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Beschreibung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen fUr Flüssigkeitsreinigung,
und insbesondere auf eine Einrichtung zur Herstellung von tiefentsalzenem Wasser.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung kann besonders effektiv zur Herstellung
von entsalzenem Wasser verwendet werden, das für die Herstellung von Erzeugnissen
in der Elektronentechnik erforderlich ist.
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Die Erfindung kann auch in der chemischen, pharmazeutischen, medizinischen
und in der Lebensmittelindustrie sowie auch auf anderen Gebieten der Technik angewandt
werden.
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Breit bekannt ist eine Einrichtung zur Herstellung von tiefentsalzenem
Wasser, die ein Gehäuse aus einem dielektrischen Stoff hat.
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An den Stirnseiten dieses Gehäuses befinden sich je eine flache Metallelektrode,
die mit einer Gleichstromquelle elektrisch verbunden sind.
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Innerhalb des Gehäuses sind parallel zu den Elektroden flache Ionenaustauschermembranen
so aufgestellt, daß die Kationenaustauschermembranen mit den Anionenaustauschermembranen
wechseln. Sämtliche Membranen sind voneinander durch Gummidichtungen abgetrennt,
die sich an der Peripherie der Membranen befinden.
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Jede Membrane bildet zusammen mit der Nachbarmembrane der
entgegengesetzten
Polarität, die sich an einer ihrer Seiten befindet, eine Solekammer, mit der Membrane
der entgegengesetzten Polarität aber, die sich an ihrer anderen Seite befindet,
eine Entsalzungskammer.
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Die Entsalztungskammern sind mit Kationenaustauscher- und Anionanaustauscherharzen
gefüllt und für die Sorption der Salzionen aus dem zu verarbeitenden Wasser bestimmt.
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Die Solekammer ist für die Entfernung der Salzionen aus fließendem
Wasser bestimmt.
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Im Gehäuse gibt es einen Einlauf für das zu verarbeitende und einen
Auslauf für das gereinigte Wasser. Es gibt auch Wassereinlauf- und -auslauf ~für
Kühlung von Elektroden und Spülung der Solekammern, aus denen das mit Salzionen
gesättigte Wasser entfernt wird.
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Während der Arbeit der Einrichtung wird das zu verarbeitende Wasser
durch ein Gemisch von Ionenaustauscherharzen in den Entsalzungskammern eingeführt.
Die im Wasser befindlichen Salzionen werden an entsprechenden Harzen sorbiert: Katione
am Kationanaustauscherharz, Anione am Anionenaustauscherharz, als Folge wird Wasser
von Salzen gereinigt.
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Der Reinigungsprozeß geht solange vor sich, bis sich Ionenaustauscherharze
mit Salzionen zu sättigen beginnen, die aus Wasser ausgezogen sind, das zeigt ein
Gerät zur Messung der spezifischen Stromleitfähigkeit des Wassers an. Nach einem
bestimmten kritischen Sättigungspunkt schaltet man Strom für Regenerierung der Ionenaustauscherharze
ein. Unter der Stromeinwirkung beginnen die Salzionen, die sich am Harzgemisch festgesetzt
haben, die Migration zu den Elektroden mit entgegengesetzter Polarität an; aber
auf ihrem Wege die halbdurchlässigen Ionenaustauschermembranen treffend, tauschen
sie ihre Ionen aus und treten in die Solekammern ein, wo sie mit fließendem Wasser
entfernt werden (siehe z.B.
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SU-PS 323 958).
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Ein Nachteil der bekannten Einrichtung ist ihre nicht genügend hohe
Leistung, die durch einen verhältnismäßig großen Abstand zwischen den Elektroden
bedingt ist, was den elektrischen Widerstand des Harzgemisches wesentlich erhöht
und den Verlauf des elektrochemischen Prozesses in der Einrichtung bedeutend erschwert.
