RU2522882C1

RU2522882C1 - Spiral-wound electric baromembrane device

Info

Publication number: RU2522882C1
Application number: RU2013117190/05A
Authority: RU
Inventors: Сергей Владимирович Ковалев; Сергей Иванович Лазарев; Олег Аркадьевич Абоносимов; Ольга Александровна Соломина; Константин Сергеевич Лазарев
Priority date: 2013-04-15
Filing date: 2013-04-15
Publication date: 2014-07-20

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: spiral-wound electric baromembrane device includes dielectric case, monopole electrodes of anode and cathode out of woven graphite, current supply device, perforated tube, non-porous film supported by dielectric plates with perforated orifices, where the film is positioned at both sides of turbolator mesh, separated from it by cathode membrane and cathode drain mesh at one side and by anode membrane and anode drain mesh at the other side to form intermembrane channel; end surfaces of turbolator mesh elements and cathode membrane, cathode drain mesh and non-porous film, anode membrane, anode drain mesh and non-porous film are filled with glue composition.

EFFECT: enhanced quality of solution separation, increased membrane area per device volume unit, improved cooling of cathode and anode.

1 tbl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к конструкциям мембранных аппаратов рулонного типа и может быть использовано для осуществления процессов мембранной технологии: электроультрафильтрации, электронанофильтрации, электромикрофильтрации и электроосмофильтрации.The invention relates to constructions of membrane apparatuses of a roll type and can be used to carry out processes of membrane technology: electro ultrafiltration, electrofiltration, electrofiltration and electroosmofiltration.

Аналогом данной конструкции является баромембранный аппарат рулонного типа, конструкция которого приведена в работе Дытнерского Ю.И. «Баромембранные процессы. Теория и расчет». - М.: Химия. 1986 г., с. 47. Аппарат рулонного типа, предназначенный для разделения растворов под действием градиента давления, состоит из корпуса, перфорированной раствороотводящей трубки с обернутыми вокруг нее несколькими многослойными листами мембран. Недостатком аппарата является низкая эффективность разделения растворов, в особенности при разделении многокомпонентных смесей электролитов, при отделении электролитов от неэлектролитов. Эти недостатки частично устранены в прототипе.An analog of this design is the roll-type baromembrane apparatus, the design of which is given in the work of Yu. “Baromembrane processes. Theory and calculation. " - M .: Chemistry. 1986, p. 47. The roll type apparatus, designed to separate solutions under the action of a pressure gradient, consists of a housing, a perforated solution tube with several multilayer membrane sheets wrapped around it. The disadvantage of this apparatus is the low efficiency of the separation of solutions, especially when separating multicomponent mixtures of electrolytes, when separating electrolytes from non-electrolytes. These disadvantages are partially eliminated in the prototype.

Прототипом данной конструкции является электробаромембранный аппарат рулонного типа, конструкция которого приведена в патенте № RU 2326721 С2, 31.07.2006, МПК B01D 61/42. Прототип состоит из корпуса, выполненного из диэлектрического материала, перфорированной трубки, служащей для подвода исходного раствора, обратноосмотической мембраны, монополярных электродов-турбулизаторов анода и катода, выполненных из графитовой ткани, подложек мембран, устройства для подвода электрического тока, коллекторов отвода ретентата. Недостатком аппарата является малая площадь разделения растворов в единице объема аппарата, невозможность охлаждения электродов катода и анода в результате подвода внешнего постоянного электрического поля, низкая эффективность разделения растворов, в особенности при выделении ценных веществ из многокомпонентных растворов природных и сточных вод.The prototype of this design is a roll-type electro-baromembrane apparatus, the design of which is given in patent No. RU 2326721 C2, 07/31/2006, IPC B01D 61/42. The prototype consists of a body made of dielectric material, a perforated tube used to supply the initial solution, a reverse osmosis membrane, monopolar anode and cathode turbulence electrodes made of graphite fabric, membrane substrates, an electric current supply device, and retentate drain collectors. The disadvantage of the apparatus is the small area of separation of solutions in a unit volume of the apparatus, the impossibility of cooling the electrodes of the cathode and anode as a result of applying an external constant electric field, the low efficiency of separation of solutions, especially when releasing valuable substances from multicomponent solutions of natural and wastewater.

