RU2398618C2 - Method of concentrating electrolyte solutions and electrodialyser to this end - Google Patents

Method of concentrating electrolyte solutions and electrodialyser to this end Download PDF

Info

Publication number
RU2398618C2
RU2398618C2 RU2008137905/15A RU2008137905A RU2398618C2 RU 2398618 C2 RU2398618 C2 RU 2398618C2 RU 2008137905/15 A RU2008137905/15 A RU 2008137905/15A RU 2008137905 A RU2008137905 A RU 2008137905A RU 2398618 C2 RU2398618 C2 RU 2398618C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
concentration
chambers
pan
gaskets
electrodialyser
Prior art date
Application number
RU2008137905/15A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008137905A (en
Inventor
Виктор Иванович Заболоцкий (RU)
Виктор Иванович Заболоцкий
Алексей Вячеславович Демин (RU)
Алексей Вячеславович Демин
Олег Михайлович Окулич (RU)
Олег Михайлович Окулич
Владимир Юрьевич Лакунин (RU)
Владимир Юрьевич Лакунин
Иван Васильевич Слугин (RU)
Иван Васильевич Слугин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Инновационное предприятие "Мембранная технология"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Инновационное предприятие "Мембранная технология" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Инновационное предприятие "Мембранная технология"
Priority to RU2008137905/15A priority Critical patent/RU2398618C2/en
Publication of RU2008137905A publication Critical patent/RU2008137905A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2398618C2 publication Critical patent/RU2398618C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention relates to method of concentrating electrolyte solutions by processing them in electrodialyser that comprises vertical alternating cation- and anion-exchange membranes that form desalting flow chambers accommodating gaskets of frameless structure and static chambers of concentration accommodating gaskets of frame structure. Slit-like groove are made in bottom part of the latter. Electrodialyser additionally incorporates a pan tightly jointed with membrane lower edges by sealing rubber lining. Note here that said pan has one or several air feed unions or those to feed gas inert with respect to concentrated gas solution. Said unions are arranged in the pan face wall. It comprises also solution discharge union arranged at the pan bottom. Pressure equal to 30-120% of desalting chamber pressure is maintained in concentration chambers.
EFFECT: new method of electrolyte solution concentration.
1 ex, 1 tbl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике электродиализа, а именно к способу получения концентрированных растворов и конструкции электродиализатора для его осуществления, и может быть использовано в химической и атомной промышленности, в гидрометаллургии, аналитической химии, при очистке сточных вод с утилизацией содержащихся в них компонентов и других отраслях, где требуется концентрирование электролитов.The invention relates to techniques for electrodialysis, and in particular to a method for producing concentrated solutions and the design of an electrodialyzer for its implementation, and can be used in the chemical and nuclear industries, in hydrometallurgy, analytical chemistry, in wastewater treatment with utilization of the components contained in them, and other industries, where electrolyte concentration is required.

Известен электродиализатор, включающий вертикально расположенные чередующиеся катионообменные и анионообменные мембраны, разделенные прокладками, образующими проточные камеры обессоливания и непроточные камеры концентрирования. В камерах концентрирования прокладки выполнены рамочной конструкции, в нижней части которых расположены щелевые пазы [1].Known electrodialyzer, including vertically arranged alternating cation exchange and anion exchange membranes, separated by gaskets forming flowing desalination chambers and non-flowing concentration chambers. In the concentration chambers of the gasket, a frame design is made, in the lower part of which slotted grooves are located [1].

Недостатком такого электродиализатора является сложность конструкции прокладок камер концентрирования и возможность прогибания мембран в полость концентрирования, что снижает надежность работы аппарата.The disadvantage of this electrodialyzer is the complexity of the design of the gaskets of the concentration chambers and the possibility of deflection of the membranes in the concentration cavity, which reduces the reliability of the apparatus.

Известен способ концентрирования растворов электролитов в электродиализаторе, включающем чередующиеся катионообменные и анионообменные мембраны, образующие проточные камеры обессоливания и непроточные камеры концентрирования. Прокладки в камерах обессоливания выполнены безрамочной конструкции, прокладки в камерах концентрирования выполнены рамочной конструкции, а щелевые пазы в прокладках соседних камер концентрирования смещены друг относительно друга. Исходный раствор в камеры концентрирования электродиализатора не подают, а вода в них переносится в составе сольватных оболочек катионов и анионов [2].A known method of concentrating electrolyte solutions in an electrodialyzer, including alternating cation exchange and anion exchange membranes, forming flow-through desalination chambers and non-flow concentration chambers. The gaskets in the desalination chambers are made of a frameless design, the gaskets in the concentration chambers are made of a frame design, and the slotted grooves in the gaskets of the neighboring concentration chambers are offset from each other. The initial solution is not supplied to the electrodialyzer concentration chambers, and water is transferred to them as part of the solvation shells of cations and anions [2].

