NL8203237A - Werkwijze voor het in een aantal trappen elektrodialyseren van een vloeistof en inrichting voor uitvoering van de werkwijze. - Google Patents

Description

«S λ V' . -1 -

Werkwijze voor het in een aantal trappen elektrodialyseren van een vloeistof en inrichting voor uitvoering van de werkvijze.

De uitvinding heeft betrekking op elektrodialyse-5 systemen voor vloeistoffen en in het bijzonder op de omkering van de elektrodepotentiaal in dergelijke systemen.

\Elektrodialysesystemen voor vloeistof fen vaarbij een aantal in serie verbonden geleidelijk een grotere zuivering gevende trappen vorden toegepast zijn in de techniek algemeen 10 bekend, bijvoorbeeld uit het Amerikaanse octrooischrift 175*799* Het is ook algemeen bekend can de polariteit van de elektroden in de verschillende trappen om te keren teneinde de opbouw van een laag van afzetsel te voorkomen. De Ameri-kaanse octrooischriften 2.69^.680, 2.983.813 en 3-3h-1.Uh-1 15 geven bijvoorbeeld een volledig beeld van deze stand van de techniek.

Bij het werken met dergelijke systemen van een aantal zuiveringstrappen vormt tegenvoordig het omkeren van de elektrodepolariteit een algemeen aanvaarde techniek die tot 20 enkele malen per uur in een kontinue cyclus vordt toegepast.

Bij het omkeren van de elektrodepolariteit vordt tegenwoordig de polariteit van alle elektroden in alle trappen tegelijk omge-keerd. Het karakter van de verdunde produktstroom vordt ook on-mi ddellijk gevijzigd bij het omkeren, vat leidt tot veront-25 reiniging van het gedeeltelijk ontzoute produkt in elke trap.

Bij een tientraps installatie voor de verwijdering van zout is het produkt in de laatste drie of vier trappen bijvoorbeeld nage-noeg ontzout, maar ontvangt bij omkeren van de polariteit de ontzoute of verdunde stroom de verontreinigde of uit een gecon-30 eentreerde zoutoplossing bestaande materiaalstroom. Het gevolg hiervan is dat de gehele volumehoeveelheid produkt in de gehele installatie, of dit produkt nu gedeeltelijk is ontzouten of niet, moet worden weggevorpen bij omkeren van de elektrodepolariteit, met als gevolg een vermindering van de totale doel- 8203237 * - 2 - matigheid (rendement) van de installatie.

In afvijking van de stand van de techniek verd nu gevonden dat de bovengenoemde produktverliezen kunnen worden vermeden door de polariteit van de elektroden van trap tot trap 5 stapsgevijs in de tijd te vijzigen. Qmkering van de polariteit vindt in elke elektrische trap plaats nadat het gedeeltelijk ontzoute produkt dat in die trap verd gevormd zich. volledig een veg heeft gebaand door de hydraulische kanalen van die trap of de hydraulische kanalen van die trap heeft vrijgemaakt. Het 10 grootste deel van het produkt dat in de eerste trappen van het systeem gedeeltelijk is ontzouten zal derhalve door het systeem blijven stromen zonder te vorden verontreinigd met .zout en uit-eindelijk het systeem verlaten in een volledig bruikbare toestand.

De uitvinding kan vorden samengevat als te bestaan 15 uit zovel een inrichting voor en een verkwijze voor de omkering van de elektrodepotentiaal in een in serie geschakeld uit meerdere trappen bestaand elektrodialysesysteem. Het systeem omvat nor-maliter een aantal elektrische trappen vaarbij in elke trap het produkt van de voorgaande trap geleidelijk verder vordt ge-20 zuiverd tot de gevenste zuiverheid van het produkt vordt bereid.