Технический результат выражается повышением качества и эффективности разделения растворов, увеличении площади мембран в единице объема аппарата и улучшении охлаждения электродов катода и анода, за счет изменения конструкции аппарата: перфорированная трубка выполнена с перфорацией двумя прямоугольными щелями, совпадающими друг относительно друга на всю ширину непористой пленки от одной до другой внутренней части торцевых поверхностей перфорированной трубки, которая опирается на диэлектрические пластины с перфорированными отверстиями в пять рядов по всей длине приклеенных по всему периметру к внутренней части перфорированной трубки, а расстояние между диэлектрическими пластинами с перфорированными отверстиями в пять рядов по всей длине составляет такое же расстояние, которое имеет высота прямоугольной щели перфорированной трубки, герметично уложенная непористая пленка имеет перфорированные отверстия в пять рядов по всей длине совпадающих с перфорированными отверстиями в пять рядов по всей длине на диэлектрических пластинах, и она расположена по обе стороны от сетки-турбулизатора, между которыми с одной стороны находится прикатодная мембрана и прикатодная дренажная сетка, а с другой стороны - прианодная мембрана и прианодная дренажная сетка, которые создают межмембранный канал, торцевые поверхности элементов сетки-турбулизатора и расположенные с обеих сторон от нее прикатодной мембраны, прикатодной дренажной сетки и непористой пленки и прианодной мембраны, прианодной дренажной сетки и непористой пленки залиты клеевой композицией, а на торцевых поверхностях перфорированной трубки с одной и другой стороны под углом π/2 и - π/2 от горизонтальной оси имеются отверстия с штуцерами отвода прианодного и прикатодного пермеата, и расположенными на расстоянии 0,025 м от края кромки торцевой поверхности перфорированной трубки, а также на торцевых поверхностях перфорированной трубки с одной и другой стороны под углом -π/2 и π/2 от горизонтальной оси имеются полимерные заливки с электрическими проводами расположенные на расстоянии 0,025 м от края кромки торцевой поверхности перфорированной трубки, которые присоединены с одной стороны через отверстия в диэлектрических пластинах и отверстия в непористой пленке перфорированных отверстий в пять рядов по всей длине, с прикатодной и прианодной дренажной сеткой, а с другой стороны с клеммами устройства для подвода электрического тока, коллекторы подачи исходного раствора и отвода ретентата образованы пространством между полуцилиндрами корпуса аппарата, и корпусом аппарата в котором имеются проточки прямоугольной формы, при этом на торцевой поверхности первого полуцилиндра корпуса аппарата с одной его стороны под углом -π/2 от горизонтальной оси имеется центральное отверстие, в которой на резьбе вмонтирован штуцер подачи исходного раствора, и с этой же стороны торцевой поверхности второго полуцилиндра корпуса аппарата под углом π/2 от горизонтальной оси имеется центральное отверстие, в которой на резьбе вмонтирован штуцер отвода ретентата, а на торцевых поверхностях корпуса аппарата с одной и другой стороны имеются отверстия с резьбой, в которую вкручены штуцера для вывода и ввода охлаждающей воды, которые расположены под углами π/2 и -π/2 от горизонтальной оси и находятся на расстоянии 0,05 м от края кромки корпуса аппарата, коллекторы отвода прикатодного и прианодного пермеата образованы пространством между диэлектрическими пластинами с перфорированными отверстиями в пять рядов по всей длине и внутренней поверхностью перфорированной трубки, в которой расположены электрические провода, сетка-турбулизатор выполнена гофрированной формой вместе с уложенными с обеих сторон от нее прикатодной, прианодной мембранами, прикатодной, прианодной дренажными сетками и непористыми пленками на всем участке от коллектора подачи исходного раствора до перфорированной трубки и от перфорированной трубки до коллектора отвода ретентата, и сетка-турбулизатор вместе с уложенными с обеих сторон от нее прикатодной, прианодной мембранами, прикатодной, прианодной дренажными сетками и непористыми пленками не гофрированы на участке, расположенном внутри перфорированной трубки с перфорацией двумя прямоугольными щелями, поверхность которых приклеена вместе с непористой пленкой по всему периметру, а две сетки-турбилизатора охлаждающей воды расположены между непористыми пленками, корпусом аппарата и перфорированной трубкой, которые по форме также являются гофрированными, и все вместе с сеткой-турбулизатором с уложенными с обеих сторон от нее прикатодной, прианодной мембранами, прикатодной, прианодной дренажными сетками и непористыми пленками обернуты вокруг перфорированной трубки, а в местах соединения с корпусом аппарата, в котором имеются проточки прямоугольной формы, непористые пленки приклеены вокруг проточек прямоугольной формы по всему периметру со стороны коллекторов подачи исходного раствора и