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silan könnte die Leistung der bekannten Einrichtung durch Erhöhung
der Zahl der Kammern steigern, was wiederum zur Vergrößerung des Abstandes zwischen
den Elektroden und zu einer wesentlichen Vergrößerung der Abmessungen der Einrichtung
führt.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten Einrichtung ist der, daß sie für
das Bedienungspersonal nicht ohne Gefahr ist.
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Das wird dadurch verursacht, daß die Ionenaustauschermembranen, die
spannungsführend sind, mit ihren flachen Stirnseiten an die Außenoberfläche des
Einrichtungsgehäuses hervortreten.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe der Entwicklung einer
Einrichtung zur Herstellung von tiefentsalzenem Wasser zugrunde, in der Elektroden
und Ionenaustauschermembranen so ausgeführt und in Bezug aufeinander so angeordnet
wären, daß es die Möglichkeit geben würde, neben der Erhöhung ihrer Elektrosicherheit
und der Verringerung ihrer Abmessungen die Leistung der Einrichtung wesentlich zu
erhöhen.
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Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß in der Einrichtung zur Herstellung
von tiefentsalzenem Wasser, die in einem dielektrischen Gehäuse, das Ein- und Ausläufe
fUr Wasser hat, parallel zueinander angebrachte Kühlelektroden und Ionenaustauschermembranen
enthält, die Entsalzungskammern bilden, die für die
Sorption der
Salzionen aus zu verarbeitendem Wasser bestimmt und mit Ionenaustauscherharzen gefüllt
sind, sowie Solekammern, die für die Entfernung der Salzionen mit fließendem Wasser
bestimmt sind, erfindungsgemäß die Elektroden Stäbe darstellen, die parallel zueinander
in den Spitzen von mindestens einem regulären Sechseck mit Abwechslung der Polarität
angeordnet sind, Jede Membrane aber in Form eines Rohrs ausgeführt ist, konzentrisch
in Bezug auf die entsprechende Elektrode liegt und die gleiche Polarität besitzt,
wobei jede Solekammer mit entsprechender Membrane begrenzt ist, und die durch Membranen
gebildeten Entsalzungskammern miteinander kommunizieren.
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Es ist zweckmäßig, daß die Nachbarelektroden an den Spitzen kongruenter
Sechsecke so angeordnet sind, daß die Elektroden gemeinsame Seitenflächen der anliegenden
imaginären sechseckigen Prismen bilden.
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Eine solche Einrichtung hat eine höhere Leistung dank der Verringerung
des elektrischen Widerstandes und folglich auch der Stromdichte pro Flächeneinheit
im Raum zwischen den Rohren.
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In der erfindungsgemäßen Einrichtung kann man Leistung eines großen,
praktisch beliebigen Werts durch die Erhöhung der Zahl der Sechsecke bei einer unbedeutenden
Vergrößerung der Abmessungen der Einrichtung erhalten. Ein konstanter und minimaler
Abstand zwischen den Elektroden innerhalb der Sechsecke gibt die Möglichkeit, die
Stromdichte pro Flächeneinheit der Ionenaustauschermembranen gleichmäßig zu verteilen,
was auf die Leistung der Einrichtung einen wesentlichen Einfluß ausübt.
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Bei solcher Anordnung der Elektroden und Membranen ist es möglich,
eine größere Harzmenge in der Einrichtung unterzubringen und folglich auch eine
größere Menge des verarbeiteten
Wassers zu erhalten.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung ist in der Arbeit dank der erhaltenen
Möglichkeit, die Spannung wesentlich zu senken, sowie auch dank dem Umstand, daß
die rohrförmigen Ionenaustauschermembranen aus dem dielektrischen Gehäuse nicht
heraustragen, genügend elektrosicher.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung hat geringe Abmessungen und ist günstig
im Betrieb.
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Nachstehend wird die Beschreibung eines konkreten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung mit Hinweisen auf beigefügte Zeichnungen angeführt. Es
zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung der Einrichtung zur Herstellung des
tiefentsalzenen Wassers, Grundriß; Oberdeckel, Scheidewand, Harze sind in den Zeichnungen
nicht gezeigt; Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie I-I der Fig. 1.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Herstellung von tiefentsalzenem
Wasser hat ein Gehäuse 1 (Fig. 1), das aus einem dielektrischen Stoff in Form eines
Rohrs mit rundem Querschnitt ausgeführt ist und von oben mit einer Scheidewand 2
geschlossen ist (Fig. 2).
