RU2821449C1 - Flat-chamber electrobaromembrane 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. Electrobaromembrane apparatus of flat-chamber type, in which each small separation chamber is made in the form of a hollow cylinder with a toroidal cooling radiator installed in the centre with overflow globoidal channels, connected to the cooling liquid inlet and outlet chamber unions located on different sides on one horizontal axis, chamber unions for inlet of initial solution and outlet of near-anode and near-cathode retentate are located on different sides in one horizontal plane and symmetrically relative to central vertical axis of housing chambers.

EFFECT: high efficiency and quality of separation of solutions, high-efficiency turbulence, cooling of the separated solution, reduced effect of concentration polarization in small separation chambers.

1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области разделения, концентрирования и очистки растворов методами электромикрофильтрации, электроультрафильтрации, электронанофильтрации, электроосмофильтрации 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 and can be used in the chemical, 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 2791794 C1, 13.03.2023, Бюл. № 8. Прототип состоит из диэлектрических фланцев корпуса, металлических пластин, прокладок, отрицательной и положительной клемм устройства для подвода постоянного электрического тока, штуцеров для отвода прикатодного и прианодного пермеата, болтов, шайб и гаек, штуцеров ввода и вывода разделяемого раствора, диэлектрической сетки, фланцевой дренажной сетки, переточного окна, полимерного компаунда, двусторонних отверстий для подвода электрических проводов, каналов для отвода прикатодного и прианодного пермеата, полимерной композиции, каналов ввода и вывода разделяемого раствора, чередующихся диэлектрических камер корпуса с “выступом” и с “впадиной”, выполненных с полостью в виде малой камеры разделения под малые прикатодные и прианодные мембраны, на уплотнительной поверхности диэлектрических камер корпуса с “выступом” и с “впадиной” имеется углубление величиной 1 мм, для установки малой прокладки, уплотняющей периметр малой прикатодной и прианодной мембран соответственно, в месте установки дренажной сетки с двух противоположных ее концов по плоской поверхности установлены последовательно монополярно-пористые пластины электрод-катод и малый электрод-катод, монополярно-пористые пластины электрод-анод и малый электрод-анод соответственно, пористая прикатодная подложка из ватмана и малая пористая прикатодная подложка из ватмана, пористая прианодная подложка из ватмана и малая пористая прианодная подложка из ватмана соответственно, прикатодная мембрана и малая прикатодная мембрана, прианодная мембрана и малая прианодная мембрана соответственно, на диэлектрических камерах корпуса с “выступом” и с “впадиной” имеются установленные на передней и задней стенке камерные штуцеры ввода исходного раствора и вывода прианодного и прикатодного ретентата соответственно, сетка-турбулизатор представляет собой переплетенные под углом девяносто градусов в одной плоскости набор из нарезок катионообменных и анионообменных мембран, все соседние межузлия которой имеют насечки прямоугольной формы шириной 2 мм, кромки которых скошены на угол сорок пять градусов, глубина насечек составляет половину толщины нарезок катионообменных и анионообменных мембран, а сами насечки обращены к прикатодным и прианодным мембранам соответственно, прямоугольных пластин вставок, полимерной заливки, по центру каждой малой камеры разделения установлен радиатор охлаждения с камерными штуцерами ввода и вывода охлаждающей жидкости.The prototype of this design is a flat-chamber electric pressure membrane apparatus, the design of which is given in patent RU 2791794 C1, 03.13.2023, Bull. No. 8. The prototype consists of dielectric housing flanges, metal plates, gaskets, negative and positive terminals of the 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, dielectric mesh, flange drainage grid, overflow window, polymer compound, double-sided holes for supplying electrical wires, channels for discharging near-cathode and near-anode permeate, polymer composition, input and output channels for the separated solution, alternating dielectric chambers of the housing with a “protrusion” and a “recess”, made with a cavity in the form of a small separation chamber for small near-cathode and near-anode membranes, on the sealing surface of the dielectric chambers of the housing with a “protrusion” and a “recess” there is a 1 mm recess for installing a small gasket that seals the perimeter of the small near-cathode and near-anode membranes, respectively, in Where the drainage grid is installed, monopolar-porous electrode-cathode and small electrode-cathode plates, monopolar-porous electrode-anode and small electrode-anode plates, respectively, a porous near-cathode substrate made of Whatman paper and a small porous near-cathode substrate are installed sequentially on a flat surface at its two opposite ends substrate from Whatman paper, porous near-anode substrate from Whatman paper and small porous near-anode substrate from Whatman paper, respectively, near-cathode membrane and small near-cathode membrane, near-anode membrane and small near-anode membrane, respectively, on the dielectric chambers of the housing with a “protrusion” and a “cavity” are installed on the front and the rear wall are chamber fittings for the input of the initial solution and the output of the anode and near-cathode retentate, respectively, the turbulator mesh is a set of cuts of cation-exchange and anion-exchange membranes intertwined at an angle of ninety degrees in one plane, all adjacent internodes of which have rectangular notches 2 mm wide, edges which are beveled at an angle of forty-five degrees, the depth of the notches is half the thickness of the cuts of the cation-exchange and anion-exchange membranes, and the notches themselves are facing the cathode and anode membranes, respectively, rectangular plates of inserts, polymer filling, a cooling radiator with chamber input fittings is installed in the center of each small separation chamber and coolant outlet.

