RU2820720C1 - Flat-chamber electric baromembrane apparatus - Google Patents

Abstract

FIELD: various technological processes.

SUBSTANCE: invention relates to separation, concentration and purification of solutions by methods of electro-microfiltration, electro-ultrafiltration, electro-nanofiltration, electro-osmofiltration. and can be used in chemical, machine building, food industry, agricultural sector. Flat-chamber type electric baromembrane apparatus consists of two dielectric flanges of the housing, metal plates, devices for direct current supply, unions for inlet and outlet of separated solution, grid of turbulence promoter, cathode and anode membrane, porous substrate. Separation chambers feature identical volume and shape. In alternating dielectric chambers of the housing with "ledge" and with "recess" there are three overflow channels, respectively, connecting adjacent separation chambers along the solution circulation path, which coincide with the same number of holes in the gaskets. There are also three horizontal and vertical truncated conical holes, which are installed in a row at a distance of one hundred and of fifty millimetres from each other along the vertical and horizontal axes, respectively. Dielectric flanges of the housing are equipped with three unions for inlet and outlet of the separated solution, which are installed in a row at a distance of fifty millimetres from each other along the horizontal axis, respectively. Third and first dielectric chambers of the housing with a "recess" in front and behind are equipped with three chamber unions for inlet of the initial solution and outlet of the retentate, which are installed in a row at a distance of one hundred millimetres from each other along the vertical axis. In alternating dielectric chambers of housing with "ledge" and with "recess", housing flanges there are two holes for supply of electric wires, in which there are also two polymer compounds and two auxiliary inclined channels connected to two channels for removal of cathode and anode permeate and two unions for removal of cathode and anode permeate, rectangular pins, located at equal distance from weaves of cation-exchange and anion-exchange membranes and directed towards cathode and anode membranes, respectively.

EFFECT: invention provides an increase in the area of separation of the solution per unit volume of the apparatus, reduction of hydraulic resistance in overflow channels for circulation of separated solution, increasing the productivity and efficiency of solution separation, reducing stagnation on the path of removal of cathode and anode permeate.

1 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области разделения, концентрирования и очистки растворов методами электромикрофильтрации, электроультрафильтрации, электронанофильтрации, электроосмофильтрации (электрогиперфильтрации) и может быть использовано в химической, машиностроительной, пищевой промышленности, аграрном секторе и т.п.The invention relates to the field of separation, concentration and purification of solutions by methods of electromicrofiltration, electroultrafiltration, electron nanofiltration, electroosmofiltration (electrohyperfiltration) and can be used in the chemical, mechanical engineering, food industry, agricultural sector, etc.

Аналогом данной конструкции является баромембранный аппарат, приведенный в работе Дытнерского Ю.И. «Обратный осмос и ультрафильтрация». М.: Химия, 1978 стр. 111, 197-200. Он представляет собой однокамерный аппарат, состоящий из пористого анода и катода, прианодной и прикатодной мембран. Недостатками являются: малая площадь разделения при высоких энергозатратах на процесс разделения. Эти недостатки частично устранены в прототипе.An analogue of this design is the baromembrane apparatus presented in the work of Yu.I. Dytnersky. "Reverse osmosis and ultrafiltration." M.: Chemistry, 1978 pp. 111, 197-200. It is a single-chamber apparatus consisting of a porous anode and cathode, anode and cathode membranes. The disadvantages are: small separation area with high energy consumption for the separation process. These shortcomings are partially eliminated in the prototype.

Прототипом данной конструкции является электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа, конструкция которого приведена в патенте RU 2771722 С1, 11.05.2022 Бюл. №14. Известный аппарат состоит из двух диэлектрических фланцев корпуса, чередующихся диэлектрических камер корпуса с "выступом" и с "впадиной", металлических пластин, устройства для подвода постоянного электрического тока, штуцеров для отвода прикатодного и прианодного пермеата, болтов, шайб и гаек, штуцеров ввода и вывода разделяемого раствора, сетки-турбулизатора представляющей собой переплетенные под углом девяносто градусов в одной плоскости набор из нарезок катионообменных и анионообменных мембран, монополярно-пористых пластин электрод-катод и электрод-анод, прикатодной мембраны и прианодной мембраны, пористой подложки из ватмана, дренажной сетки, переточных каналов, соединяющих камеры разделения соответственно и в сечении представляющих собой прямоугольник, у которого малые и большие стороны выполнены в виде сегментов окружности выгнутые относительно центральной горизонтальной и вертикальной оси аппарата наружу, на высоту сегмента и равную десяти миллиметрам, такую же форму в сечении имеет по своему внутреннему периметру прокладка, с вертикальными усеченными коническими отверстиями, полимерного компаунда, диэлектрической сетки, каналов ввода и вывода разделяемого раствора, каналов отвода прикатодного и прианодного пермеата, отверстий для подвода электрических проводов, полимерной композиции, камерных штуцеров ввода исходного раствора и вывода ретентата, прокладок, горизонтальных усеченных конических отверстий, прокладок с отверстиями под переточный канал, вспомогательных наклонных каналов.The prototype of this design is a flat-chamber electric pressure membrane apparatus, the design of which is given in patent RU 2771722 C1, 05/11/2022 Bull. No. 14. The known apparatus consists of two dielectric flanges of the housing, alternating dielectric chambers of the housing with a “protrusion” and a “recess,” metal plates, a device for supplying direct electric current, fittings for draining near-cathode and near-anode permeate, bolts, washers and nuts, input fittings and outlet of the separated solution, a turbulator mesh, which is a set of cut cation-exchange and anion-exchange membranes intertwined at a ninety-degree angle in one plane, monopolar-porous electrode-cathode and electrode-anode plates, a near-cathode membrane and an anode membrane, a porous Whatman paper substrate, a drainage mesh , flow channels connecting the separation chambers, respectively, and in cross-section they represent a rectangle, the small and large sides of which are made in the form of segments of a circle, curved relative to the central horizontal and vertical axis of the apparatus outward, to the height of the segment and equal to ten millimeters, the cross-section has the same shape along its internal perimeter there is a gasket with vertical truncated conical holes, a polymer compound, a dielectric mesh, input and output channels for the separated solution, outlet channels for the near-cathode and near-anode permeate, holes for supplying electrical wires, a polymer composition, chamber fittings for the input of the initial solution and the output of the retentate, gaskets, horizontal truncated conical holes, gaskets with holes for the overflow channel, auxiliary inclined channels.

