EA005144B1 - Межмембранная сетчатая прокладка электродиализатора (варианты) и способ ее изготовления (варианты) - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области электродиализного оборудования, предназначенного для очистки растворов электролитов. Предложены межмембранная сетчатая прокладка (варианты) и способ ее изготовления (варианты). Прокладка включает рамку с отверстиями, щелевыми каналами, турбулизующую сетку, отличается тем, что представляет собой цельную деталь и имеет элементы в форме пластинок, выполненные в местах пересечения нитей сетки. Предложен вариант прокладки, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере одну лабиринтообразующую перегородку, представляет собой цельную деталь и имеет элементы в форме пластинок в местах пересечения нитей сетки. Способ изготовления межмембранной сетчатой прокладки в предложенных вариантах осуществляют литьем термопластичного полимера в одной литьевой форме в одну стадию.

Description

Изобретение относится к области электрохимической обработки жидкостей-электролитов в электродиализаторах фильтр-прессного типа в технологических процессах обессоливания воды, очистки жидкостей от ионизированных примесей, а именно к технологическому оборудованию, в частности к межмембранным прокладкам электродиализатора.

Электродиализные устройства фильтрпрессного типа, в качестве основных конструктивных элементов содержат электродные камеры, прокладки, чередующиеся анионитовые и катионитовые мембраны (Смагин В.Н. Обработка воды электродиализом, Стройиздат, 1986 г.). Одним из важнейших вышеперечисленных элементов являются межмембранные прокладки, которые предназначаются для регулирования расстояния между мембранами и направления определенным образом потока жидкости. В зависимости от их конструктивных особенностей жидкость между мембранами может двигаться по каналам, образующим или лабиринт или ряд параллельных дорожек в межмембранных прокладках лабиринтного типа. Существуют также межмембранные прокладки корпусного типа. Известны прокладки, как рамочного так и лабиринтного типа, которые содержат дополнительный конструктивный элемент - турбулизующую сетку. Интенсификация процесса работы электродиализаторов, содержащих межмембранные прокладки с турбулизующей сеткой происходит в результате турбулизации потоков жидкости (Гребенюк В.Д. Электродиализ. Киев, 1976, стр.63).

К недостаткам межмембранных сетчатых прокладок относится сложность их изготовления. Так, известна межмембранная сетчатая прокладка, включающая рамку с отверстиями и щелевыми каналами и турбулизующую сетку, закрепленную на выступах, выполненных на внутренней стороне рамки (авт.св. СССР № 827107, кл. В 01Ό 13/02). Такая конструкция межмембранной прокладки упрощает сборку электродиализатора, однако она не устраняет недостатка, присущего межмембранным сетчатым прокладкам, а именно, наличие двух элементов, объединение которых в единое целое требует дополнительной стадии закрепления их на выступах сваркой, что усложняет процесс ее изготовления.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является межмембранная сетчатая прокладка, содержащая рамку с отверстиями и питающими каналами, в которую вкладывают турбулизаторы для турбулизации потоков жидкости (Гребенюк В.Д. Электродиализ. Киев, 1976, стр.63).

Недостатком межмембранной сетчатой прокладки по прототипу является сложность ее изготовления. Прокладка состоит из двух элементов, объединение которых осуществляют запрессовкой рамки и сетки-турбулизатора.

Задачей изобретения является разработка межмембранной сетчатой прокладки, надежной в эксплуатации и простой в изготовлении.

Техническим результатом изобретения является упрощение способа изготовления межмембранной сетчатой прокладки и повышение надежности содержащего ее электродиализатора.

Технический результат достигается межмембранной сетчатой прокладкой, представляющей собой цельную деталь, объединяющую рамку с отверстиями и питающими каналами и турбулизующую сетку, на которой выполнены элементы в форме пластинок.

Межмембранная сетчатая прокладка может быть выполнена в двух вариантах. Первый вариант воплощения изобретения представляет собой межмембранную сетчатую прокладку лабиринтного типа, содержащую по меньшей мере одну лабиринтообразующую перегородку. Второй вариант воплощения изобретения представляет собой межмембранную сетчатую прокладку рамочного типа.

Существенными признаками межмембранной сетчатой прокладки рамочного или лабиринтного типа является наличие элементов в форме пластинок на турбулизующей сетке, которые выполнены в местах пересечения ее нитей. Элементы в форме пластинки имеют толщину прокладки. Оба варианта межмембранной сетчатой прокладки содержат элементы форме пластинок в местах пересечения нитей турбулизующей сетки, имеющие круглую и/или овальную форму, и/или их соединение. Площадь поверхности пластинок в турбулизующей сетке составляет 3-30% площади поверхности турбулизующей сетки, предпочтительно 10%. Элементы в форме пластинок равномерно распределены по площади сетки.

