DE69301922T2

DE69301922T2 - Module für elektroentionisierungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69301922T2
Application number: DE69301922T
Authority: DE
Inventors: Gary Ganzi; Li-Shiang Liang; Frederick Wilkins
Original assignee: US Filter Ionpure Inc
Current assignee: Siemens Water Technologies Holding Corp
Priority date: 1992-09-15
Filing date: 1993-09-13
Publication date: 1996-08-08
Anticipated expiration: 2013-09-14
Also published as: JP3207202B2; WO1994006548A1; DE69301922D1; US5292422A; EP0660747B1; JPH08504124A; EP0660747A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektroentionisierungsvorrichtung zum Verschieben von Ionen in einer Flüssigkeit unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes.
Die Reinigung einer Flüssigkeit durch Reduzierung der Konzentration von Ionen oder Molekülen in der Flüssigkeit ist ein technologisch sehr interessantes Gebiet. Es sind bisher zahlreiche Techniken angewandt worden, um Flüssigkeiten zu reinigen und zu isolieren oder konzentrierte Bäder mit spezifischen Ionen oder Molekülen aus Flüssigkeitsmischungen herzustellen. Bekannte Verfahren umfassen eine Elektrodialyse, eine Flüssigkeitschromatographie, Membranfiltrationen, umgekehrte Osmose, Ionenaustausch und Elektroentionisation. Der hier verwendete Begriff "Elektroentionisation" bezieht sich auf ein Verfahren, bei dem ein Ionen-Austauschmaterial wie zum Beispiel ein Ionen-Austauschharz zwischen anionischen und kationischen Diaphragmen oder Membranen positioniert ist. Im Gegensatz dazu bezieht sich der Begriff "Elektrodialyse" auf ein Verfahren, welches nicht von Ionen-Austauschmaterialien, die zwischen den anionischen und kationischen Diaphragmen positioniert sind, Gebrauch macht.
Erste Vorschläge zur Behandlung von Flüssigkeiten unter Verwendung von Verfahren, die letztendlich zu einer Elektroentionisierung im moderen Sinne des Wortes entwickelt wurden, werden in der US-A-2.689.826 und der US-A-2.815.320 von Kollsman beschrieben. In dem erstgenannten Patent wird eine Elektrodialyse-Vorrichtung und ein Verfahren zur Entfernung von Ionen aus einem laufenden Verfahren (Prozeßstrom) beschrieben. Die Ionen werden aus dem Prozeßstrom entfernt, wenn dieser durch eine Verarmungskammer fließt, die teilweise durch anionisch- und kationisch-permeable Diaphragmen gebildet ist. Die Ionen treten durch ihre entsprechenden permeablen Membranen in einen zweiten Flüssigkeitsraum in einer Sammelkammer (Konzentrationskammer) ein, und zwar unter dem Einluß eines elektrischen Potentials, welches eine Wanderung von vorausgewählten Ionen in eine vorbestimmte Richtung bewirkt. Das auf diese Weise behandelte Flüssigkeitsvolurnen weist eine verminderte Anzahl von Ionen auf (Verarmung), während die zweite Flüssigkeit mit den übertragenen Ionen angereichert ist und diese in konzentrierter Form enthält.
Das zweitgenannte Patent beschreibt die Verwendung von Kugeln mit Makroporen, die aus Ionen-Austauschharzen als Fülimaterial zwischen den anionischen und kationischen Diaphragmen gebildet sind. Das Ionen-Austauschharz dient als Weg für den Ionen-Transfer und dient auch als Brücke mit erhöhter Leitfähigkeit zwischen den Membranen zur Bewegung der Ionen. Diese Patente stellten die primäre strukturelle Rahmenarbeit und die Theorie der Elektroentionisierung als Technik da.
Wesentlich verbesserte Elektroentionisierungssysteme sind in der US-A-4.925.541 von Giuffrida et al und der US-A-4.931.160, ebenfalls von Giuffrida offenbart.
Bei diesen Druckschriften sind die Verarmungs- und Konzentrationskammern in Form von Zellenpaaren vorhanden, die jeweils eine rechteckige Konfiguration mit einer Breite von 41,4 cm (16,3 Zoll) und einer Länge von 85,7 cm (33,75 Zoll) aufweisen. Jedes Zellenpaar besteht aus einer Verdünnungssektion, in der aus einem ersten Prozeßstom (dem verdünnten Strom) Verunreinigungen entfernt werden, sowie einer Konzentrationssektion, in der die verunreinigten Ionen in einem zweiten Prozeßstrom (dem konzentrierten Strom) gesammelt beziehungsweise konzentriert werden. Im folgenden wird der Prozeßstrom in der Verdünnungssektion als Verdünnung oder verdünnter Strom und der Prozeßstrom in der Konzentrationssektion als Konzentrat oder konzentrierter Strom bezeichnet.
Die Verdünnungssektion ist durch ein Distanzstück abgegrenzt, welches durch Spritzguß als Polypropylen gefertigt wird und die gleichen Abmessungen hat, wie die rechteckige Zellen-Konfiguration, sowie eine Dicke von 2,3 mm (0,09 Zoll) aufweist. Die Sektion wird mit einem Ionen-Austauschharz, vorzugsweise in Form von Kugeln gefüllt. Elektrodialyse-Membranen, die die gleichen rechteckigen Abmessungen wie das Distanzstück aufweisen, werden an beide Seiten des Distanzstückes angeklebt, um die oberen und unteren Wände der Verdünnungssektion zu bilden. Die Membranen unterscheiden sich dadurch, daß eine eine anionische Austauschmembran und die andere eine kationische Austauschmembran ist. Eine Reihe von dünnen parallelen Kanälen, die jeweils 2,74 cm (1,08 Zoll) breit, 65,4 cm (25,75 Zoll) lang und 2,3 mm (0,09 Zoll) tief sind, bilden einen Fließweg für den Prozeßstrom, der durch die Verdünnungssektion hindurchfließt (Verdünnungsstrom). Der Verdünnungsstrom fließt in die Verdünnungssektion und wird durch einen Krümmer in die Kanäle gerichtet. Der Krümmer enthält zahlreiche Hindernisse, die so gestaltet sind, daß sie eine Kanalisierung verhindern und den Fluß gleichmäßig auf die Kanäle verteilen. Das Distanzstück enthält einen Einlaß und einen Auslaß für den Fluß, die an diagonal gegenüberliegenden Ecken angeordnet sind, um den Druckabfall über allen Flußwegen vom Einlaß bis zum Auslaß auszugleichen.
Die Konzentrationssektion ist ebenfalls durch ein Distanzstück abgegrenzt, welches die gleichen rechteckigen Abmessungen aufweist, wie das Distanzstück der Verdünnungssektion. Das Distanzstück der Konzentrationssektion kann dünner sein, als das der Verdünnungssektion, es ist jedoch, wie kurz beschrieben werden soll, bei einigen Anwendungen genauso dick, wie das Distanzstück der Verdünnungssektion. Im allgemeinen enthält die Konzentrationssektion ein inertes Gitter, welches zum Mischen des durch dieses hindurchfließenden konzentrierten Stroms dient. Wenn alternativ dazu die Vorrichtung in einer Polaritäts-Umkehrbetriebsart oder in einer Nicht-Polaritäts-Umkehrbetriebsart betrieben werden soll, wird der Schirm durch ein Ionen-Austauschharz oder eine Ionen-Austauschharzmischung ersetzt.
Als Ionen-Austauschharze und Membranen können diejenigen verwendet werden, die in den oben genannten Giuffrida-Patenten genannt sind.
Wärend des Zusammenbaus einer Elektroentionisierungseinheit werden die Zellenpaare geschichtet (gestapelt) und zwischen geformten Endblöcken aus Polypropylen zusammengedrückt, die an ihrer Rückseite Aluminium-Endplatten aufweisen. Diese Endplatten sind mit Verbindungsstangen aneinander befestigt, die entlang des Umfangs der Endplatten angeordnet sind. Die Endblöcke, die Endplatten und die Verbindungsstangen werden als Einschlußmechanismus bezeichnet.
Auch wenn die oben beschriebene Elektronentionisierungsvorrichtung einen weiten kommerziellen Anwendungsbereich gefunden hat, haben die gegenwärtigen Zellengestaltungen einige Nachteile. Zum Beispiel ist der aktive Bereich der Membranen an beiden Seiten der Verdünnungs-Distanzstücke derjenige Bereich, der als Grenze jedes Fließkanals wirkt. Im allgemeinen ist der gesamte aktive Bereich der Membran 1.794 cm² (278 Quadratzoll), was nur näherungsweise 50 % der gesamten Membranfläche ausmacht. Die anderen 50 % der Membranfläche sind nicht verwendbar, da sie undurchlässige Bereiche des Distanzstückes berühren oder durch Dichtungen oder Klebstoffe verschlossen sind. Da die Gesamt-Wirksamkeit einer Elektroentionisierungsvorrichtung teilweise von der Gesamt-Membranfläche abhängt, die für den Ionenaustausch zu Verfügung steht, ist klar, daß die Ionen-Austauschleistung durch Minimierung des Anteiles nicht verwendbarer Membranoberflächen erhöht werden kann. Die Fließverteilung durch die Kanäle ist ebenfalls sehr wichtig, insbesondere weil die Fließrate durch ein Zellenpaar zwischen einem minimalen und einem maximalen Fluß variiert wird.