Недостатками являются: малая площадь разделения раствора на единицу объема аппарата, высокое гидравлическое сопротивление в переточных каналах для циркуляции разделяемого раствора, низкая производительность и эффективность разделения раствора, увеличенная способность образования застойных явлений на пути вывода прикатодного, прианодного пермеата.The disadvantages are: small area of solution separation per unit volume of the apparatus, high hydraulic resistance in the transfer channels for circulation of the separated solution, low productivity and efficiency of solution separation, increased ability to form stagnation phenomena along the path of the cathode, near-anode permeate.

Технический результат выражается увеличением площади разделения раствора на единицу объема аппарата, снижением гидравлического сопротивления в переточных каналах для циркуляции разделяемого раствора, увеличением производительности и эффективности разделения раствора, снижением застойных явлений на пути вывода прикатодного, прианодного пермеата за счет того, что аппарат состоит из двух диэлектрических фланцев корпуса, чередующихся диэлектрических камер корпуса с "выступом" и с "впадиной", металлических пластин, устройства для подвода постоянного электрического тока, штуцеров для отвода прикатодного и прианодного пермеата, болтов, шайб и гаек, штуцеров ввода и вывода разделяемого раствора, сетки-турбулизатора представляющей собой переплетенные под углом девяносто градусов в одной плоскости набор из нарезок катионообменных и анионообменных мембран, монополярно-пористых пластин электрод-катод и электрод-анод, прикатодной мембраны и прианодной мембраны, пористой подложки из ватмана, дренажной сетки, переточных каналов, соединяющих камеры разделения соответственно и в сечении представляющих собой прямоугольник, у которого малые и большие стороны выполнены в виде сегментов окружности выгнутые относительно центральной горизонтальной и вертикальной оси аппарата наружу, на высоту сегмента и равную десяти миллиметрам, такую же форму в сечении имеет по своему внутреннему периметру прокладка, с вертикальными усеченными коническими отверстиями, полимерного компаунда, диэлектрической сетки, каналов ввода и вывода разделяемого раствора, каналов отвода прикатодного и прианодного пермеата, отверстий для подвода электрических проводов, полимерной композиции, камерных штуцеров ввода исходного раствора и вывода ретентата, прокладок, горизонтальных усеченных конических отверстий, прокладок с отверстиями под переточный канал, вспомогательных наклонных каналов, отличающийся тем, что камеры разделения выполнены одинаковым объемом и в сечении имеют одинаковую форму, в чередующихся диэлектрических камерах корпуса с "выступом" и с "впадиной" имеются три переточных канала соответственно, соединяющих соседние камеры разделения по пути циркуляции раствора, которые совпадают с таким же количеством отверстий в прокладках, а также три горизонтальных и вертикальных усеченных конических отверстий, которые установлены в ряд на расстоянии ста и пятидесяти миллиметров друг от друга по вертикальной и горизонтальной оси соответственно, диэлектрические фланцы корпуса оснащены тремя установленными в ряд на расстоянии пятидесяти миллиметров друг от друга по горизонтальной оси штуцерами ввода и вывода разделяемого раствора соответственно, третья и первая диэлектрические камеры корпуса с "впадиной" спереди и сзади соответственно оснащены тремя установленными в ряд на расстоянии ста миллиметров друг от друга по вертикальной оси камерными штуцерами ввода исходного раствора и вывода ретентата, в чередующихся диэлектрических камерах корпуса с "выступом" и с "впадиной", фланцах корпуса имеются два отверстия для подвода электрических проводов, в которых также расположены два полимерных компаунда и два вспомогательных наклонных канала соединенные с двумя каналами для отвода прикатодного и прианодного пермеата и двумя штуцера для отвода прикатодного и прианодного пермеата соответственно, шипами прямоугольными расположенными на равном расстояний от переплетений нарезок катионообменных и анионообменных мембран и направленных в сторону прикатодных и прианодных мембран соответственно.The technical result is expressed by an increase in the area of solution separation per unit volume of the apparatus, a decrease in hydraulic resistance in the transfer channels for circulation of the separated solution, an increase in the productivity and efficiency of solution separation, a reduction in stagnation on the path of the cathode and anode permeate output due to the fact that the apparatus consists of two dielectric housing flanges, alternating dielectric chambers of the housing with a “protrusion” and a “recess”, metal plates, a device for supplying direct electric current, fittings for discharging near-cathode and near-anode permeate, bolts, washers and nuts, fittings for input and output of the separated solution, mesh - turbulator, which is a set of cut cation-exchange and anion-exchange membranes intertwined at an angle of ninety degrees in one plane, monopolar porous electrode-cathode and electrode-anode plates, near-cathode membrane and near-anode membrane, porous substrate made of Whatman paper, drainage mesh, flow channels connecting the chambers divisions, respectively, and in cross-section, representing a rectangle, the small and large sides of which are made in the form of segments of a circle, curved outward relative to the central horizontal and vertical axis of the apparatus, to a segment height equal to ten millimeters, the gasket has the same cross-sectional shape along its internal perimeter, with vertical truncated conical holes, polymer compound, dielectric mesh, input and output channels for the solution to be separated, outlet channels for near-cathode and near-anode permeate, holes for supplying electrical wires, polymer composition, chamber fittings for input of the initial solution and output of the retentate, gaskets, horizontal truncated conical holes , gaskets with holes for the overflow channel, auxiliary inclined channels, characterized in that the separation chambers are made of the same volume and have the same cross-sectional shape; in the alternating dielectric chambers of the housing with a “protrusion” and a “recess” there are three overflow channels, respectively, connecting adjacent separation chambers along the solution circulation path, which coincide with the same number of holes in the gaskets, as well as three horizontal and vertical truncated conical holes, which are installed in a row at a distance of one hundred and fifty millimeters from each other along the vertical and horizontal axis, respectively, dielectric flanges of the housing are equipped with three inlet and outlet fittings for the separated solution installed in a row at a distance of fifty millimeters from each other along the horizontal axis, respectively, the third and first dielectric chambers of the housing with a “cavity” in front and behind, respectively, are equipped with three installed in a row at a distance of one hundred millimeters from each other along vertical axis with chamber fittings for input of the initial solution and output of the retentate, in alternating dielectric chambers of the housing with a “protrusion” and with a “recess”, the flanges of the housing have two openings for supplying electrical wires, in which there are also two polymer compounds and two auxiliary inclined channels connected to two channels for the removal of near-cathode and near-anode permeate and two fittings for the removal of near-cathode and near-anode permeate, respectively, rectangular spikes located at equal distances from the interlacing of cuts of cation-exchange and anion-exchange membranes and directed towards the near-cathode and near-anode membranes, respectively.