Недостатками прототипа являются: низкая производительность и качество разделения растворов, малоэффективная турбулизация и охлаждение разделяемого (исходного) раствора, высокая концентрационная поляризация.The disadvantages of the prototype are: low productivity and quality of solution separation, ineffective turbulization and cooling of the separated (initial) solution, high concentration polarization.

Технический результат выражается - повышением производительности и качества разделения растворов, высокоэффективной турбулизацией, охлаждением разделяемого (исходного) раствора, снижением эффекта концентрационной поляризации в малых камерах разделения за счет того, что аппарат состоит из диэлектрических фланцев корпуса, металлических пластин, прокладок, отрицательной и положительной клемм устройства для подвода постоянного электрического тока, штуцеров для отвода прикатодного и прианодного пермеата, болтов, шайб и гаек, штуцеров ввода и вывода разделяемого раствора, диэлектрической сетки, фланцевой дренажной сетки, переточного окна, полимерного компаунда, двусторонних отверстий для подвода электрических проводов, каналов для отвода прикатодного и прианодного пермеата, полимерной композиции, каналов ввода и вывода разделяемого раствора, чередующихся диэлектрических камер корпуса с “выступом” и с “впадиной”, выполненных с полостью в виде малой камеры разделения под малые прикатодные и прианодные мембраны, на уплотнительной поверхности диэлектрических камер корпуса с “выступом” и с “впадиной” имеется углубление величиной 1 мм, для установки малой прокладки, уплотняющей периметр малой прикатодной и прианодной мембран соответственно, в месте установки дренажной сетки с двух противоположных ее концов по плоской поверхности установлены последовательно монополярно-пористые пластины электрод-катод и малый электрод-катод, монополярно-пористые пластины электрод-анод и малый электрод-анод соответственно, пористая прикатодная подложка из ватмана и малая пористая прикатодная подложка из ватмана, пористая прианодная подложка из ватмана и малая пористая прианодная подложка из ватмана соответственно, прикатодная мембрана и малая прикатодная мембрана, прианодная мембрана и малая прианодная мембрана соответственно, на диэлектрических камерах корпуса с “выступом” и с “впадиной” имеются установленные на передней и задней стенке камерные штуцеры ввода исходного раствора и вывода прианодного и прикатодного ретентата соответственно, сетка-турбулизатор представляет собой переплетенные под углом девяносто градусов в одной плоскости набор из нарезок катионообменных и анионообменных мембран, все соседние межузлия которой имеют насечки прямоугольной формы шириной 2 мм, кромки которых скошены на угол сорок пять градусов, глубина насечек составляет половину толщины нарезок катионообменных и анионообменных мембран, а сами насечки обращены к прикатодным и прианодным мембранам соответственно, прямоугольных пластин вставок, полимерной заливки, по центру каждой малой камеры разделения установлен радиатор охлаждения с камерными штуцерами ввода и вывода охлаждающей жидкости, отличающийся тем, что каждая малая камера разделения выполнена в форме полого цилиндра с установленным по центру торообразным радиатором охлаждения с переточными глобоидальными каналами, соединенным с камерными штуцерами ввода и вывода охлаждающей жидкости, расположенными по разные стороны на одной горизонтальной оси, камерные штуцеры ввода исходного раствора и вывода прианодного и прикатодного ретентата расположены по разные стороны в одной горизонтальной плоскости и симметрично относительно центральной вертикальной оси камер корпуса.The technical result is expressed by increasing the productivity and quality of solution separation, highly efficient turbulization, cooling of the separated (initial) solution, reducing the effect of concentration polarization in small separation chambers due to the fact that the apparatus consists of dielectric housing flanges, metal plates, gaskets, negative and positive terminals devices 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, dielectric mesh, flange drainage mesh, overflow window, polymer compound, double-sided holes for supplying electrical wires, channels for removal of near-cathode and near-anode permeate, polymer composition, input and output channels of the separated solution, alternating dielectric chambers of the housing with a “protrusion” and a “recess”, made with a cavity in the form of a small separation chamber for small near-cathode and near-anode membranes, on the sealing surface of the dielectric chambers the housing with a “protrusion” and a “recess” has a recess of 1 mm in size; for installing a small gasket that seals the perimeter of the small near-cathode and near-anode membranes, respectively, in the place where the drainage grid is installed, monopolar-porous electrode plates are installed in series from its two opposite ends on a flat surface -cathode and small electrode-cathode, monopolar-porous plates electrode-anode and small electrode-anode, respectively, porous near-cathode substrate from Whatman paper and small porous near-cathode substrate from Whatman paper, porous near-anode substrate from Whatman paper and small porous near-anode substrate from Whatman paper, respectively, near-cathode membrane and small near-cathode membrane, near-anode membrane and small near-anode membrane, respectively, on the dielectric chambers of the housing with a “protrusion” and with a “recess” there are chamber fittings installed on the front and rear walls for the input of the initial solution and the output of the near-anode and near-cathode retentate, respectively, a turbulator grid is a set of cuts of cation-exchange and anion-exchange membranes intertwined at an angle of ninety degrees in one plane, all adjacent internodes of which have rectangular notches 2 mm wide, the edges of which are beveled at an angle of forty-five degrees, the depth of the notches is half the thickness of the cuts of cation-exchange and anion-exchange membranes, and the notches themselves face the near-cathode and near-anode membranes, respectively, rectangular plates of inserts, polymer filling, in the center of each small separation chamber there is a cooling radiator with chamber fittings for inlet and outlet of coolant, characterized in that each small separation chamber is made in the form of a hollow cylinder with a centrally installed torus-shaped cooling radiator with globoidal transfer channels connected to chamber fittings for the input and output of coolant, located on opposite sides on the same horizontal axis, chamber fittings for the input of the initial solution and the output of the anode and near-cathode retentate are located on different sides in the same horizontal plane and symmetrically relative to the central vertical axis of the housing chambers.