Elke elektrische trap kan op zijn beurt een of meer hydraulische trappen omvatten zoals in de stand van de techniek bekend is. Qmkering van de elektrodepotentiaal vindt periodiek plaats om afzetsel uit het systeem te verwijderen. Bij de onderhavige 25 uitvinding wordt de omkering van de elektrodepotentiaal van trap tot trap uitgevoerd gaande in een. richting van trappen met een produkt met een hogere zoutconcentratie naar trappen met een lagere zoutconcentratie in de produktstroom of verdunde stroom, dat vil zeggen gaande in stroomafwaartse richting met 30 betrekking tot de invoer van de rave te zuiveren vloeistof. De omkering van de elektrodepotentiaal vindt stapsgevijs in de tijd plaats, vaarbij het tijdstip van omkering vordt bepaald door de stroom ,het zoutgehalte en de vloeistofstroomsnelheid door de installatie. Daar het verdunde of behandelde produkt elke 35 trap achtereenvolgens vrij maakt, vordt de potentiaal van de 8203237 ** * - 3 - elektroden van.die trap omgekeerd, totdat de potentiaal van de elektroden in alle trappen van het systeem is omgekeerd. Daar-na worden de produktstromen veer op gang gebracht net als bij de konventionele praktijk van omkering van de elektrodepoten-5 tiaal in elektrodialysesystemen.

Met deze werkwijze gaat slechts het gedeeltelijk ontzoute produkt uit de eerste trap verloren inplaats van alle vloeistof nit het systeem zoals hei? geval is wanneer in alle trappen gelijktijdig de elektrodepotentiaal wordt omgekeerd.

10 De omkering kan zo worden geregeld dat ze optreedt op basis van de bekende vloeistofstroomsnelheid van het systeem of anders kunnen metingen van de geleidbaarheid worden gebruikt bij de uitgang van elke trap dm de toestand van het produkt te be-palen.

15 De uitvinding wordt nader toegelicht in de hierna volgende beschrijving en de tekeningen.

Figuur 1 geeft schematisch een voorkeursuitvoerings-vorm van de uitvinding weer.

Figuur 2 geeft schematisch een andere uitvoerings-20 vorm van de uitvinding weer.

In figuur. 1 is schematisch een systeem voor de elektrodialyse van vloeistoffen weergegeven. Dit systeem omvat vier elektrische trappen 10, 12, 1^ en 16. In trap 10 zijn elektroden 18 en 20 aanwezig en deze trap is verdeeld in zout-25 verdunningskompartimenten en zoutconcentreringskompartimenten 19 en 21. Trap 12 omvat de elektroden 2b en 26 en is eveneens verdeeld in zoutverdunningskompartimenten en zoutconcentrerings-kompartimenten 23 en 25· Trap lb omvat elektroden 30 en 32 en is eveneens verdeeld in zoutverdunningskompartimenten en zout-30 concentreringskompartimenten 27 en 29 en trap 16 omvat elektroden 36 en 38 en is eveneens verdeeld in zoutverdunningskompartimenten en zoutconcentreringskompartimenten 31 en 33. De kompartimenten zijn schematisch weergegeven. In de praktijk wordt elke trap gevormd door een aantal afwisselende voor anionen selektieve 35 en voor kationen selektieve membranen die zorgen voor een selek- 8203237 *· - k - tief transport van ionen door elektrolytische working, waardoor afwisselend zoutverdunningskompartimenten en zoutconcentrerings-kompartimenten worden gevormd.

Zoals algemeen bekend omvat elke trap in de prak-5 tijk een groot aantal van dergelijke afwisselend voor kationen permeabele membranen en voor anionen permeabele membranen die een groot aantal van dergelijke onderling verbonden afwisselende zoutverdunningskamers en zoutconcentreringskamers vormen. De aard van de kamers (dat wil zeggen verdunningskamers of concen-10 treringskamers) zal wisselen afhankelijk van de polariteit van de elektroaen waarmee omkeerbare energiebronnen b2t kb, k6 en 50 worden verbonden. De trappen zijn hydraulisch in serie ge-scbakeld en wel gelijke kamers verbonden met gelijke kamers, over-eenkomstig de elektrische polariteit die bij regelmatige kontinue 15 werking van trap tot trap kongruent is.