На фиг. 1 изображен электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа, продольный разрез; фиг. 2 - вид сверху; фиг. 3 - вид слева; фиг. 4 - разрез А-А диэлектрической камеры корпуса с "выступом" на фиг. 2; фиг. 5 - разрез Б-Б диэлектрической камеры корпуса с "впадиной" на фиг. 2; фиг. 6 - разрез В-В диэлектрической камеры корпуса с "впадиной" на фиг. 2; фиг. 7 - вид Г увеличенный, схема разделения в межмембранном канале на фиг. 1; фиг. 8 - вид Д увеличенный повернутый, пространственная модель межмембранного канала на фиг. 7.In fig. 1 shows an electric pressure membrane apparatus of a flat-chamber type, longitudinal section; fig. 2 - top view; fig. 3 - left view; fig. 4 - section AA of the dielectric chamber of the housing with the “protrusion” in FIG. 2; fig. 5 - section B-B of the dielectric chamber of the housing with the “cavity” in Fig. 2; fig. 6 - section B-B of the dielectric chamber of the housing with the “cavity” in FIG. 2; fig. 7 - enlarged view D, separation diagram in the intermembrane channel in FIG. 1; fig. 8 - view D, enlarged, rotated, spatial model of the intermembrane channel in FIG. 7.

Электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа состоит из диэлектрических фланцев корпуса 1, чередующихся диэлектрических камер корпуса с "выступом" 15 и с "впадиной" 14, металлических пластин 12, устройства для подвода постоянного электрического тока 11, штуцеров для отвода прикатодного и прианодного пермеата 31, 30, болтов 2, шайб 26 и гаек 25, штуцеров ввода и вывода разделяемого раствора 10, 22, сетки-турбулизатора 19 представляющей собой переплетенные под углом девяносто градусов в одной плоскости набор из нарезок катионообменных и анионообменных мембран с шипами прямоугольными 38 расположенными на равном расстояний от переплетений нарезок катионообменных и анионообменных мембран и направленных в сторону прикатодных и прианодных мембран 6 и 3 соответственно, монополярно-пористых пластин электрод-катод и электрод-анод 7, 5, пористой подложки из ватмана 4, дренажной сетки 8, переточных каналов 17 и 28, соединяющих камеры разделения 16 и 27 соответственно и в сечении представляющих собой прямоугольник, у которого малые и большие стороны выполнены в виде сегментов окружности выгнутые относительно центральной горизонтальной и вертикальной оси аппарата наружу, на высоту сегмента и равную десяти миллиметрам, такую же форму в сечении имеет по своему внутреннему периметру прокладка 20, с вертикальными усеченными коническими отверстиями 35, полимерного компаунда 13, диэлектрической сетки 36, каналов ввода и вывода разделяемого раствора 9, 23, каналов отвода прикатодного и прианодного пермеата 37, 39, отверстий 40 для подвода электрических проводов 21, полимерной композиции 24, камерных штуцеров ввода исходного раствора и вывода ретентата 32, 33, прокладок 29, горизонтальных усеченных конических отверстий 34, прокладок 18 с отверстиями под переточный канал 28, вспомогательных наклонных каналов 41.An electric baromembrane apparatus of a flat-chamber type consists of dielectric flanges of the housing 1, alternating dielectric chambers of the housing with a “protrusion” 15 and a “recess” 14, metal plates 12, a device for supplying direct electric current 11, fittings for removing near-cathode and near-anode permeate 31, 30, bolts 2, washers 26 and nuts 25, fittings for inlet and outlet of the separated solution 10, 22, turbulator mesh 19, which is a set of cut cation-exchange and anion-exchange membranes intertwined at an angle of ninety degrees in one plane with rectangular spikes 38 located at equal distances from the weaves cuts of cation-exchange and anion-exchange membranes and directed towards near-cathode and near-anode membranes 6 and 3, respectively, monopolar-porous electrode-cathode and electrode-anode plates 7, 5, porous substrate from Whatman paper 4, drainage mesh 8, transfer channels 17 and 28 connecting separation chambers 16 and 27, respectively, and in cross-section, representing a rectangle, the small and large sides of which are made in the form of segments of a circle, curved relative to the central horizontal and vertical axis of the apparatus outward, to the height of the segment and equal to ten millimeters, the cross-section has the same shape in its own way the inner perimeter is a gasket 20, with vertical truncated conical holes 35, a polymer compound 13, a dielectric mesh 36, input and output channels for the separated solution 9, 23, outlet channels for near-cathode and near-anode permeate 37, 39, holes 40 for supplying electrical wires 21, polymer composition 24, chamber fittings for input of the initial solution and output of the retentate 32, 33, gaskets 29, horizontal truncated conical holes 34, gaskets 18 with holes for the transfer channel 28, auxiliary inclined channels 41.