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Im Gehäuse 1 gibt es eine Einlauföffnung 3 für das zu verarbeitende
Wasser.
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Im Gehäuse 1 sind vertikal, parallel zueinander Elektroden 4 aufgestellt,
die Stäbe darstellen, die mit einer Gleichstromquelle 5 elektrisch verbunden sind.
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Die Elektroden 4 haben ungleichnamige Polarität und sind an
den
Spitzen regulärer und kongruenter Sechsecke unter Abwechslung der Polarität so aufgestellt,
daß die Elektroden 4 gemeinsame Seitenflächen anliegender imaginärer sechseckiger
Prismen bilden. Die Stirnflächen dieser Prismen bezeichnen wir als Elektroionitzellen
6 (Fig. 1).
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In Fig. 1 ist schematisch durch punktierte Linien eine Elektroionitzelle
6 gezeigt.
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Im Gehäuse 1 sind rohrförmige Ionenaustauschermembranen 7, d.h. Kationenaustauscher-
und Anionenaustauschermembranen vorgesehen. Die Membranen 7 sind konzentrisch zu
den entsprechenden Elektroden 4 der gleichen Polarität angeordnet.
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Im angeführten Beispiel sind Membranen 7 aus einer Folie auf der Basis
der Ionenaustauscherharze ausgeführt und auf gelochte Rohre 8 aufgesetzt (Fig. 2),
die den Membranen 7 Steife verleihen.
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Die Membranen 7 bilden Entsalzungskammern 9, die sich zwischen den
Rohren befinden und miteinander in Verbindung stehen. Die Entsalzungskammern 9,
die für Sorption der Salzionen aus dem durch sie fließenden Wasser bestimmt sind,
sind mit Ionenaustauscherharzen 10 gefüllt, die im Gehäuse 1 ungefahr bis zur Höhe
der Einlauföffnung 3 reichen.
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Die Solekammern 11 sind für die Entfernung der Salzionen durch das
Wasser bestimmt, das durch sie durchgelassen wird.
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Jede Solekammer ist mit entsprechender Membrane 7 begrenzt.
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Die Solekammern dienen auch zur Abkühlung der Elektroden 4 mit Wasser,
das durch sie fließt.
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Am Oberteil des Gehäuses 1 ist ein Deckel 12 befestigt, zwischem welchem
und der Scheidewand 2 eine ringförmige Gummidichtung 13 eingelegt ist.
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Der Deckel 12 hat Öffnungen 14, durch die aus dem Gehäuse 1 blinde
ungelochte Enden 8a der Rohre 8 und die an diesen Enden der Rohre 8 befestigten
Elektroden 4 heraustreten. An die aus den Rohren 8 herausragenden Elektroden 4 sind
Schienen 15 angeschlossen, die durch Muttern 16 an den Elektroden 4 starr befestigt
werden.
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Die Schienen 15 sind zum Anschluß der Elektroden 4 an die Gleichstromquelle
5 bestimmt.
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Im Oberteil der Rohre 8 sind Öffnungen 17 für den Auslauf von Wasser
angebracht, das die aus dem zu verarbeitenden Wasser abgeschiedenen Salzionen mit
sich trägt. Auch im Deckel 12 ist eine Öffnung 18 hergestellt, die mit den Solekammern
in Verbindung steht, damit Wasser aus dem Hohlraum des Deckels 12 auslaufen kann.
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Die Rohre 8 mit Membranen 7 und die Elektroden 4 treten aus der unteren
Kante des Gehäuses 1 hervor.
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An den offenen Unterteil des Gehäuses 1 ist ein Zwischengehäuse 19
befestigt, zwischen welchem und dem Gehäuse 1 eine ringförmige Gummidichtung 13
eingelegt ist.