Die Fließmenge einer einzelnen Elektroentionisierungseinheit kann nur durch Hinzufügen weiterer Zellenpaare erhöht werden, was ein Zerlegen des Einschließmechanismus, ein Einsetzen von Zellenpaaren und eine Installation längerer Verbindungsstangen erfordert.
Schließlich muß der Umfang der Zellenpaare gegenüber der Umgebung abgedichtet werden. Dies wird durch Verwendung von Klebstoffen erreicht, die im allgemeinen Elastomere sind. Bei den gegenwärtig verwendeten rechteckigen Elektroentionisierungsmodulen traten gelegentlich Leckagen auf, die insbesondere bei innerhalb von Gehäusen angeordneten kleinen Elektroentionisierungseinheiten unerwünscht sind.
Folglich besteht ein Bedarf nach einer Elektroentionisierungsvorrichtung, die eine größere Ausnutzung einer Ionen-Austauschmembran ermöglicht.
Ferner besteht auch ein Bedarf nach einer Elektroentionisierungsvorrichtung, die eine einfachere und sicherere Einrichtung zur Aufrechterhaltung einer Abdichtung zwischen den entsprechenden Verdünnungs- und Konzentrationssektionen aufweist.
Zusätzlich besteht ein Bedarf für eine Elektroentionisierungsvorrichtung mit einem modularen Aufbau.
Wünschenswert ist schließlich auch eine Elektroentionisierungsvorrichtung, die mit einem höheren Automatisierungsgrad hergestellt werden kann.
Unter einem ersten Gesichtpunkt betrifft die Erfindung eine modulare Zelle zur Verwendung in einer Elektroentionisierungsvorrichtung, wobei die Zelle ein elektrisch inertes Distanzstück aufweist, welches eine anionische Austauschmembran und eine kationische Austauschmembran trennt, um dadurch eine erste Sektion zwischen den Membranen abzugrenzen, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Zelle und das Distanzstück scheibenförmig sind, der Umfang des Distanzstückes einen Einlaß für den Prozeßstrom abgrenzt und das Distanzstück eine zentrale Nabe aufweist, die mindestens einen Durchgangskanal aufweist, der von der ersten Sektion isoliert ist, und ein Auslaß für den Prozeßstrom gebildet wird, wobei der Durchgangskanal so angeordnet ist, daß eine Flüssigkeitsverbindung mit mindestens einer unmittelbar benachbarten zweiten Sektion geschaffen wird und der Auslaß für den Prozeßstrom so angeordnet ist, daß eine Flüssigkeitverbindung mit mindestens einer dritten Sektion geschaffen wird, die von der ersten Zelle durch mindestens eine zweite Sektion getrennt ist.
Unter einem zweiten Gesichtspunkt betrifft die Erfindung eine Elektroentionisierungsvorrichtung, die eine erste Zelle entsprechend dem ersten Gesichtspunkt der Erfindung benachbart zu einer zweiten Zelle aufweist, wobei die zweite Zelle eine zweite Sektion abgrenzt und ein zweites, elektrisch inertes, scheibenförmiges Distanzstück mit einem Einlaß für einen Prozeßstrom und einer mindestens einen Durchgangskanal abgrenzenden, zentralen Nabe aufweist, der von der zweiten Sektion isoliert ist und in Flüssigkeitsverbindung mit der ersten Zelle steht, sowie mindestens einen Auslaß für den Prozeßstrom aufweist, der von der ersten Zelle isoliert ist.
Die Konzentrations- und Verdünnungszellen haben eine im wesentlichen scheibenförmige Konfiguration in dem Sinne, daß die einzelnen Zellen entweder kreisförmig oder polygonal, wie zum Beispiel hexagonal sein können. Im Gegensatz zu herkömmlichen rechteckigen Elektroentionisierungsmodulen, bei denen der Fluß im allgemeinen parallel von einem Ende des Moduls zu dem anderen verläuft, ist der Fließweg von durch die Konzentrations- und Verdünnungszellen verlaufenden Prozeßströmen radial. Dieser Fließweg kann verlängert werden, indem die Module mit kanalisierenden Einrichtungen, wie zum Beispiel Prallklappen versehen werden, die den Prozeßströmen einen spiral- oder bogenänlichen verlaufenden Fließweg geben.
Die erfindungsgemäße Elektroentionisierungsvorrichtung ist aus zahlreichen Gründen für eine automatisierte Herstellung geeignet. Unter anderem ermöglicht die neue Modulgestaltung einen vollständigen Zusammenbau des Elektroentionislerungs-Stapels, bevor die Sektionen mit den Ionen-Austauschharzen gefüllt werden. Beim Zusammenbau des Stapels kann das Einfüllen von Harz in der Weise ausgeführt werden, daß eine Suspension der Harze in Form einer Emulsion in den Stapel durch Öffnungen im Zentrum des Stapels eingepumpt wird, während gleichzeitig der Stapel um seine Achse gedreht wird. Die Rotationskräfte bewirken eine gleichmäßige Verteilung des Harzes innerhalb der zu füllenden Sektionen. Die Module weisen entweder einen geschlitzten (genuteten) Umfang oder einen Fließkanal auf, durch den der Prozeßstrom in jedes Modul eintritt. Aufgrund dieser Strukturen stößt die Trägerflüssigkeit des Harzes während des Füllens auf keine wesentlichen Hindernisse und kann durch das abgelagerte Harz und aus den Zellenpaaren durch die Peripherie des Stapels austreten.
Da die Zusammensetzung der Emulsion während des Füllvorganges verändert werden kann, ist es möglich, die Zusammensetzung des Harzes beziehungsweise die Größe der Kugeln als Funktion der radialen Position des Harzes in den Zellen einzustellen. Dies ermöglicht zum Beispiel die Schaffung eines Gradienten der Harz-Zusammensetzung oder der Kugelgröße über den Zellen.
Diese Gestaltung ermöglicht auch einen besseren Einschließmechanismus, bei dem die Zellenpaare zwischen Endplatten zusammengedrückt werden, die entweder mit einem zentralen Stab oder mit Verbindungsstangen, Klammern oder ähnlichem zusammengehalten werden können, die entlang des Umfangs der Endplatten angeordnet sind. Da die Module relativ scheibenförmig sind, werden die Endplatten ebenfalls diese Form haben. Die Endplatten können auch mit einer Kuppelform kombiniert werden, die zu gleichförmigen, axialsymmetrischen Spannungen führt. Die scheibenförmigen Module ermöglichen auch die Verwendung einer zylindrischen Schale oder eines Rohres als Druckgehäuse.
Schließlich vereinfacht dieses System auch das Herstellungsverfahren, da eine Spritzgußform eines scheiben- oder polygonal-förmigen Moduls einfacher herzustellen ist, als eine solche Form für ein Modul mit rechteckiger Konfiguration. Insbesondere kann der geschmolzene Kunststoff, der zur Formung des Moduls verwendet wird, entweder radial nach innen oder nach außen fließen, ohne daß enge Ecken zu füllen sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit Harz gefüllte Sektionen aufweisen, in denen die Harz-Zusammensetzung entlang der Sektion ungleichförmig verläuft.
Mit der Erfindung wird eine Elektroentionisierungsvorrichtung geschaffen, die einen größeren Anteil der verfügbaren Ionen-Austauschfläche der Ionen-Austauschmembranen verwendet, als es bei den bekannten Anordnungen der Fall ist, wobei auch das Ausmaß der Leckagen zwischen den Konzentrations- und Verdünnungssektionen verringert ist.
Diese und andere Kennzeichen der Erfindung werden im Detail in der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer bekannten Elektroentionisierungs- vorrichtung;
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des Fließweges eines Prozeßstroms durch eine Elektroentionisierungsvorrichtung;
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Distanzstückes einer Elektroentionisierungszelle gemäß der Erfindung;
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der in Figur 4 gezeigten Vorrichtung;
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Distanzstückes einer erfindungsgemäßen Elektroentionisierungszelle;
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektroentionisierungsvorrichtung.
Eine bekannte Elektroentionisierungsvorrichtung weist eine Anode, eine Kathode und ihre Sektionen, eine Reihe von Konzentrationssektionen sowie eine Reihe von Verdünnungssektionen auf.
