DE1175205B - Mehrkammerzelle fuer die Elektrodialyse - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: B Ol d

Deutsche Kl.: 12 d-1/05

Nummer: 1175 205

Aktenzeichen: N 12625IV a / 12 d

Anmeldetag: 21. August 1956

Auslegetag: 6. August 1964

Für die Elektrodialyse wurde eine vielzellige Vorrichtung beschrieben, in der eine Gruppe von Dialysierzellen sowie eine Gruppe von Spülzellen je einen getrennten Auslaß sowie einen getrennten Einlaß besitzen. Jeder dieser Ein- und Auslässe besteht aus einem Kanal, der sich aus je einem Loch in jeder Membran zusammensetzt. An den Löchern sind Dichtungsringe sowie flüssigkeitsdurchlässige ringförmige Körper angebracht. Die gesamte Vorrichtung ist in der gleichen Art, wie von Filterpressen her bekannt, montiert.

Bei einer Vorrichtung der beschriebenen Art, die jedoch etwa 300 bis 400 oder mehr Membranen besitzen soll, ergaben sich verschiedene Schwierigkeiten.

Eine Schwierigkeit besteht darin, daß beim Pressen einer so großen Anzahl von Kammern zum Wasserdichtmachen der Kammerpackung besondere Maßnahmen erforderlich sind, um das Kammerpaket am Verbiegen zu hindern und ein Ausweichen der Membranen in vertikaler und/oder seitlicher Richtung zu verhindern. Eine zweite Schwierigkeit besteht darin, daß in Paketen von mehr als etwa 200 Kammern mit den oben erwähnten Ein- und Auslaßkanälen für die Dialysier- und Mischflüssigkeiten die gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit in allen parallel geschalteten Kammern nicht mehr zuverlässig erfolgt.

Diese Schwierigkeiten werden bei einer Mehrkammerzelle für die Elektrodialyse mit in mehrere Membranpakete aufgeteilten Membranen erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß jeweils zwischen zwei benachbarten Membranpaketen ein steifer Rahmen aus elektrisch isolierendem Werkstoff mit zur Führung zwischen zwei Gleitschienen dienenden Fortsätzen und das gesamte Membranpaket außerhalb der Membranen und der Platten zusammenspannenden Zugstangen, die in Einspannschienen eingreifen, angeordnet sind.

Wenn jedes Teilpaket mehr als 20 Kammern, z. B. 30 bis 50 Kammern, enthält, werden die Rahmen vorteilhaft auf einer Seite mit kastenartigen Umrandungen ausgebildet, die fast das ganze in Betriebsstellung zusammengepreßte Membranpaket umgeben.

Um die Einlaß- und Auslaßkanäle in getrennte Abschnitte senkrecht zur Ebene der Kammern zerlegen zu können, kann man einen oder mehrere der verlängerten Kammerrahmen dadurch als Sperrahmen ausbilden, daß man im Inneren der Rahmen, d. h. innerhalb ihres lichten Querschnitts auf zwei gegenüber liegenden Seiten einspringenden Zwischenwände vorsieht, die gegebenenfalls Vertiefungen mit nach Mehrkammerzelle für die Elektrodialyse

Anmelder:

Nederlandse Organisatie voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek ten behoeve
van Nijverheid, Handel en Verkeer, Den Haag

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Amthor, Patentanwalt,

Frankfurt/M., Eysseneckstr. 36

Als Erfinder benannt:

Bernard Lucien Falet,

Arend Hubregt de Haas von Dorsser,

Gerrit Floris van der Stoep, Den Haag

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 25. August 1955 (24 473) - -

außen führenden Durchlässen aufweisen. Mittels dieser Sperrahmen kann man die Einlaß- und Auslaßkanäle absperren. Wird lediglich ein solcher Sperrrahmen, der dicker ist als· die übrigen herausragenden Kammerrahmen, vorgesehen, so wird das Kammerpaket in bezug auf die Ein- und Auslaßkanäle für die Spül- und Dialysierflüssigkeiten in zwei Ab-

schnitte unterteilt. In diesem Fall versieht man beide Endplatten mit Anschlüssen für Ein- und Abfluß. Ist eine weitere Unterteilung der Ein- und Auslaßkanäle erwünscht, so können mehrere der eben erwähnten Sperrahmen vorgesehen werden, müssen aber dann

mit seitlichen Anschlüssen für gesonderte Zu- und Abführung der Flüssigkeiten versehen werden. Haben die Kanäle an den für diese Anschlüsse erforderlichen Seitenwänden einen Querschnitt, der nicht rund, sondern z. B. rechteckig ist, so kann auch die erforderliche Größe der Ein- und Auslaßöffnungen erreicht werden, ohne daß die Dicke des Rahmens zu groß wird.