Турбулизующая сетка представляет собой безузелковую сетку с толщиной нитей, равной половине толщины рамки. Нити, образующие сетку, расположены под углом 15-75°, предпочтительно 30°, по отношению к оси предполагаемого направления потока жидкости.

Турбулизующая сетка предназначена для турбулизации потока жидкости в слоях, примыкающих к поверхности мембран. Таким образом, усиление турбулизации повышает степень обессоливания, эффективность электродиализа и надежность электродиализатора. Наличие элементов в форме пластинок в местах пересечения нитей турбулизующей сетки способствует увеличению турбулизации потока.

При заявляемых параметрах межмембранной сетчатой прокладки электродиализатор работает в оптимальном режиме, поскольку указанные параметры обеспечивают увеличение турбулизации потока жидкости.

При суммарной площади поверхности выступов выше 30% от площади турбулизующей сетки рабочая поверхность прокладки уменьша ется, что приводит к необходимости увеличения размеров электродиализатора.

Снижение указанного параметра ниже 3% не обеспечивает эффекта увеличения турбулентности и надежности работы электродиализатора.

Значения углов 15-75° расположения нитей по отношению к оси предполагаемому потоку жидкости заявлены как оптимальные, 30° как предпочтительные. При углах меньше 15° увеличивается гидравлическое сопротивление в системе, а при углах выше 75° снижается степень турбулизации потока.

Нити турбулизующей сетки имеют толщину, составляющую половину толщины прокладки и в сечении могут быть выполнены в виде прямоугольника, трапеции, треугольника или полуокружности.

Вариант межмембранной сетчатой прокладки в лабиринтном выполнении содержит, по меньшей мере, одну лабиринтообразующую перегородку, расположенную вдоль оси предполагаемого потока жидкости. Количество лабиринтообразующих перегородок определяется технологически заданной длиной лабиринта, связанного в свою очередь с размерами электродиализатора.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан схематический вид межмембранной сетчатой прокладки лабиринтного типа; на фиг. 2 представлен разрез А-А прокладки на фиг. 1; на фиг. 3 показан схематический вид межмембранной сетчатой прокладки рамочного типа; на фиг. 4 - разрез А-А прокладки на фиг. 3.

Межмембранная сетчатая прокладка лабиринтного типа представляет собой цельную деталь, объединяющую рамку 1 с отверстиями 2 и питающими каналами 3 и турбулизующую сетку (с нитями 4 и 5 ), на которой выполнены элементы в форме пластинки 6 и по меньшей мере, одну лабиринтообразующую перегородку 7.

Межмембранная сетчатая прокладка рамочного типа, представляет собой цельную деталь, объединяющую рамку 1 с отверстиями 2 и питающими каналами 3, а также турбулизующую сетку (с нитями 4 и 5), на которой выполнены элементы в форме пластинки 6.

Межмембранная сетчатая прокладка рамочного и лабиринтного типа функционирует при работе электродиализатора следующим образом.

Жидкость через отверстия по питающим каналам подается в активную зону турбулизующей сетки. Поток жидкости, встречая на своем пути нити сетки и элементы в форме пластинок, имеющие круглую и/или овальную форму и/или их соединения, турбулизируется и в виде турбулентного потока двигается к выходному отверстию. При использовании варианта межмембранной сетчатой прокладки лабиринтного типа поток движется по лабиринту вдоль по меньшей мере одной лабиринтообразующей перегородки. Лабиринтообра зующих перегородок может быть несколько для обеспечения технологически заданной длины лабиринта.

Площади элементов в форме пластинок турбулизующей сетки, лабиринтообразующих перегородок, их числа соотносятся с площадями сетки, как активная и неактивная часть прокладки.

Заявленная межмембранная сетчатая прокладка рамочного или лабиринтного типа позволяет увеличить турбулентность потока, в результате чего повышается эффективность и надежность электродиализатора. Сравнительные эксперименты, проведенные на электродиализаторе с межмембранной прокладкой по прототипу и предлагаемой межмембранной сетчатой прокладкой, показали, что удельный солесъем увеличивается на 20-30 % по сравнению с прототипом. Кроме того, прокладка проста в изготовлении.

Способ изготовления прокладки по прототипу (Гребенюк В.Д. Электродиализ. Киев, 1976, стр.63) предполагает изготовление прокладки в две стадии: первая - изготовление турбулизующей сетки и рамки с отверстиями и питающими щелями литьем термопластичного полимера и стадию соединения их в межмембранную прокладку, например, запрессовкой. Недостатком способа является его двухстадийность.

