Изобретение относится к устройствам для разделения веществ с помощью полупроницаемых мембран, в частности к устройствам для электродиализного разделения. The invention relates to devices for the separation of substances using semipermeable membranes, in particular to devices for electrodialysis separation.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является многокамерный электродиализатор, содержащий ионообменные мембраны, рамки со сквозными питающими и выходными каналами, рабочие камеры, образованные в рамках, электроды и сепараторы, установленные в рабочих камерах. Сквозные каналы в рамках и мембранах выполнены с четырех сторон (по три с каждой стороны). Кроме того, в рамках со стороны питающего и выходного каналов выполнены коллекторы (по два в каждой рамке), ширина которых равна ширине рамок, причем коллекторы соединены с рабочими камерами и питающими (выходными) каналами, выполненными с одной плоскости рамки впадинами, образующими гребенки. Размеры впадин этих гребенок увеличиваются по мере удаления от питающего (выходного) каналов. При сборке известного электродиализатора набирается пакет из чередующихся рамок с камерами концентрирования и обессоливания и мембран различного типа (катионообменных, анионообменных, биполярных). Затем этот пакет стягивается с помощью крайних плит, в результате чего происходит прижатие мембран к поверхности рамок и разделение по этим поверхностям каналов и камер между собой и с атмосферой. Работает известный электродиализатор следующим образом: по питающим каналам обрабатываемые исходные растворы подаются в коллекторы, а затем в рабочие камеры, в которых осуществляется их электрохимическая обработка. Затем обработанные растворы выводятся через коллекторы в выходные каналы. Основными недостатками известного электродиализатора являются сложность его сборки и эксплуатации, так как, во-первых, требуется изготовление рамок и отдельных мембран с большим числом каналов, впадин и вырезов, во-вторых, при сборке необходимо строгое совмещение всех этих каналов и вырезов, в-третьих, при сборке очень трудно соблюсти необходимое усилие стягивания пакета, так как недостаточное усилие приводит к неплотному прижатию мембран к рамкам, а большое усилие - к выдавливанию мембраны во впадины гребенок, провисанию участков мембран во впадины и перетеканию потоков по противоположным сторонам мембраны из питающего (выходного) канала, связанного с одной рабочей камерой, в соседнюю рабочую камеру, в-четвертых, при необходимости замены хотя бы одной мембраны или очистки засорившейся камеры требуется разборка всего аппарата, так как весь пакет распадается на отдельные рамки и мембраны, в-пятых, после разборки аппарата его негерметичность возрастает многократно (если не заменить все мембраны), так как возникающие при первой сборке вмятины на мембранах (от выступов гребенок) при повторной сборке неизбежно не совпадут с этими выступами (из-за технологических погрешностей), что и приведет к дополнительным перетеканиям потоков. The closest in technical essence to the claimed object is a multi-chamber electrodialyzer containing ion exchange membranes, frames with through feed and output channels, working chambers formed in the framework, electrodes and separators installed in the working chambers. Through channels in the framework and membranes are made on four sides (three on each side). In addition, within the framework of the supply and output channels, collectors (two in each frame) are made, the width of which is equal to the width of the frames, and the collectors are connected to the working chambers and the supply (output) channels made by cavities forming combs from one plane of the frame. The sizes of the depressions of these combs increase with distance from the supply (output) channels. When assembling a known electrodialyzer, a bag of alternating frames with concentration and desalination chambers and membranes of various types (cation exchange, anion exchange, bipolar) is assembled. Then this package is pulled together with the help of extreme plates, as a result of which the membranes are pressed against the surface of the frames and the channels and chambers are divided along these surfaces between themselves and with the atmosphere. The well-known electrodialyzer works as follows: through the feed channels, the processed initial solutions are supplied to the collectors, and then to the working chambers in which they are electrochemically processed. Then, the treated solutions are discharged through the collectors into the outlet channels. The main disadvantages of the known electrodialyzer are the complexity of its assembly and operation, since, firstly, the manufacture of frames and individual membranes with a large number of channels, depressions and cuts is required, and secondly, during assembly, a strict combination of all these channels and cuts is necessary, in- thirdly, when assembling, it is very difficult to observe the necessary force to tighten the package, since insufficient force leads to a loose pressure of the membranes to the frames, and a large force leads to the extrusion of the membrane into the hollows of the combs, the sagging of the membrane sections n into the troughs and the flow of flows on opposite sides of the membrane from the supply (output) channel connected to one working chamber to the adjacent working chamber, fourthly, if it is necessary to replace at least one membrane or clean the clogged chamber, it is necessary to disassemble the entire apparatus, since the whole package breaks up into separate frames and membranes, fifthly, after disassembling the apparatus, its leakage increases many times (unless all membranes are replaced), since dents occurring during the first assembly on the membranes (from the ridges nok) upon reassembly not necessarily coincide with these protrusions (because technological errors) that result in additional overflow streams.