отвода ретентата.The technical result is expressed by improving the quality and efficiency of the separation of solutions, increasing the membrane area per unit volume of the apparatus and improving the cooling of the cathode and anode electrodes, by changing the design of the apparatus: the perforated tube is made with perforation by two rectangular slots that match each other over the entire width of the non-porous film from one to the other inner part of the end surfaces of the perforated tube, which is supported by dielectric plates with perforated holes five rows along the entire length glued along the entire perimeter to the inside of the perforated tube, and the distance between the dielectric plates with perforated holes in five rows along the entire length is the same distance as the height of the rectangular slit of the perforated tube, the hermetically sealed non-porous film has perforated holes in five rows along the entire length coinciding with perforated holes in five rows along the entire length on dielectric plates, and it is located on both sides of t turbulator mesh, between which, on the one hand, there is a cathode membrane and a cathode drainage network, and on the other hand, an anode membrane and an anode drainage mesh, which create an intermembrane channel, end surfaces of turbulent mesh elements and a cathode membrane located on both sides of it cathode drainage mesh and non-porous film and anode membrane, anode drainage mesh and non-porous film filled with adhesive composition, and on the end surfaces of the perforated tube with one and on the other hand, at an angle π / 2 and - π / 2 from the horizontal axis, there are holes with discharge fittings of the anode and cathode permeate, and located at a distance of 0.025 m from the edge of the end surface of the perforated tube, as well as on the end surfaces of the perforated tube with one and on the other hand, at an angle of -π / 2 and π / 2 from the horizontal axis, there are polymer fillings with electric wires located at a distance of 0.025 m from the edge of the end surface of the perforated tube, which are connected on one side through holes in dielectric plates and holes in a non-porous film of perforated holes in five rows along the entire length, with a cathode and anode drainage grid, and on the other hand with terminals of the device for supplying electric current, the collectors for supplying the initial solution and retentate drain are formed by the space between the half-cylinders of the apparatus body , and the casing of the apparatus in which there are rectangular grooves, while on the end surface of the first half-cylinder of the casing of the apparatus from one side at an angle -π / 2 on the horizontal axis there is a central hole in which the nozzle for supplying the initial solution is mounted on the thread, and on the same side of the end surface of the second half-cylinder of the apparatus body at an angle π / 2 from the horizontal axis there is a central hole in which the retentate discharge nozzle is mounted on the thread, and the end surfaces of the apparatus body on one side and the other have holes with a thread into which the fittings for the output and input of cooling water are screwed in, which are located at angles π / 2 and -π / 2 from the horizontal axis and are located at a distance of 0.05 m from the edge of the edge of the apparatus body, the collectors for the removal of the near-cathode and anode permeates are formed by the space between the dielectric plates with perforated holes in five rows along the entire length and the inner surface of the perforated tube in which the electric wires are located, the mesh-turbulator corrugated form, along with cathode, anode anode membranes, cathode, anode anode, drainage nets and non-porous films laid on both sides of it from the feed solution collector to the perforated tube and from the perforated tube to the retentate drain manifold, and the turbulator grid, along with cathode, anode membranes, cathode, anode drainage nets and non-porous films laid on both sides of it, are not corrugated in the area located inside perforated tube with perforation by two rectangular slots, the surface of which is glued together with a non-porous film around the entire perimeter, and two cooling water turbulent grids are located wives between non-porous films, the apparatus body and the perforated tube, which are also corrugated in shape, and all together with a turbulator grid with cathode, anode, membrane, cathode, anode drainage nets and non-porous films wrapped around the perforated tube on both sides of it, and at the points of connection with the apparatus body, in which there are rectangular grooves, non-porous films are glued around the rectangular grooves around the entire perimeter from the collectors cottages feed solution and removal of the retentate.

