaufvorrich
tungen,
Fig. 6 eine vergrößerte Teilansicht des unteren Elektro
denbereiches,
Fig. 7 eine vergrößerte Teilansicht des Bereiches der
Gasabführungsstutzen,
Fig. 8 eine schematische Ansicht einer weiteren erfin
dungsgemäßen Ausführung und
Fig. 9 einen Querschnitt durch die Vorrichtung nach
Fig. 8.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besteht im wesentlichen
aus einem Flüssigkeitseinführungsstutzen 1, einem Wasserein
lauf, der beispielsweise aus einem PVC-Rohr mit einem Durchmes
ser von 80 bis 100 mm gebildet werden kann. Im unteren Bereich
besitzt dieses Rohr äquidistante Schlitze 2, durch welche das
Wasser radial nach außen abströmen kann. Der Flüssigkeitsein
führungsstutzen 1 steht auf einer Ablaufglocke 3, die ebenfalls
aus PVC mit einer Stärke von 5 bis 8 mm gebildet sein kann.
Diese Glocke 3 ist hohlkegelstumpfförmig ausgebildet und be
wirkt, daß das Wasser radial nach außen in eine Ringkaminer 4
geleitet wird, die über Schlitze 5 einer vertikalen zylinder
förmigen Begrenzung der Glocke 3 zugänglich ist. Die Ringkam
mer 4 endet bodenseitig mit dem Deckel der als Füllkaminer aus
gebildeten Ringkammer um die äußere Elektrode, wobei die die
Schlitze 5 im oberen Bereich enthaltende Zylinder-Trennwand
auch im unteren Bereich Schlitze 6 besitzt, über die die dort
geleitete Flüssigkeit ein- und ausströmen kann. Der Deckel 14
der Füllkammer besitzt ebenfalls Schlitze 15, wobei die
Schlitze 5, 6 und 15 derart angeordnet sind, daß sich hierdurch
ein Labyrinth für das durchströmende Wasser ergibt. Die
Glocke 3 ist im Bereich ihres größten Durchmessers mit der Zy
linderinnenwand der genannten Ringkammer 4 verschweißt, wobei
die Schlitze 5 in der Zylinderinnenwand bis an den Glockenrand
reichen. Umfangsseitig des Außenmantels der Ringkammer 4 ist
ein Ringkollektor 7 für Gase angebracht, der mit einem Kollek
tor 8 unterhalb der Glocke und inmitten des Innenmantels der
Ringkaminer 4 verbunden ist. Das bei der Elektrolyse entstehende
Gas kann durch Rohre 9 in den Kollektor 8 und über waagerechte
Rohre 10 in den Ringkollektor 7 gelangen. Die Rohre 9 sind auf
dem oberen Tragflansch 11 einer Arbeitskammer befestigt, auf
die noch eingegangen werden wird. Dieser Flansch 11 trägt
gleichzeitig Elektroden 12 und 13 als Anoden- und Kathodenzu
führung für die Elektroden. Der Boden der Ringkammer 4 ist
gleichzeitig der obere Deckel des als Füllkammer dienenden
Ringzylinders 25. Dieser Ringzylinder 25 umschließt einen In
nenraum, in dem jeweils zylindrische Elektroden 16 und 18 ko
axial zueinander angeordnet sind. Die zylindrische Elektrode 16
besitzt einen Durchmesser von 200 mm und liegt auf negativer
Spannung. Die zylindrische Elektrode 18 besitzt einen Durchmes
ser von 160 mm und liegt an positiver Spannung. Beide Elektro
den bestehen aus Titan und sind mit Platin beschichtet. Die
Elektrode 16 weist in ihrem oberen Bereich Bohrungen 17 auf,
über die dort abströmende Flüssigkeit in eine Ringkammer 20 ge
langen kann, die Teil des Wasserablaufsystems ist. Etwa in der
gleichen Höhe besitzt die innere Elektrode 18 Bohrungen 19,
durch die dort in ein zentrisch angeordnetes Ablaufrohr 22 ge
langende Flüssigkeit abströmen kann. Zwischen den Elektroden 16
und 18 befindet sich ein ringzylindrischer Arbeitsraum 21 für
eine aufsteigende Flüssigkeit, insbesondere Wasser. Das Ablauf
rohr 22 besitzt in Höhe der genannten Bohrungen 19 der inneren
Elektrode 18 Schlitze bzw. Bohrungen 23, deren untere Kante un
terhalb der Bohrungen 19 der Elektrode endet. Entsprechendes
gilt für den Innenmantel 30 der Ringkammer 20, der unterhalb
der Bohrungen 17 endet.
