RU2411986C2 - Reel-type electric baromembrane apparatus - Google Patents

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to design of electric baromembrane apparatuses and may be used in membrane technology processes. Proposed apparatus comprises cylindrical housing, perforated solution-discharge tube, anode or cathode membrane, monopolar electrodes and current feed device. Apparatus incorporates differential cathode permeate discharge and anode retention elements depending upon anode or cathode connection. Monopolar electrodes are arranged in both intermembrane space and zone formed by membrane tabs. Turbulator screen is made from electrically conducting polymer composite material. Dielectric material is applied on all apices of said screen at points of contact with membrane surface.

EFFECT: higher quality and efficiency of separation of solutions.

4 dwg

Description

Изобретение относится к конструкциям мембранных аппаратов рулонного типа и может быть использовано для осуществления процессов мембранной технологии: электроультрафильтрации, электронанофильтрации и электроосмофильтрации.The invention relates to constructions of membrane apparatuses of a roll type and can be used to carry out processes of membrane technology: electro ultrafiltration, electrofiltration and electroosmofiltration.

Аналогом данной конструкции является баромембранный аппарат рулонного типа, конструкция которого приведена в работе Дытнерского Ю.И. «Баромембранные процессы. Теория и расчет». - М.: Химия, 1986 г. Аппарат рулонного типа состоит из корпуса, перфорированной раствороотводящей трубки с обернутыми вокруг нее несколькими многослойными листами мембран. Недостатком аппарата является низкая эффективность разделения растворов, в особенности при разделении многокомпонентных смесей электролитов, при дифференцированном выделение ионов, при отделении электролитов от неэлектролитов и при выделении ценных веществ из природных и сточных вод и т.д. В процессе, работающим под действием градиента давления, ионы через мембрану проходят практически в эквимолекулярных соотношениях. Это означает, что разделить качественно в таком аппарате, например, многокомпонентную смесь электролитов невозможно.An analog of this design is a roll-type baromembrane apparatus, the design of which is given in the work of Yu. I. Dytnersky “Baromembrane processes. Theory and calculation. " - M .: Chemistry, 1986. The roll-type apparatus consists of a body, a perforated solution tube with several multilayer membrane sheets wrapped around it. The disadvantage of the apparatus is the low efficiency of the separation of solutions, especially when separating multicomponent mixtures of electrolytes, with differentiated separation of ions, with the separation of electrolytes from non-electrolytes and with the separation of valuable substances from natural and waste waters, etc. In a process operating under the action of a pressure gradient, ions pass through a membrane in almost equimolecular proportions. This means that it is impossible to separate qualitatively in such an apparatus, for example, a multicomponent mixture of electrolytes.

Прототипом данной конструкции является электробаромембранный аппарат рулонного типа, конструкция которого приведена в патенте на изобретение №2268085 «Электробаромембранный аппарат рулонного типа». Электробаромембранный аппарат рулонного типа состоит из корпуса, перфорированной секционированной раствороотводящей трубки, прианодной и прикатодной мембраны, монополярных электродов и устройства подвода электрического тока. Недостатком аппарата является малая эффективность дифференцированного выделения ионов, в особенности при выделении ценных веществ из многокомпонентных растворов природных и сточных вод, а также большое сопротивление выделяемого газа на электродах процессу разделения.The prototype of this design is the roll-type electro-baromembrane apparatus, the design of which is shown in the patent for invention No. 2268085 “Roll-type electro-baromembrane apparatus”. The roll-type electro-baromembrane apparatus consists of a housing, a perforated sectioned solution tube, an anode and cathode membrane, monopolar electrodes and an electric current supply device. The disadvantage of this apparatus is the low efficiency of differentiated ion separation, especially when releasing valuable substances from multicomponent solutions of natural and waste water, as well as the high resistance of the gas released on the electrodes to the separation process.

Техническая задача изобретения - повышение качества и эффективности разделения растворов путем дифференцированного отвода прикатодного пермеата и прианодного ретентата, в зависимости от схемы подключения анод или катод, исключение окисления электрода - анода или катода за счет изготовления сетки, выполненной из электропроводящего полимерного композита.The technical task of the invention is to improve the quality and efficiency of the separation of solutions by differentiating the cathode permeate and anode retentate, depending on the connection pattern of the anode or cathode, eliminating the oxidation of the electrode - anode or cathode by fabricating a mesh made of an electrically conductive polymer composite.

На фиг.1, фиг.2 показан в разрезе электробаромембранный аппарат рулонного типа.In Fig.1, Fig.2 shows a sectional view of a roll-type electrobaromembrane apparatus.

Аппарат состоит из следующих основных деталей и узлов фиг.1 и фиг.2: цилиндрического корпуса 1 и перфорированной раствороотводящей трубки 2, выполненных из диэлектрического материала; прианодной или прикатодной мембраны 3; устройства для подвода электрического тока 4; монополярных электродов, которые расположены как в межмембранном пространстве - сетка-турбулизатор 7, так и в области, образованной лепестками мембран - дренажная сетка 5, служащие одновременно электродом катодом или анодом в зависимости от схемы подключения + или -; щелевидной пластины 6, являющейся одновременно креплением сетки турбулизатора 7.The apparatus consists of the following main parts and components of FIGS. 1 and 2: a cylindrical body 1 and a perforated solution pipe 2 made of a dielectric material; an anode or cathode membrane 3; devices for supplying electric current 4; monopolar electrodes, which are located both in the intermembrane space — the grid-turbulator 7, and in the region formed by the petals of the membranes — the drainage grid 5, which simultaneously serve as the electrode by the cathode or anode, depending on the connection scheme + or -; slit-like plate 6, which is simultaneously the fastening of the grid of the turbulator 7.