Чередующиеся диэлектрические камеры корпуса с "выступом" и с "впадиной" 15 и 14, диэлектрические фланцы корпуса 1, штуцеров ввода и вывода разделяемого раствора 10, 22, диэлектрическая сетка 36, штуцеры для отвода прикатодного и прианодного пермеата 31, 30, камерные штуцеры ввода исходного раствора и вывода ретентата 32, 33 могут быть изготовлены из капролона (ПА-6).Alternating dielectric chambers of the housing with a “protrusion” and a “recess” 15 and 14, dielectric flanges of the housing 1, input and output fittings for the separated solution 10, 22, dielectric mesh 36, fittings for the removal of near-cathode and near-anode permeate 31, 30, chamber input fittings the initial solution and the retentate outlet 32, 33 can be made of caprolon (PA-6).

Монополярно-пористые пластины электрод-катод и электрод-анод 7, 5 соответственно могут быть изготовлены из 20-45 процентного пористого проката типа Х18Н15-ПМ, Х18Н15-МП, Н-МП, ЛНПИТ, ЛПН-ПМ.Monopolar-porous plates electrode-cathode and electrode-anode 7, 5, respectively, can be made from 20-45 percent porous rolled products of the type Kh18N15-PM, Kh18N15-MP, N-MP, LNPIT, LPN-PM.

Сетка-турбулизатор 19 представляет собой переплетенные под углом девяносто градусов в одной плоскости набор из нарезок катионообменных и анионообменных мембран марок МК-40, МА-40, МК-40Л, МА-41И, MA-ИЛ, МБ-1, МБ-2. Шипы прямоугольные 38 расположенные на равном расстояний от переплетений нарезок катионообменных и анионообменных мембран выполнены также из мембран марок МК-40, МА-40, МК-40Л, МА-41И, MA-ИЛ, МБ-1, МБ-2.The turbulator mesh 19 is a set of cut cation-exchange and anion-exchange membranes of the brands MK-40, MA-40, MK-40L, MA-41I, MA-IL, MB-1, MB-2 intertwined at an angle of ninety degrees in one plane. Rectangular spikes 38 located at equal distances from the interlacing of cuts of cation-exchange and anion-exchange membranes are also made from membranes of the MK-40, MA-40, MK-40L, MA-41I, MA-IL, MB-1, MB-2 brands.

Полимерный компаунд 13 и полимерная композиция 24 изготавливаются из диэлектрических герметизирующих эпоксидных смол, пластмассы или клея холодная сварка.The polymer compound 13 and the polymer composition 24 are made from dielectric sealing epoxy resins, plastic or cold weld adhesive.

Дренажная сетка 8 может быть изготовлена из материала Х18Н9Т, Х18Н10Т, 20Х23Н18, 10Х17Н13М2Т, 08Х18Т1.Drainage mesh 8 can be made of material Х18Н9Т, Х18Н10Т, 20Х23Н18, 10Х17Н13М2Т, 08Х18Т1.

Прокладка 20 с вертикальными усеченными коническими отверстиями 35 и с отверстиями под переточный канал 17, прокладка 18 с отверстиями под переточный канал 28, прокладка 29 могут быть выполнены из паронита или прокладочной резины.Gasket 20 with vertical truncated conical holes 35 and with holes for the overflow channel 17, gasket 18 with holes for the overflow channel 28, gasket 29 can be made of paronite or gasket rubber.

Металлические пластины 12 могут быть изготовлены из стали 3, стали 45. В качестве прикатодных и прианодных мембран 6 и 3 соответственно могут применяться изготовленные в виде ленты, полотна мембраны следующих типов МГА-95, МГА-95П-Н, МГА-95П-Т, МГА-100П, ОПМ-К, ESPA, ESNA, УАМ-150П, УПМ-П, УПМ-ПП, УПМ-50, УПМ-50М, УФМ-100, УФМ-50, УФМ-П, УФМ-ПТ, ОПМН-К, ОПМН (ОФМН)-П, МФФК-0, МФФК-3, ММК, ММПА+,МПС, МФФК-Г, ММФ4, ММТ.Metal plates 12 can be made of steel 3, steel 45. The following types of membranes MGA-95, MGA-95P-N, MGA-95P-T, made in the form of a tape, can be used as near-cathode and near-anode membranes 6 and 3, respectively. MGA-100P, OPM-K, ESPA, ESNA, UAM-150P, UPM-P, UPM-PP, UPM-50, UPM-50M, UFM-100, UFM-50, UFM-P, UFM-PT, OPMN- K, OPMN (OFMN)-P, MFFC-0, MFFC-3, MMK, MMPA+, MPS, MFFC-G, MMF4, MMT.

Аппарат работает следующим образом.The device works as follows.

Исходный раствор под давлением, превышающем осмотическое давление растворенных в нем веществ, через три штуцера ввода разделяемого раствора 10 расположенных на диэлектрическом фланце корпуса 1, фиг. 1, 2, 3, подается, минуя полимерную композицию 24 по трем каналам ввода разделяемого раствора 9, фиг. 1 в первую камеру разделения 27, образованную прикатодной мембраной 6, прокладкой 20 и прианодной мембраной 3, образуя, таким образом, межмембранный канал в тех местах, где расположена сетка-турбулизатор 19.The initial solution is under pressure exceeding the osmotic pressure of the substances dissolved in it, through three input fittings for the separated solution 10 located on the dielectric flange of housing 1, Fig. 1, 2, 3, is supplied, bypassing the polymer composition 24 through three input channels for the separated solution 9, FIG. 1 into the first separation chamber 27, formed by the cathode membrane 6, gasket 20 and anode membrane 3, thus forming an intermembrane channel in those places where the turbulator mesh 19 is located.

В этот же момент времени к чередующимся диэлектрическим камерам корпуса с "выступом" 15 и с "впадиной" 14 и диэлектрическим фланцам корпуса 1, фиг. 1, включением устройства для подвода постоянного электрического тока 11 через электрические провода 21 проходящих в двух отверстиях 40, которые залиты полимерным компаундом 13 и соединенных с дренажными сетками 8, к аппарату подводится внешнее постоянное электрическое поле с заданной плотностью тока.At the same point in time, to the alternating dielectric chambers of the housing with a “protrusion” 15 and with a “recess” 14 and the dielectric flanges of the housing 1, FIG. 1, by turning on the device for supplying direct electric current 11 through electric wires 21 passing in two holes 40, which are filled with a polymer compound 13 and connected to drainage grids 8, an external constant electric field with a given current density is supplied to the device.