Техническим результатом предлагаемого способа является упрощение изготовления межмембранной сетчатой прокладки. Способ согласно изобретению осуществляют литьем под давлением любого термопластичного полимера, например полипропилена, полиэтилена, полиэтилентерефталата.

Способ изготовления межмембранной сетчатой прокладки электродиализатора, представляющей собой рамку с отверстиями, питающими каналами, турбулизующей сеткой, по меньшей мере одной лабиринтообразующей перегородкой и элементами в форме пластинок, осуществляют литьем под давлением термопластичного полимера в одну стадию и на одной литьевой форме. Подачу расплава в литьевую форму осуществляют с возможностью образования нитей турбулизующей сетки под углом 15-75° по отношению к оси предполагаемого потока жидкости.

Способ изготовления межмембранной сетчатой прокладки электродиализатора, представляющей собой рамку с отверстиями, питающими каналами, турбулизующей сеткой и элементами в форме пластинок, осуществляют литьем под давлением термопластичного полимера в одну стадию и на одной литьевой форме. Подачу расплава в литьевую форму осуществляют с возможностью образования нитей турбулизующей сетки под углом 15-75° по отношению к оси предполагаемого потока жидкости.

Предлагаемые изобретения: межмембранная сетчатая прокладка в вариантах лабиринтного или рамочного типа и варианты способа ее изготовления, позволяют простым одностадийным способом изготовить прокладку, повышающую надежность работы электродиализатора.

Claims (15)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Межмембранная сетчатая прокладка электродиализатора, содержащая рамку с отверстиями и питающими каналами, турбулизующую сетку, отличающаяся тем, что она имеет по меньшей мере одну лабиринтообразующую перегородку, турбулизующая сетка в местах пересечения ее нитей снабжена элементами в форме пластинок, при этом прокладка выполнена в виде цельной детали.
2. 2. Прокладка по п.1, отличающаяся тем, что пластинки имеют толщину, равную толщине прокладки, круглую и/или продолговатую форму и/или их соединение.
3. 3. Прокладка по п.1, отличающаяся тем, что площадь поверхности элементов, выполненных в плоскости турбулизующей сетки, составляет 3-30%, предпочтительно 10%, от площади поверхности тубулизующей сетки.
4. 4. Прокладка по п.1, отличающаяся тем, что турбулизующая сетка представляет собой безузелковую сетку с толщиной нитей, составляющей половину толщины рамки.
5. 5. Прокладка по п.1, отличающаяся тем, что нити, образующие сетку, расположены под углом 15-75°, предпочтительно 30°, по отношению к оси предполагаемого потока жидкости.
6. 6. Прокладка по п.1, отличающаяся тем, что нити турбулизующей сетки имеют прямоугольное, трапециевидное, треугольное, полукруглое сечение.
7. 7. Прокладка по п.1, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна лабиринтообразующая перегородка расположена вдоль оси предполагаемого потока жидкости.
8. 8. Межмембранная сетчатая прокладка электродиализатора, содержащая рамку с отверстиями и питающими каналами, турбулизующую сетку, отличающаяся тем, что поверхность турбулизующей сетки в местах пересечения ее нитей снабжена элементами в форме пластинок, при этом прокладка выполнена в виде цельной детали.
9. 9. Прокладка по п.8, отличающаяся тем, что пластинки имеют толщину, равную толщине прокладки, круглую и/или продолговатую форму и/или их соединение.
10. 10. Прокладка по п.8, отличающаяся тем, что площадь поверхности элементов, выполненных в плоскости турбулизующей сетки, составляет 3-30%, предпочтительно 10%, от площади поверхности турбулизующей сетки.
11. 11. Прокладка по п.8, отличающаяся тем, что турбулизующая сетка представляет собой безузелковую сетку с толщиной нитей, составляющей половину толщины рамки.
12. 12. Прокладка по п.8, отличающаяся тем, что нити, образующие сетку, расположены под углом 15-75°, предпочтительно 30°, по отношению к оси предполагаемого потока жидкости.
13. 13. Прокладка по п.8, отличающаяся тем, что нити турбулизующей сетки имеют прямоугольное, трапециевидное, треугольное или полукруглое сечение.
14. 14. Способ изготовления межмембранной сетчатой прокладки электродиализатора по п.1 или 8 литьем из термопластичного полимера, отличающийся тем, что отливку прокладки осуществляют в одной литьевой форме в одну стадию.
15. 15. Способ по п.14, отличающийся тем, что нити турбулизующей сетки формуют под углом 15-75°, предпочтительно 30°, по отношению к оси предполагаемого потока жидкости.