Целью изобретения является упрощение сборки и эксплуатации аппарата. The aim of the invention is to simplify the assembly and operation of the apparatus.
Поставленная цель достигается тем, что в известный электродиализатор, включающий электроды, размещенные между ними ионоселективные мембраны, рамки с питателями, рабочие камеры, образованные в рамках, и сепараторы, установленные в рабочих камерах, введены основание в форме параллелепипеда с выполненными на нем чередующимися прорезями и гребнями, две боковые крышки с электродами и две плиты с системой каналов в виде впадин на поверхностях плит. В прорезях основания установлены пакеты, каждый из которых включает 2n рамок, при этом в пакете через одну размещены n плоских мембран одного типа и непрерывная в пределах пакета изогнутая мембрана другого типа, каждое звено которой полуохватывает соответствующую пару рамок, причем изогнутая мембрана фиксируется с внешней стороны пакета гребнями основания, в которых образованы рабочие камеры, аналогичные рабочим камерам в рамках. Питатели выполнены в рамках и в гребнях основания в виде впадин, имеющих форму трапеций, большие основания которых обращены к рабочим камерам и равны ширине рабочих камер, а меньшие основания обращены к соответствующим каналам для подачи и удаления рабочих сред в плитах, причем во впадинах уложены расходящиеся веерообразно трубки, на которых размещены пластины, полностью перекрывающие впадины и расположенные заподлицо с поверхностями рамок и гребней. Предлагаемое техническое решение обеспечивает упрощение сборки и эксплуатации электродиализатора, так как, во-первых, электродиализатор состоит из минимального числа деталей (рамок и мембран), простых и технологичных (нет никаких прорезей и каналов в мембранах и в рамках), во-вторых, сборка аппарата происходит чрезвычайно просто путем введения пакетов с мембранами в прорези основания и поджатия их, причем число рамок в пакетах может быть выбрано любым (2, 4, 6 и т. д. ) в зависимости от удобства установки пакетов и желаемой схемы соединения камер рабочих камер (параллельной, последовательной, комбинированной), в-третьих, обеспечивается надежная герметизация камер, так как мембраны прижимаются к плоским поверхностям рамок и гребней (в том числе в районе питателей), в которых отсутствуют какие-либо отверстия или впадины, в-четвертых, при необходимости замены мембраны или очистки засоренной рабочей камеры с аппарата снимается только необходимый пакет, который может быть быстро заменен на новый пакет, а остальные пакеты не меняют своего местоположения, т. е. их герметичность не ухудшается, в-пятых, обеспечивается герметизация рабочих камер при небольших усилиях поджатия рамок, что уменьшает деформацию мембран и позволяет многократно собирать (разбирать) его без частой замены мембран. This goal is achieved by the fact that in the known electrodialyzer, including electrodes, ion-selective membranes placed between them, frames with feeders, working chambers formed in the framework, and separators installed in the working chambers, a base in the form of a parallelepiped with alternating slots made on it and introduced ridges, two side covers with electrodes and two plates with a channel system in the form of depressions on the surfaces of the plates. Packs are installed in the slots of the base, each of which includes 2n frames, while in the packet through one are n flat membranes of one type and a curved membrane of a different type, continuous within the packet, each link of which half-covers the corresponding pair of frames, and the curved membrane is fixed on the outside package crests of the base, in which the working chambers are formed, similar to the working chambers in the framework. The feeders are made in the framework and in the crests of the base in the form of trapezoidal depressions, the large bases of which are facing the working chambers and equal to the width of the working chambers, and the smaller bases are facing the corresponding channels for supplying and removing working media in the plates, and diverging are laid in the troughs fan-shaped tubes on which plates are placed that completely overlap the depressions and are flush with the surfaces of the frames and ridges. The proposed technical solution simplifies the assembly and operation of the electrodialyzer, since, firstly, the electrodialyzer consists of a minimum number of parts (frames and membranes), simple and technological (there are no slots and channels in the membranes and within), and secondly, the assembly the apparatus is extremely simple by introducing packages with membranes into the slots of the base and preloading them, and the number of frames in the packages can be selected by any (2, 4, 6, etc.) depending on the convenience of installing the packages and the desired connection scheme er working chambers (parallel, serial, combined), thirdly, reliable sealing of the chambers is ensured, since the membranes are pressed against the flat surfaces of the frames and ridges (including in the area of the feeders), in which there are no holes or depressions, fourthly, if it is necessary to replace the membrane or clean the clogged working chamber, only the necessary package is removed from the device, which can be quickly replaced with a new package, and the remaining packages do not change their location, i.e., their tightness is not to ear creases, fifthly, provides sealing of the working chambers with little effort urging the framework, which reduces the deformation of the membranes and allows multiple collect (disassemble) of its frequent replacement without membranes.
