CN218620443U - 一种集成化小型化多功能的电渗析设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种集成化小型化多功能的电渗析设备，涉及电渗析设备领域。该设备是一种集成化、小型化、多种型号膜设备通用的设备，多种型号膜设备通用包括异相膜、均相膜、两隔室双极膜和三隔室双极膜膜设备。设备使用机架集成水箱、水泵、膜设备、就地操作柜等装置，阀门、取样等操作界面，自控操作以及仪表参数的查看界面(触摸屏)，整体结构紧凑，功能齐全。该设备致力于解决实验室级需求，满足脱盐、浓缩、有机酸、有机碱、无机盐制酸碱等实验数据的获得，以及实验室少量稀酸、稀碱的制备需求。设备系统一体集成化、产品化，占地面积小，可随时运至需求场地就位使用，系统程序自动化，触摸屏操作集中简便，自控仪表，安全可靠。

Description

一种集成化小型化多功能的电渗析设备

技术领域

本实用新型涉及电渗析设备领域，尤其是涉及一种集成化小型化多功能的电渗析设备。

背景技术

异相膜、均相膜的电渗析技术是利用离子交换膜对阴阳离子的选择透性，在直流电场作用下，是阴阳离子发生定向迁移，从而达到电解质溶液的分离、提纯和浓缩而定目的。

双极膜是由阴离子交换树脂层、阳离子交换树脂层和中间催化层组成。在直流电场的作用下，阴、阳膜复合层间的H₂O解离成H⁺和OH^-，并分别通过阳膜和阴膜，作为H⁺和OH^-离子源，双极膜能将水直接离解成H⁺和OH^-，从而实现对无机盐的劈裂式分解，制得相应的酸和碱。

就现有的电渗析实验装置，如中国专利申请CN202446986U公开的一种便于安装操作的电渗析实验装置：装置主要包括支架，支架上设有淡室、极室、浓室，淡室、浓室连通有膜设备，膜设备处设有电渗析淡水进液口、电渗析淡水出液口、电渗析浓水进液口、电渗析浓水出液口，极室连接有电渗析极水进液口，电渗析极水进液口通过循环管路连接电渗析极水出液口，循环管路处设有正极、负极，正极、负极分别连接正极接线柱、负极接线柱，所有电渗析进液口、出液口为同侧进出液，各管路、正负极接线柱都设在电渗析实验装置的背部。

但是传统电渗析实验装置，仅可以使用异相膜膜设备，且所有操作为旋钮式，无程序自控系统，数据不可检测记录以及导出。相对而言，该多功能的电渗析设备可在异相膜、均相膜、两隔室双极膜和三隔室双极膜膜设备间任意切换；填补了实验室量级的脱盐、浓缩、有机酸、有机碱、无机盐制酸碱等工艺的需求空缺；集成化占地小；触摸屏操作简单易学；温度、电导、电压、电流、时间等数据自动记录，存入系统，一键导出。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供一种集成化小型化多功能的电渗析设备。

本实用新型所采用的具体技术方案如下：

本实用新型提供了一种集成化小型化多功能的电渗析设备，包括设置于机架上的水箱组件、水泵组件、操作屏、膜设备和程序自动化模块；所述水箱组件包括第一水箱、第二水箱、第三水箱和第四水箱，水泵组件包括第一水泵、第二水泵、第三水泵和第四水泵；所述第一水箱的出水口通过盐室进水通道与膜设备的盐室进口连通，盐室出口通过盐室出水管路与第一水箱的进水口连通；沿流动方向，所述盐室进水管路上依次设有第一水泵、第一电导率仪、第一温度计、第一调节阀、第一流量计和第一压力表；所述第二水箱的出水口通过碱室进水管路与膜设备的碱室进口连通，碱室出口通过碱室出水管路与第二水箱的进水口连通；沿流动方向，所述碱室进水管路上依次设有第二水泵、第二电导率仪、第二温度计、第二调节阀、第二流量计和第二压力表；所述第三水箱的出水口通过酸室进水管路与膜设备的酸室进口连通，酸室出口通过酸室出水管路与第三水箱的进水口连通；沿流动方向，所述酸室进水管路上依次设有第三水泵、第三电导率仪、第三温度计、第三调节阀、第三流量计和第三压力表；所述第四水箱的出水口通过极室进水管路与膜设备的极室进口连通，极室出口通过极室出水管路与第四水箱的进水口连通；沿流动方向，所述极室进水管路上依次设有第四水泵、第四电导率仪、第四调节阀、第四流量计和第四压力表；所述水泵组件、第一电导率仪、第二电导率仪、第三电导率仪、第四电导率仪、第一温度计、第二温度计、第三温度计和膜设备均与程序自动化模块相连，程序自动化模块上设有用于人机交互的操作屏。