На фиг. 1 изображен электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа, продольный разрез; фиг. 2 - вид сверху; фиг. 3 - вид слева; фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 1; фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 1; фиг. 6 - выносной элемент В (2:1) увеличенный, схема разделения в межмембранном канале на фиг. 1.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 A-A in Fig. 1; fig. 5 - section B-B in Fig. 1; fig. 6 - remote element B (2:1) enlarged, separation diagram in the intermembrane channel in Fig. 1.

Электробаромембранный аппарат состоит из диэлектрических фланцев корпуса 1, металлических пластин 2, прокладок 3, отрицательной и положительной клемм устройства для подвода постоянного электрического тока 4, штуцеров для отвода прикатодного и прианодного пермеата 5, 6, болтов 7, шайб 8 и гаек 9, штуцеров ввода и вывода разделяемого раствора 10, 11, диэлектрической сетки 12, фланцевой дренажной сетки 13, переточного окна 14, полимерного компаунда 15, двусторонних отверстий 16 для подвода электрических проводов 17, каналов для отвода прикатодного и прианодного пермеата 18, 19, полимерной композиции 20, каналов ввода и вывода разделяемого раствора 21, 22, чередующихся диэлектрических камер корпуса с “выступом” и с “впадиной” 23 и 24 выполненных с полостью в виде малой камеры разделения 25 в форме полого цилиндра, высота которого равна толщине диэлектрической камеры корпуса с “выступом” и с “впадиной” 23 и 24 от одной ее стороны с уплотнительной поверхностью шип-паз до другой, диаметром равным диаметру малой прикатодной и прианодной мембран 26, 27 соответственно, под малые прикатодные и прианодные мембраны 26, 27, на уплотнительной поверхности диэлектрических камер корпуса с “выступом” и с “впадиной” 23 и 24 имеется углубление величиной 1 мм, для установки малой прокладки 28 круглой формы, уплотняющей периметр малой прикатодной и прианодной мембран 26, 27 соответственно, в месте установки дренажной сетки 29 с двух противоположных ее концов по плоской поверхности, установлены последовательно монополярно-пористые пластины электрод-катод 30 и малый электрод-катод 31, монополярно-пористые пластины электрод-анод 32 и малый электрод-анод 33 соответственно, пористая прикатодная подложка из ватмана 34 и малая пористая прикатодная подложка из ватмана 35, пористая прианодная подложка из ватмана 36 и малая пористая прианодная подложка из ватмана 37 соответственно, прикатодная мембрана 38 и малая прикатодная мембрана 26, прианодная мембрана 39 и малая прианодная мембрана 27 соответственно, на диэлектрических камерах корпуса с “выступом” и с “впадиной” 23 и 24 имеются установленные на передней и задней стенке камерные штуцера ввода исходного раствора 40 и вывода прианодного и прикатодного ретентата 41, 42 соответственно, которые расположены по разные стороны в одной горизонтальной плоскости и симметрично относительно центральной вертикальной оси камер корпуса с “выступом” и с “впадиной” 23 и 24, сетка-турбулизатор 43 представляет собой переплетенные под углом девяносто градусов в одной плоскости набор из нарезок катионообменных и анионообменных мембран, все соседние межузлия которой имеют насечки прямоугольной формы шириной 2 мм, кромки которых скошены на угол сорок пять градусов, глубина насечек составляет половину толщины нарезок катионообменных и анионообменных мембран, а сами насечки обращены к прикатодным и прианодным мембранам 38 и 39 соответственно, по центру каждой малой камеры разделения 25 установлен торообразный радиатор охлаждения 44 с переточными глобоидальными каналами, соединенный с камерными штуцерами ввода и вывода охлаждающей жидкости 45 и 46, расположенными по разные стороны на одной горизонтальной оси, прямоугольных пластин вставок 47, полимерной заливки 48.The electric baromembrane apparatus consists of dielectric flanges of the housing 1, metal plates 2, gaskets 3, negative and positive terminals of the device for supplying direct electric current 4, fittings for discharging near-cathode and near-anode permeate 5, 6, bolts 7, washers 8 and nuts 9, input fittings and output of the separated solution 10, 11, dielectric mesh 12, flanged drainage mesh 13, flow window 14, polymer compound 15, double-sided holes 16 for supplying electrical wires 17, channels for removing near-cathode and near-anode permeate 18, 19, polymer composition 20, channels input and output of the separated solution 21, 22, alternating dielectric chambers of the housing with a “protrusion” and a “recess” 23 and 24 made with a cavity in the form of a small separation chamber 25 in the form of a hollow cylinder, the height of which is equal to the thickness of the dielectric chamber of the housing with the “protrusion” and with a “cavity” 23 and 24 from one side with a tongue-and-groove sealing surface to the other, with a diameter equal to the diameter of the small near-cathode and near-anode membranes 26, 27, respectively, under the small near-cathode and near-anode membranes 26, 27, on the sealing surface of the dielectric chambers of the housing with a “protrusion” and a “recess” 23 and 24 there is a recess of 1 mm in size for installing a small round gasket 28 that seals the perimeter of the small near-cathode and near-anode membranes 26, 27, respectively, in the place where the drainage mesh 29 is installed from its two opposite ends along flat surface, monopolar-porous plates electrode-cathode 30 and small electrode-cathode 31, monopolar-porous plates electrode-anode 32 and small electrode-anode 33 are installed in series, respectively, a porous near-cathode substrate made of Whatman paper 34 and a small porous near-cathode substrate made of Whatman paper 35 , porous near-anode substrate from whatman paper 36 and small porous near-anode substrate from whatman paper 37, respectively, near-cathode membrane 38 and small near-cathode membrane 26, near-anode membrane 39 and small near-anode membrane 27, respectively, on the dielectric chambers of the housing with a “protrusion” and a “recess” 23 and 24 there are chamber fittings installed on the front and rear walls for the input of the initial solution 40 and the output of the anode and near-cathode retentate 41, 42, respectively, which are located on different sides in the same horizontal plane and symmetrically relative to the central vertical axis of the housing chambers with a “protrusion” and with “ depression” 23 and 24, the turbulator mesh 43 is a set of cation-exchange and anion-exchange membranes intertwined at an angle of ninety degrees in one plane, all adjacent internodes of which have rectangular notches 2 mm wide, the edges of which are beveled at an angle of forty-five degrees, depth The notches are half the thickness of the cuts of the cation-exchange and anion-exchange membranes, and the notches themselves face the near-cathode and near-anode membranes 38 and 39, respectively; in the center of each small separation chamber 25 there is a torus-shaped cooling radiator 44 with globoidal flow channels connected to chamber fittings for the inlet and outlet of the coolant 45 and 46, located on different sides on the same horizontal axis, rectangular plates of inserts 47, polymer fill 48.