На фиг.3 - вид Б электробаромембранного аппарата рулонного типа, основными элементами которого являются дренажная сетка 5, сетка-турбулизатор 7 выполнена из электропроводящего полимерного композита, на все вершины которой нанесен диэлектрический элемент 8 в точках касания с поверхностью мембран.Figure 3 is a view B of a roll-type electric baromembrane apparatus, the main elements of which are a drainage grid 5, a turbulent grid 7 is made of an electrically conductive polymer composite, on all vertices of which a dielectric element 8 is applied at points of contact with the surface of the membranes.

На фиг.4 вид В показана пространственная модель межмембранного пространства электробаромембранного аппарата рулонного типа, основными элементами которого являются мембраны 3, сетка-турбулизатор 7 выполнена из электропроводящего полимерного композита, на все вершины которой нанесен диэлектрический элемент 8 в точках касания с поверхностью мембран.4, view B shows a spatial model of the intermembrane space of a roll-type electro-baromembrane apparatus, the main elements of which are membranes 3, the mesh-turbulator 7 is made of an electrically conductive polymer composite, all of whose vertices are coated with a dielectric element 8 at points of contact with the surface of the membranes.

Электробаромембранный аппарат рулонного типа работает следующим образом.The roll-type electrobarometric membrane apparatus works as follows.

Разделяемая жидкость под давлением, превышающем осмотическое, через торцевую поверхность поступает в межмембранное пространство между цилиндрическим корпусом 1, мембранами 3 и перфорированной раствороотводящей трубкой 2.Separated liquid under a pressure exceeding the osmotic pressure, through the end surface, enters the intermembrane space between the cylindrical body 1, the membranes 3 and the perforated solution pipe 2.

После заполнения аппарата жидкостью на клеммы устройства для подвода электрического тока 4 подается постоянное напряжение, вызывающее определенную плотность тока в растворе. Под действием электрического поля, в зависимости от схемы подключения анод или катод, катионы или анионы транспортируются через прикатодную или прианодную мембрану 3 к катоду 5, являющуюся дренажной сеткой из графитовой ткани, и выводятся сквозь щели пластины 6, расположенные на перфорированной раствороотводящей трубке 2. Анионы или катионы транспортируются по всему межмембранному пространству в центральном ядре потока сетки турбулизатора 7, выполненной из электропроводящего полимерного композита, являющейся анодом или катодом, на все вершины которой нанесен диэлектрический элемент 8 в точках касания с поверхностью мембран.After filling the apparatus with liquid, a constant voltage is applied to the terminals of the device for supplying electric current 4, which causes a certain current density in the solution. Under the influence of an electric field, depending on the connection scheme, the anode or cathode, cations or anions are transported through the cathode or anode membrane 3 to the cathode 5, which is a drainage network made of graphite fabric, and are removed through the slots of the plate 6 located on the perforated solution pipe 2. Anions or cations are transported throughout the intermembrane space in the central core of the flow of the grid of the turbulator 7, made of an electrically conductive polymer composite, which is an anode or cathode, to all ershiny which caused dielectric element 8 at the points of contact with the membrane surface.

В результате электрохимических реакций в прикатодном и прианодном пространствах образовавшиеся продукты вымываются прикатодным пермеатом, продавливаемым под действием перепада давления через мембраны, и прианодным ретентатом в зависимости от схемы подключения соответственно.As a result of electrochemical reactions in the near-cathode and anode spaces, the formed products are washed out by the near-cathode permeate, pressed through a differential pressure across the membranes, and by the anode-retentate, depending on the connection scheme, respectively.

Таким образом, из разделяемого раствора, протекающего по всему межмембранному каналу в виде анионов и катионов, отводятся растворенные вещества с прикатодным пермеатом и прианодным ретентатом.Thus, solutes with a near-cathode permeate and an anode retentate are removed from a separable solution flowing along the entire intermembrane channel in the form of anions and cations.

На разработанной конструкции электробаромембранного аппарата рулонного типа без наложения электрического поля можно проводить баромембранные процессы, например ультрафильтрацию, обратный осмос, нанофильтрацию.Baromembrane processes, for example ultrafiltration, reverse osmosis, nanofiltration, can be carried out on the developed design of the roll-type electrobaromembrane apparatus without applying an electric field.

Claims (1)

Электробаромембранный аппарат рулонного типа, состоящий из: цилиндрического корпуса, перфорированной раствороотводящей трубки, прианодной или прикатодной мембраны, монополярных электродов и устройства подвода электрического тока, отличающийся тем, что в аппарате выполнен дифференцированный отвод прикатодного пермеата и прианодного ретентата в зависимости от схемы подключения анод или катод, при этом монополярные электроды расположены как в межмембранного пространства, так и в области, образованной лепестками мембран, сетка-турбулизатор выполнена из электропроводящего полимерного композита, на все вершины которой нанесен диэлектрический элемент в точках касания с поверхностью мембран. Roll-type electric baromembrane apparatus, consisting of: a cylindrical body, a perforated solution tube, an anode or cathode membrane, monopolar electrodes and an electric current supply device, characterized in that the device is made differentiated cathode permeate and anode retentate tap depending on the connection diagram of the anode or cathode while monopolar electrodes are located both in the intermembrane space and in the region formed by the membrane petals, the mesh-turbule wort made of the electroconductive polymer composite, in which all the vertices deposited dielectric element at the points of contact with the membrane surface.

Images