CN116135288B - 一种利用有机酸盐制有机酸的双极膜电渗析装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用有机酸盐制有机酸的双极膜电渗析装置，包括电渗析箱和阳极、阴极、多个阳离子膜、多个双极膜，电渗析箱两侧分别安装阳极和阴极，电渗析箱通过相互交替间隔分布的阳离子膜和双极膜被分隔形成阳极室与阴极室、位于阳极室与阴极室之间的交替分布的酸室和碱室，双极膜电渗析装置还包括多个回流筒，多个回流筒与阳极室、阴极室、酸室、碱室一一对应构成连通器结构，阳极室进液口、阴极室进液口、酸室进液口、碱室进液口与对应的回流筒上部间均通过导管连接，每个回流筒内设可升降密封件，密封件上安装通管，通管上装通管阀门。本发明利用连通器原理和定滑轮‑动滑轮组件实现了电渗析箱内各腔室液体的低能耗循环流动。

Description

一种利用有机酸盐制有机酸的双极膜电渗析装置

技术领域

本发明涉及电渗析制酸技术领域，特别是涉及一种利用有机酸盐制有机酸的双极膜电渗析装置。

背景技术

双极膜电渗析技术是一种新型的以离子选择性透过膜和双极膜为基础的分离、生产工艺，被广泛应用于医药、化工、环境保护等领域，如氨基酸的脱盐、有机酸的生产、脱硫剂的再生、果汁的脱酸等等。现有技术中，双极膜电渗析箱内不同隔室内液体的循环流动均是通过相应的液泵泵送实现，而多个液泵长时间的持续泵送耗电量大，不利于处理成本的有效控制。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种利用有机酸盐制有机酸的双极膜电渗析装置，利用连通器原理和定滑轮-动滑轮组件实现电渗析箱内各腔室液体的循环流动，降低了电消耗和生产成本。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用有机酸盐制有机酸的双极膜电渗析装置，包括电渗析箱和均安装于电渗析箱内的阳极、阴极、多个阳离子膜、多个双极膜，所述电渗析箱的两侧内壁分别安装阳极和阴极，所述电渗析箱通过相互交替间隔分布的阳离子膜和双极膜被分隔形成阳极室与阴极室、位于阳极室与阴极室之间的交替分布的酸室和碱室，所述双极膜电渗析装置还包括多个回流筒，多个所述回流筒与阳极室、阴极室、酸室、碱室一一对应构成连通器结构，所述阳极室的进液口与相应的回流筒上部间、阴极室的进液口与相应的回流筒上部间、酸室的进液口与相应的回流筒上部间、碱室的进液口与相应的回流筒上部间均通过导管连接，每个所述回流筒内设有可上下移动的密封件，所述密封件上安装有贯穿密封件的通管，所述通管上装有通管阀门。

所述阳极室下部与相应的回流筒下部间、阴极室下部与相应的回流筒下部间、酸室下部与相应的回流筒下部间、碱室下部与相应的回流筒下部间均通过连管连接。

每个所述密封件各自通过定滑轮和动滑轮组件带动上升。

各个所述定滑轮和动滑轮组件一并通过收绳机驱动工作；所述收绳机包括卷筒和驱动卷筒转动的电机，所述电机与卷筒的轴端通过电磁离合器连接。

多个所述阳离子膜间隔分布于阴极与阳极之间，相邻两个所述阳离子膜之间设置一个双极膜，所述阳离子膜与阳极之间形成阳极室，所述阳离子膜与阴极之间形成阴极室，多个所述阳离子膜与多个双极膜将电渗析箱分隔成由阳极向阴极方向交替分布的碱室和酸室。

每个所述酸室底部均安装有前后方向设置的可转动调节件，所述调节件可转动至由双极膜向阳离子膜方向倾斜。

所述酸室底板部上表面包括由双极膜向阳离子膜方向依次连接的水平A面部、纵截面呈优弧状的弧面部和水平B面部，所述B面部低于A面部，所述弧面部与酸室侧板部内壁形成供调节件贴合装入的凹槽，所述调节件为腰圆形柱状结构，所述调节件呈水平状态时其上表面水平且低于A面部，所述调节件呈最大倾斜状态时其上表面高端与A面部等高且上表面低端与B面部等高。