Чередующиеся диэлектрические камеры корпуса с “выступом” и с “впадиной” 23 и 24, диэлектрические фланцы корпуса 1, штуцеры ввода и вывода разделяемого раствора 10, 11, диэлектрическая сетка 12, штуцеры для отвода прикатодного и прианодного пермеата 5, 6, камерные штуцеры ввода исходного раствора 40 и вывода прианодного и прикатодного ретентата 41, 42, радиатор охлаждения 44, камерные штуцеры ввода и вывода охлаждающей жидкости 45 и 46 могут быть изготовлены из капролона.Alternating dielectric chambers of the housing with a “protrusion” and a “recess” 23 and 24, dielectric flanges of the housing 1, inlet and outlet fittings for the separated solution 10, 11, dielectric mesh 12, fittings for the removal of near-cathode and near-anode permeate 5, 6, chamber input fittings the initial solution 40 and the output of the anode and near-cathode retentate 41, 42, the cooling radiator 44, the chamber fittings for the inlet and outlet of the coolant 45 and 46 can be made of caprolon.

Монополярно-пористые пластины электрод-катод и малый электрод-катод 30 и 31, монополярно-пористые пластины электрод-анод 32 и малый электрод-анод 33 могут быть изготовлены из 20-45 процентного пористого проката типа Х18Н15-ПМ, Х18Н15-МП, Н-МП, ЛНПИТ, ЛПН-ПМ как и прямоугольные пластины вставки 47.Monopolar-porous plates electrode-cathode and small electrode-cathode 30 and 31, monopolar-porous plates electrode-anode 32 and small electrode-anode 33 can be made from 20-45 percent porous rolled products of the type X18N15-PM, X18N15-MP, N -MP, LNPIT, LPN-PM as well as rectangular plates of insert 47.

Сетки-турбулизаторы 43, представляющие 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, МА-ИЛ, МБ-1, МБ-2.Turbulizer nets 43, which are 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 .

Полимерная заливка 48, полимерный компаунд 15 и полимерная композиция 20 изготавливаются из диэлектрических герметизирующих эпоксидных смол, пластмассы или клея типа “холодная сварка”.Resin pot 48, resin compound 15, and resin composition 20 are made from dielectric sealant epoxy resins, plastics, or cold-weld adhesives.

Фланцевая дренажная сетка 13, дренажная сетка 29 могут быть изготовлены из материала Х18Н9Т, Х18Н10Т, 20Х23Н18, 10Х17Н13М2Т, 08Х18Т1.Flange drainage mesh 13, drainage mesh 29 can be made of material Х18Н9Т, Х18Н10Т, 20Х23Н18, 10Х17Н13М2Т, 08Х18Т1.