Die Vorrichtung wird vorzugsweise mit der ersten Endplatte in horizontaler Richtung montiert. Im allgemeinen besteht die Endplatte aus der Elektrodenkammer. Der erste Kasten wird infolgedessen so angeordnet, daß sein Rahmen mit der entsprechenden Zahl von Membranen gefüllt ist und unterhalb derselben liegt, so daß nach Zusammenpressen des gesamten Paketes zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kästen ein kleiner Zwischenraum verbleibt. Die Kästen und Rahmen werden dann aufeinander-

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gesetzt, die zweite Endplatte mit der zweiten Elektrodenkammer als oberste, und das gesamte Paket wird gepreßt, um eine gut wasserdichte Packung aller Kammern zu erhalten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird an Hand von Beispielen in schematischer Darstellung in den Zeichnungen erläutert. Es bedeutet

Fig. 1 einen Querschnitt der in Arbeitsstellung befindlichen Vorrichtung,

Fig. 2 eine Vorderansicht des Rahmens eines Kastens,

F i g. 3 eine Vorderansicht eines Rahmens, in dem die senkrechten Ein- und Auslaßkanäle gesperrt sind,

F i g. 4 einen Querschnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 3,

Fig. 5 eine Seitenansicht eines Sperrahmens mit seitlichen Ein- und Auslaßöffnungen,

F i g. 6 eine Seitenansicht des Rahmens in F i g. 5,

Fig. 7 ein schematisches Bild, das den Fluß der Dialysierflüssigkeit in einer anderen Ausführungsart des Vielkammerapparates mit fünf vorspringenden Rahmen und drei Sperrahmen sowie seitlichen Anschlußleitungen zeigt,

Fig. 8 ein schematisches Bild, das den Fluß der Spülflüssigkeit in der einer anderen Ausführungsart des Vielkammerapparates mit fünf vorspringenden Rahmen und drei Sperrahmen sowie seitlichen Anschlußleitungen zeigt.

Fig. 1 zeigt einen Teil der Endplatten in ihren Einzelheiten. Jede besteht aus den Stahlplatten 30 und 31 und Winkelschienen 32; die Platten 31 weisen Manschetten 33 für die Flüssigkeitsanschlüsse auf. Isolierplatten 34 trennen die Endplatten 4 und 5 von den jeweiligen Rahmen 35 und 36 der Elektrodenkammern.

Um die Anschlußflansche 37 gesondert an das Membranenpaket pressen zu können, werden in die Manschetten 33 Druckschrauben 38 mit Federn 39 eingeschraubt. Zur Abdichtung der Rahmen 35 und 36 der Elektrodenkammern gegen die Anschlußflansehe 37 sind Dichtungsringe 40 angeordnet. Die Druckschrauben 38 haben .achteckige Köpfe 41. In den Kanälen 25, 26 und 24, 27 sind Stangen 42 aus einem starren Kunstharz befestigt, die an Distanzstücken 43 und 44 festgeschweißt sind. Diese Stangen sind sternförmig angeordnet und passen sich direkt in die Kanäle ein, die durch die Löcher in den Membranen gebildet werden. Die Rahmen 46 (F i g. 2) bzw. 47 (F i g. 3) bilden mit den kastenartigen Umrandungen 48 Kästen 45, die sich über das nur schematisch dargestellte Kammerpaket 49 erstrecken. Das Kammerpaket besteht in der Hauptsache aus abwechselnd Positiv- und Negativmembranen von rechteckigem Querschnitt mit entsprechenden, den Kammerumfang bestimmenden Abdichtungsrändern. Mit 2 und 3 sind Winkelstahlschienen des Rahmens der Vorrichtung bezeichnet. In den mit einer Isolierschicht 50 überzogenen Schienen 3 gleiten die Rahmen mit ihren nach innen abgesetzten Fortsätzen. Die kastenartigen Umrandungen 48 bestehen vorzugsweise aus Metall mit einer Isolierschicht. Da jedoch diese Rahmen beim Betrieb der Vorrichtung mit Spül- bzw. Dialysierflüssigkeit in Berührung kommen, ist es in elektrischer Hinsicht sicherer, die Rahmen aus Isoliermaterial herzustellen. Die Rahmen 47 (F i g. 3) sperren die von den Membranlöchern gebildeten Kanäle durch ihre Sperrteile 56, die nach innen in den lichten Raum des Zellrahmens einspringen und so jeden Kanal in getrennte Abschnitte 25 und 26 (in Fig. 1) unterteilen.

Wird die Vorrichtung zusammengesetzt, so wird die Endplatte mit der Elektrodenkammer 35, die mit einer entsprechenden Elekrode versehen ist, horizontal angeordnet, so daß die Gleitschienen 3 nach oben stehen.