На фиг. 1 представлен сборочный чертеж электродиализатора с двумя рамками в пакете; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез электродиализатора с четырьмя рамками в пакете. In FIG. 1 is an assembly drawing of an electrodialyzer with two frames in a bag; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1; in FIG. 3 is a section BB in FIG. 1; in FIG. 4 is a sectional view of an electrodialyzer with four frames in a bag.
Предлагаемый электродиализатор включает основание 1 с гребнями 2, между которыми в прорезях размещены пакеты 3-8, каждый из которых состоит из двух рамок 9 и 10, в которых образованы рабочие камеры - деионизации 11 и концентрирования 12 соответственно, и мембран плоских 13 (анионитовых), 14 (катионитовых) и изогнутых 15 (анионитовых), 16 (катионитовых), полуохватывающих рамки 9, 10 каждого пакета 3-8, две боковые крышки 17, 18 с электродами: анодом 19 и катодом 20 с вводами 21, 22, две плиты 23, 24, в одной из которых (23) выполнены каналы 25 (для подачи исходного раствора в камеры деионизации 11) и 26 (для подачи исходного раствора в камеры концентрирования 12), а в другой плите (24) выполнены каналы 27 (для отвода деионизированного раствора из камер 11) и 28 (для отвода концентрата из камер 12), тяги 29 (для прижатия мембран 13-16 к рамкам 9, 10 и гребням 2) и 30 (для прижатия плит 23, 24 к рамкам 9,10 и гребням 2), и прокладки 31, 32. В гребнях 2 также образованы рабочие камеры - деионизации 11 и концентрирования 12. В рамках 9, 10 и гребнях 2 для подачи исходных растворов в камеры деионизации 11 и концентрирования 12 выполнены питатели 33, 34, и для отвода деионизированного раствора и концентрата - питатели 35, 36. Все питатели представляют собой впадины в виде трапеций, установленные в этих впадинах веерообразно трубки и трапециевидные пластинки. Для подачи и удаления сред в приэлектродные камеры 40, 41 в крышках 17, 18 выполнены каналы 42, 43. В камерах 11 и 12 установлены сепараторы 44. На тягах 29, 30 установлены гайки 45. В представленном на фиг. 4 электродиализаторе в прорезях между гребнями 2 размещено четыре пакета 3-6, каждый из которых состоит из четырех рамок 9 и 10 (по две), в которых образованы рабочие камеры - деионизации 11 и концентрирования 12 соответственно и мембран плоских 13 (анионитовых), 14 (катионитовых) и изогнутых 15 (анионитовых), 16 (катионитовых), полуохватывающих по две рамки 9, 10 каждого пакета 3-7. В остальном нумерация и описание других деталей и узлов второго примера конкретного выполнения аппарата совпадает с приведенной. Сборка аппарата, представленного на фиг. 1 производится следующим образом. Во впадины рамок 9 и 10 устанавливают трубки, после чего закрывают их пластинами. Между рамок 9 и 10 прокладываются мембраны 14 в пакетах 3, 5, 7 или 13 в пакетах 4, 6, 8. Затем сдвоенные рамки полуоборачивают мембранами 15 в пакетах 3, 5, 7 или 16 в пакетах 4, 6, 8. Раздвигая гребни 2 основания в прорези между ними вводятся поочередно пакеты 3-8. На основании 1 устанавливают прокладки 32 и боковые крышки 17, 18 с электродами. Пропускают тяги 29 через крышки, навинчивают гайки 45 на тяги 29 и прижимают рамки 9, 10 и гребни 2 к поверхности мембран 13-16. Затем устанавливают прокладки 31 и плиты 23, 24, пропускают тяги 30 через плиты 23, 24 и с помощью гаек 45 плотно прижимают плиты 23, 24 к боковым поверхностям рамок 9, 10 и гребней 2, разжимая при этом прокладки 31. Аналогично собирается и аппарат, представленный на фиг. 4. The proposed electrodialyzer includes a base 1 with ridges 2, between which packets 3-8 are placed in the slots, each of which consists of two frames 9 and 10, in which the working chambers are formed - deionization 11 and concentration 12, respectively, and flat membranes 13 (anionite) , 14 (cationite) and bent 15 (anionite), 16 (cationite), semi-enveloping frames 9, 10 of each packet 3-8, two side covers 17, 18 with electrodes: anode 19 and cathode 20 with inputs 21, 22, two plates 23, 24, in one of which (23) channels 25 are made (for supplying the initial