De ruwe vloeistof, dat wil zeggen de elektrolyt, vormt in het systeem ingevoerd in trap 10 via leiding 52 en wordt dan geleidelijk van trap tot trap behandeld tot ze uit trap 16 komt in de vorm van twee afzonderlijke stromen, dat 20 wil zeggen een praktisch ontzout gezuiverd produkt en een afval-stroom met een hoge zoutconcentratie. Uit welke kamer elke stroom komt, hangt af van de polariteit van de elektroden op het betreffende tijdstip.

Zoals hiervoor besproken was de methode volgens 25 de stand van de techniek die diende voor het verwijderen van afzettingen uit het gelijktijdig omkeren van de elektrode-potentiaal in alle trappen. Het zal duidelijk zijn dat als dit geschiedt, de gedeeltelijk gezuiverde produkten die zich in alle trappen bevinden direkt verontreinigd zullen raken met zout. 30 Het gevolg is dat alle effluenten moeten worden weggeworpen tot-dat de vloeistofinhoud van het gehele systeem zich volledig een weg heeft gebaand door alle trappen.

Bij de onderhavige uitvinding wordt voorzien in middelen voor het achtereenvolgens omschakelen van de polariteit 35 in elke trap, stapsgewijs met de tijd, bijvoorbeeld in de vorm van 8203237 *r - - 5 - een tijdschakelaar 5k. De tijdschakelaar kan een mechanische of elektrische tijdschakelaar zijn. Bij in bedrijf zijn van de installable wordt de polariteit van trap 10 omgekeerd op een tijdstip dat afhangt van de eisen voor verwijdering van afzettingm 5 van het systeem . In de verdunningskamers (kamers met verdunde oplossing) van trap 10 zal de concentratie beginnen toe te nemen, maar in de overeenkomstige kamers van trap 12, en 16 zal dat niet het geval zijn. Op een later tijdstip dat wordt bepaald door de stroomsnelheden van het systeem zal de concentraat-10 stroom die uit trap 10 komt de ruimte voor verdunde oplossing van trap 12 vullen zodra het verdunde produkt dat in die trap wordt gevormd de hetreffende trap verlaat. De polariteit in trap 12 wordt dan omgekeerd terwijl de trappen 1¼ en 16 in de toestand met niet omgekeerde polariteit blijven werken. Dit 15 proces wordt herhaald voor trap 1¾ en trap 16 na een tijdsver-loop dat wordt gebaseerd op de overeenkomstige stroomsnelheid.

Aan het einde van de stapsgewijze omkering van de polariteit worden de afsluiters of kleppen $6 en 58 in werking gesteld am de stromendie uit de laatste trap 16 komen weer te kanali-20 seren.

In figuur 2 is een soortgelijk systeem weergege-ven als in figuur 1. Overeenkomstige kamponenten zijn aangeduid met dezelfde verwijzingscijfers. De stapsgewijs werkende tijd-schakelaar is hier vervangen door een aantal organen 60, 62, 25 6t, 66, 68 en 70 die de geleidbaarheid meten en die zijn ge- plaatst in de uitgaande stromen van elke trap. Geschikte organen voor dit doel zijn in de techniek algemeen bekend. Het signaal van elke geleidbaarheidsdetektor wordt toegevoerd aan door de geleidbaarheid in werking te stellen schakelaars 30 72, 7^ en 76 die zo kunnen zijn geprogrammeerd dat ze een om kering van de polariteit van elke trap teweeg brengen die in werking overeenkomt met de werking van de trapsgewijs werkende tijdsehakelaar 5^ bij de hiervoor beschreven uitvoeringsvorm.