Zwischen den Elektroden 16 und 18 befindet sich ein ringförmi
ger Arbeitsraum 21, in dem eine aus elektrisch neutralem Mate
rial bestehende Membran, hier aus dichter mehrschichtiger Baum
wolle, angeordnet ist. Der Ringzylinder 25 besitzt einen Bo
den 58, der gleichzeitig die obere Stirnfläche eines Sammelbe
hälters 26 bildet, der über gleichmäßig im Boden des Ablau
fes 20 verteilte Rohre 27 mit dem Ablauf 20 verbunden ist. Im
in Form einer schiefen Ebene ausgeführten Boden des Sammelbe
hälters 26 ist ein Ablaufstutzen 28 angebracht.
Die Innenwand des Ringzylinders 25 sowie die Innenwand 30 des
Ablaufes 20 und die Elektrode 16 enden etwa in gleicher Höhe
und besitzen einen gemeinsamen bodenseitigen Abschluß, der
oberhalb des Bodens 58 endet. Demgegenüber sind die Elek
trode 18 und die Membran 24 bis zu dem Boden 58 nach unten ver
längert, so daß das aus der Ringkammer 25 radial nach innen
zwischen den Rohren 27 durchströmende Wasser in den Arbeits
raum 21 zwischen die Elektroden bzw. links und rechts von der
Membran gelangen kann. Die Fließrichtung des Wassers ist durch
Pfeile angedeutet, wobei aus der Polung der Elektroden 12 und
13 ersichtlich wird, daß das über das Ablaufrohr 22 abströmende
Wasser mit negativen Ladungen angereichert ist, während das
über das Ablaufrohr 28 abströmende Wasser mit positiven Ladun
gen angereichert ist. Das obere Ende der Elektroden 16 und 18
sowie der Membran und des Ablaufrohres 22 ist durch den Trag
flansch 11 bestimmt, der gleichzeitig als Träger für die senk
rechten Gasabführungsrohre 9 dient. Diese Rohre sind über ent
sprechende Bohrungen im Tragflansch 11 oberhalb der Arbeitskam
mer 21 angeordnet.
Aus der Schnittansicht nach Fig. 2 ergibt sich, daß das über
die Rohre 9 abströmende Gas, im wesentlichen Wasserstoff und
Chlor in den Kollektor 8 gelangt, von dem aus waagerecht füh
rende Rohre 10 in den Ringkollektor 7 münden, der einen tangen
tialen Ablaufstutzen 29 aufweist, über den die Gase abgesaugt
werden können.
Die jeweils koaxiale Lage des zylinderförmigen Ablaufes 20, der
Innenwand 30, die vorzugsweise ebenfalls aus PVC besteht, der
Elektrode 16, der Membran 24, der inneren Elektrode 18 sowie
des Ablaufrohres 22 ist Fig. 2 zu entnehmen, aus der zusätzlich
erkennbar ist, daß die Rohre 27 gleichmäßig auf einem Kreis im
Boden des Behälters 20 angeordnet sind.
Den äußeren Aufbau entnimmt man Fig. 4, aus dem in Verbindung
mit Fig. 1 weiterhin ersichtlich ist, daß der Ablauf 22 durch
den Sammelbehälter 26 nach außen geführt wird. Die jeweils
oberhalb des Flüssigkeitseinfüllstutzens 1 und der Rohre 22 und
28 unterhalb dargestellten Pfeile demonstrieren die Wasserfluß
richtung.
Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß der tangentiale Absaugstut
zen 29 mit einem Ablaufstutzen 31 und der Flüssigkeitseinlauf 1
mit einem Zulaufstutzen 32 versehen ist. Die Stromanschlüsse 12
und 13 sind über Kontaktstecker 33 und 34 sowie Stromleitun
gen 35 und 36 mit einer Spannungsquelle 39 verbunden.