作为优选，所述盐室出水管路、碱室出水管路、酸室出水管路和极室出水管路均为软管。

作为优选，所述程序自动化模块包括安装有目标程序的控制柜，用于预警和反馈调节。

作为优选，所述第一压力表、第二压力表、第三压力表和第四压力表均为就地压力表。

作为优选，所述第一流量计、第二流量计、第三流量计和第四流量计均为管道式流量计。

作为优选，所述膜设备的型号为异相膜、均相膜、两隔室双极膜或三隔室双极膜中的一种。

作为优选，所述膜设备的膜堆下方设有接液盘。

作为优选，所述第一水箱、第二水箱、第三水箱和第四水箱均设有溢流接口。

作为优选，所述电渗析设备的管阀件均采用聚氯乙烯或聚乙烯材质。

作为优选，所述膜设备的电极板接线处设置绝缘保护罩。

本实用新型相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

本实用新型用于实验和小型工程实施，整体结构紧凑，功能齐全，安全可靠，操作简便；自控操作，流量、压力、电导率、温度等数据就地显示，直观可见；多种膜设备型号可选，可满足脱盐、浓缩、有机酸、有机碱、无机盐制酸碱等各种实验需求。

附图说明

图1为本实用新型所提供的电渗析设备布置示意图；

图2为本实用新型所提供的电渗析设备流程示意图；

图3(a)为设备机架的俯视图；

图3(b)为设备机架的正视图；

图4为膜设备的示意图；

图5为带程序的控制柜的示意图；

图中：机架1、水箱组件2、第一水箱2-1、第二水箱2-2、第三水箱2-3、第四水箱2-4、水泵组件3、第一水泵3-1、第二水泵3-2、第三水泵3-3、第四水泵3-4、操作屏4、第一调节阀4-11、第二调节阀4-12、第三调节阀4-13、第四调节阀4-14、第一流量计4-21、第二流量计4-22、第三流量计4-23、第四流量计4-24、第一压力表4-31、第二压力表4-32、第三压力表4-33、第四压力表4-34、膜设备5、程序自动化模块6、第一电导率仪6-11、第二电导率仪6-12、第三电导率仪6-13、第四电导率仪6-14、第一温度计6-21、第二温度计6-22、第三温度计6-23、控制柜6-3。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步阐述和说明。本实用新型中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

如图1所示，为本实用新型提供的一种集成化小型化多功能的电渗析设备，该电渗析设备主要包括设置于机架1上的水箱组件2、水泵组件3、操作屏4、膜设备5和程序自动化模块6。其中，水箱组件2包括第一水箱2-1、第二水箱 2-2、第三水箱2-3和第四水箱2-4，水泵组件3包括第一水泵3-1、第二水泵3-2、第三水泵3-3和第四水泵3-4。

下面将对各部件的结构和连接方式进行具体说明。

如图2所示，第一水箱2-1的出水口通过盐室进水通道与膜设备5的盐室进口连通，盐室出口通过盐室出水管路与第一水箱2-1的进水口连通，第一水箱2-1、盐室进水管路和盐室出水管路共同构成盐室循环通路。沿流动方向，盐室进水管路上依次设有第一水泵3-1、第一电导率仪6-11、第一温度计6-21、第一调节阀 4-11、第一流量计4-21和第一压力表4-31。第一水箱2-1中的液体通过第一水泵 3-1增压后，依次通过第一电导率仪6-11检测其电导率、通过第一温度计6-21 检测其温度，随后通过调节第一调节阀4-11使第一流量计4-21检测到的流量和第一压力表4-31检测到的压力达到设计指导数值。经膜设备5处理后的盐室出水通过盐室出水管路回流至第一水箱2-1中，以实现循环利用。

如图2所示，第二水箱2-2的出水口通过碱室进水管路与膜设备5的碱室进口连通，碱室出口通过碱室出水管路与第二水箱2-2的进水口连通，第二水箱2-2、碱室进水管路和碱室出水管路共同构成碱室循环通路。沿流动方向，碱室进水管路上依次设有第二水泵3-2、第二电导率仪6-12、第二温度计6-22、第二调节阀 4-12、第二流量计4-22和第二压力表4-32。第二水箱2-2中的液体通过第二水泵 3-2增压后，增压后的液体依次通过第二电导率仪6-12检测其电导率、通过第二温度计6-22检测其温度，随后通过调节第二调节阀4-12使第二流量计4-22检测到的流量和第二压力表4-32检测到的压力达到设计指导数值。经膜设备5处理后的碱室出水通过碱室出水管路回流至第二水箱2-2中，以实现循环利用。