Gemäß Figur 1 weist eine bekannte Elektroentionisierungsvorrichtung 10 eine Stufe 12 auf, die durch eine Elektrode 9 und eine Elektrode 11 begrenzt ist. Ein Abschlußteil 17 zur Aufnahme der Elektrode 9 und eines gewünschten Krümmers ist benachbart zu einer Endplatte 13 angeordnet. Benachbart zu dem Abschlußteil 17 befindet sich ein Elektroden-Distanzstück 18 mit einem Schirm 19, der eine turbulente Strömung der durch das Elektroden-Distanzstück 18 fließenden Flüssigkeit erzeugt. Mit dem Umfang 21 des Elektroden-Distanzstückes 18 ist eine Ionen-permeable Membran 20 abdichtend verbunden. Distanzstücke 22, die aus flexiblem Material gebildet sind, weisen einen Schirm 24 auf. Die Distanzstücke und der Schirm 24 umfassen die Konzentrationssektionen der Elektroentionisierungsvorrichtung.
Die Strukturen der Verdünnungssektionen umfassen eine Ionen-permeable Membran 26, ein aus festem Material gebildetes Distanzstück 28 sowie eine Ionen-permeable Membran 30. Die Ionen-permeablen Membranen 26 und 30 sind abdichtend am Umfang 32 des Distanzstücks 28 an gegenüberliegenden Flächen des Distanzstücks 28 befestigt. Das Ionen-Austauschharz in Form kleiner Kugeln 34 befindet sich innerhalb eines zentralen Bereiches, der mit Rippen (nicht gezeigt) versehen ist, wobei die kleinen Kugeln darin durch die Membranen 26 und 30 gehalten werden. Eine mit einer Stufe 12 zu reinigende Flüssigkeit wird durch mindestens eine Einheit geleitet, die aus den Distanzstücken 22 und 28 und den Membranen 26 und 30 besteht. Diese Einheiten, von denen jedes Distanzstücke 22 und 28 und Membranen 26 und 30 aufweist, wiederholen sich im allgemeinen zwischen 5 und 250 mal, um in der Stufe 12 eine ausreichende Flüssigkeits-Durchflußkapazität zu erzielen. Ein aus flexiblem Material gebildetes Distanzstück 38 und ein Schirm 24 bilden zusammen mit einer Ionen-Austauschmembran 40 eine Abschluß-Konzentrationssektion. Benachbart zu einem Abschlußblock 44, der eine Elektrode 11 enthält, ist ein Elektroden-Distanzstück 42 positioniert. Benachbart zu der Abschlußblock-Elektrodenanord- nung ist an der dem Elektroden-Distanzstück 42 gegenüberliegenden Seite eine Endplatte 50 positioniert. Zum Halten beziehungsweise Fixieren sämtlicher Elemente der Vorrichtung an ihrem Platz sind erste bis dritte Bolzen 56, 58 und 60, sowie ein vierter Bolzen (nicht gezeigt) vorgesehen, die sich entlang der gesamten Länge der Vorrichtung 10 erstrecken.
Mit Bezug auf Figur 2 sollen nun die Fließwege der Flüssigkeit durch die verschiedenen Sektionen der Elektroentionisierungsvorrichtung erläutert werden. Figur 2 zeigt eine zweistufige Vorrichtung, wobei jedoch auch einstufige oder mehrstufige Vorrichtungen verwendet werden können. Eine zu reinigende Flüssigkeit tritt durch einen Einlaß 62 ein und fließt durch eine erste Verdünnungssektion 28 und anschließend durch eine zweite Verdünnungssektion 28. Die Flüssigkeit wird aus einem Produktstrom-Auslaß 64 wiedergewonnen. Eine Konzentrationsflüssigkeit gelangt durch einen Einlaß 66 durch die Konzentrationssektionen 22 und anschließend durch einen Abfallstrom-Auslaß 68 in einen Abfluß. Ein Flüssigkeits-Elektrolyt zirkuliert von einem Einlaß 70 durch Elektrodensektionen 19 und 42 und wird durch Auslässe 72 einem Abfluß zugeführt.
Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektroentionisierungsvorrichtung ist in Figur 3 gezeigt. Diese Elektroentionisierungsvorrichtung 100 weist eine alternierende Folge von Verdünnungssektionen 102 und Konzentrationssektionen 104 auf, die sich in einem Druckgefäß 106 befinden. Alle Sektionen 102, 104 werden so hergestellt, daß sie eine relativ scheibenförmige Konfiguration, wie zum Beispiel vorzugsweise eine Kreisform oder die Form eines hexagonalen Polygons aufweisen. Die Sektionen 102, 104 sind zur Bildung von Zellenpaaren um eine zentrale Befes-tigungsstange 108 in alternierender Weise gestapelt, wobei die Sektionen durch alternierende anionische und kationische Austauschmembranen getrennt sind. Somit ist zum Beispiel in einem beliebig gewählten zentralen Abschnitt 105 des Sektionen-Stapels die Sektions-/Membran-Sequenz eine sich wiederholende Folge mit folgenden Bestandteilen: Konzentrations-Distanzstück, Kationen-Austauschmembran, Verdünnungs-Distanzstück, Anionen-Austauschmembran. Die Kationen- und Anionen-Austauschmembranen können entweder an dem Verdünnungs- oder dem Konzentrations-Distanzstück oder an beiden befestigt sein, wobei eine Konfiguration bevorzugt wird, bei der die Membranen an dem Distanzstück befestigt sind, das die Verdünnungssektion bildet.
Wenn die Vorrichtung in einer Polaritäts-Umkehrbetriebsart betrieben werden soll, so wie sie im Detail in der US-A-4.956.071 von Giuffrida et al beschrieben ist, sind die Verdünnungs- und Konzentrationssektionen identisch, ebenso wie die Ver- dünnungs- und Konzentrations-Distanzstücke. In diesem Fall können die Sektionen auch als "Dualsektionen" bezeichnet werden, die jeweils aus einer ungeraden Anzahl von Ionen-Austauschmembranen gebildet sind. Die Ionen-Austauschmembranen sind so angeordnet, daß sich eine anionische permeable Membran mit einer kationischen permeablen Membran entlang der axialen Dicke des Dualsektionen- Stapels abwechselt.
Sowohl bei den herkömmlichen, als auch bei den Systemen mit Umkehrpolarität befinden sich an jedem Ende des alternierenden Sektionsstapels Abschlußplatten 110, 112, die an den Enden der Befestigungsstange 108 zum Beispiel durch mit Gewinden versehene Muttern 114, 116 gehalten werden. An einem oder an beiden Enden der Anordnung können federnde Unterlegscheiben 118 zwischen mindestens einer Mutter und der benachbarten Abschlußplatte positioniert werden, um eine federnde Kompression der Anordnung zu erzielen. Die Abschlußplatten 110, 112 haben einen Querschnitt, der im allgemeinen dem Inneren des Druckgefäßes 106 entspricht. Innerhalb von Kanälen 124, 126, die in den Abschlußplatten 110 beziehungsweise 112 ausgebildet sind, können zur wirksamen Abdichtung der Abschlußplatten innerhalb des Druckgefäßes jeweils O-Ringe 120, 122 positioniert werden. Alternativ dazu können die Einrichtungen zum Abdichten der Vorrichtung auch so gestaltet sein, daß sie mit den Abschlußplatten von Standard-Druckgefäßen, wie sie zum Beispiel bei Umkehr-Osmosesystemen verwendet werden, kompatibel sind.
An einem beliebigen Punkt zwischen den Abschlußplatten 110, 112 ist an dem Druckgefäß 106 eine Einlaßöffnung 128 vorgesehen. Alternativ dazu kann die Einlaßöffnung 128 auch an einem Ende der Abschlußplatten selbst positioniert sein. Die Einlaßöffnung 128 schafft eine Verbindung zwischen dem Äußeren der Vorrichtung und einer Zuführungskammer 130, die einen Raum umfaßt, der durch den Bereich zwischen dem äußeren Durchmesser des Stapels der Konzentrations-/Verdünnungssektionen und dem Inneren des Druckgefäßes 106 abgegrenzt ist.
Im Betrieb wird ein Prozeßstrom durch die Einlaßöffnung 128 in die Prozeßstrom-Kammer 130 geführt. Aus der Prozeßstrom-Kammer fließt der Prozeßstrom in die Verdünnungs- und Konzentrationssektionen, und zwar in einer radialen Richtung von dem äußeren Umfang jeder Verdünnungs- und Konzentrationssektion zu jeweils ihrem entsprechenden Zentrum. Da die Verdünnungs- und Konzentrationssektionen in alternierender Weise aneinander geschichtet sind, treten Segmente des Prozeßstroms, die gegen den äußeren Umfang der Verdünnungssektion gedrückt werden, in die Verdünnungssektion ein und bilden den Verdünnungsstrom, während die Prozeßstrom-Segmente, die gegen den äußeren Umfang der Konzentrationssektion gedrückt werden, in die Konzentrationssektion eintreten und den Konzentrationsstrom bilden.