Раствор, двигаясь, перемешивается при помощи сетки-турбулизатора 19, фиг. 1, 7, 8 и поступает к прикатодной и прианодной мембранам 6, 3 соответственно, фиг. 1, 7, в зависимости от схемы подключения "минус" или "плюс".The solution, moving, is mixed using a turbulator mesh 19, Fig. 1, 7, 8 and goes to the near-cathode and near-anode membranes 6, 3, respectively, FIG. 1, 7, depending on the connection diagram “minus” or “plus”.

Из образовавшейся между прикатодными, прианодными мембранами 6, 3 расположенными на диэлектрическом фланце корпуса 1 и диэлектрической камере корпуса с "впадиной" 14 и прокладкой 20 камеры разделения 27, фиг. 1, катионы и анионы, проникающие через прикатодную и прианодную мембраны 6, 3, пористые подложки из ватмана 4, монополярно-пористые пластины электрод-катод и электрод-анод 7, 5 попадают в пространство дренажной сетки 8 и проходят между диэлектрическим фланцем корпуса 1 и монополярно-пористой пластиной электрод-катод 7 в пространстве дренажной сетки 8 и в пространстве диэлектрической камеры корпуса с "впадиной" 14 между монополярно-пористыми пластинами электрод-катод и электрод-анод 7, 5 в пространстве дренажной сетки 8 соответственно, и по двум вспомогательным наклонным канала 41, в которых размещены диэлектрические сетки 36, отводятся далее по двум каналам для отвода прикатодного и прианодного пермеата 37, 39 и двум штуцерам для отвода прикатодного и прианодного пермеата 31, 30 соответственно в виде оснований, кислот и газа, в зависимости от схемы подключения "минус" или "плюс".From the formation between the cathode and anode membranes 6, 3 located on the dielectric flange of the housing 1 and the dielectric chamber of the housing with a “cavity” 14 and a gasket 20 of the separation chamber 27, FIG. 1, cations and anions penetrating through the cathode and anode membranes 6, 3, porous Whatman paper substrates 4, monopolar porous electrode-cathode and electrode-anode plates 7, 5 enter the space of the drainage grid 8 and pass between the dielectric flange of the housing 1 and a monopolar-porous plate electrode-cathode 7 in the space of the drainage grid 8 and in the space of the dielectric chamber of the housing with a “cavity” 14 between the monopolar-porous plates electrode-cathode and electrode-anode 7, 5 in the space of the drainage grid 8, respectively, and along two auxiliary inclined channel 41, in which the dielectric grids 36 are located, are discharged further through two channels for the removal of near-cathode and near-anode permeate 37, 39 and two fittings for the removal of near-cathode and near-anode permeate 31, 30, respectively, in the form of bases, acids and gas, depending on the circuit connections "minus" or "plus".

Оставшиеся в камере разделения 27 анионы и катионы, движущиеся в ядре потока сетки-турбулизатора 19, фиг. 1, 7, 8, поступают по вертикальным усеченным коническим отверстиям 35, фиг. 1, в прокладках 20 по переточным каналам 28, в следующую вторую камеру разделения 27, образованную соединенными между собой диэлектрическими камерами корпуса с "впадиной" 14 и с "выступом" 15, фиг. 1, и прианодными и прикатодными мембранами 3 и 6.The anions and cations remaining in the separation chamber 27, moving in the flow core of the turbulator grid 19, FIG. 1, 7, 8, enter through vertical truncated conical holes 35, FIG. 1, in gaskets 20 along the flow channels 28, into the next second separation chamber 27, formed by interconnected dielectric chambers of the housing with a “cavity” 14 and a “protrusion” 15, FIG. 1, and anode and cathode membranes 3 and 6.

Раствор переходит из первой камеры разделения 27 во вторую камеру разделения 27 и далее по всем камерам разделения 27 по вертикальным усеченным коническим отверстиям 35 в прокладках 20 по переточным каналам 28 чередующихся диэлектрических камер корпуса с "впадиной" 14 и с "выступом" 15, всего аппарата фиг. 1, 7, где происходит аналогичное разделение, катионы и анионы отводятся с пермеатом через прикатодные и прианодные мембраны 6 и 3 и по вспомогательным наклонным каналам 41, соединенным с каналами для отвода прикатодного и прианодного пермеата 37 и 39, отводятся через штуцера для отвода прикатодного и прианодного пермеата 31 и 30 в виде оснований, кислот и газов в зависимости от схемы подключения электродов "минус" или "плюс", а ретентат выводится из аппарата минуя полимерную композицию 24 по трем каналам и штуцерам вывода разделяемого раствора 23 и 22 соответственно.The solution passes from the first separation chamber 27 to the second separation chamber 27 and further through all separation chambers 27 through vertical truncated conical holes 35 in gaskets 20 through flow channels 28 of alternating dielectric chambers of the housing with a “cavity” 14 and a “protrusion” 15, the entire apparatus fig. 1, 7, where a similar separation occurs, cations and anions are removed with the permeate through the near-cathode and near-anode membranes 6 and 3 and through auxiliary inclined channels 41 connected to the channels for removing the near-cathode and near-anode permeate 37 and 39, and are discharged through fittings for removing the near-cathode and near-anode permeate 31 and 30 in the form of bases, acids and gases, depending on the connection diagram of the electrodes “minus” or “plus”, and the retentate is removed from the apparatus bypassing the polymer composition 24 through three channels and outlet fittings for the separated solution 23 and 22, respectively.