如图2所示，第三水箱2-3的出水口通过酸室进水管路与膜设备5的酸室进口连通，酸室出口通过酸室出水管路与第三水箱2-3的进水口连通，第三水箱2-3、酸室进水管路和酸室出水管路共同构成酸室循环通路。沿流动方向，酸室进水管路上依次设有第三水泵3-3、第三电导率仪6-13、第三温度计6-23、第三调节阀4-13、第三流量计4-23和第三压力表4-33。第三水箱2-3中的液体通过第三水泵 3-3增压后，增压后的液体依次通过第三电导率仪6-13检测其电导率、通过第三温度计6-23检测其温度，随后通过调节第三调节阀4-13使第三流量计4-23检测到的流量和第三压力表4-33检测到的压力达到设计指导数值。经膜设备5处理后的酸室出水通过酸室出水管路回流至第三水箱2-3中，以实现循环利用。

如图2所示，第四水箱2-4的出水口通过极室进水管路与膜设备5的极室进口连通，极室出口通过极室出水管路与第四水箱2-4的进水口连通，第四水箱2-4、极室进水管路和极室出水管路共同构成极室循环通路。沿流动方向，极室进水管路上依次设有第四水泵3-4、第四电导率仪6-14、第四调节阀4-14、第四流量计 4-24和第四压力表4-34。第四水箱2-4中的液体通过第四水泵3-4增压后，通过第四电导率仪6-14检测其电导率，随后通过调节第四调节阀4-14使第四流量计 4-24检测到的流量和第四压力表4-34检测到的压力达到设计指导数值。经膜设备5处理后的极室出水通过极室出水管路回流至第四水箱2-4中，以实现循环利用。

为了实现本设备的智能化处理，将水泵组件3、第一电导率仪6-11、第二电导率仪6-12、第三电导率仪6-13、第四电导率仪6-14、第一温度计6-21、第二温度计6-22、第三温度计6-23和膜设备5均与程序自动化模块6相连，程序自动化模块6上设有用于人机交互的操作屏4。通过操作屏4控制程序自动化模块 6中的控制柜6-3，以利用程序操作切换不同功能，控制系统启停，用于预警和反馈调节。控制柜6-3中安装有目标程序，能够对温度进行监控，自动处理高温报警和停机等步骤，此外，控制柜6-3还能够自动记录电导、温度、电压、电流和时间。

在本实施例中，盐室出水管路、碱室出水管路、酸室出水管路和极室出水管路均设置为软管。第一压力表4-31、第二压力表4-32、第三压力表4-33和第四压力表4-34均可以采用就地压力表，第一流量计4-21、第二流量计4-22、第三流量计4-23和第四流量计4-24均可以采用管道式流量计，以便于现场查看情况。膜设备5作为独立单个膜堆，可随时更换不同型号膜设备，包括异相膜、均相膜、两隔室双极膜和三隔室双极膜膜设备；电极板接线位置处设置绝缘保护罩；膜堆下方设置接液盘，以收集膜堆滴漏或者拆装时的液体。设备中的管阀件选择PVC (聚氯乙烯)或PE(聚乙烯)等耐酸碱腐蚀材质；操作屏与膜堆进出液口之间使用软管连接，可方便拆卸膜堆进行检修。第一水箱2-1、第二水箱2-2、第三水箱2-3和第四水箱2-4均设有溢流接口，可实现转移和防溢出功能，实现连续运行。

如图2所示，设备在运行过程中，电渗析设备各路水(根据膜设备选择可同时使用3路或者使用4路)循环，从水箱通过水泵增压，流经电导率仪、温度计；通过调节阀对流量计和压力表调节到设计指导数值；管道分别进入膜设备各进液口，经过膜设备内部流道从膜设备各出液口进入软管，分别回流至水箱。运行过程中可随时通过取样阀收集需要的料液样品送至质检部门检测。如图3所示，设备整体紧凑，功能齐全，货到通电即可使用。如图4所示，本实施例中膜设备，包括各室进出水连接口和接线柱。如图5所示，本实施例中带程序的控制柜，柜面简单，所有操作在触摸屏完成。

本实用新型提供了若干利用上述设备处理物料的实施例，具体如下：

实施例1

设备检查无误后配套相关设备可正常运行，物料使用12％氯化钠溶液，物料、碱液、酸液调节流量至0.8-1.2m³/h左右，极水使用4％ NaOH调节流量至 0.6-1m³/h左右，每侧膜设备两端电压在60-90V之间，电流70-80A之间，运行一段时间后，物料氯化钠浓度降低至1％，同时得到6％的盐酸和7％的氢氧化钠。实现氯化钠制稀酸稀碱。

实施例2

设备检查无误后配套相关设备可正常运行，物料使用5％氯化钠溶液，物料、浓水调节流量至0.8-1.2m³/h左右，极水使用3％ NaCl调节流量至0.6-1m³/h左右，每侧膜设备两端电压在30-40V之间，电流20-25A之间，运行一段时间后，物料氯化钠浓度降低至1％，同时浓水得到15％的氯化钠溶液。实现氯化钠浓缩。