De schakelaars zijn ontworpen om hetzij bij een hoge of bij een 35 lage geleidbaarheid in werking te treden, wat het geval is als 8203237 - 6 - de aard van de stroom verandert als gevolg van de geleidelijke stroming van bij omgekeerd potentiaal gevormde vloeistof uit trap 10. De cankering van de potentiaal in trap 10 wordt tot stand gebracht op basis van een zich. herhalend tijdschema door 5 middel van een eenvoudige tijdschakelaar 78.

Het in werking stellen van de kleppen 56 en 58 om de vloeistofstromen die uit de laatste trap 16 komen veer te kanaliseren kan worden geregeld door de schakelaar 78 of anders door middel van geleidbaarheidsdetektors 68 en 70.

10 De volgende vergelijkende voorbeelden illustreren de specifieke uitvoeringsvorm volgens de uitvinding.

Voorbeeld I Werkwi.jze zonder gefaseerde omkering van de potentiaal.

R

15 In dit voorbeeld werd een Aquamite XX elektro- dialyseeenheid (systeem) gebruikt met gelijkstroom voor het ontzouten van water met een zoutgehalte van 10.000 dpm tot een produkt water met een zoutgehalte van 300 dpm. Het systeem omvatte vier groepen van multimembraaneenheden met twee elek-20 trische trappen in elke groep en is in de hahdel verkrijgbaar bij Ionics, Incorporated of Watertown, MA. Dit systeem met zijn acht groepen die hydraulisch in serie waren geschakeld werd in bedrijf gesteld met een stroomsnelheid van de oplossing die overeehkwam met een behandelingstij d voor de verdunde (pro-25 dukt) stroom in elke trap van 25 seconden of een totale behan- delingstijd in de reeks van acht membraangroepen van 3,28 minu-ten. Ha cankering van de polariteit van de gelijkstroom was de tijdsduur van de "off spec." periode-, dat wil zeggen de tijds-duur die nodig is om de verdunde (produkt) stroom door de acht 30 groepen been te laten stromen met inbegrip van de hulpleidingen, 3,U minuten. De "off spec." tijd is de niet-produktievetijdwaarin geen ontzout water als produkt wordt gewonnen.

Voorbeeld II Werkwi.jze waarbi.i gefaseerde omkering van de polari-35 teit wordt toegepast.

8203237 - 7 -

Set elektrodialysesysteem. uit voorbeeld I werd zo gemodificeerd dat een trapsgewijze omkering van de polariteit werd bereikt onder toepassing van tijdrelais die afzonderlijk de omkering van de polariteit van elk van de acht afzonderlijke 5 elektrische trappen regelen. De omkering van polariteit verd voor de eerste trap tot stand gebracht en daarna ward in elke volgende benedenstroomse trap de polariteit omgekeerd nadat al Set gedeeltelijk ontzoute water uit die trap was verdreven.

In elke trap werd de polariteit omgekeerd 25 secoriden nadat de 10 polariteit in de voorgaande trap was omgekeerd. De totale "off spec." tijd van het syteem werd verminderd tot de tijd die de verdunde stroom nodig heeft cm door een enkele trap omvattende de hulpleidingen Seen te stromen, namelijk ca 30 seeonden, in vergelijking met de 3,^ minuten uit voorbeeld I.

15 De uitvinding is hiervoor beschreven aan de hand van specifieke voorkeursuitvoeringsvormen, maar het zal duide-lijk zijn dat allerlei modifikaties kunnen worden toegepast zonder buiten het kader van de uitvinding te komen.