Der Sammelbehälter 26 ruht auf einem Tragrahmen 37, der wie
derum über senkrechte Stützen 38 mit dem Boden befestigt ist.
Die Abläufe 22 und 28 sind mit Flanschen 40 und 41 verbunden.
Aus der Detailansicht nach Fig. 6 entnimmt man weiterhin, daß
die äußere Elektrode 16, die Kathode, eine Umbördelung 42 in
Form eines Ringkragens besitzt. Weiterhin ist aus dieser De
tailansicht ersichtlich, daß die Membran 24 innen und außen mit
perforierten Zylindern zur Stabilisierung der Membran umrahmt
ist. Die dargestellten Pfeile demonstrieren den Weg von La
dungsträgern in dem durch die Elektroden 16 und 18 gebildeten
elektrostatischen Feld, wobei die angelegte Spannung von etwa
4,5 Volt bereits zur Ladungsanreicherung der jeweiligen Flüs
sigkeitsströme ausreicht.
Der konstruktive Aufbau des Gasableitungssystemes oberhalb des
Tragflansches 11 ergibt sich aus Fig. 7. Im Inneren der senk
rechten Gasableitungsrohre 9 sind ein konischer Diffusor 45 und
mehrere Filtrierscheiben 47, 49, 51 und 57 übereinander ange
ordnet, deren Abstand durch Distanzringe 46, 48 und 50 bestimmt
ist. Die Filtrierscheiben bestehen aus einem porösen Silikat.
Oberhalb der letzten Filtrierscheibe 51 befindet sich ein Ring
raum zur Kondensatabscheidung etwa noch in der Abluft vorhande
ner Flüssigkeitströpfchen. Dieser Ringraum weist eine Netzspi
rale 55 auf und ist über Öffnungen 53 mit dem Innenraum 54 des
Rohres 9 verbunden, dessen Innenwandung aus dem perforierten
Zylinder 56 besteht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:
Meerwasser wird durch den Flüssigkeitseinfüllstutzen 1 einge führt und gelangt dann durch Schlitze 2 oberhalb der Glocke 3, Schlitze 5, 6 und 15 in die Ringfüllkammer 25. Von dort aus fließt es bodenseitig in die Arbeitskammer 21 zwischen den Elektroden 16 und 18, zwischen denen eine Spannung von 4,5 Volt angelegt ist. Die Stromdichte auf den Elektroden liegt in einem Bereich von 1,8 bis 4,2 A/dm². Wie insbesondere anhand der Fig. 6 ersichtlich, werden die Kationen in Richtung der Ka thode 16 und die Anionen in Richtung der Anode 18 wandern, wo bei sie ggf. durch die Membran fließen. Dies führt dazu, daß außerhalb der Membran im Zwischenraum zur Kathode 16 die Katio nen stärker vertreten sind, während im Innenraum zwischen der Membran 24 und der Anode 18 verstärkt Anionen gesammelt wer den, die bei Weiterfluß des Wassers über Öffnungen 17 bzw. 19 in den Ablaufringzylinder 20 bzw. das zentrale Ablaufrohr 22 strömen. Vom Raum 20 gelangen die mit positiven Ionen angerei cherten Flüssigkeitsströme über Rohre 27 in den Sammler 26 und den Abfluß 28.
Meerwasser wird durch den Flüssigkeitseinfüllstutzen 1 einge führt und gelangt dann durch Schlitze 2 oberhalb der Glocke 3, Schlitze 5, 6 und 15 in die Ringfüllkammer 25. Von dort aus fließt es bodenseitig in die Arbeitskammer 21 zwischen den Elektroden 16 und 18, zwischen denen eine Spannung von 4,5 Volt angelegt ist. Die Stromdichte auf den Elektroden liegt in einem Bereich von 1,8 bis 4,2 A/dm². Wie insbesondere anhand der Fig. 6 ersichtlich, werden die Kationen in Richtung der Ka thode 16 und die Anionen in Richtung der Anode 18 wandern, wo bei sie ggf. durch die Membran fließen. Dies führt dazu, daß außerhalb der Membran im Zwischenraum zur Kathode 16 die Katio nen stärker vertreten sind, während im Innenraum zwischen der Membran 24 und der Anode 18 verstärkt Anionen gesammelt wer den, die bei Weiterfluß des Wassers über Öffnungen 17 bzw. 19 in den Ablaufringzylinder 20 bzw. das zentrale Ablaufrohr 22 strömen. Vom Raum 20 gelangen die mit positiven Ionen angerei cherten Flüssigkeitsströme über Rohre 27 in den Sammler 26 und den Abfluß 28.