Wie bei bekannten Elektroentionisierungsvorrichtungen ist eine Oberfläche der Verdünnungssektion durch eine Anionen-permeable Membran abgegrenzt, während die gegenüberliegende Oberfläche der Verdünnungssektion durch eine Kationen-permeable Membran definiert ist. Für besondere Anwendungen können anstelle der Anionen- oder Kationen-Membranen auch neutrale Membranen eingesetzt werden. Eletroden 132, 134, die sich innerhalb der Abschlußkappen 110 beziehungsweise 112 befinden, sind mit einer externen Leistungsquelle (nicht gezeigt) verbunden und erzeugen einen elektrischen Strom entlang des Membranenstapels. Die Elektroden 132, 134 sind vorzugsweise keisförmig und in einer kreisförmigen Aussparung an einem nach innen gerichteten Abschnitt jeder Abschlußkappe angeordnet. Elektroden-Einlässe 136, 138 und Elektroden-Auslässe 140, 142 für jede Elektrode ermöglichen eine Strömung zur Zuführung von Flüssigkeit zu Elektroden-Sektionen 144, 146, die eine Flüssigkeitsverbindung zwischen den Elektroden und dem Sektionenstapel schaffen. Innerhalb jeder Elektroden- Sektion kann ein Elektrodenschirm 148, 150 vorgesehen sein, um innerhalb jeder Elektroden-Sektion einen turbulenten Fluß des Flüssigkeitsstromes zu schaffen. Die unmittelbar benachbart zu jeder Elektrode liegende Membran kann entweder eine Kationen-, eine Anionen- oder eine neutrale Membran sein, was davon abhängt, ob die Elektrolytlösung verdünnt, konzentriert oder auf einer konstanten Konzentration gehalten werden soll.
Die Elektroden erzeugen eine Antriebskraft, die bewirkt, daß die in dem Verdünnungsstrom enthaltenen Kationen durch die Kationen-permeable Membran in den Konzentrationsstrom benachbart zu der Kationenpermeablen Membran gedrückt werden. In ähnlicher Weise treiben die Elektroden die in dem Verdünnungsstrom enthaltenen Anionen durch die Anionen-permeable Membran in die Konzentrationssektion benachbart zu der Anionenpermeablen Membran. Wenn somit der Verdünnungsstrom nach innen auf das Zentrum jeder Verdünnungssektion zufließt, wird er von den Ionen befreit und somit gereinigt. Im Gegensatz dazu unterliegt der Konzentrationsstrom einer Ionen-Anreicherung.
Sowohl die Verdünnungssektionen 102 als auch die Konzentrationssektionen 104 umfassen Einrichtungen zur Abgrenzung eines Produktstrom-Auslasses 152 beziehungsweise eine Abfallstrom-Auslasse (in Figur 3 nicht gezeigt). Der Produktstrom-Auslaß 152 steht in Flüssigkeitsverbindung mit jeder der Verdünnungssektionen 102 und ist so konfiguriert, daß er durch jede Konzentrationssektion 104 hindurchlaufen kann, ohne mit diesen in Verbindung zu stehen. In ähnlicher Weise steht der Abfallstrom-Auslaß in Verbindung mit jeder Konzentrationssektion 104 und kann durch die Verdünnungssektionen 102 hindurchfließen, ohne mit diesen in Verbindung zu stehen.
Eine Ausführungsform eines repräsentativen Distanzstücks zur Verwendung in einer Verdünnungs- oder Konzentrationssektion ist in Figur 4 gezeigt. Die Sektion wird im allgemeinen durch ein Distanzstück 154 abgegrenzt, das aus einem relativ inerten thermoplastischen Polymer wie zum Beispiel einem Polyolefin oder einem fluorinierten Hydrokarbon-Polymer gebildet ist. Das in Figur 4 gezeigte Distanzstück ist so konstruiert, daß es eine hexagonale Form aufweist, es ist jedoch, wie oben bereits ausgeführt wurde, eine solche Form nicht unbedingt erforderlich. Der äußere Umfang des Distanzstücks weist eine Mehrzahl von geschlitzten Sektions-Einlässen 156 auf, die es dem Prozeßstrom ermöglichen, aus der Zuführungskammer 130 in die Sektionen hineinzufließen. Eine Mehrzahl gekrümmter Prall- oder Leitflächen 158 grenzen relativ gekrümmte Fließwege 159 zwischen dem Sektionseinlaß und dem Zentrum des Distanzstücks ab. Jedes Distanzstück 154 weist eine zentrale Nabe 160 auf, die eine axiale Öffnung 162 zur Aufnahme der Befestigungsstange 108 umgibt. Im Falle einer Verdünnungssektion umfaßt die Nabe 160 die Auslaßöffnungen 164, um ein Fließen des verdünnten Flüssigkeitsstroms durch die Sektion zu ermöglichen, um in einen Produktstrom-Auslaß 152 sowie einen Durchgangskanal 166 einzutreten, der ein Hindurchtreten des konzentrierten Flüssigkeitsstroms durch die Sektion ermöglicht, ohne mit dieser in Verbindung zu stehen.
In dem Fall, in dem das Distanzstück 154 eine Konzentrationssektion abgrenzt, ermöglichen die Auslaßöffnungen 164 in ähnlicher Weise einen Fluß des Konzentrationsstroms in den Abfallstrom-Auslaß, während die Durchgangskanäle 166 einen Produktstrom-Fließweg durch die Konzentrationssektion abgrenzen, wobei der Produktstrom von diesen isoliert ist.
Da bei einer Elektroentionisierungsvorrichtung zumindest die Verdünnungssektionen mit einem Ionen-Austauschharz gefüllt sind, soll angemerkt werden, daß der Raum zwischen den Prall- oder Leitflächen 158 des Distanzstücks 154 Ionen-Austauschharze enthalten würde. Zusätzlich würden Ionen-Austauschmembranen wie gezeigt sowohl über als auch unter dem Abstandshalter angeordnet werden. Wenn somit zum Beispiel eine Anode über der Zeichenebene und eine Kathode unter der Zeichenebene relativ zu den Sektionen gemäß Figur 4 (im Falle einer Verdünnungssektion) positioniert wurde, steht die obere Oberfläche des Distanzstücks in Verbindung mit einer Anionen-permeablen Membran, während die untere Fläche des Distanzstücks in Verbindung mit einer Kationen-permeablen Membran steht.
Wenn, wie bereits oben erwähnt wurde, das Distanzstück gemäß Figur 4 zur Abgrenzung einer Verdünnungssektion 102 vorgesehen ist, sind Distanzstücke, die Konzentrationssektionen 104 abgrenzen, an beiden Seiten des Distanzstücks gemäß Figur 4 angeordnet. Jedes Distanzstück für eine Konzentrationssektion kann in gleicher Weise wie ein solches für eine Verdünnungssektion ausgebildet sein. Während des Zusammenbaus des Stapels werden die benachbarten Distanzstücke um nährungsweise 60º um die Befestigungsstange 108 relativ zu einem benachbarten Distanzstück gedreht, um dadurch zu bewirken, daß die Durchgangskanäle jedes anderen Distanzstücks in Verbindung mit den jedem Distanzstück benachbarten Sektionen stehen. Daraus resultiert ein Zellenstapel, in dem jede Sektion von den benachbarten Sektionen isoliert ist, jedoch in Flüssigkeitsverbindung mit den eine gerade Anzahl von Distanzstücken entfernt positionierten Sektionen steht.
Im Falle einer Konzentrationssektion muß der Raum zwischen den Leit- oder Prallflächen nicht mit einem Ionen-Austauschharz gefüllt werden, es kann jedoch aus Gründen, die im folgenden kurz genannt werden, wünschenswert sein, ein mit Harz gefülltes Konzentrationssegment vorzusehen.
Die vorliegende Gestaltung bietet mehrere Vorteile gegenüber Elektroentionisierungsvorrichtungen mit rechteckigen Sektionen gemäß dem Stand der Technik. Zum Beispiel erzeugt die kreisförmige oder hexagonale Zellenform einen radial nach innen gerichteten Fließweg der Verdünnungs- und Konzentrationsströme. Der radial nach innen gerichtete Fluß führt zu einer hervorragenden Fließverteilung. Darüberhinaus wird ein Anwachsen der linearen Geschwindigkeit und somit der Massen-Transferrate bewirkt, während die Verdünnungs- und Konzentrationsströme in Richtung auf ihre entsprechenden Auslässe in der zentralen Nabe jeder Sektion fließen.
Weiterhin ist im Gegensatz zu den bekannten Elektroentionisierungsvorrichtungen eine Abdichtung zwischen den Verdünnungs- und Konzentrationskammern nur um die Auslässe in dem Zentrum der Zellenpaare erforderlich. Da der Umfang jedes Sektions-Distanzstücks Fluß-Einlässe (aus dem gleichförmigen Prozeßstrom) abgrenzt, ist es nicht erforderlich, wie bei bekannten Elektroentionisierungsvorrichtungen jede Sektion an ihren Kanten abzudichten. Dies hat zwei Vorteile. Zum einen ist der Vorgang des Zusammenbaus wesentlich vereinfacht, da es nicht mehr erforderlich ist, eine umfangreiche Abdichtung zwischen den Sektionen vorzunehmen. Da das Abdichten minimiert wird (es ist nur um das Zentrum der Distanzstücke erforderlich) ist zweitens der Verlust an Membran-Oberflächenbereichen aufgrund der Membran-zu-Distanzstück-Abdichtungen beseitigt. Da nur eine nicht abgedichtete Ionen-Austauschmembran für einen Ionenaustausch verwendet werden kann, wird durch die Minimierung der Membranabdichtung eine wirksamere Austauschfläche pro Membran-Flächeneinheit geschaffen. Dies führt direkt zu einer Membranwirksamkeit pro Membran-Flächeneinheit, die bei dem Aufbau der Vorrichtung verwendet wird.
Außerdem ist die vorliegende Form besser zur Verwendung in einem Druckgefäß geeignet. Dies ergibt sich aus der virtuellen Eliminierung von externen Lecks, einem einfacheren und wesentlich effektiveren Einschließmechanismus über der einzelnen Befestigungsstange, sowie der Möglichkeit zur Schaffung einer Einheit, die durch eine Patrone aus aneinander gestapelten Verdünnungs- und Konzentrationssegmenten gebildet ist, welche zur Instandsetzung oder zum Ersatz leicht entfernt werden kann.
