DE3231415A1 - Verfahren und vorrichtung fuer die mehrstufige elektrodialyse - Google Patents
Verfahren und vorrichtung fuer die mehrstufige elektrodialyseInfo
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Description
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TELEFON: (089) 662051 PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE TELEGRAMM· PROTECTPATENT
IONICS, INCORPORATED
1A-56 339
1A-56 339
Beschreibung :
Verfahren und Vorrichtung für die mehrstufige
Elektrodialyse.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Elektrodialyse gemäss dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 4.
Elektrodialysesysteme für Flüssigkeiten, die durch eine Vielzahl von in Reihe geschalteten, aufeinandergestapelten,
kontinuierlich weiterentsalzenden Dialysezellen aufgebaut sind, sind z.B. aus der US-PS 4 172 779 bekannt. Ebenso ist
eine ümpolung von Elektroden der Dialysezellen zur Verhinderung eines Niederschlags und einer Polarisierung der
Elektroden aus den US-PSen 2 694 680, 2 983 813 und 3 341 441 bekannt.
Üblicherweise werden alle Elektroden aller Dialysezellen
bei der Elektrodialyse mehrere Male in bestimmten Zeitabständen gleichzeitig umgepolt. Da infolge der Umpolung aus
bisher salzverdünnenden nun salzanreichernde Kammern werden,
wird der zuvor zumindest schon teilweise entsalzte Produktstrom mit Salz verunreinigt. Beispielsweise ist in einer
Entsalzungsanlage mit zehn Dialysezellen das Produkt, das in den letzten drei oder vier Dialysezellen enthalten ist,
■weitgehend entsalzt, jedoch wird bei der Umkehr der entsalzte
oder verdünnte Produktstrom mit salzreicher Flüssigkeit vermengt. Im Ergebnis muss die gesamte, in der Elektrodialysevorrichtung
enthaltene Flüssigkeit eines Produkts gleichgültig, ob es teilweise entsalzt ist oder nicht nach
der Umpolung verworfen werden, so dass die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung dadurch vermindert wird.
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-A-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung einer Elektrodialyse
zu schaffen, um den bisher auftretenden Produktverlust bei der Elektrodialyse für salzhaltige Flüssigkeiten zu
verringern.
Ein diese Aufgabe lösendes Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind mit ihren Ausgestaltungen
in den Patentansprüchen gekennzeichnet.
Erfindungsgemäss wird die Polarität der Elektroden in bestimmten
Zeitabständen nicht gleichzeitig, sondern nacheinander umgepolt. Die Umpolung erfolgt nach dem Ausströmen
des teilweise entsalzten Produktstromes aus den Dialysezellen.
Daher kann der grösste Teil der teilweise entsalzten Flüssigkeit ohne Vermengung mit salzhaltiger Flüssigkeit
die einzelnen Zellen durchströmen und schliesslich als reines Produkt abgenommen werden.
Das System weist eine Vielzahl elektrischer Dialysezellen
zur aufeinanderfolgenden Entsalzung der elektrolythaltigen Flüssigkeit, bis zu einer gewünschten Reinheit auf. Jede
elektrische Zelle kann der. Reihe nach eine oder mehrere hydraulische Stufen aufweisen, wie dies im Stand der Technik
bekannt ist. Die Reinigung der Elektroden erfolgt durch periodische Umpolung. Erfindungsgemäss werden die Elektrode^
vom Zulauf der Rohflüssigkeit aus. nacheinander unter Berück-r sichtigung des jeweiligen Salzgehaltes der Flüssigkeit umgepolt.
Die Umpolung erfolgt mit einer Zeitverzögerung, die durch den Elektrolysestrom, den Salzgehalt und die Geschwindigkeit
der Flüssigkeitsströmung (Flüssigkeitsstrom) durch den Stapel bestimmt ist. Wenn das verdünnte Produkt aus den
Dialysezellen ausströmt, werden die Elektroden der betreffenden Dialysezelle umgepolt, bis schliesslich alle Elektro-5
den umgepolt sind. Die Produktströme werden dann wie bei der konventionellen Umpoltechnik umgeleitet.
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Bei diesem Verfahren muss nur das teilweise entsalzte Produkt der ersten Dialysezelle anstelle der gesamten Systemflüssigkeit
verworfen werden, falls sämtliche Stufen gleichzeitig umgepolt werden. Der zeitliche Abstand des Umpolens
wird entsprechend dem bekannten Flüssigkeitsstrom des Systems gewählt. Alternativ dazu kann die Umpolung in Abhängigkeit
von der am Ausgang einer oder jeder Dialysezelle gemessenenteitfähigkeit
erfolgen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand einer Zeichnung näher erläutert, in der zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Elektrodialysesystems und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Elektrodialysesystems.