Одновременно с подачей исходного раствора под давлением, превышающем осмотическое давление растворенных в нем веществ, через три штуцера ввода разделяемого раствора 10 расположенных на диэлектрическом фланце корпуса 1, фиг. 1, 2, 3 также подается исходный раствор под давлением, превышающем осмотическое давление растворенных в нем веществ, через три камерных штуцера ввода исходного раствора 32 установленных спереди на третьей диэлектрической камере корпуса с "впадиной" 14 и поступает в первую камеру разделения 16, где анионы проникают через прианодные мембраны 3, пористые подложки из ватмана 4, монополярно-пористые пластины электрод-анод 5 соответственно в пространстве дренажных сеток 8 и отводятся самотеком в виде кислот и газа по вспомогательным наклонным каналам 41 соединенным с каналами для отвода прианодного пермеата 39 по штуцерам для отвода прианодного пермеата 30 соответственно, предварительно объединяясь с потоками кислот и газов, образованных при разделении в основных камерах разделения 27 в зависимости от схемы подключения "минус" или "плюс".Simultaneously with the supply of the initial solution under pressure exceeding the osmotic pressure of the substances dissolved in it, through three input fittings for the separated solution 10 located on the dielectric flange of housing 1, Fig. 1, 2, 3, the initial solution is also supplied under pressure exceeding the osmotic pressure of the substances dissolved in it, through three chamber fittings for introducing the initial solution 32 installed in front on the third dielectric chamber of the housing with a “cavity” 14 and enters the first separation chamber 16, where the anions penetrate through anode membranes 3, porous substrates from whatman paper 4, monopolar porous electrode-anode plates 5, respectively, in the space of drainage grids 8 and are discharged by gravity in the form of acids and gas through auxiliary inclined channels 41 connected to channels for removing anode permeate 39 through fittings for removal of anode permeate 30, respectively, previously combining with the flows of acids and gases formed during separation in the main separation chambers 27, depending on the connection diagram “minus” or “plus”.

Оставшиеся в камере разделения 16 анионы и катионы, движущиеся в ядре потока раствора, фиг. 1, поступают по горизонтальным усеченным коническим отверстиям 34, фиг. 5, по переточному каналу 17 в чередующихся диэлектрических камерах корпуса с "впадиной" 14 и с "выступом" 15, через отверстия в прокладках 18, в следующую вторую камеру разделения 16.The anions and cations remaining in the separation chamber 16 moving in the core of the solution flow, FIG. 1, enter through horizontal truncated conical holes 34, FIG. 5, along the flow channel 17 in alternating dielectric chambers of the housing with a “cavity” 14 and a “protrusion” 15, through the holes in the gaskets 18, into the next second separation chamber 16.

Во второй камере разделения 16 катионы проникают через прикатодные мембраны 6, пористые подложки из ватмана 4, монополярно-пористые пластины электрод-катод 7 соответственно в пространстве дренажных сеток 8 и отводятся самотеком в виде щелочей и газа по вспомогательным наклонным каналам 41 соединенным с каналами для отвода прикатодного пермеата 37 по штуцерам для отвода прикатодного пермеата 31 соответственно, предварительно объединяясь с потоками щелочей и газов, образованных при разделении в основных камерах разделения 27 в зависимости от схемы подключения "минус" или "плюс".In the second separation chamber 16, cations penetrate through the near-cathode membranes 6, porous Whatman paper substrates 4, monopolar-porous electrode-cathode plates 7, respectively, in the space of the drainage grids 8 and are discharged by gravity in the form of alkalis and gas through auxiliary inclined channels 41 connected to the discharge channels cathode permeate 37 through fittings for removing cathode permeate 31, respectively, previously combining with the flows of alkalis and gases formed during separation in the main separation chambers 27, depending on the connection diagram “minus” or “plus”.

Раствор переходит из первой камеры разделения 16 во вторую камеру разделения 16 и далее по всем камерам разделения 16 по горизонтальным усеченным коническим отверстиям 34, по переточным каналам 17 чередующихся диэлектрических камер корпуса с "впадиной" 14 и с "выступом" 15 всего аппарата фиг. 1, где происходит аналогичное разделение, катионы и анионы отводятся с пермеатом через прикатодные и прианодные мембраны 6, 3 по вспомогательным наклонным каналам 41 и каналам для отвода прикатодного и прианодного пермеата 37 и 39, отводятся через штуцеры для отвода прикатодного и прианодного пермеата 31 и 30 в виде оснований, кислот и газов в зависимости от схемы подключения "минус" или "плюс", а ретентат выводится через три камерных штуцера вывода ретентата 33 установленных сзади на первой диэлектрической камере корпуса с "впадиной" 14.The solution passes from the first separation chamber 16 to the second separation chamber 16 and then through all separation chambers 16 through horizontal truncated conical holes 34, through flow channels 17 of alternating dielectric chambers of the housing with a “cavity” 14 and a “protrusion” 15 of the entire apparatus of Fig. 1, where a similar separation occurs, cations and anions are removed with the permeate through the cathode and anode membranes 6, 3 through auxiliary inclined channels 41 and channels for removing the cathode and anode permeate 37 and 39, and are removed through fittings for removing the cathode and anode permeate 31 and 30 in the form of bases, acids and gases, depending on the connection diagram “minus” or “plus”, and the retentate is discharged through three chamber fittings for the retentate output 33 installed at the back of the first dielectric chamber of the housing with a “cavity” 14.

Исходный раствор, протекая по всем камерам разделения 27 последовательно от одного диэлектрического фланца корпуса 1 до второго диэлектрического фланца корпуса 1, фиг. 1, очищается от катионов и анионов в зависимости от схемы подключения "минус" или "плюс", причем в прикатодном и прианодном пермеате содержатся различные растворенные газы, выделившиеся на монополярно-пористых пластинах электрод-катод и электрод-анод 7, 5 соответственно в результате электрохимических реакций.The initial solution, flowing through all separation chambers 27 sequentially from one dielectric flange of the housing 1 to the second dielectric flange of the housing 1, FIG. 1, is cleared of cations and anions depending on the connection diagram “minus” or “plus”, and the near-cathode and near-anode permeate contain various dissolved gases released on the monopolar-porous electrode-cathode and electrode-anode plates 7, 5, respectively, as a result electrochemical reactions.