Wie bereits erwähnt wurde, kann die Verdünnungssektion und optional auch die Konzentrationssektion mit Ionen- Austauschharzen gefüllt sein. Diese Harze können entweder vor dem Zusammenbau des Sektionsstapels oder vorzugsweise nach dem Zusammenbau des Sektionsstapels in die entsprechenden Sektionen eingebracht werden. Das Einfüllen des Harzes wird durch Einpumpen einer Harz- Suspension in Form einer Emulsion durch den Produktstrom-Auslaß in den Stapel, und, in dem Fall, in dem die Konzentrationssektion gefüllt werden soll, durch den Abfallstrom-Auslaß erreicht. Während des Einfüllens des Harzes werden die aneinandergestapelten Sektionen um ihre zentrale Achse gedreht. Die Rotationskraft verteilt die Emulsion in den zu füllenden Sektionen. Der geschlitzte Umfang (das heißt die Einlässe der Sektionen) halten die Harze zurück, während die Trägerflüssigkeit durch die verdichteten Harze hindurch und aus dem Stapel heraustreten kann. Wenn die Zellenpaare gefüllt sind, werden poröse Leisten oder Stäbe in die Einfüllöffnungen im Zentrum eingesetzt, so daß das Harz innerhalb der Sektionen eingeschlossen wird. Die Stäbe sind vorzugsweise genutet, um ein Zupfropfen der Durchgänge mit feinen Harzen zu minimieren.
Die Art des oben beschriebenen Füllvorgangs ermöglicht es, daß die Emulsion während des Füllens verändert wird. Die Harzzusammensetzung kann zum Beispiel entsprechend einer Funktion der radialen Position des Harzes innerhalb der Zellen eingestellt werden.
Die Größe und Form der Distanzstücke und insbesondere der Verdünnungs-Distanzstück müssen optimiert werden. Für eine Elektroentionisierungs-polieranwendung, bei der ein Fließweg von nur etwa 10 cm (4 Zoll) erforderlich ist, kann eine Scheibe oder ein Polygon mit rein radialem Fluß und einem Durchmesser von näherungsweise 23 bis 25 cm (9 bis 10 Zoll) verwendet werden. Bei Anwendungen, bei denen eine größere Weglänge gewünscht wird, können die gekrümmten Prall- oder Leitflächen gemäß Figur 4 verwendet werden, um die Weglänge auf etwa 33 cm (13 Zoll) oder mehr zu vergrößern.
Wie bereits erwähnt wurde, kann auch die Konzentrationssektion ein Ionen-Austauschharz enthalten. Alternativ dazu kann sie auch einfach mit einem inerten oder ionisch leitenden Schirm oder Maschen versehen werden, um eine turbulente Strömung durch die Sektion zu erzeugen. Wie ebenfalls bereits erläutert wurde, ist eine Abdichtung zwischen den Verdünnungs- und Konzentrationssektionen nur um die Auslässe in der Nähe des Zentrums der Zellenpaare erforderlich. Die Abdichtung kann durch Klebstoffe, Schmelzkleber, Hitze, Ultraschallschweißung, induktive Schweißung oder andere Verfahren zum Verbinden polymerer Materialien bewirkt werden.
Die beschriebene Form ergibt eine Membranausnutzung, die wesentlich höher ist, als bei bekannten rechteckigen Zellenpaaren. Für die scheibenförmigen Zellenpaare können kreisförmige Membranen aus einem Membranenbogen in der Weise ausgeschnitten werden, daß die Mittelpunkte jedes Kreises in Form eines hexagonalen Musters angeordnet sind (hexagonal-dichte Anordnung), was zu einem Membran-Ausschuß von nur etwa 10 % führt. Im Falle von hexagonalen, quadratischen oder rechteckigen Sektionsformen können die Ionen-Austauschmembranen zu einer Mehrzahl von hexagonalen, quadratischen beziehungsweise rechteckigen Formen geschnitten werden, wobei nahezu kein Abfall von Membranenmaterial auftritt. Zusätzliche Verluste der wirksamen Membranenfläche treten nur in dem Bereich der zentralen Nabe des Distanzstücks sowie in dem Bereich unterhalb jedes Leitbleches auf.
Wie oben bereits erwähnt wurde, können die für die Verdünnungssektion und die Konzentrationssektion verwendeten Distanzstücke identisch sein, dies ist jedoch nicht erforderlich. Zum Beispiel kann in Abhängigkeit von der Anwendung die Dicke der Verdünnungs- und Konzentrationssektionen relativ zueinander variieren. Zum Beispiel können bei Anwendungen, bei denen es gewünscht wird, die Vorrichtung in einer Polaritäts- Umkehrbetriebsart zu betreiben, die Verdünnungs- und Konzentrations-Distanzstücke identische Form und Dicke aufweisen. Im Falle nicht reversibler Anwendungen können jedoch die zur Abgrenzung der Konzentrationssektion verwendeten Distanzstücke dünner sein, als das Distanzstück, das zur Abgrenzung der Verdünnungssektion verwendet wird, um eine adäquate Fließgeschwindigkeit bei hohen Anforderungen sicherzustellen.
In dem Fall, in dem die Konzentrationssektionen mit einem Ionen-Austauschharz gefüllt sind, können höhere Massentransferraten, eine bessere Produktqualität und ein geringerer elektrischer Widerstand pro Zellenpaar erzielt werden.
Weiterhin ermöglicht die Verwendung von Konzentrationssektionen, die ein Ionen-Austauschharz enthalten, einen Betrieb der Vorrichtung in einer Polaritäts-Umkehrbetriebsart. Bei dieser Betriebsart kann die Polarität der Elektroden in der Weise umgekehrt werden, daß diejenigen Elektroden, die Anoden aufweisen, zu Kathoden wechseln und die Elektroden, die Kathoden aufweisen, zu Anoden wechseln. Wenn eine solche Umkehr auftritt, werden die Verdünnungssektionen zu Konzentrationssektionen und die Konzentrationssektionen zu Verdünnungssektionen. Wenn die Sektionen umgeschaltet werden, werden die Produktauslässe zu Abfallstrom-Auslässen und die Abfallsstrom-Auslässe zu Produktauslässen. Durch den Betrieb der Vorrichtung in einer Polaritäts-Umkehrbetriebsart wird ein System geschaffen, bei dem die Ansammlung und der Aufbau von Macroteilchen, organischen Stoffen und Hammerschlag innerhalb der Vorrichtung vermieden werden kann. Eine eingehende Diskussion der Polaritäts-Umkehrbetriebsart ist in dem US-A-4.956.071 von Giuffrida et al wiedergegeben.
Der Betrieb der Elektroentionisierungsvorrichtung im Polaritäts-Umkehrmodus ist auch deshalb vorteilhaft, weil dadurch eine Vorrichtung ermöglicht wird, die für häusliche Anwendungen, wie zum Beispiel zum Wasserenthärten gut geeignet ist. Eine solche Vorrichtung ist schematisch in Figur 5 dargestellt.
Gemäß Figur 5 ist eine Elektroentionisierungsvorrichtung 100, wie sie zum Beispiel in Figur 3 gezeigt ist, in eine Wand eines Schwalltanks 180 eingebaut, so daß ein Druckgefäß nicht mehr erforderlich ist. Wasser aus einer Quelle wie zum Beispiel einem Brunnen oder einer Stadtwasserversorgung fließt durch ein mit einem Magneten oder einem Motor betätigtes Ventil 181 sowie ein Speerventil 182 in ein Einlaß-/Auslaßrohr 184 des Schwalltanks. Bei Einwegeanwendungen drückt der innere Druck in dem Schwalltrank 180 das Frischwasser durch die Elektroentionisierungsvorrichtung 100, wodurch das Wasser gereinigt wird. Das gereinigte Wasser fließt dann durch eine nachfolgende Behandlungsstufe oder durch eine Versorgungsleitung 186 zum Verbraucher.
Alternativ dazu wird bei umlaufenden Anwendungen der aus dem Elektroentionisierungsstapel austretende Strom über eine Rezirkulationspumpe 188 in den Schwalltank 180 zurückgeführt. Die Verwendung eines Schwalltanks ermöglicht es, einen Spitzenbedarf zu decken, während eine relativ kleine Elektroentionisierungseinheit kontinuierlich arbeiten kann, um den Inhalt des Tanks zu reinigen oder zu entsalzen. Dadurch, daß eine kleine Elektroentionisierungseinheit ausreicht, wenden die Gesamtkosten des Systems erheblich reduziert.
Im Betrieb wird der aus der Elektroentionisierungsvorrichtung 100 austretende verdünnte Strom über eine Rezirkulationsleitung 190 der Rezirkulationspumpe 188 zugeführt. Das Frischwasser kann schließlich aus dem Tank 180 über die Einlaß-/Auslaßleitung 184 herausgeführt werden. Alternativ dazu kann das System mit Ventileinrichtungen versehen werden, so daß der Benutzer die Option hat, Frischwasser aus dem Rezirkulationsstrom durch die Frischwasserleitung 186 wie bei einer Einwegeanwendung zu ziehen. Eine Abwasserleitung 192 ermöglicht ein Austreten des konzentrierten Abwasserstrom aus dem Schwalltank und die Ableitung zu einem Abfluß.