Die Gase, die sich infolge der elektrolytischen Vorgänge gebil
det haben, werden über den Diffusor 45, die Filtrierschei
ben 57, 47, 49 und 51 in den Ringraum 52 geleitet, von wo sie
aus über die Öffnung 53 in den Innenraum 54 des Rohres 9 bzw.
des Innenmantels 56 gelangen. Nach Einströmen in den Kollek
tor 8 und Ausströmen durch die Rohre 10 erreichen die Gase den
Ringkollektor 7, von wo aus über den Stutzen 29 eine Absaugung
erfolgt.
Bei der in Fig. 8 dargestellten Vorrichtung ist ein Gehäuse 101
mit einem Kollektor 102 zur Gasentfernung vorgesehen. Über dem
Kollektor ist ein weiterer Behälter 103 mit einem Flüssigkeits
zulaufrohr 104 angeordnet. Das Gehäuse 101 ist auf einem weiter
unten beschriebenen Stufenflansch 105 installiert, auf dessen
nach unten gerichteter Stirnfläche ein Ablaufbehälter 106 mit
getrennten Ableitungsrohren 107 und 108 angeordnet ist. Zur
Versorgung der Elektroden dient eine Spannungsquelle 109, die
vorzugsweise im Impulsbetrieb arbeitet. Mit später noch zu
beschreibenden Drahtwicklungen im Inneren des Behälters 101 ist
ein Kondensator 1,10 bzw. ein Gerät, das zur Ladungsaufnahme
geeignet ist, verbunden. Zur Gasabfuhr dient ein Ventilatorsy
stem 111 mit angedeuteter Gasableitung 112.
Wie im einzelnen aus Fig. 9 ersichtlich, sind auf einem Stufen
flansch 105 zylindrische Mäntel 113, 114, 115, 116 sowie ein
Membran 117, die mit einer Drahtwicklung bzw. Spule 118
umwickelt ist, und die Elektroden 119 und 120 mit Durchflußöff
nungen 121 im oberen Bereich installiert. Diese genannten Män
tel bilden eine ringförmige Zulaufkammer 122 sowie eine ring
förmige Ablaufkammer 123 sowie eine zentrale, ebenfalls ring
förmige Ablaufkammer 124 und schließlich die Arbeitskammer 125.
In der Ablaufkammer 124 ist zentrisch und entlang der Längs
achse ein Magnetstab 126 mit wendelförmigen Nuten angeordnet.
Der Magnetstab 126 ist mit einer Teflonschicht bedeckt. Im Stu
fenflansch 105 sind Horizontalöffnungen 127. In die Vertikal
öffnungen 128 sind ringförmige Büchsel 129 mit spiralförmigen
Nuten 130 eingepreßt. Diese Büchsen bestehen ebenfalls aus
einem Magnetstoff, der mit Teflon oberflächenbedeckt ist. Die
genannten Kammern 122, 123, 124 und 125 sind nach oben hin mit
Hilfe des Flanschdeckels 131 über entsprechende Ringrillen
abgeschlossen. Der Deckel besitzt Durchbrechungen 132, die vor
zugsweise entlang eines Kreisumfanges angeordnet sind. Oberhalb
des Flanschdeckels 131 ist ein Gaskollektor 102 mit einer Gas
ableitung 136 vorgesehen. Dieser Kollektor besitzt ebenfalls
eine Stufenflansch-Form mit einer Ausdrehung 133, einer Hori
zontalöffnung 134 sowie Vertikalöffnungen 135. Im Unterflansch
des Anschlußbehälters 103 sind Vertikalöffnungen 137 zum Flüs
sigkeitsdurchlauf vorgesehen. Die Stromleiter 138, die mit den
Elektroden 119 und 120 einerseits und mit der Drahtwicklung 118
andererseits verbunden sind, werden durch Öffnungen 134 geführt
und sind mit der Spannungsquelle 9 bzw. dem Kondensator 10 ver
bunden.