Прокладка 3 и малая прокладка 28 могут быть выполнены из паронита или прокладочной резины.Gasket 3 and small gasket 28 can be made of paronite or gasket rubber.

Металлические пластины 2 могут быть изготовлены из стали 3, стали 15, стали 25, стали 30, стали 45.Metal plates 2 can be made of steel 3, steel 15, steel 25, steel 30, steel 45.

В качестве прикатодных, прианодных мембран 38, 39 и малой прикатодной, прианодной мембран 26, 27 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.As near-cathode, near-anode membranes 38, 39 and small near-cathode, near-anode membranes 26, 27, the following types of membranes, made in the form of tape, can be used: MGA-95, MGA-95P-N, MGA-95P-T, 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 штуцер ввода разделяемого раствора 10, расположенный на диэлектрическом фланце корпуса 1, фиг. 1, 2, 3, подается, минуя полимерную композицию 20 по каналу ввода разделяемого раствора 21, фиг. 1, в первую камеру разделения образованную прикатодной мембраной 38, прокладкой 3 по внутреннему периметру которой расположены центральные прямоугольные углубления величиной 0,5 мм от их толщины и одной третьей их части по ширине, причем в эти центральные прямоугольные углубления по всему внутреннему периметру прокладки 3 вставлены концы сетки-турбулизатора 43, представляющей собой переплетенные под углом девяносто градусов в одной плоскости набор из нарезок катионообменных и анионообменных мембран соответственно, и прианодной мембраны 39, образуя, таким образом, межмембранный канал в тех местах, где расположена сетка-турбулизатор 43 и где она отсутствует в прямоугольном переточном окне 14.The initial solution is under pressure exceeding the osmotic pressure of the substances dissolved in it, through the input fitting of the separated solution 10, located on the dielectric flange of the housing 1, Fig. 1, 2, 3, is supplied, bypassing the polymer composition 20 through the input channel of the separated solution 21, FIG. 1, into the first separation chamber formed by the near-cathode membrane 38, with a gasket 3 along the inner perimeter of which there are central rectangular recesses measuring 0.5 mm from their thickness and one third of their width, and into these central rectangular recesses along the entire internal perimeter of the gasket 3 are inserted the ends of the turbulator mesh 43, which is a set of cut cation-exchange and anion-exchange membranes intertwined at a ninety-degree angle in one plane, respectively, and the anode membrane 39, thus forming an intermembrane channel in those places where the turbulator mesh 43 is located and where it absent in rectangular flow window 14.

В этот же момент времени к чередующимся диэлектрическим камерам корпуса с “выступом” и с “впадиной” 23 и 24, и диэлектрическим фланцам корпуса 1, фиг. 1, включением устройства для подвода постоянного электрического тока 4 через электрические провода 17, проходящих в отверстиях 16, которые залиты полимерным компаундом 15 и соединенных с дренажными сетками 13 и 29, 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” and with a “recess” 23 and 24, and to the dielectric flanges of the housing 1, Fig. 1, by turning on the device for supplying direct electric current 4 through electric wires 17 passing through holes 16, which are filled with a polymer compound 15 and connected to drainage grids 13 and 29, an external constant electric field with a given current density is supplied to the device.

Раствор, двигаясь, перемешивается при помощи сетки-турбулизатора 43 и поступает к прикатодной и прианодной мембранам 38 и 39 соответственно, фиг. 1, 6, в зависимости от схемы подключения “минус” или “плюс”.The solution, moving, is mixed using a turbulator mesh 43 and flows to the cathode and anode membranes 38 and 39, respectively, Fig. 1, 6, depending on the connection diagram “minus” or “plus”.

Из образовавшейся между прикатодными, прианодными мембранами 38, 39, расположенными на диэлектрическом фланце корпуса 1 и диэлектрической камере корпуса с “впадиной” 24 и прокладкой 3 камеры разделения, фиг. 1, катионы и анионы, проникающие через прикатодную и прианодную мембраны 38 и 39, пористые прикатодные и прианодные подложки из ватмана 34 и 36, монополярно-пористые пластины электрод-катод и электрод-анод 30 и 32, фланцевые и дренажные сетки 13 и 29, уложенные последовательно друг на друге, проходят в пространстве между диэлектрическим фланцем корпуса 1 и монополярно-пористой пластиной электрод-катод 30 и в пространстве дренажной сетки 29 и по каналам для отвода прикатодного и прианодного пермеата 18 и 19 отводятся через штуцеры для отвода прикатодного и прианодного пермеата 5 и 6 в виде оснований, кислот и газа в зависимости от схемы подключения “минус” или “плюс”.From the one formed between the cathode and anode membranes 38, 39, located on the dielectric flange of the housing 1 and the dielectric chamber of the housing with a “cavity” 24 and gasket 3 of the separation chamber, FIG. 1, cations and anions penetrating through the near-cathode and near-anode membranes 38 and 39, porous near-cathode and near-anode substrates from whatman paper 34 and 36, monopolar porous electrode-cathode and electrode-anode plates 30 and 32, flange and drainage grids 13 and 29, laid sequentially on top of each other, pass in the space between the dielectric flange of the housing 1 and the monopolar-porous electrode-cathode plate 30 and in the space of the drainage grid 29 and through channels for removing near-cathode and near-anode permeate 18 and 19 are discharged through fittings for draining near-cathode and near-anode permeate 5 and 6 in the form of bases, acids and gas, depending on the connection diagram “minus” or “plus”.