Eine Elektrodialysevorrichtung weist vier elektrische Dialysezellen
10, 12, 14 und 16 mit Elektroden 18, 20, 24, 26, 30, 32, 36 und 38 auf. Jede Zelle ist in eine salzverarmende
Kammer 23, 27 und 31 und eine salζanreichernde Kammer 25,
29 und 33 durch eine Vielzahl von alternierend vorgesehenen anionen- und kationenselektriven Membranen gebildet, die im
elektrischen Feld selektiv für den Ionentransport wirken, unterteilt.
Bekannterweise weist jede Dialysezelle mehrere, zueinander benachbart angeordnete, für Kationen oder Anionen durchlässige
Membranen auf, so dass eine Vielzahl salzverarmender und salzanreichernder Kammern entsteht. Die Eigenschaft der
Kammern (beispielsweise entsalzend oder anreichernd zu wirken) wechselt mit der Polarität der Elektroden, die von reversiblen
Stromquellen, die als. Umpoleinrichtungen 42, 44, 46 und 50 für die Elektroden wirken, gespeist werden. Die
Dialysezellen sind hydraulisch von Kammer zu Kammer in Reihe geschaltet/ wobei bei normalem Betrieb die Polung
der einzelnen Dialysezellen gleichsinnig ist.
Die Elektrolytflüssigkeit wird dem System bei der Zelle 10
über ein Zuleitungsrohr 52 zugeführt und dann stufenweise gereinigt, bis sie aus der Zelle 16 als salzarmer Produktstrom
und salzreicher Ausschußstrom austritt.
Erfindungsgemäss ist eine Schaltereinrichtung in Form eines
Zeitfolgeschalters 54 zum Umpolen der Elektroden vorgesehen. Der Zeitfolgeschalter 54 kann elektrisch oder mechanisch
betrieben werden. Im Betrieb wird die Polarität der Dialysezelle 10 entsprechend einer für das Ablösen des Niederschlags
notwendigen Zeit umgekehrt. Die bisher salzarmen Kammern der Dialysezelle 10 reichern sich im Gegensatz zu
jenen der Dialysezellen 12, 14 und 16 nun mit Salz an. Nach
einem gewissen durch die Strömungsrate des Systems bestimmten Zeitpunkt füllt der von der Dialysezelle 10 herrührende
konzentrierte Strom die elektrolytarme Seite der Stufe 12, wenn der letzte Teil des durch diese Zelle entsalzten Produktes
aus dieser ausgeströmt ist. Dann wird die Polarität der Zelle 12 umgekehrt, während die Zellen 14 und 16 ihre
bisherige Polarität noch beibehalten. Dieses Verfahren wird auch auf die Dialysezellen 14 und 16 in bestimmten, der Strcär
mungsräte entsprechenden Zeitabständen angewandt. Als Folge der aufeinanderfolgenden Polaritätsumkehr werden Ventile 56
und 58 betätigt, um die aus der letzten Zelle 16 austretenden Ströme jeweils in die dafür vorgesehenen Leitungen abzu-r
führen.
Bei dem Elektrodialysesystem nach Fig. 2 ist der Zeitfolgeschalter
54 durch eine Vielzahl von im Ausgang jeder Zelle vorgesehenen Leitfähigkeitsmeßzellen oder Konduktometern 6Q^
62, 64, 66, 68 und 70 ersetzt. Derartige Meßzellen sind im
Stand der Technik bekannt. Das Ausgangssignal jeder Leitfähig
/5
1A"56 339 :-: J -! ·"".* X \": QOQi/ ic
J 4 I 5
keitsmeßzelle wird durch das Erreichen bestimmter Leitfähigkeiten
aktivierbaren Schaltern 72, 74 und 76 zugeführt, die so eingestellt werden können, dass eine Polaritätsumkehr jeder
Dialysezelle mit der gleichen Wirkung wie mit dem oben beschriebenen Zeitfolgeschalter 54 erzielt wird. Die Schalter
arbeiten entweder bei hoher oder niedriger Leitfähigkeit, die durch die in Zelle 10 erfolgende Umpolung hervorgerufen
wird. Die Zelle 10 wird durch einen einfachen Repetierzeitschalter 78 umgepolt.
Die Betätigung der Ventile 56 und 58 für die Umleitung der -Flüssigkeitsströme und der letzten Zelle 16 in je einen Vorratsbeählter
für das salzarme Produkt und den salzreichen Ausschuss kann durch einen Schalter 78 oder durch Leitfähigkeitsmeßzellen
68 und 70 gesteuert werden.
Beispiel I - Verfahren mit gleichzeitiger Umpolung aller Zellen.