На фиг.1 показан в разрезе электробаромембранный аппарат рулонного типа; фиг.2 - вид А слева; фиг.3 - вид Б справа; фиг.4 - сечение В-В на фиг.1; фиг.5 - вид Г увеличенный на фиг.4; фиг.6 - вид Д увеличенный, на фиг.4.Figure 1 shows a sectional view of a roll-type electrobaromembrane apparatus; figure 2 is a view of the left; figure 3 is a view of B on the right; figure 4 - section bb in figure 1; 5 is a view G enlarged in figure 4; 6 is a view D enlarged, figure 4.

Электробаромембранный аппарат рулонного типа состоит из перфорированной трубки 2, выполненной с перфорацией двумя прямоугольными щелями, совпадающими друг относительно друга на всю ширину непористой пленки 32 от одной до другой внутренней части торцевых поверхностей перфорированной трубки 2, которая опирается на диэлектрические пластины 21 с перфорированными отверстиями 22 в пять рядов по всей длине приклеенных по всему периметру к внутренней части перфорированной трубки 2, а расстояние между диэлектрическими пластинами 21 с перфорированными отверстиями 22 в пять рядов по всей длине составляет такое же расстояние, которое имеет высота прямоугольной щели перфорированной трубки 2, герметично уложенная непористая пленка 32 имеет перфорированные отверстия 23 в пять рядов по всей длине совпадающих с перфорированными отверстиями 22 в пять рядов по всей длине на диэлектрических пластинах 21, и она расположена по обе стороны от сетки-турбулизатора 5, между которыми с одной стороны находится прикатодная мембрана 4 и прикатодная дренажная сетка 27, а с другой стороны прианодная мембрана 3 и прианодная дренажная сетка 28, которые создают межмембранный канал, торцевые поверхности элементов сетки-турбулизатора 5 и расположенные с обеих сторон от нее прикатодной мембраны 4, прикатодной дренажной сетки 27 и непористой пленки 32 и прианодной мембраны 3, прианодной дренажной сетки 28 и непористой пленки 32 залиты клеевой композицией 17, а на торцевых поверхностях перфорированной трубки 2 с одной и другой стороны под углом π/2 и - π/2 от горизонтальной оси имеются отверстия 25 и 24 с штуцерами отвода прианодного и прикатодного пермеата 11 и 12 расположенными на расстоянии 0,025 м от края кромки торцевой поверхности перфорированной трубки 2, а также на торцевых поверхностях перфорированной трубки 2 с одной и другой стороны под углом - π/2 и π/2 от горизонтальной оси имеются полимерные заливки 31 с электрическими проводами 20, расположенные на расстоянии 0,025 м от края кромки торцевой поверхности перфорированной трубки 2, которые присоединены с одной стороны через отверстия 22 в диэлектрических пластинах 21 и отверстия 23 в непористой пленке 32 перфорированных отверстиями в пять рядов по всей длине, с прикатодной и прианодной дренажной сеткой 27 и 28, а с другой стороны с клеммами устройства для подвода электрического тока 6, коллекторы подачи исходного раствора и отвода ретентата 36 и 35 образованы пространством между полуцилиндрами корпуса аппарата 19 и 18 и корпусом аппарата 1, в котором имеются проточки прямоугольной формы 30 и 29, при этом на торцевой поверхности первого полуцилиндра корпуса аппарата 19 с одной его стороны под углом -π/2 от горизонтальной оси имеется центральное отверстие 8, в которой на резьбе вмонтирован штуцер подачи исходного раствора 7, и с этой же стороны торцевой поверхности второго полуцилиндра корпуса аппарата 18 под углом π/2 от горизонтальной оси имеется центральное отверстие 9, в которой на резьбе вмонтирован штуцер отвода ретентата 10, а на торцевых поверхностях корпуса аппарата 1 с одной и другой сторон имеются отверстия с резьбой 16 и 14, в которую вкручены штуцера для вывода и ввода охлаждающей воды 15 и 13, которые расположены под углами π/2 и -π/2 от горизонтальной оси и находятся на расстоянии 0,05 м от края кромки корпуса аппарата 1, коллекторы отвода прикатодного и прианодного пермеата 33 и 34 образованы пространством между диэлектрическими пластинами 21 с перфорированными отверстиями 22 в пять рядов по всей длине и внутренней поверхностью перфорированной трубки 2, в которой расположены электрические провода 20, сетка-турбулизатор 5 выполнена гофрированной формой вместе с уложенными с обеих сторон от нее прикатодной, прианодной мембранами 4 и 3, прикатодной, прианодной дренажными сетками 27 и 28 и непористыми пленками 32 на всем участке от коллектора подачи исходного раствора 36 до перфорированной трубки 2 и от перфорированной трубки 2 до коллектора отвода ретентата 35, и сетка-турбулизатор 5 вместе с уложенными с обеих сторон от нее прикатодной, прианодной мембранами 4 и 3, прикатодной, прианодной дренажными сетками 27 и 28 и непористыми пленками 32 не гофрированы на участке, расположенном внутри перфорированной трубки 2 с перфорацией двумя прямоугольными щелями, поверхность которых приклеена вместе с непористой пленкой 32 по всему периметру, а две сетки-турбилизатора охлаждающей воды 26 расположены между непористыми пленками 32, корпусом аппарата 1 и перфорированной трубкой 2, которые по форме также являются гофрированными и все вместе с сеткой-турбулизатором 5 с уложенными с обеих сторон от нее прикатодной, прианодной мембранами 4 и 3, прикатодной, прианодной дренажными сетками 27 и 28 и непористыми пленками 32 обернуты вокруг перфорированной трубки 2, а в местах соединения с корпусом аппарата 