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An das Zwischengehäuse 19 ist unten ebenfalls über eine Gummidichtung
13 ein unterer Deckel 20 befestigt.
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Im Zwischengehäuse 19 ist eine Öffnung 21 für den Einlauf von Wasser
ausgeführt, das für die Spülung der Solekammern 11 bestimmt ist, um Salzionen aus
dem zu verarbeitenden Wasser zu entfernen.
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Im Zwischengehäuse 19 sind im Zentrum Jeder Elektroionitzelle 6 Dränagerohre
22 (Fig. 1) aufgestellt, die mit ihren Oberenden mit Entsalzungskammern 9 und mit
den Unterenden mit dem Hohlraum des unteren Deckels 20 in Verbindung stehen,
in
dem eine Auslauföffnung 23 (Fig. 2) für den Auslauf des behandelten Wassers aus
der Einrichtung vorhanden ist. Dränagerohre 22 lassen gereinigtes Wasser durch und
verhindern die Fraktionen der Ionenaustauscherharze, durch diese Rohre zu laufen.
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Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Herstellung
von tiefentsalzenem Wasser ist wie folgt.
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Durch die Öffnung 3 führt man das zu verarbeitende Wasser der Kammer
9 zu, das danach das Gemisch der Ionenaustauscherharze 10 durchfließt. Dabei gehen
die im Wasser befindlichen Salzionen auf die Harze 10 über. Gereinigtes Wasser läuft
durch die Dränagerohre 22, tritt in den Hohlraum des Deckels 20 und tritt durch
die Auslauföffnungen 23 an den Verbraucher aus.
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Gleichzeitig mit dem Wassereinlauf zur Reinigung durch die Öffnung
3 führt man Wasser durch die Öffnung 21 dem Hohlraum des Deckels 19 zu, Wasser fließt
durch die Solekammer 11, tritt durch die Öffnungen 17 der Rohre 8 aus und gelangt
weiter durch die Öffnung 18 an die Pumpe 24 (Fig. 2), um an die Öffnung 21 rückgeführt
zu werden.
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Während des Sättigungsprozesses, wenn ein bestimmter kritischer Sättigungspunkt
der Ionenaustauscherharze 10 mit Salzen erreicht wird, schaltet man Strom ein, der
durch Schienen 15 den Elektroden 4 zugeleitet wird.
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Unter der Stromeinwirkung fangen die Salzionen, die sich auf den Harzen
10 gesetzt haben, an, sich zu den entgegengesetzt geladenen Elektroden 4 zu bewegen.
Die Salzionen treffen auf ihrem Wege Ionenaustauschermembranen 7, treten durch die
Membranen 7 und gelangen in das durch die Kammern 11 fliessende Wasser, das infolge
einer immer größeren Sättigung mit Salzen zu Sole wird.
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Infolgedessen geht der Prozeß der Wasserreinigung und gleichzeitig
der Regenerierung von Harzen vor sich.
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Die Anordnung der Solekammern 11 im Querschnitt an den Spitzen regulärer
Sechsecke, die an die Konfiguration der Honigwabe erinnert, sichert eine gleichmäßige
und besonders vollkommene Regenerierung der Ionenaustauscherharze bei minimaler
Stromspannung.
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Bei solcher konstruktiver Ausführung der Einrichtung kann man ihre
Leistung unter unwesentlicher Vergrößerung der Abmessungen der Einrichtung im Vergleich
zu der bekannten um das Mehrfache erhöhen.
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Das hergestellte Probestück der Einrichtung für Tiefentsalzung des
Wassers wurde allseitig geprüft, die Prüfergebnisse bestätigten ihre hohe Leistung
bei verhältnismäßig geringen Abmessungen.
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Die Einrichtung ist in der Arbeit ohne Unfallgefahr und bequem für
die Bedienung.
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Es ist selbstverständlich, daß die Fachleute verschiedene, im Rahmen
der Erfindung bleibende Änderungen in der Einrichtung vornehmen können, die ausschließlich
als Beispiel ohne Einschränkungen beschrieben wurde.
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