Die vorbeschriebene Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:
Das über das Anschlußrohr 104 einfließende Wasser gelangt über
den Anschlußbehälter 103, Öffnungen 137, 135 und 132 in die
Zulaufkammer 122, von wo aus es durch die Öffnungen 127 in die
Arbeitskammer 125 gelangt. Dort stellt sich nach dem Prinzip
der kommunizierenden Röhren ein entsprechender Flüssigkeitsan
stieg ein, wobei durch die an den Elektroden 119 und 120 anlie
gende Spannung in Verbindung mit der Membran 117 zwei Flüssig
keitsströme entstehen, die jeweils mit einem der Ladungsträger
(Anionen oder Kationen) angereichert sind. Über die im oberen
Bereich der Arbeitskammer liegenden Ablauföffnungen 121 gelan
gen die zu einem großen Teil entionisierten Flüssigkeitsströme
in die Ablaufkammern 124 und 123 zum Abflußrohr 107 bzw. über
die Öffnung 128 und den unteren Behälter 106 zum Ablauf
rohr 108. Durch den impulsartig auf die Elektroden gegebenen
Strom werden in der Spule 118 Spannungen induziert bzw. dort
abgegebene Ladungen abtransportiert.
Die erhaltenen Flüssigkeitsströme aus Abflußrohren 107 und 108
können einer weiteren Elektrodialyse zugeführt werden.
Claims (42)
1. Vorrichtung zur Trennung von dissoziierte Stoffe enthal
tenden Flüssigkeitsströmen in zwei Teilströme, von denen
jeder Teilstrom mit Ionen nur einer Ladung angereichert
ist, mit einem Flüssigkeitseinführungsstutzen (1), einem
mit einer Spannungsquelle (29) verbundenen in einem Ar
beitsraum (21) angeordneten Elektrodenpaar (16, 18) zur
Bildung eines elektrostatischen Feldes, zwei im unteren
Bereich einer jeden Elektrode (16, 18) abführenden Flüs
sigkeitskanälen (22; 20, 27) und einer Gasführung (7 bis 10),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektroden (16, 18) aus zwei koaxial zueinander
und jeweils senkrechtstehenden Rohrzylindern mit unter
schiedlichen Durchmessern (D, d) bestehen, zwischen denen
ein Ringraum (21) als Arbeitsraum zur Flüssigkeitsdurch
führung gebildet ist, wobei jede der Elektroden (16, 18)
mindestens eine umfangsseitige Öffnung (17, 19) aufweist,
die in einen Ablaufkanal (22, 20) mündet, daß in dem Ring
raum (21) zwischen den Elektroden (16, 18) eine zylindri
sche flüssigkeitsdurchlässige Membran (24) aus elektrisch
neutralem Material angeordnet ist, und daß oberhalb des
Arbeitsraumes (21) eine Gasabführung (7 bis 10) angeordnet
ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Flüssigkeitszulauf zum Ringraum (21) im Bodenbereich
angeordnet ist und daß der Ringraum (21) als Flüssigkeits
steigrohr mit Öffnungen (17, 19) im oberen Bereich ausge
bildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß jeweils mehrere Öffnungen (17, 19) der Elektro
den (16, 18) umfangsseitig vorhanden sind und daß um die
äußere Elektrode (16) einerseits ein Ringzylinder (25) und
inmitten der inneren Elektrode (18) andererseits ein ko
axial angeordnetes Abflußrohr (22) vorgesehen sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Gasabführung einen Gasauffangbehäl
ter (Kollektor 8) aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Membran (24) aus einem synthetischen
Gewebe, wie einem Viskosegarn, oder einem Textilstoff,
vorzugsweise dichter mehrschichtiger Baumwolle, besteht.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß außen und/oder innen um die Membran (24)
perforierte Zylinder (43, 44) aus festem Material zur
Stabilisierung angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß unterhalb des Flüssigkeitseinfüllstut
zens (1) eine Glocke (3) zur Ablenkung der Flüssigkeit in
einen Ringstrom angeordnet ist, der in einen Ringzylin
der (25) mündet, der Durchflußöffnungen zum Ringraum (21)
zwischen den Elektroden (16, 18) aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die Glocke ein Hohlkegelstumpf mit einem kleineren größten
Durchmesser als dem Zylinderdurchmesser ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß vom Flüssigkeitseinfüllstutzen (1) zum
Ringzylinder (25) ein Labyrinthflüssigkeitsweg (2, 5, 6, 15)
angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
der Flüssigkeitseinfüllstutzen (1) senkrecht auf der
Glocke (3) aufliegt und im unteren Bereich mehrere um