solution to deionization chambers 11) and 26 (for supplying the initial solution to the concentration chambers 12), and channels 27 (for draining the deionized solution from chambers 11) and 28 (for draining the concentrate from chambers 12), traction 29 ( for pressing membranes 13-16 to frames 9, 10 and ridges 2) and 30 (for pressing plates 23, 24 to frames 9.10 and ridges 2), and gaskets 31, 32. Working chambers are also formed in ridges 2 - deionization 11 and concentration 12. Within the framework of 9, 10 and ridges 2, feeders 33, 34 are made for supplying the initial solutions to the deionization chambers 11 and concentration 12, and odes of deionized solution and concentrate are feeders 35, 36. All feeders are trapezoidal hollows, fan-shaped tubes and trapezoidal plates installed in these hollows. To supply and remove media to the near-electrode chambers 40, 41, channels 42, 43 are made in the covers 17, 18. Separators 44 are installed in the chambers 11 and 12. Nuts 45 are installed on the rods 29, 30. In the shown in FIG. 4 electrodialyzer in the slots between ridges 2 placed four packages 3-6, each of which consists of four frames 9 and 10 (two), in which the working chambers are formed - deionization 11 and concentration 12, respectively, and flat membranes 13 (anionite), 14 (cationic) and bent 15 (anionic), 16 (cationic), semi-embracing two frames 9, 10 of each packet 3-7. Otherwise, the numbering and description of other parts and assemblies of the second example of a specific implementation of the apparatus coincides with that given. The assembly of the apparatus shown in FIG. 1 is as follows. Tubes are installed in the hollows of frames 9 and 10, after which they are covered with plates. Between frames 9 and 10, membranes 14 are laid in packages 3, 5, 7 or 13 in packages 4, 6, 8. Then the double frames are half-wrapped with membranes 15 in packages 3, 5, 7 or 16 in packages 4, 6, 8. Spreading the ridges 2 bases in the slot between them are introduced in turn packets 3-8. Based on 1, gaskets 32 and side covers 17, 18 with electrodes are installed. Pass the rods 29 through the covers, screw the nuts 45 onto the rods 29 and press the frames 9, 10 and ridges 2 to the surface of the membranes 13-16. Then the gaskets 31 and plates 23, 24 are installed, the rods 30 are passed through the plates 23, 24 and with the help of nuts 45 tightly press the plates 23, 24 against the side surfaces of the frames 9, 10 and ridges 2, while unloading the gaskets 31. The apparatus is similarly assembled shown in FIG. 4.
Предлагаемый аппарат работает следующим образом. Один из обрабатываемых растворов подается в канал 25 и из него по питателям 33 в рамках 9, т. е. по трубкам и по промежуткам между ними, этот раствор поступает в камеры 11 деионизации, проходит между ионообменными мембранами электрохимическую обработку и через питатели 35 деионизированный раствор выводится в канал 27. Аналогично другой обрабатываемый раствор поступает через канал 26 и питатели 34 в камеры 12 концентрирования, проходит электрохимическую обработку в этих камерах. После чего концентрат поступает через питатели 36 в канал 28 для вывода концентрата. (56) Авторское свидетельство СССР N 1611368, кл. В 01 D 61/42, 1990. The proposed device operates as follows. One of the processed solutions is fed into the channel 25 and from it through the feeders 33 in the framework of 9, i.e., through the tubes and through the gaps between them, this solution enters the deionization chambers 11, passes electrochemical treatment between the ion-exchange membranes, and deionized solution through the feeders 35 is discharged into the channel 27. Similarly, another processed solution enters through the channel 26 and feeders 34 into the concentration chambers 12, and undergoes electrochemical processing in these chambers. After that, the concentrate enters through the feeders 36 into the channel 28 to output the concentrate. (56) Copyright certificate of the USSR N 1611368, cl. B 01 D 61/42, 1990.