2Q Es wird mit einem Aquamitev 'XX-Elektrodialysestem Wasser
mit einem Salzgehalt von 10000 ppm mit Gleichstrom auf einen Salzgehalt von 300 ppm entsalzt. Das System weist vier
Multi-Membranstapel mit je zwei elektrischen Dialysezellen
in jedem Stapel auf. Acht Dialysezellen sind hydraulisch in
2j- Reihe geschaltet und werde mit einem Flüssigkeitsstrom betrieben,
der einer Verweilzeit des verdünnten Produktstroms in jeder Stufe von 25 s oder einer totalen Verweilzeit in
einer Acht-Stufen-Membrananordnung von 3,28 min entspricht. Nach der Umpolung des Gleichstroms betrug die Totzeit für
3Q den vollständigen Durchlauf des verdünnten Produktstroms
durch die acht Dialysezellen einschliesslichder Verbin-'dungsrohrleitungen
3,4 min. Während dieser Totzeit wird kein entsalztes Wasser gewonnen.
/6
Q
Beispiel II - Verfahren mit aufeinanderfolgender Umpolung
der Zellen.
Das Elektrodialysestern des Beispiels I ist durch stufenweise
Umpolung unter Verwendung von Zeitrelais, die unabhängig voneinander die Umpolung jeder der acht elektrischen
Dialysezellen steuern, abgewandelt. Nach Umpolung der ersten Dialysezelle wurde jede nachfolgende Dialysezelle
nach dem Ausspülen des teilweise entsalzten Wassers aus dieser Dialysezelle umgepolt. Jede Dialysezelle wird
25 s nach der vorhergehenden Dialysezelle umgepolt. Die Totzeit des Systems wird dadurch auf die Zeit vermindert,
die notwendig ist, um den verdünnten Produktstrom durch nur
eine Dialysezelle, einschliesslich der zugehörigen Verbindungsleitungen, zu führen, so dass nunmehr nur etwa 30 s
anstelle der 3,4 min nach dem Ausführungsbeispiel I benötigt werden.
Leerseite
Claims (7)
1. Verfahren zur Durchführung einer mehrstufigen Elektrodialyse
für salzhaltige Flüssigkeiten, bei dem die Flüssigkeiten nacheinander durch mehrere in Reihe geschaltete
Dialysezellen, die je ein Elektrodenpaar aufweisen, dessen Elektroden durch mindestens zwei anionenselektiv und kationenselektiv
wirkende Membranen getrennt ist, geleitet wird und die Polarität des Elektrodenpaares periodisch gewechselt
wird, dadurch gekennzeichnet , dass die
Elektrodenpaare nacheinander, jeweils beginnend mit der
ersten Stufe (Stufe höchster Konzentration an salzarmem Produktstrom) und jeweils unter Einhaltung einer Totzeit
in bestimmten Zeitabständen umgepolt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Zeitabstände und die Totzeiten
in Abhängigkeit von der Salzkonzentration, dem Elektrolysestrom und dem Flüssigkeitsstrom bestimmt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kennzeich net, dass die aufeinanderfolgende Umpolung
der Elektrodenpaare in festen Zeitabständen erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang jeder Stufe
" die Leitfähigkeit wenigstens eines der beiden Flüssigkeitsströme bestimmt und bei über- bzw. Unterschreiten einer bestimmten
Leitfähigkeit die aufeinanderfolgende Umpolung aller
Elektrodenpaare eingeleitet wird.
/2
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit mehreren in Reihe geschalteten Dialysezellen,
die je ein Elektrodenpaar aufweisen, dessen Elektroden durch mindestens zwei anionenselektiv und kationenselektiv
wirkende Membranen getrennt sind und mittels getrennter Leitungen für salzarme und salzreiche Flüssigkeit
miteinander verbunden sind, und mit einer, für jede Dialysezelle vorgesehene Umpoleinrichtung für eine periodische Umpolung
der Elektroden, sowie mit Kontrolleinrichtungen zur Steuerung, des Flüssigkeitsstroms von salzarmer und salzreicher
Flüssigkeit aus den Dialysestufen, gekennzeichnet durch eine Schaltereinrichtung für die
aufeinanderfolgende Aktivierung der Umpoleinrichtungen (42, 44, 46, 50) unter Einhaltung von jeweils einer Totzeit.
15
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass die Schaltereinrichtung ein Zeitfolgeschalter
(54) ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass die Schaltereinrichtung Konduktometer
(60, 62, 64, 66, 68, 70) aufweist, und eine Einrichtung zur Auswertung der Meßsignale der Konduktometer und
Auslösung der Umpoleinrichtung (42, 44, 46, 50) bei Uber-
bzw. Unterschreiten einer bestimmten Leitfähigkeit aufweist.
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