Оставшиеся в камере разделения анионы и катионы, движущиеся в ядре потока сетки-турбулизатора 43, фиг. 1, 6 переходят через прямоугольное переточное окно 14, фиг. 1, межмембранного канала увеличенной площади в диэлектрической камере корпуса с “впадиной” 24, в следующую (вторую) камеру разделения, образованную соединенными между собой диэлектрическими камерами корпуса с “выступом” и с “впадиной” 23 и 23, фиг. 1, и прикатодными и прианодными мембранами 38 и 39 соответственно в виде кислот, оснований и газа в зависимости от схемы подключения “минус” или “плюс”, при этом в пространстве прямоугольного переточного окна 14 чередующихся диэлектрических камер корпуса с “выступом” и с “впадиной” 23 и 24 образован межмембранный канал, который на всю ширину и высоту под прокладкой 3 и от прокладки 3 до прокладки 3 с одной стороны чередующихся диэлектрических камер корпуса с “выступом” и с “впадиной” 23 и 24 по другую залит полимерной заливкой 48.The anions and cations remaining in the separation chamber moving in the flow core of the turbulator grid 43, Fig. 1, 6 pass through a rectangular overflow window 14, FIG. 1, an intermembrane channel of increased area in the dielectric chamber of the housing with a “cavity” 24, into the next (second) separation chamber formed by interconnected dielectric chambers of the housing with a “protrusion” and a “cavity” 23 and 23, FIG. 1, and cathode and anode membranes 38 and 39, respectively, in the form of acids, bases and gas, depending on the connection diagram “minus” or “plus”, while in the space of the rectangular flow window there are 14 alternating dielectric chambers of the housing with a “protrusion” and with “ “the depression” 23 and 24 forms an intermembrane channel, which is filled with polymer fill 48 over the entire width and height under gasket 3 and from gasket 3 to gasket 3 on one side of the alternating dielectric chambers of the housing with a “protrusion” and a “recess” 23 and 24 on the other. .

Раствор переходит из первой камеры разделения во вторую камеру разделения и далее по всем камерам разделения через прямоугольные переточные окна 14 чередующихся диэлектрических камер корпуса с “выступом” и с “впадиной” 23 и 24 всего аппарата, фиг. 1, где происходит аналогичное разделение, катионы и анионы отводятся с пермеатом через прикатодные и прианодные мембраны 38 и 39 и по каналам для отвода прикатодного и прианодного пермеата 18 и 19 отводятся через штуцеры для отвода прикатодного и прианодного пермеата 5 и 6 в виде оснований и кислот в зависимости от схемы подключения “минус” или “плюс”, а ретентат выводится минуя полимерную композицию 20, по каналу вывода разделяемого раствора 22, фиг. 1.The solution passes from the first separation chamber to the second separation chamber and then through all separation chambers through rectangular flow windows 14 of alternating dielectric chambers of the body with a “protrusion” and a “recess” 23 and 24 of the entire apparatus, Fig. 1, where a similar separation occurs, cations and anions are removed with the permeate through the cathode and anode membranes 38 and 39 and through the channels for removing the cathode and anode permeate 18 and 19 and are removed through fittings for removing the cathode and anode permeate 5 and 6 in the form of bases and acids depending on the connection diagram, “minus” or “plus”, and the retentate is removed bypassing the polymer composition 20, through the output channel of the separated solution 22, Fig. 1.