Недостатком этого способа является то, что при обработке концентрированных водных и водно-неводных растворов резко увеличивается гидродинамическая проницаемость ионообменных мембран. Это приводит к тому, что за счет разницы давлений возрастает барофильтрационный поток растворителя, направленный из камер обессоливания в камеры концентрирования, что снижает предельно возможное солесодержание концентрата.The disadvantage of this method is that when processing concentrated aqueous and non-aqueous solutions, the hydrodynamic permeability of ion-exchange membranes increases sharply. This leads to the fact that, due to the pressure difference, the barofiltration flow of the solvent directed from the desalination chambers to the concentration chambers increases, which reduces the maximum possible salt content of the concentrate.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка способа концентрирования растворов и конструкции электродиализатора, позволяющих значительно увеличить степень концентрирования растворов.The technical task of the invention is to develop a method for concentrating solutions and the design of the electrodialyzer, which can significantly increase the degree of concentration of solutions.

Технический результат достигается тем, что в способе концентрирования растворов электролитов путем обработки их в электродиализаторе, включающем вертикально расположенные чередующиеся катионообменные, анионообменные мембраны, образующие проточные камеры обессоливания, в которых расположены прокладки безрамочной конструкции, и непроточные камеры концентрирования, в которых расположены прокладки рамочной конструкции, в нижней части которых выполнены щелевые пазы, процесс концентрирования ведут в электродиализаторе, дополнительно снабженном поддоном, герметично соединенным с нижними сторонами мембран с помощью уплотняющей резиновой прокладки и имеющим один или несколько штуцеров ввода воздуха или инертного по отношению к концентрированному раствору газа, расположенных в торцевой стенке поддона, и штуцер вывода раствора, расположенного в днище поддона, а в камерах концентрирования поддерживают давление, равное 30-120% от величины давления в камерах обессоливания.The technical result is achieved by the fact that in the method of concentrating electrolyte solutions by treating them in an electrodialyzer, including vertically arranged alternating cation exchange, anion exchange membranes, forming flow-through desalination chambers, in which gaskets of a frameless structure are located, and non-flowing concentration chambers in which gaskets of a frame structure are located, in the lower part of which slotted grooves are made, the concentration process is carried out in an electrodialyzer, in addition equipped with a tray, hermetically connected to the lower sides of the membranes using a rubber gasket and having one or more air inlets or inert gas in relation to the concentrated solution located in the end wall of the tray, and a solution outlet fitting located in the bottom of the tray and in the chambers concentration support pressure equal to 30-120% of the pressure in the desalination chambers.