所述调节件调节至倾斜后与水平面夹角小于20度。

所述调节件水平或倾斜时均与酸室内壁贴合。

多个所述调节件通过驱动组件驱动同步转动至一定角度。

本发明的有益效果是：先是利用阳极室与回流筒所构成的连通器结构、阴极室与回流筒所构成的连通器结构、酸室与回流筒所构成的连通器结构、碱室与回流筒所构成的连通器结构，使得阳极室、阴极室、酸室、碱室内的液体自动流动至回流筒，再利用定滑轮和动滑轮组件省力地推送液体流回阳极室、阴极室、酸室、碱室，实现了各腔室液体的循环输送，降低了电能耗，降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明实施例1双极膜电渗析装置的右视图；

图2为图1中A-A向的剖面图；

图3为图2中B-B向的剖面图；

图4为图3中C处的放大图；

图5为图4中D-D向的剖面图；

图6为本发明实施例2的电渗析箱底板内安装调节件的结构图；

图7为图6中E处的放大图；

图8为图7中F-F向的剖面图；

图9为调节件调整至最大倾斜状态的结构图；

图10为体现凹槽与电渗析箱底板、侧板的结构关系的立体示意图。

图中：电渗析箱1、阳极室11、阴极室12、酸室13、A面部131、弧面部132、B面部133、碱室14、凹槽15、阳极2、阴极3、阳离子膜4、双极膜5、回流筒6、密封件61、通管62、通管阀门621、导管63、导管阀门631、连管64、连管阀门641、上限位块65、下限位块66、定滑轮和动滑轮组件67、收绳机7、卷筒71、隔环711、电机72、电磁离合器73、钢丝绳74、调节件8、转轴81、A伞齿轮82、驱动组件9、驱动轴91、B伞齿轮92。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

本发明中所述“前后方向”指垂直于阳极2向阴极3的方向。

实施例1

如图1～图4所示，一种利用有机酸盐制有机酸的双极膜电渗析装置，包括电渗析箱1和均安装于电渗析箱1内的阳极2、阴极3、多个阳离子膜4、多个双极膜5，所述电渗析箱1的两侧内壁分别安装阳极2和阴极3，所述电渗析箱1通过相互交替间隔分布的阳离子膜4和双极膜5被分隔形成阳极室11与阴极室12、位于阳极室11与阴极室12之间的交替分布的酸室13和碱室14。具体的，多个所述阳离子膜4间隔分布于阴极3与阳极2之间，相邻两个所述阳离子膜4之间设置一个双极膜5，所述阳离子膜4与阳极2之间形成阳极室11，所述阳离子膜4与阴极3之间形成阴极室12，多个所述阳离子膜4与多个双极膜5将电渗析箱1分隔成由阳极2向阴极3方向交替分布的碱室14和酸室13。电渗析箱1内呈阳极2-阳极室11-(阳离子膜4-碱室14-双极膜5-酸室13)n-阳离子膜4-阴极室12-阴极3分布，n为重复单元。

所述双极膜电渗析装置还包括多个回流筒6，多个所述回流筒6与阳极室11、阴极室12、酸室13、碱室14一一对应构成连通器结构，所述阳极室11下部与相应的回流筒6下部间、阴极室12下部与相应的回流筒6下部间、酸室13下部与相应的回流筒6下部间、碱室14下部与相应的回流筒6下部间均通过连管64连接，连管64上安装有连管阀门641。以图2为参照，图中上下方向即为电渗析箱1的上下方向；以图3为参照，图中上下方向即为电渗析箱1的上下方向，图中左右方向边即为电渗析箱1的前后方向。所述阳极室11、阴极室12、酸室13、碱室14均包括位于前侧上部的进液口和位于后侧下部的出液口，所述连管64自电渗析箱1下方通过，连管64后端对应与阳极室11的出液口、阴极室12的出液口、酸室13的出液口、碱室14的出液口连接，连管64前端对应与回流筒6下部连接，各回流筒6位于电渗析箱1的前侧。