1, в котором имеются проточки прямоугольной формы 30 и 29, непористые пленки 32 приклеены вокруг проточек прямоугольной формы по всему периметру со стороны коллекторов подачи исходного раствора и отвода ретентата 36 и 35The roll-type electro-baromembrane apparatus consists of a perforated tube 2, made with perforation by two rectangular slots coinciding with each other over the entire width of the non-porous film 32 from one to the other inner part of the end surfaces of the perforated tube 2, which rests on dielectric plates 21 with perforated holes 22 in five rows along the entire length glued around the perimeter to the inside of the perforated tube 2, and the distance between the dielectric plates 21 perforated the holes 22 in five rows along the entire length is the same distance as the height of the rectangular slit of the perforated tube 2, the hermetically sealed non-porous film 32 has perforated holes 23 in five rows along the entire length coinciding with the perforated holes 22 in five rows along the entire length dielectric plates 21, and it is located on both sides of the grid-turbulator 5, between which on the one hand there is a cathode membrane 4 and a cathode drainage network 27, and on the other hand an anode membrane and 3 and the anode drainage grid 28, which create the intermembrane channel, the end surfaces of the elements of the turbulent grid 5 and located on both sides of it of the cathode membrane 4, the cathode drainage grid 27 and the non-porous film 32 and the anode membrane 3, the anode drainage grid 28 and non-porous the films 32 are filled with the adhesive composition 17, and on the end surfaces of the perforated tube 2 from one or the other side at an angle π / 2 and - π / 2 from the horizontal axis there are openings 25 and 24 with the discharge fittings of the anode and cathode permeate 11 and 1 2 located at a distance of 0.025 m from the edge edge of the end surface of the perforated tube 2, as well as on the end surfaces of the perforated tube 2 on one or the other side at an angle of π / 2 and π / 2 from the horizontal axis, there are polymer fillings 31 with electric wires 20, located at a distance of 0.025 m from the edge of the end surface of the perforated tube 2, which are connected on one side through holes 22 in the dielectric plates 21 and holes 23 in the non-porous film 32 perforated with holes in five rows all over its length, with the cathode and anode drainage grid 27 and 28, and on the other hand with the terminals of the device for supplying electric current 6, the collectors for supplying the initial solution and retentate 36 and 35 are formed by the space between the half-cylinders of the apparatus body 19 and 18 and the apparatus body 1, in which there are rectangular grooves 30 and 29, while on the end surface of the first half-cylinder of the apparatus body 19, on one side of it at an angle -π / 2 from the horizontal axis, there is a central hole 8 in which the fitting n is mounted on the thread giving the initial solution 7, and on the same side of the end surface of the second half-cylinder of the apparatus body 18 at an angle π / 2 from the horizontal axis there is a central hole 9 in which the retentate outlet fitting 10 is mounted on the thread, and on the end surfaces of the apparatus body 1 with one and on the other side there are holes with threads 16 and 14, into which the fittings for the outlet and input of cooling water 15 and 13 are screwed in, which are located at angles π / 2 and -π / 2 from the horizontal axis and are located at a distance of 0.05 m from the edge of the edge the housing of the apparatus 1, collectors about the cathode and anode permeate tubes 33 and 34 are formed by the space between the dielectric plates 21 with perforated holes 22 in five rows along the entire length and the inner surface of the perforated tube 2, in which the electric wires 20 are located, the mesh-turbulator 5 is made of corrugated shape along with those laid on both of the sides of it is near-cathode, anode anode membranes 4 and 3, near-cathode, anode anode drainage nets 27 and 28 and non-porous films 32 over the entire area from the feed solution collector 36 to the perf oriented tube 2 and from perforated tube 2 to retentate drain manifold 35, and mesh turbulator 5 together with cathode, anode membranes 4 and 3, cathode, anode drainage nets 27 and 28 and non-porous films 32 laid on both sides a section located inside the perforated tube 2 with perforation by two rectangular slots, the surface of which is glued together with a non-porous film 32 around the entire perimeter, and two cooling water turbulent grids 26 are located between the non-porous films 32, the apparatus body 1 and the perforated tube 2, which are also corrugated in shape and all together with a turbulator mesh 5 with cathode, anode membranes 4 and 3, cathode, anode drainage nets 27 and 28 and non-porous films placed on both sides of it 32 are wrapped around the perforated tube 2, and at the junctions with the body of the apparatus 1, in which there are rectangular grooves 30 and 29, non-porous films 32 are glued around the rectangular grooves around the perimeter from the side of the supply manifolds one solution and retention of retentate 36 and 35