Zusätzlich ermöglicht das in Figur 5 gezeigte System, daß ein Wasserüberschuß direkt zu dem Verbraucher geleitet wird, und zwar unter vollständiger Umgehung des Schwalltanks und der Elektroentionisierungsvorrichtung, wenn entweder sehr viel Wasser benötigt wird oder wenn das Wasser für eine bestimmte Anwendung nicht elektroentionsiert werden muß.
Das durch einen Magneten oder einen Motor betriebene Ventil 181 wird geschlossen, wenn deionisiertes Wasser aus dem Schwalltank 180 über die Einlaß-/Auslaßleitung 184 zu einem Verbraucher geleitet wird. Wenn andererseits gewünscht wird, den Schwalltank und die Elektroentionisierungseinheit zu umgehen und Wasser direkt von einer Quelle zuzuführen, wird das Ventil 181 geöffnet.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist in Figur 6 dargestellt. Figur 6 zeigt ein Distanzstück 254, das so ausgelegt ist, daß es den Prozeßstrom in Verdünnungsströme und Konzentrationsströme auftrennt, bevor die Ströme in die entsprechenden Verdünnungs- und Konzentrationssektionen eintreten. Wie kurz beschrieben werden soll, zeigen die in Figur 6 dargestellten Distanzstücke 254 einen verminderten nutzbaren Membran-Oberflächenbereich im Vergleich zu der in Figur 4 gezeigten Ausführungsform, jedoch ermöglichen diese ein Weglassen des externen Druckbehälters und schaffen ein System, welches als Zweiwege-Fließweg durch das Modul ausgelegt werden kann, so daß die Wirksamkeit des Gesamtprozesses verbessert wird.
Das in Figur 6 gezeigte Distanzstück 254 kann entweder für ein Konzentrationssegment oder für ein Verdünnungssegment verwendet werden. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird das Distanzstück gemäß Figur 5 jedoch in einer Anwendung für ein Verdünnungssegment beschrieben.
Das Distanzstück 254 ist aus einem relativ inerten thermoplatischen Polymer wie zum Beispiel Polypropylen gebildet. Das Distanzstück ist so geformt, daß es relativ kreisförmig ist und eine Mehrzahl von gekrümmten Leit- bzw. Prallflächen 258 aufweist, die Fließwege 259 durch die Sektion abgrenzen. Der Verdünnungsstrom wird in das Verdünnungssegment über Verdünnungsstrom-Einlässe 256 geführt, die von dem äußeren Umfang der Zelle isoliert sind. Die Einlässe stehen mit einer Verdünnungsstrom-Vorkammer 257 in Verbindung, die durch eine Vorkammerwand 261 abgegrenzt ist. Die Verdünnungs-Vorkammer 257 umfaßt ferner eine Mehrzahl von Mischbarrieren 260, die zur Mischung des Verdünnungsstroms in der Vorkammer und zur Verhinderung von Totzonen oder Bereichen mit ungleichförmigem Druck dienen. Die Kammer weist weiterhin eine Mehrzahl von Einlaßschlitzen 262 auf, die ebenfalls den Verdünnungsstrom mischen, wenn dieser in die einzelnen Fließwege 259 eintritt.
Während des Betriebes tritt ein Verdünnungs-Prozeßstrom in das Modul ein und breitet sich durch die Verdünnungsstrom-Einlässe 256 in einer Richtung aus, die senkrecht zu der Ebene der Figur 6 liegt. Beim Auftreffen auf die Verdünnungssektion tritt ein Teil des Stroms aus dem Verdünnungsstrom-Einlaß 256 in die Vorkammer 257 ein. Dieser Strom wird dann durch die Einlaßschlitze 262 in die Fließwege 259 geführt, wo er einem Elektroentionisierungsvorgang unterzogen wird, der die verschmutzenden Komponenten in die benachbarten Konzentrationssektionen fördert. Wie im Falle des in Figur 4 gezeigten Distanzstücks tritt der Verdünnungsstrom durch einen Produktstrom-Auslaß 252 aus der Kammer aus. Gleichzeitig fließt ein Konzentrationsstrom durch einen Konzentrations-Einlaß 264 und einen Konzentrations-Durchgangskanal 266, der den erhöht konzentrierten Strom in der Weise enthält, daß eine Verbindung zwischen dem Konzentrationsstrom und dem Verdünnungsstrom vermieden wird. Der Verdünnungsstrom- Auslaß 252 und der Konzentrationsstrom-Durchgangskanal 266 sind durch Kanäle abgegrenzt, die innerhalb einer Nabe 268 liegen, die eine axiale Öffnung 270 zur Aufnahme einer Befestigungsstange 272 aufweist, welche zum Halten der Distanzstücke in der Stapelkonfiguration in der oben beschriebenen Weise dient.
Auch wenn die Konzentrations- und Verdünnungsstrom-Auslässe bei der vorher beschriebenen Ausführungsform voneinander isoliert sind, teilen die Prozeßstrom-Einlässe für die Konzentrationssektionen und die Verdünnungssektionen eine gemeinsame Versorgungsquelle. Im Gegensatz dazu sind in der in Figur 6 gezeigten Ausführungsform die Verdünnungsstrom-Einlässe (oder im Fall eines Distanzstücks, das eine Konzentrationskammer aufweist, die Konzentrationsstrom-Einlässe) physikalisch von einander getrennt. Anstelle einer Spaltung des Zuführungsstroms in Verdünnungs- und Konzentrationskomponenten am Umfang des Distanzstücks erfordert also das in Figur 6 gezeigte Distanzstück, daß der Prozeßstrom bereits an einem stromaufwärts gegenüber dem Sektionsstapel liegenden Punkt in Verdünnungs- und Konzentrationskomponenten getrennt ist. Dies ermöglicht eine konzentrierte Rezirkulation sowohl bei Standard- als auch bei Polaritäts-Umkehreinrichtungen, was den Vorteil bietet, daß hoch konzentrierte Stromgeschwindigkeiten möglich sind, während ein hoher Grad der Wasserwiedergewinnung beibehalten wird.
Infolge dieser früheren Trennung müssen die Distanzstücke entlang ihres Umfangs abgedichtet werden. Die benachbart zu den oberen und unteren Flächen des Membranenstapels angeordneten Ionen-Austauschmembranen werden ebenfalls entlang ihrer äußeren Kanten abgedichtet, wodurch die Gesamtwirksamkeit der Membran als Folge der reduzierten, nicht abgedichteten Membranfläche vermindert wird. Auch wenn jedoch ein gewisser Anteil der Membranfläche verloren geht, ist die Wirksamkeit der Membran trotzdem größer, als die der bekannten Elektroentionisierungsvorrichtungen. Darüberhinaus bietet diese Form die Möglichkeit eines Zweiwege-Flußweges durch das Elektroentionisierungsmodul. Eine solche Konfiguration ist in Figur 7 dargestellt.
Figur 7 zeigt eine Elektroentionisierungsvorrichtung 300, die mit einem Zweiwege-Fließweg durch den Stapel der Konzentrations- und Verdünnungssektionen 304, 302 versehen ist, um ein System mit einem verbesserten Aufnahmevermögen zu schaffen. Ein solcher Entwurf ist deshalb vorteilhaft, weil ein Zweiwege-Fluß des Verdünnungsstroms entweder zu einer höheren Produktqualität bei gegebener Größe des Moduls oder einer Reduzierung der Modulgröße zur Erzielung einer gegebenen Qualität führt. Ein solcher Entwurf ermöglicht somit Module, die zur Erzielung der gleichen Leistung kleine Patronen aufweisen.
In ähnlicher Weise ermöglicht ein Zweiwege-Fluß des Konzentrationsstroms eine hohe Ionen-Wiedergewinnungsrate in den Konzentrationssektionen, während die erforderliche Fließgeschwindigkeit in den Konzentrationssektionen ohne Verwendung einer Konzentrat-Rezirkulationspumpe aufrecht erhalten wird. Wie noch kurz erläutert werden soll, beseitigt eine solche Form die Notwendigkeit, ein Druckgefäß zur Aufnahme des Stapels von Konzentrations- und Verdünnungssektionen zu verwenden. Auch wenn ein solcher Entwurf zu einer geringeren Membranausnutzung (näherungsweise 65%) führt als bei dem vorher erwähnten Einwege-Aufbau, so ist die Membranausnutzung immer noch höher, als die mit den herkömmlichen Eletroentionisierungsvorrichtungen erzielte Ausbeute. Wie in Figur 7 gezeigt ist, weist die Elektroentionisierungsvorrichtung 300 alternierend Verdünnungsektionen 302 und Konzentrationssektionen 304 auf, die aneinander gesetzt und mit einer zentralen Befestigungsstange 308 mittels Abschlußkappen 310, 312 gehalten werden. Wie bei dem vorhergehenden Beispiel werden Muttern 314, 316 in Verbindung mit federnden Unterlegscheiben 318 zur Abdichtung der Enden des Sektionsstapels verwendet. Die Elektroden 132 und 134 entsprechen den oben beschriebenen Elektroden.
Der Zweiwegebetrieb eines Elektroentionisierungsmoduls kann durch selektive Sperrung des Flußes durch den Zuführungseinlaß an einem Punkt innerhalb des Elektroentionisierungsstapels erreicht werden. Bei dem in