所述阳极室11的进液口与相应的回流筒6上部间、阴极室12的进液口与相应的回流筒6上部间、酸室13的进液口与相应的回流筒6上部间、碱室14的进液口与相应的回流筒6上部间均通过导管63连接，所述导管63上安装有导管阀门631；每个所述回流筒6内设有可上下移动的密封件61，所述密封件61上安装有贯穿密封件61的通管62，所述通管62上装有通管阀门621。密封件61通过密封圈与回流筒6内壁密封连接，该密封圈嵌设在密封件61内。

进一步的，所述回流筒6内壁设有上下间隔的上限位块65和下限位块66，所述密封件61在上限位块65和下限位块66之间移动，所述导管63与回流筒6连接处高于上限位块65。上限位块65和下限位块66的设置用于控制密封件61的升降距离。

每个所述密封件61各自通过定滑轮和动滑轮组件67带动上升。各个所述定滑轮和动滑轮组件67一并通过收绳机7驱动工作。所述收绳机7包括卷筒71和驱动卷筒71转动的电机72，所述电机72与卷筒71的轴端通过电磁离合器73连接。所述卷筒71包括沿轴向间隔分布的隔环711，通过隔环711将卷筒71分成多段卷绳部，每段卷绳部上均各自缠绕钢丝绳74，多个所述钢丝绳74与多个定滑轮和动滑轮组件67一一对应连接；定滑轮和动滑轮组件67由一个定滑轮和一个动滑轮组成，钢丝绳74一端依次绕过定滑轮、动滑轮后被固定，密封件61与动滑轮连接。

电渗析时，本发明阳极室11、阴极室12内通入极液，酸室13内通入有机酸盐，如有机酸钠等，碱室14内通入水。各腔室内液体进行循环流动过程是：a先只打开连管阀门641和通管阀门621，各腔室通入相应的液体，液体进入阳极室11、阴极室12、酸室13、碱室14内后又经连管64流动至一一对应的回流筒6内，直至各腔室内液面与回流筒6内液面齐平，此时各腔室内液面为最大液位高度，且导管63安装高度高于液体最大液位高度，密封件61抵接至下限位块66且回流筒6内液体没过密封件61和通管阀门621。b之后关闭通管阀门621、打开导管阀门631，同时电机72通过定滑轮和动滑轮组件67带动密封件61上升，在密封件61上升过程中，位于密封件61上方的液体被推入相应的阳极室11、阴极室12、酸室13、碱室14中，基于虹吸效应，原本阳极室11、阴极室12、酸室13、碱室14中的液体补入回流筒6内；当密封件61抵接至上限位块65时，关闭导管阀门631、打开通管阀门621，电机72与卷筒71间的电磁离合器73断开连接，密封件61在重力作用下下移至抵接下限位块66，回流筒6内液体没过密封件61和通管阀门621。c之后按照步骤b中所述进行操作，实现各腔室液体的循环。

以有机酸盐为原料采用本发明实施例1所述双极膜电渗析装置制备有机酸，发现与传统的泵送各腔室内液体实现循环相比，在制备出等量有机酸时，采用本发明装置可减少电消耗7.82％。

实施例2

在现有技术中，电渗析室中各腔室内液体自上部流入下部流出，由于离子在电渗析室内的迁移远慢于液体在电渗析室内的流动，使得液体中的离子脱除速率小、脱除效率低，解决这一问题的方法通常是加大电渗析的外加电压，以提高膜面的电流密度，加大离子迁移、透过效率和速率，但也使得能耗变高，生产成本变高。因此在实施例1所述双极膜电渗析装置的基础上，对双极膜电渗析装置进行进一步改进。