fangsseitige Öffnungen (2) aufweist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Ringzylinder (25) und die innere
Elektrode (18) einen gemeinsamen Boden (58) besitzen und
daß die äußere Elektrode (16) oberhalb dieses Bodens (58)
endet, so daß hierdurch eine Verbindung zwischen dem Ring
zylinder (25) und dem Arbeitsraum (21) besteht.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Elektroden (16, 18) aus Titan beste
hen und/oder mit Platin, vorzugsweise eine Dicke von 8 bis
10 µm, beschichtet sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge
kennzeichnet, daß die jeweiligen oberen Stirnflächen der
Elektroden (16, 18), der Membran (24) und des Abflußroh
res (22) etwa bündig in gleicher Höhe abschließen und am
oberen Tragflansch (11) des Arbeitsraumes (21) befestigt
sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Tragflansch (11) Gasdurchlaßbohrun
gen aufweist, die Teil einer Verbindung des Arbeitsrau
mes (21) mit einem unterhalb der Glocke (3) befindlichen
Kollektor (8) sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch
gekennzeichnet, daß auf dem Tragflansch (11) senkrechte
Rohre (9) angeordnet sind, die in den Kollektor (8) mün
den.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß um den Ringzylinder (25) im oberen Be
reich ein weiterer Ringraum (7) angeordnet ist, der über
waagerechte Rohre (10) mit dem Kollektor (8) verbunden
ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß
aus dem Ringraum, vorzugsweise tangential hierzu angeord
net, ein Stutzen (29) führt.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß
der Stutzen (29) über einen Flansch (31) mit einer Abzugs
vorrichtung verbunden ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Ringzylinder (25) durch Schlitze im
Deckel (14) mit einer stabilisierenden Ringkammer (4), die
konzentrisch zur Behälterachse aufgestellt ist, und über
Schlitze (5), eine Glocke (3) und Schlitze (2) mit der
Rohrleitung (1) zur Flüssigkeitseinführung verbunden ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Ringraum (7) konzentrisch zur Ring
kammer (4) angeordnet ist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch ge
kennzeichnet, daß die vertikalen Rohre in ihrer Basisflä
che einen konischen Ansaugdiffusor (45) enthalten, ober
halb dessen mit Hilfe von Distanzringen (46, 48, 50) Fil
terscheiben (47, 49, 51, 57) befestigt sind, oberhalb de
rer ein konzentrisch angeordnetes perforiertes Rohr (56)
angebracht ist und daß in dem Ringraum, der von dem perfo
rierten Rohr (56) und dem Rohraußenmantel des Rohres (9)
gebildet wird, eine Netzspirale (55) angebracht ist.
22. Vorrichtung nach eine der Ansprüche 1 bis 21, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Spannungsquelle (39) bei einer Span
nung von 5 Volt eine Stromdichte auf den Elektroden in ei
nem Bereich von 1,8 bis 4,2 A/dw² gewährleistet.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Durchmesser der Elektroden in einem
Verhältnis
D - d = 10 bis 40 mmbeträgt, wobei D den Innendurchmesser der Elektrode (16)
und d den Außendurchmesser der Elektrode (18) bezeichnen.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Durchmesser der Membran (24) in ei
nem Verhältnis zum Elektrodendurchmesser von
Dm = d + (D-d)/2wobei Dm den Membrandurchmesser und d den Außendurchmesser
der Elektrode (18) und D den Innendurchmesser der Elek
trode (16) bezeichnen.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Elektrode (16) eine kleinere Höhe
hat, im Durchmesser größer ist und an ihrer unteren Stirn
fläche eine Bördelung (42) aufweist.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch ge
kennzeichnet, daß die innere Elektrode (18) mit kleinerem
Durchmesser und größerer Höhe mit dem Behälterboden (58)
verbunden ist.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch ge
kennzeichnet, daß auf der Membran (117) eine mit einem
Kondensator (110) verbundene Drahtwicklung (118) angeord
net ist.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß
die Elektroden (119, 120) mit einer
Wechselspannungsquelle (109), vorzugsweise zur Abgabe von
positiven und negativen Rechteckimpulsen, verbunden ist.