На чертеже представлено схематическое изображение электродиализатора для концентрирования растворов, включающего вертикально расположенные чередующиеся катионообменные 1, анионообменные 2 мембраны, прокладки безрамочной конструкции 3, прокладки рамочной конструкции 4, образующие проточные камеры обессоливания 5 и непроточные камеры концентрирования 6. Прокладки рамочной конструкции 4 имеют в нижней части щелевые пазы 7. Электродиализатор дополнительно снабжен поддоном 8. Штуцер 9 служит для нагнетания компрессором воздуха или инертного по отношению к концентрированному раствору газа и создания избыточного давления. Наличие двух и более штуцеров 9 обеспечивает более равномерное распределение газа в поддоне 8. Штуцер 10 расположен в днище поддона 8 и служит для обвода образующегося концентрата. Поддон 8 герметично соединен с нижними сторонами катионообменных 1 и анионообменных 2 мембран с помощью уплотняющей резиновой прокладки 11, что не позволяет образующемуся концентрированному раствору покидать камеры концентрирования 6, пока давление в них не компенсирует внешнее давление. Таким образом, регулируя давление в поддоне 8, можно добиться повышения избыточного давления в камерах концентрирования 6. Образующаяся в поддоне 8 газовая «подушка» приводит к разрыву жидкостной связи между раствором в камерах концентрирования 6 и в днище поддона 8. Образующийся концентрат удаляется из камер концентрирования 6 отдельными каплями. Это обеспечивает разрыв токовых линий и повышает надежность и электробезопасность электродиализатора предлагаемой конструкции, при этом значительно увеличивается степень концентрирования растворов.The drawing shows a schematic representation of an electrodialyzer for concentration of solutions, including vertically arranged alternating cation exchange 1, anion exchange 2 membranes, gaskets of a frameless structure 3, gaskets of a frame structure 4, forming flowing desalination chambers 5 and non-flowing concentration chambers 6. Gaskets of a frame structure 4 have in the lower part slotted grooves 7. The electrodialyzer is additionally equipped with a pallet 8. The fitting 9 is used to discharge air by the compressor or inertly in relation to the concentrated gas solution and the creation of excess pressure. The presence of two or more fittings 9 provides a more uniform distribution of gas in the sump 8. The fitting 10 is located in the bottom of the sump 8 and serves to bypass the resulting concentrate. The tray 8 is hermetically connected to the lower sides of the cation exchange 1 and anion exchange 2 membranes using a rubber gasket 11, which does not allow the resulting concentrated solution to leave the concentration chamber 6, while the pressure in them does not compensate for the external pressure. Thus, by adjusting the pressure in the pan 8, it is possible to increase the excess pressure in the concentration chambers 6. The gas “cushion” formed in the pan 8 leads to a rupture of the liquid connection between the solution in the concentration chambers 6 and the bottom of the pan 8. The resulting concentrate is removed from the concentration chambers 6 separate drops. This ensures the breaking of current lines and increases the reliability and electrical safety of the electrodialyzer of the proposed design, while significantly increasing the degree of concentration of solutions.

Пример. Для подтверждения достижения поставленной технической задачи проводили процесс концентрирования раствора хлористого лития в водных и водно-органических растворах, содержащих диметилацетамид и изобутиловый спирт, в электродиализаторе, включающем пятьдесят пять парных камер концентрирования 6 и камер обессоливания 5, образованных чередующимися катионообменными мембранами 1 марки МК-40 и анионообменными мембранами 2 марки МА-41 и прокладками рамочной конструкции 4 и безрамочной конструкции 3.Example. To confirm the achievement of the technical task, we conducted the process of concentration of a solution of lithium chloride in aqueous and aqueous-organic solutions containing dimethylacetamide and isobutyl alcohol in an electrodialyzer, including fifty-five paired concentration chambers 6 and desalination chambers 5 formed by alternating cation exchange membranes 1 of MK-40 brand and anion-exchange membranes 2 of the MA-41 brand and gaskets of the frame structure 4 and frameless structure 3.

В таблице приведены результаты исследования, полученные при концентрировании хлорида лития из водно-органических растворов (ДМАА - 27,8%; ИБС - 28,0%; вода - 44,2%, хлористый литий - 0,85%) при различном значении компенсирующего давления. Давление в камерах обессоливания 5 электродиализаторов поддерживалось постоянным и составляло 1,0 атм, напряжение на одной парной камере 6,2 В.The table shows the results of the study obtained by concentrating lithium chloride from aqueous-organic solutions (DMAA - 27.8%; IHD - 28.0%; water - 44.2%, lithium chloride - 0.85%) with a different value of compensating pressure. The pressure in the desalination chambers of 5 electrodialyzers was kept constant and amounted to 1.0 atm; the voltage on one paired chamber was 6.2 V.

Зависимость состава концентрата от компенсирующего давления в поддонеDependence of the composition of the concentrate on the compensating pressure in the pan Ркомп, атмP comp , atm Ркомп0 %P comp / P 0 % LiCl, %LiCl,% Вода, %Water% ДМАА, %DMAA,% ИБС, %CHD,% η, %η,% Q, кВт-ч/кгQ, kWh / kg 0.00.0 00 1.61.6 41.141.1 29.329.3 27.727.7 84.684.6 4,64.6 0.10.1 1010 1.91.9 41.641.6 28.328.3 27.127.1 71,271.2 4,84.8 0.30.3 3333 4.34.3 45.045.0 26.726.7 23.823.8 69.969.9 5.85.8 0.70.7 7070 6.96.9 49.949.9 24.624.6 18.418.4 67.767.7 6.46.4 0.90.9 9090 10.610.6 55,555.5 21,321.3 10,110.1 44.344.3 8.88.8 1.01.0 100one hundred 12.112.1 61.761.7 19.819.8 6.36.3 30.230.2 12.912.9 1.21.2 120120 14.214.2 70.170.1 17.317.3 5.15.1 25.125.1 17.317.3 1.51.5 150150 Концентрат не образуетсяNo concentrate formed