如图6-10所示，本实施例双极膜电渗析装置包括同实施例1所述结构，双极膜电渗析装置的每个所述酸室13底部均安装有前后方向设置的可转动调节件8，所述调节件8可转动至由双极膜5向阳离子膜4方向倾斜。所述调节件8调节至倾斜后与水平面夹角小于20度。

具体的，所述酸室13底板部上表面包括由双极膜5向阳离子膜4方向依次连接的水平A面部131、纵截面呈优弧状的弧面部132和水平B面部133，所述B面部133低于A面部131，所述弧面部132与酸室13侧板部内壁形成供调节件8贴合装入的凹槽15，所述调节件8为腰圆形柱状结构，调节件8的弧形壁为劣弧结构，调节件8两平行表面间距离小于弧面部132直径，所述调节件8呈水平状态时其上表面水平且低于A面部131，所述调节件8呈最大倾斜状态时其上表面高端与A面部131等高且上表面低端与B面部133等高。

所述调节件8水平或倾斜时均与酸室13内壁贴合。进一步的，调节件8水平或倾斜时均与酸室13内壁密封贴合。调节件8采用橡胶或硅胶材料制成，调节件8具有密封塞的作用，无论调节件8处于水平或倾斜状态均能与凹槽15密封贴合。另外，调节件8的两弧形壁及两端面均包覆密封片也能保证调节件8不同状态下与凹槽15的密封贴合；或者凹槽15四边内壁均贴附密封片，也可实现密封。调节件8与酸室13内壁的密封设置，可以使液体无法渗入凹槽15内，减少阳离子残留在凹槽15中而未参与迁移。

多个所述调节件8通过驱动组件9驱动同步转动至一定角度。所述调节件8包括穿过其中心的转轴81，转轴81转动安装在酸室13前后两侧板部之间，所述转轴81一端穿出酸室13侧板且该转轴81端部安装有A伞齿轮82，所述驱动组件9包括阳极2向阴极3方向设置的驱动轴91，所述驱动轴91上安装有多个间隔的B伞齿轮92,多个B伞齿轮92与多个A伞齿轮82一一对应啮合。通过驱动驱动轴91转动一定角度而使得调节件8转动移动角度，进而改变调节件8上表面的倾斜角度，进而改变液体流速。

调节件8处于水平状态时，如图6所示，调节件8的两弧形壁与弧面部132贴合，A面部131、调节件8上表面、B面部133构成三级阶梯状结构，与传统的水平面相比，可以促进酸室13内液体向阳离子膜4方向的流动，提高阳离子迁移率和脱除速率；调节件8处于倾斜状态时，调节件8的两弧形壁与弧面部132贴合，调节件8上表面构成坡面结构，使酸室13内液体向阳离子膜4方向的流动更顺畅，进一步有利于提高阳离子迁移率和脱除速率，通过调节调节件8倾斜角度调整酸室13内液体向阳离子膜4方向的流动速率，可满足不同的速率调整要求，适用于不同有机酸盐的双极膜电渗析法制备有机酸。

本实施例中，不采用酸室13内由双极膜5向阳离子膜4方向一直线倾斜底板结构，而是采用两侧水平、中间水平或倾斜的结构，原因在于一直线倾斜底板不能改变倾斜角度，更重要的是可以利用水平B面部133对液体流动进行一定的缓冲，避免流速过大而对阳离子膜4造成破坏，同时利用水平A面部131的设计，也是为了避免液体过快流动至阳离子膜4，同时也可以兼顾阳离子穿过阳离子膜4与双极膜5过渡区水补充之间的平衡，避免液体向阳离子膜4流动过快反而使得双极膜5过渡区水补充不及时。