29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß
die Spannungsimpulse bis zu +/-5 V, vorzugsweise 4,5 V,
und/oder die Stromdichte 8 bis 100 A/dm² betragen.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch
gekennzeichnet, daß inmitten der Spule (118) und der Mem
bran (117), vorzugsweise zentrisch, ein Magnetstab (126)
angeordnet ist.
31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß
der Magnetstab (126) an seiner Oberfläche eine wendelför
mige Nut besitzt.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 30 oder 31, dadurch
gekennzeichnet, daß die Drahtwicklung (118) und/oder der
Magnetstab (126) mit Teflon beschichtet ist, vorzugsweise
der Magnetstab (126) mit einer Schichtdicke von 25 bis
50 µm und/oder die Drahtwicklung mit einer Schichtdicke
zwischen 20 und 35 µm.
33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 32, dadurch
gekennzeichnet, daß zusätzlich im Abflußbereich (106) der
Vorrichtung außerhalb des Bereiches der Spule (118) und
des Magnetstabes (126) eine oder mehrere Buchsen (130) aus
einem Magnetstoff angeordnet ist/sind.
34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß
diese Buchsen (130) an ihrer Oberfläche wendelförmige oder
spiralförmige Nuten aufweisen.
35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch
gekennzeichnet, daß, die Zulauf- (122), Arbeits- (125) und
Ablaufkammern (123, 124) oder deren Mantelwandungen mit
einem Stufenflansch (105) verbunden sind.
36. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß
der Stufenflansch (105) mehrere Öffnungen (127, 128)
besitzt, die auf der Stirnfläche und/oder in Radialrich
tung ausgebildet sind.
37. Vorrichtung nach Anspruch 36, gekennzeichnet durch gleich
mäßig auf einem Kreisbogen verteilt liegende Öffnun
gen (128).
38. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß
die in Radialrichtung ausgebildeten Öffnungen (127) im
Querschnitt trapezförmig sind.
39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 38, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Arbeits- (125), Zulauf- (122) und
Ablaufkammern (123, 124) durch einen Flanschdeckel (131)
abgedeckt sind, der in Verbindung mit dem Stufen
flansch (105) und rohrförmiger Mantelkörper (113 bis 116)
die Kammern bildet.
40. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 39, dadurch ge
kennzeichnet, daß im Flanschdeckel (131) gleichmäßig ver
teilte Öffnungen (132) zum Flüssigkeitsdurchfluß angeord
net sind.
41. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 40, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Gaskollektor (102) mit einem Gasent
fernungssystem in Form eines Stiftflansches (134) ausge
führt ist.
42. Verwendung des durch die Vorrichtung nach einem der An
sprüche 1 bis 41 gewonnenen mit negativen Ionen angerei
cherten Wassers zur Enthärtung von Wasser, insbesondere
Meerwasser, und/oder zur Laugengewinnung.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934334317 DE4334317A1 (de) | 1993-10-08 | 1993-10-08 | Vorrichtung zur Trennung von dissoziierte Stoffe enthaltenden Flüssigkeitsströmen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19934334317 DE4334317A1 (de) | 1993-10-08 | 1993-10-08 | Vorrichtung zur Trennung von dissoziierte Stoffe enthaltenden Flüssigkeitsströmen |
Publications (1)
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DE4334317A1 true DE4334317A1 (de) | 1995-04-13 |
Family
ID=6499693
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19934334317 Withdrawn DE4334317A1 (de) | 1993-10-08 | 1993-10-08 | Vorrichtung zur Trennung von dissoziierte Stoffe enthaltenden Flüssigkeitsströmen |
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