Dann setzt man vier Sätze von Stangen 42 ein, d. h. in die vier Verbindungsflansche 37 von vier Kanälen, von denen in Fig. 1 zwei mit 24 und 25 bezeichnet sind. Hierauf wird der erste Kasten 45 eingesetzt und mit der entsprechenden Zahl von Membranen und deren Packungen gefüllt. Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung setzt sich z. B. für vierhundert Kammern aus acht Kästen zu je fünfzig Kammern zusammen. Nachdem davon vier Kästen aufeinandergesetzt sind, wird ein Kasten mit einem Sperrahmen 47 eingesetzt, bei welchem sich, wie erwähnt, der in den lichten Rahmenraum ragende Teil 56 als Sperrung der Kanäle auswirkt. Zwischen den zwei Sätzen von Stangen 42 und 53 ist ein Distanzstück 44 mit dem in der Mitte vorgesehenen Zapfen 51, der sich genau in eins der Löcher 52 in dem Sperrteil 56 des Sperrahmens 47 einpaßt, vorgesehen. Ein am Ende eines anderen Satzes von Stangen 53 angeordnetes Distanzstück 54, welches als Mutterstecker ausgebildet ist, erlaubt so eine Verbindung beider Stangensätze. Um nur einen Teil der Gesamtzahl an Membranen benutzen zu können, haben die Stangen 53 nicht eine der Gesamtlänge der Vorrichtung entsprechende Länge, sondern sie sind aus Teillängen, z.B. durch Verlängerungen55 zusammenschraubbar. Insbesondere in den Fällen, in denen die Stangen 53 mit mehr als einer Verlängerung versehen werden müssen, wählt man für diese sowie für deren Verlängerungen vorteilhafterweise Größen, die nur über je zwei aufeinanderfolgende Kästen reichen. Mit 43 sind zwischen den Stangen anzuordnende Distanzstücke bezeichnet.

Da der Rahmen 47 auch gleichfalls als Sperrahmen dient, ist der Teil 56 in dünner Schicht verlängert, so daß aus einem der Kanäle 26 oder 27 Flüssigkeit in diese Zelle und aus dieser Zelle in einen der Kanäle 22 oder 23 jeweils durch elastische flüssigkeitsdurchlässige Ringstücke gelangen kann.

Die Platte 5 wird durch einen hydraulischen Druck um ein vorausbestimmtes Stück niedergepreßt, worauf verschraubt und dann der Druck aufgehoben wird. Die Vorrichtung wird nach dem Zusammenbau in die Lage geschwenkt, in der die Elektrodialyse stattfinden soll. Bei Abbau der Vorrichtung können die hydraulischen Preßzylinder zur Erleichterung des Lösens der Verschraubungen verwendet werden.

F i g. 5 und 6 zeigen einen Rahmen 61, in dessen Innern auf zwei gegenüberliegenden Seiten einspringende Zwischenwände 62 vorgesehen sind; hierdurch können zwei der vier Kanäle für die Flüssigkeiten senkrecht zu den Membranen gesperrt werden. Diese Zwischenwände zeigen mit den gestrichelten Linien Vertiefungen 63 mit nach außen führenden Durchlässen 64.

Bei Montage der Vorrichtung können die von den Rahmen 47 sowie die von den Rahmen 46 begrenzten Kammern vorzugsweise als Spülkammern verbunden werden, um zu verhindern, daß ihr elektrischer Widerstand zu groß wird.

Der Verlauf der Dialysier- und Spülflüssigkeiten in einer anderen Ausführungsart des Vielkammerappa-

rates — mit fünf vorspringenden Rahmen und drei Sperrahmen sowie seitlichen Anschlußleitungen — ist in F i g. 7 und 8 gezeigt.

In F i g. 7 hat man, was die zu dialysierende Flüssigkeit anbelangt, zwischen den beiden Elektroden vier Teilapparate, welche jeder aus einer Großzahl von an sich parallel geschalteten Zellen besteht. Man kann für die zu dialysierende Flüssigkeit nun entweder diese vier Teilapparate parallel schalten, in welchem Falle in der Vorrichtung eine große Menge Flüssigkeit nur ziemlich kurz elektrodialysiert wird, oder die vier Teilapparate in Reihe schalten, wobei man die zu dialysierende Flüssigkeit tatsächlich viermal durch das zwischen den Elektroden 68 und 69 befindliche elektrische Stromfeld führt und eine klei- ig nere Menge Flüssigkeit mit nur einer großen Elektrodialysiervorrichtung weitgehend dialysieren kann.

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Mehrkammerzelle für die Elektrodialyse mit in mehrere Membranpakete aufgeteilten Membranen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jeweils zwei benachbarten Membranpaketen ein steifer Rahmen (46, 47 und 61) aus elektrisch isolierendem Werkstoff mit zur Führung zwischen zwei Gleitschienen (3) dienenden Fortsätzen und das gesamte Membranpaket außerhalb der Membranen und der Platten zusammenspannenden Zugstangen (8), die in Einspannschienen (11) eingreifen, angeordnet sind.

2. Mehrkammerzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmen auf einer Seite kastenartige Umrandungen (48) aufweisen.

3. Mehrkammerzelle nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern der Rahmen auf zwei gegenüberliegenden Seiten gegebenenfalls Vertiefungen (63) mit nach außen führenden Durchlässen (64) aufweisende einspringende Zwischenwände (62) vorgesehen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 694 680.

Hierzu 1. Blatt Zeichnungen

409 639/257 7. 64

Bundesdruckerei Berlin