где Р0, атм - среднее давление в камерах обессоливания;where P 0 , ATM - the average pressure in the desalination chambers;

Ркомп, атм - компенсирующее давление в камерах концентрирования;P comp , atm — compensating pressure in the concentration chambers;

Ркомп, % - компенсирующее давление в % от величины давления в камерах обессоливания;P comp ,% - compensating pressure in% of the pressure in the desalination chambers;

η, % - выход по току;η,% - current output;

Q, кВт-ч/кг - затраты электроэнергии в расчете на концентрирование 1 кг хлористого лития.Q, kWh / kg - energy consumption per concentration of 1 kg of lithium chloride.

Из таблицы видно, что при увеличении компенсирующего давления снижается перенос растворителя из камер обессоливания 5 в камеры концентрирования 6 при незначительном снижении электромиграционного переноса ионов соли (хлористого лития), что в целом вызывает увеличение содержания хлористого лития в концентрате. Заметный эффект проявляется при компенсирующем давлении 0,3 атм, что составляет 33% от среднего давления в камерах обессоливания 5. При компенсирующем давлении больше 1 атм барофильтрационный поток растворителя меняет свое направление на противоположное и направлен из камер концентрирования 6 в камеры обессоливания 5. При давлении 1,5 атм барофильтрационный поток становится больше, чем электроосмотический перенос воды в камеры концентрирования 6 и процесс концентрирования прекращается.The table shows that with an increase in the compensating pressure, the transfer of solvent from desalination chambers 5 to concentration chambers 6 decreases with a slight decrease in electromigration transfer of salt ions (lithium chloride), which generally causes an increase in the content of lithium chloride in the concentrate. A noticeable effect is manifested at a compensating pressure of 0.3 atm, which is 33% of the average pressure in the desalination chambers 5. At a compensating pressure greater than 1 atm, the barofiltration solvent flow reverses and is directed from concentration chambers 6 to desalination chambers 5. At a pressure 1.5 atm barofiltration flow becomes larger than the electroosmotic transfer of water to the concentration chamber 6 and the concentration process stops.

В оптимальном диапазоне компенсирующего давления от 33 до 120% удается почти на порядок увеличить содержание хлористого лития в концентрате, в то время как выход по току уменьшается только в 3 раза, а энергозатраты на концентрирование - в 4 раза. Кроме этого, был обнаружен еще один дополнительный положительный эффект, связанный с увеличением содержания органических растворителей ДМАА и ИБС в обессоленном растворителе. Это позволяет снизить затраты энергии и упростить процесс получения чистых растворителей методом ректификации.In the optimal range of the compensating pressure from 33 to 120%, it is possible to increase the lithium chloride content in the concentrate by almost an order of magnitude, while the current efficiency decreases only 3 times, and the energy consumption for concentration decreases 4 times. In addition, another additional positive effect was discovered associated with an increase in the content of organic solvents DMAA and IHD in a desalted solvent. This allows you to reduce energy costs and simplify the process of obtaining pure solvents by rectification.

ЛитератураLiterature

1. А.с. СССР №587960, МКИ B01D 13/02.1. A.S. USSR No. 587960, MKI B01D 13/02.

2. А.с. СССР №845312, МКИ B01D 13/02.2. A.S. USSR No. 845312, MKI B01D 13/02.

Claims (1)