Корпус аппарата 1, перфорированная трубка 2, полуцилиндры корпуса аппарата 19 и 18, диэлектрические пластины 21, штуцер отвода ретентата 10, штуцер подачи исходного раствора 7, штуцера для вывода и ввода охлаждающей воды 15 и 13, штуцерами отвода прианодного и прикатодного пермеата 11 и 12 могут быть изготовлены из капролона, текстолита ПТК.The casing of the apparatus 1, the perforated tube 2, the half-cylinders of the casing of the apparatus 19 and 18, the dielectric plates 21, the outlet of the retentate 10, the nozzle of the supply of the initial solution 7, the fitting for the outlet and input of cooling water 15 and 13, the nipples of the outlet of the anode and cathode permeate 11 and 12 can be made of caprolon, PCT PCB.

Непористая пленка 32 может быть изготовлена из полиэтилена и полиэтилена высокой плотности.Non-porous film 32 can be made of polyethylene and high density polyethylene.

Прикатодная и прианодная дренажные сетки 27 и 28 являются монополярными электродами катодом и анодом соответственно и могут быть выполнены из графитовой ткани типа «Вискум».The near-cathode and near-anode drainage grids 27 and 28 are monopolar electrodes by the cathode and anode, respectively, and can be made of graphite fabric of the “Viskum” type.