Figur 7 gezeigten Beispiel fließt der Verdünnungsstrom in einer ersten Hälfte 320 durch die Verdünnungssektionen vom Umfang nach innen zum Zentrum, während in einer zweiten Hälfte 322 des Stapels der Verdünnungsstrom von den Zentrum nach außen zum Umfang fließt, wodurch die Wirksamkeit des Fließweges durch das Modul verdoppelt wird. Der Fluß kann in einfacher Weise durch Verwendung eines trennenden Distanzstücks 324, der keine Fluß-Einlässe aufweist, sowie durch Positionierung dieses Distanzstücks an einer Trennlinie zwischen den zwei Hälften 320, 322 des Elektroentionisierungsstapels unterbrochen werden.
Im Gegensatz zu Figur 4, wo nur der Auslaß eine Abdichtung erforderte, ist eine Abdichtung zwischen den Verdünnungs- und Konzentrationssektionen sowohl an den Auslaßöffnungen im Zentrum der Zellenpaare als auch an den Einlaßschlitzen erforderlich, die an dem Umfang jeder Zelle positioniert sind. Nachdem die Zellenpaare zu einem Stapel zusammengebaut worden sind, können die äußeren Umfänge der Verdünnungs- und Konzentrations- Distanzstücke durch Schmelzschweißen oder andere, oben beschriebene Verfahren abgedichtet werden. Wenn wie bei den vorherigen Beispielen sowohl die Konzentrationssektionen als auch die Verdünnungssektionen mit einem Ionen-Austauschharz gefüllt werden, kann die Vorrichtung in einer Polaritäts-Umkehrbetriebsart betrieben werden .
Ein Verfahren zu Herstellung der oben beschriebenen Elektroentionisierungsstapel läuft wie folgt ab. Im Falle der oben beschriebenen ersten Ausführungsform werden unkonditionierte und trockene Kationen- und Anionen-Austauschmembranen an den Verdünnungs-Distanzstücken über den Auslaßöffnungen an der zentralen Nabe angeklebt, so daß die Verdünnungs- und Konzentrat-Auslaßöffnungen voneinander isoliert sind. Das Ankleben kann mittels Klebstoffen, Schmelzklebern, Ultraschallschweißen, Schmelzschweißen, oder anderer geeigneter Verfahren erfolgen. Die Zellenpaare werden mit einem Konzentrat-Distanzstück oberhalb jedes Verdünnungs-Distanzstücks mit angeklebten Membranen zusammengebaut. Die Zellenpaare werden aneinander nur im Bereich um ihre Auslaßöffnungen mittels Ultraschallschweißen oder anderer Verfahren aneinander befestigt. Nach dem Zusammenbau wird der Stapel Zellenpaare zur Konditionierung der Membranen in bekannter Weise in einen die Membranen konditionierenden Tank eingetaucht.
Es ist zu beachten, daß während des Zusammenbaus des Moduls das Modul vor der Membran-Konditionierung nicht vollständig befestigt werden sollte, da dies zur Ausbildung von Falten in der Membran führen kann. Es ist somit vorzuziehen, daß das Modul in einem losen Zustand konditioniert wird, damit sich die Membran während der Konditionierung ausdehnen kann. Nach der Konditionierung der Membran kann das Modul dann fest angezogen werden.
Im Anschluß an die Konditionierung der Membran und das Anziehen des Moduls wird der Stapel in einer Einrichtung installiert, die den Stapel um seine zentrale Achse rotiert, während eine verdünnte Emulsion eines Ionen-Austauschharzes durch die Auslaßöffnungen in der zentralen Nabe in die Verdünnungssektionen eingefüllt wird. Die Emulsion kann mit Schläuchen verteilt werden, die sich quer entlang des Auslaßkrümmers nach vorne und nach hinten erstrecken, wodurch ein gleichmäßiger Fluß des Harzes in die einzelnen Sektionen sichergestellt wird.
Das Verhältnis zwischen anionischem und kationischem Harz in der Emulsion kann kontinuierlich durch getrennte Überwachung der Harze in der Trägerflüssigkeit variiert werden, wodurch ein Gradient der Zusammensetzung der Harze innerhalb der Sektion erzielt wird. Die durch die Rotation des Stapels erzeugte Zentrifugalkraft verteilt die Emulsion gleichmäßig in den Sektionen. Die Harze werden durch den geschlitzten Umfang der Distanzstücke zurückgehalten, während die Trägerflüssigkeit der Emulsion durch das verdichtete Harz und durch den Umfang des Zellenpaarenstapels aus den Zellenpaaren herausfließen kann. Wenn die Zellenpaare gefüllt sind, können poröse Stifte in die Einfüllöffnungen im Zentrum eingesetzt werden, um die Harze einzuschließen. Die Stifte sind vorzugsweise geschlitzt, um das Verkleben von Durchgängen durch feine Harzkomponenten zu minimieren. Weiterhin können die Stifte so gestaltet sein, daß sie entfembar sind, so daß ein Austausch des Harzes durch Verflüssigen und Auswaschen möglich ist, wenn die Harze faulen, verkleben oder während des Gebrauchs beschädigt werden.
Nach dem Zusammenbau und dem Füllen des Zellenstapels werden die die Elektroden enthaltenden Abschlußplatten angesetzt und der komplette Stapel durch eine durch das Zentrum des Stapels geführte Stange komprimiert. Wie bereits erwähnt wurde, sind die Enden der Stange mit einem Gewinde versehen, wobei federnde Unterlegscheiben zwischen die Muttern am Ende der Stange gelegt werden können, um die Durckkraft auf den Stapel aufrecht zu erhalten. Das vollständige Modul kann dann zum Gebrauch in ein Druckgefäß eingesetzt werden.
Im Falle einer Polaritäts-Umkehrzelle ist das Herstellungsverfahren identisch mit dem oben beschriebenen Verfahren, jedoch mit der Ausnahme, daß die Konzentrationssektionen ebenfalls mit einem Ionen-Austauschharz unter Anwendung der gleichen Methode gefüllt werden. Im Gegensatz zu der Form des Stapels, dessen Polarität nicht umkehrbar ist, und bei dem die Konzentrationssektionen dünner sein können, als die Verdünnungssektionen, sind im Falle von Polaritäts-Umkehranwen- dungen die Konzentrations-Distanzstücke so ausgebildet, daß sie die gleiche Dicke haben, wie diejenigen, die in den Verdünnungssektionen verwendet werden.
Wenn Distanzstücke der in Figur 6 gezeigten Art verwendet werden sollen, erfolgt der Zusammenbau wie folgt.
Unkonditionierte und trockene Kationen- und Anionen- Austauschmembranen werden an einem Verdünnungs-Distanzstück im Bereich um zentrale Öffnungen befestigt, so daß die Verdünnungs- und Konzentrations-Auslaßöffnungen voneinander isoliert sind. Die Befestigung kann in gleicher Weise wie bei der obigen Ausführungsform mit Klebstoffen, Lösungsmitteln, Ultraschallschweißung, Schmelzschweißung oder auf jede andere geeignete Weise erfolgen. Die Zellenpaare werden mit einem Konzentrat- Distanzstück an der Oberseite jedes Verdünnungs- Distanzstücks mit befestigten Membranen zusammengebaut. Die Zellenpaare werden wiederum wie oben beschrieben im Bereich ihrer zentralen Öffnungen durch Ultraschallschweißung oder andere Verfahren aneinander befestigt. Die Membranen werden ebenfalls wie oben durch Eintauchen in einen Membran-Konditionierungstank konditioniert. Wenn die Membranen konditioniert worden sind, werden die Zellenpaare im Bereich ihrer am Umfang liegenden Öffnungen durch Ultraschallschweißung oder andere Verfahren aneinander befestigt. Als Alternative dazu können die Membranen gleichzeitig bei einer halben Zelle vorgeklebt und auch vor der endgültigen Klebung vorkonditioniert werden. Dadurch kann der Stapel zellenweise aufgebaut werden.
Die Zellenpaare werden unter Anwendung eines Verfahrens, bei dem der Zellenstapel rotiert wird, mit Ionen-Austauschharzen gefüllt, wobei die Harze wie oben beschrieben in Form einer Emulsion zugegeben werden. Wenn der Stapel vollständig zusammengebaut und zwischen den Abschlußplatten komprimiert ist, werden die äußeren Umfänge der Verdünnungs- und Konzentrations-Distanzstücke durch Schmelzschweißen verbunden, um den Stapel vollständig abzudichten und jedes äußere Leck zu beseitigen. In dem Fall, in dem ein Zweiwegestapel gewünscht wird, ist das Herstellungsverfahren mit dem oben beschriebenen Verfahren identisch, mit der Ausnahme, daß ein Distanzstück in der Mitte des Stapels nicht mit Einlaßöffnungen versehen wird, um dadurch ein Fließen von Flüssigkeit in die Öffnungen am Umfang des Stapels an der Stelle, an der das Separations-Distanzstück liegt, zu verhindern.
Wie oben erwähnt wurde, ist es möglich, die Zellen eines Moduls nacheinander aufzubauen und zu verbinden und im Anschluß daran die Zellen mit den gewünschten Harzen zu füllen, wenn der Zusammenbau ganz oder teilweise abgeschlossen ist.