Исходный раствор, протекая по всем камерам разделения 16 последовательно от трех камерных штуцеров ввода исходного раствора 32 до трех камерных штуцеров вывода ретентата 33 соответственно, фиг. 1, 2, очищается от катионов и анионов в зависимости от схемы подключения "минус" или "плюс", причем прикатодный и прианодный пермеат, полученный таким образом, объединяется с прикатодным и прианодным пермеатом, полученных из камер разделения 27, где содержатся различные растворенные газы, выделившиеся на монополярно-пористых пластинах электрод-катод и электрод-анод 7, 5 соответственно в результате электрохимических реакций.The initial solution flows through all separation chambers 16 sequentially from three chamber fittings for the input of the initial solution 32 to three chamber fittings for the output of the retentate 33, respectively, FIG. 1, 2, is cleared of cations and anions depending on the connection diagram “minus” or “plus”, and the near-cathode and near-anode permeate obtained in this way is combined with the near-cathode and near-anode permeate obtained from separation chambers 27, which contain various dissolved gases , released on monopolar-porous electrode-cathode and electrode-anode plates 7, 5, respectively, as a result of electrochemical reactions.

Увеличение площади разделения раствора на единицу объема аппарата, снижение гидравлического сопротивления в переточных каналах для циркуляции разделяемого раствора, увеличение производительности и эффективности разделения раствора, снижение застойных явлений на пути вывода прикатодного, прианодного пермеата достигается за счет того, что камера разделения 27 и камера разделения 16 соответственно, фиг. 1, 2, 4, 5, 6, 7 выполнены одинаковым объемом и в сечении имеют одинаковую форму, в чередующихся диэлектрических камерах корпуса с "выступом" 15 и с "впадиной" 14 имеются три переточных канала 17 и 28 соответственно, соединяющих соседние камеры разделения 16 и 27 по пути циркуляции раствора, которые совпадают с таким же количеством отверстий в прокладках 20 и 18, а также три горизонтальных и вертикальных усеченных конических отверстий 34 и 35, которые установлены в ряд на расстоянии ста и пятидесяти миллиметров друг от друга по вертикальной и горизонтальной оси соответственно, диэлектрические фланцы корпуса 1 оснащены тремя установленными в ряд на расстоянии пятидесяти миллиметров друг от друга по горизонтальной оси штуцерами ввода и вывода разделяемого раствора 10 и 22 соответственно, третья и первая диэлектрические камеры корпуса с "впадиной" 14 спереди и сзади соответственно оснащены тремя установленными в ряд на расстоянии ста миллиметров друг от друга по вертикальной оси камерными штуцерами ввода исходного раствора 32 и вывода ретентата 33, в чередующихся диэлектрических камерах корпуса с "выступом" 15 и с "впадиной" 14, фланцах корпуса 1 имеются два отверстия 40 для подвода электрических проводов 21, в которых также расположены два полимерных компаунда 13 и два вспомогательных наклонных канала 41 соединенные с двумя каналами для отвода прикатодного и прианодного пермеата 37, 39 и двумя штуцера для отвода прикатодного и прианодного пермеата 31, 30 соответственно, шипами прямоугольными 38 расположенными на равном расстояний от переплетений нарезок катионообменных и анионообменных мембран и направленных в сторону прикатодных и прианодных мембран 6 и 3 соответственно. При этом получается, что рабочая поверхность прикатодных, прианодных мембран 6, 3 соответственно выполнена увеличенной площади на величину сегментов для малой и большой стороны прямоугольника в сечении камер разделения 27 и 16 соответственно, это, как следствие, приводит к увеличению производительности и эффективности разделения раствора.An increase in the area of solution separation per unit volume of the apparatus, a decrease in hydraulic resistance in the transfer channels for circulation of the separated solution, an increase in the productivity and efficiency of solution separation, a decrease in stagnation in the path of output of near-cathode, near-anode permeate is achieved due to the fact that separation chamber 27 and separation chamber 16 accordingly, fig. 1, 2, 4, 5, 6, 7 are made of the same volume and have the same cross-section shape; in the alternating dielectric chambers of the housing with a “protrusion” 15 and a “recess” 14 there are three flow channels 17 and 28, respectively, connecting adjacent separation chambers 16 and 27 along the solution circulation path, which coincide with the same number of holes in the gaskets 20 and 18, as well as three horizontal and vertical truncated conical holes 34 and 35, which are installed in a row at a distance of one hundred and fifty millimeters from each other along the vertical and horizontal axis, respectively, the dielectric flanges of the housing 1 are equipped with three installed in a row at a distance of fifty millimeters from each other along the horizontal axis with input and output fittings for the separated solution 10 and 22, respectively, the third and first dielectric chambers of the housing with a “cavity” 14 at the front and rear are respectively equipped three chamber fittings for input of the initial solution 32 and output of the retentate 33 installed in a row at a distance of one hundred millimeters from each other along the vertical axis; in the alternating dielectric chambers of the housing with a “protrusion” 15 and with a “recess” 14, the flanges of the housing 1 have two holes 40 for supply of electrical wires 21, in which there are also two polymer compounds 13 and two auxiliary inclined channels 41 connected to two channels for the removal of near-cathode and near-anode permeate 37, 39 and two fittings for the removal of near-cathode and near-anode permeate 31, 30, respectively, with rectangular spikes 38 located at equal distances from the interlacing of cuts of cation-exchange and anion-exchange membranes and directed towards the cathode and anode membranes 6 and 3, respectively. It turns out that the working surface of the near-cathode, near-anode membranes 6, 3, respectively, is made of an increased area by the size of the segments for the small and large sides of the rectangle in the cross section of the separation chambers 27 and 16, respectively, this, as a consequence, leads to an increase in the productivity and efficiency of solution separation.

На разработанной конструкции электробаромембранного аппарата плоскокамерного типа без наложения электрического поля можно проводить баромембранные процессы, например, обратный осмос, нанофильтрацию, ультрафильтрацию и микрофильтрацию.Using the developed design of a flat-chamber electric baromembrane apparatus, without applying an electric field, it is possible to carry out baromembrane processes, for example, reverse osmosis, nanofiltration, ultrafiltration and microfiltration.