20 8203237

Claims (6)

1. Meertrapssysteem voor de elektrodialyse van vloeistoffen, omvattende een aantal in serie verbonden trappen waarvan elke trap een verdere ontzouting teveeg brengt van de verdunde produktstroom die uit de voorafgaande trap komt en 5 waarbij in elke trap een anode en een kathode aanwezig zijn die van elkaar zijn gescheiden door tenminste een paar zout-verdunningskamers en zoutconcentreringskamers die worden be~ grensd door afwisselende voor anionen selektief permeabele membranen en voor kationen selektief permeabele membranen, en 10 waarbij elke trap met de aangrenzende trappen is verbonden door doorvoerorganen voor vloeistof voor elk van de verdunde produkt-stromen en geconcentreerde produktstromen die in die trappen worden gevormd en elke trap voorts middelen omvat voor het periodiek omkeren van de polariteit van die elektroden, en het 15 systeem voorts middelen bezit voor het regelen van de vloeistof- stroming waarmee de stroom van verdund produkt en de stroom van geconcentreerd produkt worden geregeld, met het kenmerk dat schakelorganen aanwezig zijn voor het aehtereenvolgens, trap voor trap en stapsgewijze in de tijd, volgens het zoutgehalte 20 van het verdunde produkt, in werking stellen van de organen voor het omkeren van de polariteit.

2. Inrichting volgens conclusie 1 met het kenmerk dat de schakelorganen een tijdschakelaar omvatten.

3. Inrichting volgens conclusie 1 met het kenmerk 25 dat de schakelorganen in kombinatie omvatten: (a) .een aantal organen voor het meten van de geleidbaarheid waarvan er telkens een in de vloeistofdoorvoer-kanalen aan de uitgang van elke trap is gemonteerd en (b) een aantal afzonderlijke schakelorganen, een 30 voor elk van de organen voor het omkeren van de polariteit, welke afzonderlijke schakelorganen elk reageren op tenminste een van de organen voor het meten van de geleidbaarheid. Ferkwijze voor het doen werken van een meertraps- 8203237 V - 9 - systeem voor de elektrodialyse van vloeistoffen5 omvattende een aantal in serie geschakelde trappen vaarvan elke trap dient voor het verder ontzouten van het verdunde produkt of de verdunde produktstroom komend uit de voorafgaande trap en elke trap een 5 anode en een kathode omvat die zijn gescheiden door tenminste een paar zoutverdunningskamers en zoutconcentreringskamers die worden begrensd door afwdsselende voor anionen selektief permea-hele membranen en voor kationen selektief permeabele membranen en elke trap met de aangrenzende trappen is verbonden door 10 middel van vloeistofdoorvoerorganen voor de verdunde produktstroom zovel als de geconcentreerde produktstroom die in elk van die trappen wordt gevormd en elke trap verder organen bezit voor het periodiek omkeren van de polariteit van die elektroden en het systeem verder middelen heeft. voor het regelen van de 15 vloeistofdoorstroming teneinde de stroming van de verdunde produktstromen en geconcentreerde produktstromen te riehten, met het kenmerk dat achtereenvolgens trap voor trap en staps-gevijze in de tijd volgens het zoutgehalte van de verdunde produktstromen de organen voor het omkeren van de polariteit 20 in verking worden gesteld.

5. Werkwijze volgens conclusie 1; met het kenmerk dat de organen voor het regelen van de vloeistofstroming in verking worden gesteld gelijktijdig met de laatste omkering van de polariteit teneinde de stroming van de verdunde produkt- 25 stromen en geconcentreerde produktstromen opnieuw te riehten.

6. Werkwijze volgens conclusie U met het kenmerk dat de stapsgewijze inverkingstelling plaatsvindt met vooraf bepaalde tijdsverlopen ertussen.

7· Werkwijze volgens conclusie k met het kenmerk 30 dat het systeem verder een aantal organen voor het meten van de geleidhaarheid bezit waarvan er telkens een in de vloeistof-doorganen aan de uitgang van elke trap is geplaatst en waarbij de organen voor het omkeren van de polariteit in werking worden gesteld in responsie op (het signaal van) de organen voor het 35 meten van de geleidhaarheid. 8203237