Äquivalente:

Auch wenn die besonderen Kennzeichen und Merkmale der Erfindung nicht in allen Zeichnungen dargestellt sind, kann trotzdem jedes Merkmal mit jedem anderen in der erfindungsgemäßen Weise kombiniert werden.
Durch die Verwendung der Elektroentionisierungsvorrichtung mit Verdünnungs- und Konzentrationssektionen, die teilweise durch scheibenförmige Distanzstücke abgegrenzt sind, können verschiedene Aufgaben der Erfindung allgemein gelöst werden. Es ist jedoch zu berücksichtigen, daß auch andere Konfigurationen von Distanzstücken zusätzlich oder alternativ zu der Erfindung verwendet werden können. Beispielsweise ermöglicht die Erfindung die Verwendung eines Distanzstücks mit oktagonalem oder quadratischem Querschnitt in gleicher Weise, wie die Verwendung der oben beschriebenen kreisförmigen und hexagonalen Ausführungsform.

Claims

1. Modulare Zelle zur Verwendung in einer Elektroentionisierungsvorrichtung, die einen elektrisch inerten Abstandshalter (154, 254) aufweist, der eine Anionen-Austausmembran und eine Kationen-Austauschmembran trennt, um eine erste Sektion (102, 104, 302, 304) zwischen den Membranen abzugrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle und der Abstandshalter scheibenförmig sind, der Umfang des Abstandshalters (154, 254) einen Einlaß (156, 256) für einen Prozeßstrom abgrenzt, und der Abstandshalter (154, 254) eine zentrale Nabe (160, 268) aufweist, die mindestens einen Durchgangskanal (166, 266) umfaßt, der von der ersten Sektion (102, 104, 302, 304) isoliert ist, sowie einen Auslaß (152, 252) für den Prozeßstrom bildet, wobei der Durchgangskanal (166, 266) so angeordnet ist, daß er eine Flüssigkeitsverbindung mit mindestens einer unmittelbar benachbarten zweiten Sektion (102, 104, 302, 304) schafft, und der Prozeßstrom-Auslaß (166, 266) so angeordnet ist, daß eine Flüssigkeitsverbindung mit mindestens einer dritten Sektion (102, 104, 302, 304) geschaffen wird, die von der ersten Sektion (102, 104, 302, 304) durch mindestens eine zweite Sektion (102, 104, 302, 304) getrennt ist.

2. Modulare Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgangskanal (166, 266) und der Prozeßstrom-Auslaß (152, 252) so angeordnet sind, daß bei Positionierung der modularen Zelle in einem Stapel ähnlicher Zellen die zweite Sektion (102, 104, 302, 304) in einer zweiten Zelle und die dritte Sektion (102, 104, 302, 304) in einer dritten Zelle abgegrenzt sind.

3. Modulare Zelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der scheibenförmige Abstandshalter (154, 254) eine Mehrzahl von Leit- oder Prallflächen (158, 258) zur Abgrenzung eines Fließweges für den Prozeßstrom aufweist.

4. Modulare Zelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leit- oder Prallflächen (158, 258) gekrümmt sind.

5. Modulare Zelle nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Sektion (102, 104, 302, 304) eine Verdünnungssektion (102, 302) ist.

6. Modulare Zelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Sektion (102, 302) mit einem Ionen-Austauschharz gefüllt ist.

7. Modulare Zelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Sektion (102, 104, 302, 304) eine Konzentrationssektion (104, 304) aufweist.

8. Modulare Zelle nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Sektion (102, 104, 302, 304) eine Konzentrationssektion (104, 304) aufweist.

9. Modulare Zelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Sektion (102, 104, 302, 304) eine Verdünnungssektion (102, 302) aufweist.

10. Modulare Zelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentrationssektion (104, 304) einen inerten oder einen elektrisch leitenden Schirm aufweist.

11. Modulare Zelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentrationssektion (104, 304) ein Ionen-Austauschharz enthält.

12. Modulare Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die Nabe (160, 268) eine zentrale Öffnung (162, 270) aufweist, die so gestaltet und angeordnet ist, daß sie eine Befestigungsstange (108, 272) aufnehmen kann.

13. Modulare Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (160, 268) drei Produktstrom-Auslässe (152, 252) aufweist.

14. Modulare Zelle nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Produktstrom-Auslässe (152, 252) um die Nabe (160, 268) mit Winkelabständen von 120º zueinander positioniert sind.

15. Modulare Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (160, 268) drei Durchgangskanäle (166, 266) aufweist.

16. Modulare Zelle nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangskanäle (166, 266) um die Nabe (160, 268) mit Winkelabständen von 120º zueinander positioniert sind.

17. Modulare Zelle nach Anspruch 6 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ionen-Austauschharz im Hinblick auf seine Zusammensetzung einen durch die Sektion (102, 104, 302, 304) verlaufenden Gradienten aufweist.

18. Modulare Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Druckgefäß (106) angeordnet ist.

19. Modulare Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Produktstrom-Einlaß (156, 256) von dem äußeren Umfang der Zelle isoliert ist.

20. Elektroentionisierungsvorrichtung, gekennzeichnet durch eine erste Zelle gemäß Anspruch 1, die benachbart zu einer zweiten Zelle liegt, wobei die zweite Zelle eine zweite Sektion (102, 104, 302, 304) abgrenzt und einen zweiten elektrisch inerten, scheibenförmigen Abstandshalter (154, 254) mit einem Prozeßstrom-Einlaß (156, 256) und einer zentralen Nabe (160, 268) aufweist, die mindestens einen Durchgangskanal (166, 266) abgrenzt, der von der zweiten Sektion (102, 104, 302, 304) isoliert ist und in Flüssigkeitsverbindung mit der ersten Zelle steht, sowie mit mindestens einem Prozeßstrom-Auslaß (152, 252), der von der ersten Zelle isoliert ist.

21. Elektroentionisierungsvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Abstandshalter (154, 254) ferner eine Mehrzahl von Leit- oder Prallflächen (158, 258) aufweist, die von dessen zentraler Nabe (160, 268) ausgehen.

22. Elektroentionisierungsvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, zwischen der Anionen-Austauschmembran und der Kationen-Austauschmembran angeordnete Sektion (102, 104, 302, 304) eine Verdünnungssektion (102, 302) aufweist.

23. Elektroentionisierungsvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Sektion (102, 302) mit einem Ionen-Austauschharz gefüllt ist.

24. Elektroentionisierungsvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Sektion (104, 304) eine Konzentrationssektion (104, 304) ist.

25. Elektroentionisierungsvorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentrationssektion (104, 304) einen inerten oder elektrisch leitenden Schirm aufweist.

26. Elektroentionisierungsvorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentrationssektion (104, 304) mit einem Ionen-Austauschharz gefüllt ist.

27. Elektroentionisierungsvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeßstrom-Einlaß (156, 256) der ersten Zelle von dem Prozeßstrom- Einlaß (156, 256) der zweiten Zelle isoliert ist.

28. Elektroentionisierungsvorrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von ersten und zweiten Zellenpaaren.

29. Elektroentionisierungsvorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der Zellenpaare zwischen einer Anode (132, 134) und einer Kathode (132, 134) angeordnet ist.

30. Elektroentionisierungsvorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der Zellenpaare in einem Druckgefäß (106) enthalten ist.

31. Elektroentionisierungsvorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozeßstrom-Einlässe (156, 256) der Zellenpaare um den Umfang jedes Zellenpaares angeordnet sind.

32. Elektroentionisierungsvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozeßstrom-Einlässe (156, 256) der Zellenpaare von dem Umfang jedes Zellenpaares isoliert sind.

33. Elektroentionisierungsvorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeßstrom-Einlaß (156, 256) der ersten Zelle in Flüssigkeitsverbindung mit dem Prozeßstrom-Einlaß (156, 256) der zweiten Zelle steht.

34. Elektroentionisierungsvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandshalter (154, 254) der ersten Zelle relativ zu dem Abstandshalter (154, 254) der zweiten Zelle um 60º gedreht ist.

35. Elektroentionisierungsvorrichtung nach Anspruch 23 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Ionen-Austauschharz im Hinblick auf seine Zusammensetzung einen Gradienten durch die erste Sektion aufweist.

36. Verfahren zur Herstellung einer Elektro entionisierungsvorrichtung, gekennzeichnet durch:

a) Anfertigungen mindestens einer scheibenförmigen Elektroentionisierungszelle mit einer zentralen Achse, einem Prozeßstrom-Einlaß (156, 256), der an dem Umfang der Zelle angeordnet ist, sowie einem Prozeßstrom-Auslaß (152, 252), der benachbart zu der zentralen Achse der Zelle liegt;

b) Bereitstellen einer Suspension eines Ionen-Austauschharzes in einer Flüssigkeit, und

c) Rotieren der Zelle um ihre zentrale Achse, während gleichzeitig die Suspension (Emulsion) durch den Prozeßstrom-Auslaß (152, 252) in die Zelle einfließt.

37. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung der Suspension (Emulsion) verändert wird, während gleichzeitig die Suspension (Emulsion) in die Zelle fließt.

38. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluß der Suspension (Emulsion) beendet wird, während die Rotation der Zelle für eine Zeitdauer aufrechterhalten wird, die ausreicht, um ein Ablaufen der Flüssigkeitskomponente der Suspension (Emulsion) aus der Zelle zu ermöglichen.