Одновременно с подачей исходного раствора под давлением, превышающем осмотическое давление растворенных в нем веществ, через штуцер ввода разделяемого раствора 10, расположенного на диэлектрическом фланце корпуса 1, фиг. 1, 2, 3, также подается исходный раствор под давлением, превышающем осмотическое давление растворенных в нем веществ через камерные штуцеры ввода исходного раствора 40, фиг. 2, 3, 4, 5, установленные на передней стенке диэлектрических камер корпуса с “выступом” и с “впадиной” 23 и 24 независимо для каждой диэлектрической камеры корпуса с “выступом” и с “впадиной” 23 и 24 и поступает в малые камеры разделения 25, при этом поток закручивается, двигаясь по внутренней поверхности камеры разделения 25 в форме полого цилиндра, перемешивается, проходя через переточные глобоидальные каналы торообразного радиатора охлаждения 44, установленного по центру каждой малой камеры разделения 25, фиг. 1, 4, 5, что снижает эффект концентрационной поляризации и улучшает турбулизацию разделяемого раствора. Катионы проникают через малые прикатодные мембраны 26, малые пористые прикатодные подложки из ватмана 35, малые монополярно-пористые пластины электрод-катод 31, а анионы проникают через малые прианодные мембраны 27, малые пористые прианодные подложки из ватмана 37, малые монополярно-пористые пластины электрод-анод 33 соответственно в пространстве дренажной сетки 29 и отводятся самотеком в виде оснований, кислот и газа по каналам для отвода прикатодного и прианодного пермеата 18, 19 соответственно предварительно объединяясь с потоками оснований, кислот и газа, образованных при разделении в основных камерах разделения в зависимости от схемы подключения “минус” или “плюс”. Отработанные растворы из малых камер разделения 25 каждой диэлектрической камеры корпуса с “выступом” и с “впадиной” 23 и 24 в виде прианодного и прикатодного ретентата выводятся через установленные на задней стенке камерные штуцеры вывода прианодного и прикатодного ретентата 41, 42 соответственно, фиг. 2, 3, 4, 5.Simultaneously with the supply of the initial solution under pressure exceeding the osmotic pressure of the substances dissolved in it, through the input fitting of the separated solution 10 located on the dielectric flange of the 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 the chamber fittings for introducing the initial solution 40, FIG. 2, 3, 4, 5, installed on the front wall of the dielectric chambers of the housing with a “protrusion” and a “recess” 23 and 24 independently for each dielectric chamber of the housing with a “protrusion” and a “recess” 23 and 24 and enters small chambers separation 25, while the flow swirls, moving along the inner surface of the separation chamber 25 in the form of a hollow cylinder, mixes, passing through the globoidal flow channels of the torus-shaped cooling radiator 44 installed in the center of each small separation chamber 25, FIG. 1, 4, 5, which reduces the effect of concentration polarization and improves the turbulization of the separated solution. Cations penetrate through small near-cathode membranes 26, small porous near-cathode substrates from Whatman paper 35, small monopolar-porous electrode-cathode plates 31, and anions penetrate through small near-anode membranes 27, small porous near-anode substrates from Whatman paper 37, small monopolar-porous electrode-plates anode 33, respectively, in the space of the drainage grid 29 and are discharged by gravity in the form of bases, acids and gas through channels for removing near-cathode and near-anode permeate 18, 19, respectively, previously combining with the flows of bases, acids and gas formed during separation in the main separation chambers, depending on connection diagrams “minus” or “plus”. Spent solutions from small separation chambers 25 of each dielectric chamber of the housing with a “protrusion” and a “recess” 23 and 24 in the form of near-anode and near-cathode retentate are discharged through chamber fittings for the output of near-anode and near-cathode retentate 41, 42, respectively, installed on the rear wall, FIG. 2, 3, 4, 5.

Исходный раствор, протекая по всем камерам разделения последовательно через весь межмембранный канал 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 электроде-катоде и электроде-аноде 30 и 32 соответственно в результате электрохимических реакций.The initial solution, flowing through all separation chambers sequentially through the entire intermembrane channel from one dielectric flange of housing 1 to the second dielectric flange of 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 plates of the electrode-cathode and electrode-anode 30 and 32, respectively, as a result electrochemical reactions.

Одновременно с подачей разделяемого раствора через камерные штуцеры ввода охлаждающей жидкости 45 подается охлаждающий агент (например, водопроводная вода), заполняя торообразные радиаторы охлаждения 44 с большой площадью поверхности во всех малых камерах разделения 25, фиг. 1, отводя избыток тепла от разделяемого раствора, снижая при этом температурную нагрузку на малые прианодные и прикатодные мембраны 27, 26, и выводится через камерные штуцеры вывода охлаждающей жидкости 46, фиг. 4, 5.Simultaneously with the supply of the separated solution, a cooling agent (for example, tap water) is supplied through the chamber coolant inlet fittings 45, filling the torus-shaped cooling radiators 44 with a large surface area in all small separation chambers 25, FIG. 1, removing excess heat from the separated solution, while reducing the temperature load on the small near-anode and near-cathode membranes 27, 26, and is removed through the chamber fittings for the coolant outlet 46, FIG. 4, 5.

Повышение производительности и качества разделения растворов, высокоэффективная турбулизация, охлаждение разделяемого (исходного) раствора и снижение эффекта концентрационной поляризации в малых камерах разделения, фиг. 1, 4, 5, достигается за счет того, что каждая малая камера разделения выполнена в форме полого цилиндра с установленным по центру торообразным радиатором охлаждения с переточными глобоидальными каналами, соединенным с камерными штуцерами ввода и вывода охлаждающей жидкости, расположенными по разные стороны на одной горизонтальной оси, камерные штуцеры ввода исходного раствора и вывода прианодного и прикатодного ретентата расположены по разные стороны в одной горизонтальной плоскости и симметрично относительно центральной вертикальной оси камер корпуса.Increasing the productivity and quality of solution separation, highly efficient turbulization, cooling of the separated (initial) solution and reducing the effect of concentration polarization in small separation chambers, Fig. 1, 4, 5, is achieved due to the fact that each small separation chamber is made in the form of a hollow cylinder with a centrally installed torus-shaped cooling radiator with globoidal flow channels connected to chamber fittings for the inlet and outlet of coolant, located on different sides on the same horizontal axes, chamber fittings for the input of the initial solution and the output of the near-anode and near-cathode retentate are located on different sides in the same horizontal plane and symmetrically relative to the central vertical axis of the housing chambers.

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, baromembrane processes, such as reverse osmosis, nanofiltration, ultrafiltration and microfiltration, can be carried out without applying an electric field.