实施例3

设备检查无误后配套相关设备可正常运行，物料使用8-10％苹果酸钠溶液，物料、碱液调节流量至0.8-1.2m³/h左右，极水使用4％NaOH调节流量至0.6-1m³/h 左右，每侧膜设备两端电压在60-90V之间，电流70-80A之间，运行一段时间后，苹果酸转化率70-80％，同时得到7％的氢氧化钠。实现苹果酸回收利用。

以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，然其并非用以限制本实用新型。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种集成化小型化多功能的电渗析设备，其特征在于，包括设置于机架(1)上的水箱组件(2)、水泵组件(3)、操作屏(4)、膜设备(5)和程序自动化模块(6)；所述水箱组件(2)包括第一水箱(2-1)、第二水箱(2-2)、第三水箱(2-3)和第四水箱(2-4)，水泵组件(3)包括第一水泵(3-1)、第二水泵(3-2)、第三水泵(3-3)和第四水泵(3-4)；所述第一水箱(2-1)的出水口通过盐室进水管路与膜设备(5)的盐室进口连通，盐室出口通过盐室出水管路与第一水箱(2-1)的进水口连通；沿流动方向，所述盐室进水管路上依次设有第一水泵(3-1)、第一电导率仪(6-11)、第一温度计(6-21)、第一调节阀(4-11)、第一流量计(4-21)和第一压力表(4-31)；所述第二水箱(2-2)的出水口通过碱室进水管路与膜设备(5)的碱室进口连通，碱室出口通过碱室出水管路与第二水箱(2-2)的进水口连通；沿流动方向，所述碱室进水管路上依次设有第二水泵(3-2)、第二电导率仪(6-12)、第二温度计(6-22)、第二调节阀(4-12)、第二流量计(4-22)和第二压力表(4-32)；所述第三水箱(2-3)的出水口通过酸室进水管路与膜设备(5)的酸室进口连通，酸室出口通过酸室出水管路与第三水箱(2-3)的进水口连通；沿流动方向，所述酸室进水管路上依次设有第三水泵(3-3)、第三电导率仪(6-13)、第三温度计(6-23)、第三调节阀(4-13)、第三流量计(4-23)和第三压力表(4-33)；所述第四水箱(2-4)的出水口通过极室进水管路与膜设备(5)的极室进口连通，极室出口通过极室出水管路与第四水箱(2-4)的进水口连通；沿流动方向，所述极室进水管路上依次设有第四水泵(3-4)、第四电导率仪(6-14)、第四调节阀(4-14)、第四流量计(4-24)和第四压力表(4-34)；所述水泵组件(3)、第一电导率仪(6-11)、第二电导率仪(6-12)、第三电导率仪(6-13)、第四电导率仪(6-14)、第一温度计(6-21)、第二温度计(6-22)、第三温度计(6-23)和膜设备(5)均与程序自动化模块(6)相连，程序自动化模块(6)上设有用于人机交互的操作屏(4)。

2.根据权利要求1所述的一种集成化小型化多功能的电渗析设备，其特征在于，所述盐室出水管路、碱室出水管路、酸室出水管路和极室出水管路均为软管。

3.根据权利要求1所述的一种集成化小型化多功能的电渗析设备，其特征在于，所述程序自动化模块(6)包括安装有目标程序的控制柜(6-3)，用于预警和反馈调节。

4.根据权利要求1所述的一种集成化小型化多功能的电渗析设备，其特征在于，所述第一压力表(4-31)、第二压力表(4-32)、第三压力表(4-33)和第四压力表(4-34)均为就地压力表。

5.根据权利要求1所述的一种集成化小型化多功能的电渗析设备，其特征在于，所述第一流量计(4-21)、第二流量计(4-22)、第三流量计(4-23)和第四流量计(4-24)均为管道式流量计。

6.根据权利要求1所述的一种集成化小型化多功能的电渗析设备，其特征在于，所述膜设备(5)的型号为异相膜、均相膜、两隔室双极膜或三隔室双极膜中的一种。

7.根据权利要求1所述的一种集成化小型化多功能的电渗析设备，其特征在于，所述膜设备(5)的膜堆下方设有接液盘。

8.根据权利要求1所述的一种集成化小型化多功能的电渗析设备，其特征在于，所述第一水箱(2-1)、第二水箱(2-2)、第三水箱(2-3)和第四水箱(2-4)均设有溢流接口。

9.根据权利要求1所述的一种集成化小型化多功能的电渗析设备，其特征在于，所述电渗析设备的管阀件均采用聚氯乙烯或聚乙烯材质。

10.根据权利要求1所述的一种集成化小型化多功能的电渗析设备，其特征在于，所述膜设备(5)的电极板接线处设置绝缘保护罩。

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