Способ концентрирования растворов электролитов путем обработки их в электродиализаторе, включающем вертикально расположенные чередующиеся катионообменные, анионообменные мембраны, образующие проточные камеры обессоливания, в которых расположены прокладки безрамочной конструкции, и непроточные камеры концентрирования, в которых расположены прокладки рамочной конструкции, в нижней части которых выполнены щелевые пазы, отличающийся тем, что процесс концентрирования ведут в электродиализаторе, дополнительно снабженном поддоном, герметично соединенным с нижними сторонами мембран с помощью уплотняющей резиновой прокладки и имеющим один или несколько штуцеров ввода воздуха или инертного по отношению к концентрированному раствору газа, расположенных в торцевой стенке поддона, и штуцер вывода раствора, расположенного в днище поддона, а в камерах концентрирования поддерживают давление равное 30-120% от величины давления в камерах обессоливания. The method of concentration of electrolyte solutions by processing them in an electrodialyzer, including vertically arranged alternating cation exchange, anion exchange membranes forming flow-through desalination chambers, in which there are gaskets of a frameless structure, and non-flowing concentration chambers in which gaskets of a frame structure are located, in the lower part of which slotted grooves are made characterized in that the concentration process is carried out in an electrodialyzer additionally equipped with a tray, ge metically connected to the lower sides of the membranes using a sealing rubber gasket and having one or more air inlets or gas inert with respect to the concentrated gas solution located in the end wall of the pan, and a solution outlet pipe located in the bottom of the pan, and in the concentration chambers maintain pressure equal to 30-120% of the pressure in the desalination chambers.
RU2008137905/15A 2008-09-22 2008-09-22 Method of concentrating electrolyte solutions and electrodialyser to this end RU2398618C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008137905/15A RU2398618C2 (en) 2008-09-22 2008-09-22 Method of concentrating electrolyte solutions and electrodialyser to this end

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008137905/15A RU2398618C2 (en) 2008-09-22 2008-09-22 Method of concentrating electrolyte solutions and electrodialyser to this end

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008137905A RU2008137905A (en) 2010-03-27
RU2398618C2 true RU2398618C2 (en) 2010-09-10

Family

ID=42138066

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008137905/15A RU2398618C2 (en) 2008-09-22 2008-09-22 Method of concentrating electrolyte solutions and electrodialyser to this end

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2398618C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105413468A (en) * 2015-11-13 2016-03-23 北京京润环保科技股份有限公司 Modified ion exchange membrane used for electrodialysis and preparation method and application thereof
RU2753404C1 (en) * 2020-10-22 2021-08-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ") Method for separation of solution components
RU2813880C1 (en) * 2023-06-28 2024-02-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") Electroionite apparatus

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105413468A (en) * 2015-11-13 2016-03-23 北京京润环保科技股份有限公司 Modified ion exchange membrane used for electrodialysis and preparation method and application thereof
CN105413468B (en) * 2015-11-13 2019-01-18 北京京润环保科技股份有限公司 A kind of electrodialysis modified ion exchange membrane and its preparation method and application
RU2753404C1 (en) * 2020-10-22 2021-08-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ") Method for separation of solution components
RU2813880C1 (en) * 2023-06-28 2024-02-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") Electroionite apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008137905A (en) 2010-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2716075C2 (en) Large volume water electrolysis system and method for use thereof
AU2015242989B2 (en) Electrodesalination system and method
US10214433B2 (en) Brine treatment scaling control system and method
AU2003244175A1 (en) Electrodeionization apparatus
US10017400B2 (en) Process and apparatus for multivalent ion desalination
RU2398618C2 (en) Method of concentrating electrolyte solutions and electrodialyser to this end
US20180179089A1 (en) High Efficiency Electrochemical Desalination System That Incorporates Participating Electrodes
CN111954568B (en) Saline water recovery system based on bipolar membrane
CN104370352B (en) A kind of electrodialysis system of continuous concentration desalination and method
CN109248565B (en) Saline water recovery system based on bipolar membrane
US20130341200A1 (en) Series cell electrochemical production of modified anolyte solution
KR101932393B1 (en) Electric deionization device
US20130341201A1 (en) Parallel cell electrochemical production of modified anolyte solution
CN212151922U (en) System for utilize electrodialysis utilization strong brine
US11542183B2 (en) Water production for coffee brewing by electrodeionization
CA2935262A1 (en) Process and apparatus for multivalent ion desalination
JPS5850791B2 (en) Device that changes salt concentration in liquid
CN111377567A (en) System and method for utilizing electrodialysis resource to utilize strong brine
CN204324962U (en) A kind of electrodialysis system of continuous concentration desalination
CN112823050A (en) High recovery electrodialysis process
CN220878395U (en) Membrane integrated system for producing hydroxycitric acid from aconitic acid
Konarev et al. Electrodialysis purification of 5-aminolevulinic acid hydrochloride
GB854095A (en) Method of electrodialyzing aqueous solutions
RU2522333C2 (en) Electrodialysis apparatus with laminar fluid membrane
JP2016533871A (en) Apparatus and method for electrochemical treatment of water

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120923

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20150710