Claims (1)

Электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа, состоящий из диэлектрических фланцев корпуса, металлических пластин, прокладок, отрицательной и положительной клемм устройства для подвода постоянного электрического тока, штуцеров для отвода прикатодного и прианодного пермеата, болтов, шайб и гаек, штуцеров ввода и вывода разделяемого раствора, диэлектрической сетки, фланцевой дренажной сетки, переточного окна, полимерного компаунда, двусторонних отверстий для подвода электрических проводов, каналов для отвода прикатодного и прианодного пермеата, полимерной композиции, каналов ввода и вывода разделяемого раствора, чередующихся диэлектрических камер корпуса с “выступом” и с “впадиной”, выполненных с полостью в виде малой камеры разделения под малые прикатодные и прианодные мембраны, на уплотнительной поверхности диэлектрических камер корпуса с “выступом” и с “впадиной” имеется углубление величиной 1 мм, для установки малой прокладки, уплотняющей периметр малой прикатодной и прианодной мембран соответственно, в месте установки дренажной сетки с двух противоположных ее концов по плоской поверхности установлены последовательно монополярно-пористые пластины электрод-катод и малый электрод-катод, монополярно-пористые пластины электрод-анод и малый электрод-анод соответственно, пористая прикатодная подложка из ватмана и малая пористая прикатодная подложка из ватмана, пористая прианодная подложка из ватмана и малая пористая прианодная подложка из ватмана соответственно, прикатодная мембрана и малая прикатодная мембрана, прианодная мембрана и малая прианодная мембрана соответственно, на диэлектрических камерах корпуса с “выступом” и с “впадиной” имеются установленные на передней и задней стенках камерные штуцеры ввода исходного раствора и вывода прианодного и прикатодного ретентата соответственно, сетка-турбулизатор представляет собой переплетенные под углом девяносто градусов в одной плоскости набор из нарезок катионообменных и анионообменных мембран, все соседние межузлия которой имеют насечки прямоугольной формы шириной 2 мм, кромки которых скошены на угол сорок пять градусов, глубина насечек составляет половину толщины нарезок катионообменных и анионообменных мембран, а сами насечки обращены к прикатодным и прианодным мембранам соответственно, прямоугольных пластин вставок, полимерной заливки, по центру каждой малой камеры разделения установлен радиатор охлаждения с камерными штуцерами ввода и вывода охлаждающей жидкости, отличающийся тем, что каждая малая камера разделения выполнена в форме полого цилиндра с установленным по центру торообразным радиатором охлаждения с переточными глобоидальными каналами, соединенным с камерными штуцерами ввода и вывода охлаждающей жидкости, расположенными по разные стороны на одной горизонтальной оси, камерные штуцеры ввода исходного раствора и вывода прианодного и прикатодного ретентата расположены по разные стороны в одной горизонтальной плоскости и симметрично относительно центральной вертикальной оси камер корпуса.Electric pressure-membrane apparatus of flat-chamber type, consisting of dielectric flanges of the housing, metal plates, gaskets, negative and positive terminals of the device for supplying direct electric current, fittings for the removal of near-cathode and near-anode permeate, bolts, washers and nuts, fittings for input and output of the separated solution, dielectric mesh , flange drainage grid, overflow window, polymer compound, double-sided holes for supplying electrical wires, channels for discharging near-cathode and near-anode permeate, polymer composition, channels for input and output of the separated solution, alternating dielectric chambers of the housing with a “protrusion” and a “recess”, made with a cavity in the form of a small separation chamber for small near-cathode and near-anode membranes, on the sealing surface of the dielectric chambers of the housing with a “protrusion” and a “recess” there is a 1 mm recess for installing a small gasket that seals the perimeter of the small near-cathode and near-anode membranes, respectively, in the place where the drainage grid is installed, monopolar-porous plates electrode-cathode and small electrode-cathode, monopolar-porous plates electrode-anode and small electrode-anode, respectively, a porous near-cathode substrate made of whatman paper and a small porous cathode substrate made of Whatman paper, porous near-anode substrate made of Whatman paper and small porous near-anode substrate made of Whatman paper, respectively, near-cathode membrane and small near-cathode membrane, near-anode membrane and small near-anode membrane, respectively, on the dielectric chambers of the housing with a “protrusion” and a “cavity” there are installed on on the front and rear walls there are chamber fittings for the input of the initial solution and the output of the anode and near-cathode retentate, respectively, the turbulator mesh is a set of cation-exchange and anion-exchange membranes intertwined at an angle of ninety degrees in one plane, all adjacent internodes of which have rectangular notches 2 mm wide, the edges of which are beveled at an angle of forty-five degrees, the depth of the notches is half the thickness of the cuts of the cation-exchange and anion-exchange membranes, and the notches themselves face the cathode and anode membranes, respectively, rectangular insert plates, polymer filling, a cooling radiator with chamber fittings is installed in the center of each small separation chamber coolant input and output, characterized in that each small separation chamber is made in the form of a hollow cylinder with a centrally mounted torus-shaped cooling radiator with globoidal flow channels connected to chamber fittings for coolant input and output, located on opposite sides on the same horizontal axis, chamber fittings for the input of the initial solution and the output of the near-anode and near-cathode retentate are located on different sides in the same horizontal plane and symmetrically relative to the central vertical axis of the housing chambers.