采用实施例1与实施例2的双极膜电渗析装置进行等量有机酸制备，发现实施例2可以减少4.76％的电消耗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种利用有机酸盐制有机酸的双极膜电渗析装置，包括电渗析箱（1）和均安装于电渗析箱（1）内的阳极（2）、阴极（3）、多个阳离子膜（4）、多个双极膜（5），其特征在于：所述电渗析箱（1）的两侧内壁分别安装阳极（2）和阴极（3），所述电渗析箱（1）通过相互交替间隔分布的阳离子膜（4）和双极膜（5）被分隔形成阳极室（11）与阴极室（12）、位于阳极室（11）与阴极室（12）之间的交替分布的酸室（13）和碱室（14），所述双极膜电渗析装置还包括多个回流筒（6），多个所述回流筒（6）与阳极室（11）、阴极室（12）、酸室（13）、碱室（14）一一对应构成连通器结构，所述阳极室（11）的进液口与相应的回流筒（6）上部间、阴极室（12）的进液口与相应的回流筒（6）上部间、酸室（13）的进液口与相应的回流筒（6）上部间、碱室（14）的进液口与相应的回流筒（6）上部间均通过导管（63）连接，所述阳极室（11）下部与相应的回流筒（6）下部间、阴极室（12）下部与相应的回流筒（6）下部间、酸室（13）下部与相应的回流筒（6）下部间、碱室（14）下部与相应的回流筒（6）下部间均通过连管（64）连接，每个所述回流筒（6）内设有可上下移动的密封件（61），每个所述密封件（61）各自通过定滑轮和动滑轮组件（67）带动上升，所述密封件（61）上安装有贯穿密封件（61）的通管（62），所述通管（62）上装有通管阀门（621）。

2.如权利要求1所述一种利用有机酸盐制有机酸的双极膜电渗析装置，其特征在于：各个所述定滑轮和动滑轮组件（67）一并通过收绳机（7）驱动工作；所述收绳机（7）包括卷筒（71）和驱动卷筒（71）转动的电机（72），所述电机（72）与卷筒（71）的轴端通过电磁离合器（73）连接。

3.如权利要求1所述一种利用有机酸盐制有机酸的双极膜电渗析装置，其特征在于：多个所述阳离子膜（4）间隔分布于阴极（3）与阳极（2）之间，相邻两个所述阳离子膜（4）之间设置一个双极膜（5），所述阳离子膜（4）与阳极（2）之间形成阳极室（11），所述阳离子膜（4）与阴极（3）之间形成阴极室（12），多个所述阳离子膜（4）与多个双极膜（5）将电渗析箱（1）分隔成由阳极（2）向阴极（3）方向交替分布的碱室（14）和酸室（13）。

4.如权利要求1-3中任意一项所述一种利用有机酸盐制有机酸的双极膜电渗析装置，其特征在于：每个所述酸室（13）底部均安装有前后方向设置的可转动调节件（8），所述调节件（8）可转动至由双极膜（5）向阳离子膜（4）方向倾斜。

5.如权利要求4所述一种利用有机酸盐制有机酸的双极膜电渗析装置，其特征在于：所述酸室（13）底板部上表面包括由双极膜（5）向阳离子膜（4）方向依次连接的水平A面部（131）、纵截面呈优弧状的弧面部（132）和水平B面部（133），所述B面部（133）低于A面部（131），所述弧面部（132）与酸室（13）侧板部内壁形成供调节件（8）贴合装入的凹槽（15），所述调节件（8）为腰圆形柱状结构，所述调节件（8）呈水平状态时其上表面水平且低于A面部（131），所述调节件（8）呈最大倾斜状态时其上表面高端与A面部（131）等高且上表面低端与B面部（133）等高。

6.如权利要求4所述一种利用有机酸盐制有机酸的双极膜电渗析装置，其特征在于：所述调节件（8）调节至倾斜后与水平面夹角小于20度。

7.如权利要求4所述一种利用有机酸盐制有机酸的双极膜电渗析装置，其特征在于：所述调节件（8）水平或倾斜时均与酸室（13）内壁贴合。

8.如权利要求4所述一种利用有机酸盐制有机酸的双极膜电渗析装置，其特征在于：多个所述调节件（8）通过驱动组件（9）驱动同步转动至一定角度。