Claims (1)

Электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа, состоящий из двух диэлектрических фланцев корпуса, чередующихся диэлектрических камер корпуса с “выступом” и с “впадиной”, металлических пластин, устройства для подвода постоянного электрического тока, штуцеров для отвода прикатодного и прианодного пермеата, болтов, шайб и гаек, штуцеров ввода и вывода разделяемого раствора, сетки-турбулизатора, представляющей собой переплетенные под углом девяносто градусов в одной плоскости набор из нарезок катионообменных и анионообменных мембран, монополярно-пористых пластин электрод-катод и электрод-анод, прикатодной мембраны и прианодной мембраны, пористой подложки из ватмана, дренажной сетки, переточных каналов, соединяющих камеры разделения соответственно и в сечении представляющих собой прямоугольник, у которого малые и большие стороны выполнены в виде сегментов окружности, выгнутых относительно центральной горизонтальной и вертикальной оси аппарата наружу, на высоту сегмента, равную десяти миллиметрам, такую же форму в сечении имеет по своему внутреннему периметру прокладка, с вертикальными усеченными коническими отверстиями, полимерного компаунда, диэлектрической сетки, каналов ввода и вывода разделяемого раствора, каналов отвода прикатодного и прианодного пермеата, отверстий для подвода электрических проводов, полимерной композиции, камерных штуцеров ввода исходного раствора и вывода ретентата, прокладок, горизонтальных усеченных конических отверстий, прокладок с отверстиями под переточный канал, вспомогательных наклонных каналов, отличающийся тем, что камеры разделения (16) и (27) выполнены одинаковым объемом и в сечении имеют одинаковую форму, в чередующихся диэлектрических камерах корпуса с “выступом” (15) и с “впадиной” (14) имеются три переточных канала (17) и (28) соответственно, соединяющих соседние камеры разделения (16) и (27) по пути циркуляции раствора, которые совпадают с таким же количеством отверстий в прокладках (20) и (18), а также три горизонтальных и вертикальных усеченных конических отверстия (34) и (35), которые установлены в ряд на расстоянии ста и пятидесяти миллиметров друг от друга по вертикальной и горизонтальной оси соответственно, диэлектрические фланцы корпуса (1) оснащены тремя установленными в ряд на расстоянии пятидесяти миллиметров друг от друга по горизонтальной оси штуцерами ввода и вывода разделяемого раствора (10) и (22) соответственно, третья и первая диэлектрические камеры корпуса с “впадиной” (14) спереди и сзади соответственно оснащены тремя установленными в ряд на расстоянии ста миллиметров друг от друга по вертикальной оси камерными штуцерами ввода исходного раствора (32) и вывода ретентата (33), в чередующихся диэлектрических камерах корпуса с “выступом” (15) и с “впадиной” (14), фланцах корпуса (1) имеются два отверстия (40) для подвода электрических проводов (21), в которых также расположены два полимерных компаунда (13) и два вспомогательных наклонных канала (41), соединенные с двумя каналами для отвода прикатодного и прианодного пермеата (37), (39) и двумя штуцерами для отвода прикатодного и прианодного пермеата (31), (30) соответственно, шипами прямоугольными (38), расположенными на равном расстоянии от переплетений нарезок катионообменных и анионообменных мембран и направленными в сторону прикатодных и прианодных мембран (6) и (3) соответственно.An electric pressure-membrane device of a flat-chamber type, consisting of two dielectric flanges of the housing, alternating dielectric chambers of the housing with a “protrusion” and a “recess,” metal plates, a device for supplying direct electric current, fittings for removing near-cathode and near-anode permeate, bolts, washers and nuts, fittings for the input and output of the separated solution, a turbulator mesh, which is a set of cut cation-exchange and anion-exchange membranes intertwined at an angle of ninety degrees in one plane, monopolar porous electrode-cathode and electrode-anode plates, a near-cathode membrane and an anode membrane, a porous substrate made of Whatman paper, drainage mesh, flow channels connecting the separation chambers, respectively, and in cross-section, representing a rectangle, the small and large sides of which are made in the form of circle segments, curved relative to the central horizontal and vertical axis of the apparatus outward, to a segment height equal to ten millimeters, such The gasket has the same cross-sectional shape along its internal perimeter, with vertical truncated conical holes, a polymer compound, a dielectric mesh, input and output channels for the separated solution, outlet channels for near-cathode and near-anode permeate, holes for supplying electrical wires, a polymer composition, chamber fittings for the input of the source solution and retentate outlet, gaskets, horizontal truncated conical holes, gaskets with holes for the overflow channel, auxiliary inclined channels, characterized in that the separation chambers (16) and (27) are made of the same volume and have the same cross-section shape, in alternating dielectric chambers housing with a “protrusion” (15) and a “recess” (14) there are three transfer channels (17) and (28), respectively, connecting adjacent separation chambers (16) and (27) along the solution circulation path, which coincide with the same the number of holes in the gaskets (20) and (18), as well as three horizontal and vertical truncated conical holes (34) and (35), which are installed in a row at a distance of one hundred and fifty millimeters from each other along the vertical and horizontal axis, respectively, dielectric the flanges of the housing (1) are equipped with three inlet and outlet fittings for the separated solution (10) and (22) installed in a row at a distance of fifty millimeters from each other along the horizontal axis, respectively, the third and first dielectric chambers of the housing with a “cavity” (14) in front and at the rear, respectively, they are equipped with three chamber fittings for input of the initial solution (32) and output of the retentate (33), installed in a row at a distance of one hundred millimeters from each other along the vertical axis, in alternating dielectric chambers of the housing with a “protrusion” (15) and a “recess” ( 14), the housing flanges (1) have two holes (40) for supplying electrical wires (21), in which two polymer compounds (13) and two auxiliary inclined channels (41) are also located, connected to two channels for the cathode and anode outlets. permeate (37), (39) and two fittings for removing near-cathode and near-anode permeate (31), (30), respectively, with rectangular spikes (38), located at an equal distance from the interlacing of cuts of cation-exchange and anion-exchange membranes and directed towards the near-cathode and near-anode membranes (6) and (3), respectively.