Прикатодная и прианодная мембраны 4 и 3 могут быть изготовлены в виде ленты из мембран типа МГА-95, МГА-70П, МГА-80П, МГА-90П, МГА-95П-Н, МГА-95П-Т, МГА-100П, ОПМ-К, ESPA, ESNA, УАМ-150П, УАМ-300П, УАМ-500П, УАМ-1000П, УПМ-200, УПМ-П, УПМ-ПП, УФМ-100, УФМ-П, УФМ-ПТ, ОПМН-К, ОПМН (ОФМН)-П, МФФК-0, МФФК-3.Near-cathode and near-anode membranes 4 and 3 can be made in the form of a tape from membranes of the type MGA-95, MGA-70P, MGA-80P, MGA-90P, MGA-95P-N, MGA-95P-T, MGA-100P, OPM- K, ESPA, ESNA, UAM-150P, UAM-300P, UAM-500P, UAM-1000P, UPM-200, UPM-P, UPM-PP, UFM-100, UFM-P, UFM-PT, OPMN-K, OPMN (OFMN) -P, MFK-0, MFK-3.

Сетка-турбилизатор охлаждающей воды 26 и сетка-турбулизатор 5 могут быть изготовлены из пластмассы или углепластика, которые обеспечивают необходимую скорость движения и турбулизацию раствора и охлаждающей воды.The grid-turbulizer of cooling water 26 and the grid-turbulizer 5 can be made of plastic or carbon fiber, which provide the necessary speed and turbulization of the solution and cooling water.

Полимерная заливка 31 может изготавливаться из углепластика, пластмассы, эпоксидной смолы.Polymer casting 31 can be made of carbon fiber, plastic, epoxy.

Клеевая композиция 17 может быть выполнена из влагостойкого клея «Момент», эпоксидной смолы.The adhesive composition 17 may be made of moisture-resistant moment adhesive, an epoxy resin.

В качестве охлаждающей воды может использоваться водопроводная вода с температурой от 5 до 15°C.Tap water with a temperature of 5 to 15 ° C can be used as cooling water.

Аппарат работает следующим образом.The device operates as follows.

Исходный раствор под давлением, превышающим осмотическое давление растворенных в нем веществ, подается через штуцер подачи исходного раствора 7, фиг.1, 3, который вмонтирован на резьбе в центральное отверстие 8, торцевой поверхности первого полуцилиндра корпуса аппарата 19 с одной его стороны под углом -π/2 от горизонтальной оси и попадает в коллектор подачи исходного раствора 36, фиг.1, образованный пространством между полуцилиндром корпуса аппарата 19 и корпусом аппарата 1, в котором имеется проточка прямоугольной формы 30, в которой также проходит исходный раствор и попадает в межмембранный канал, в котором расположена сетка-турбулизатор 5 выполненной гофрированной формой вместе с уложенными с обеих сторон от нее прикатодной, прианодной мембранами 4 и 3, фиг.1, 4, прикатодной, прианодной дренажными сетками 27 и 28 и непористыми пленками 32 на всем участке от коллектора подачи исходного раствора 36 до перфорированной трубки 2 и от перфорированной трубки 2 до коллектора отвода ретентата 35, раствор протекает последовательно по всему межмембранному каналу и через проточку прямоугольной формы 29, имеющейся на корпусе аппарата 1, попадает в коллектор отвода ретентата 35, который образован пространством между полуцилиндром корпуса аппарата 18 и корпусом аппарата 1, далее раствор проходит через центральное отверстие 9, фиг.1, 3, торцевой поверхности второго полуцилиндра корпуса аппарата 18, расположенной под углом π/2 от горизонтальной оси, в которой на резьбе вмонтирован штуцер отвода ретентата 10, и выводится из аппарата. Сетка-турбулизатор 5 вместе с уложенными с обеих сторон от нее прикатодной, прианодной мембранами 4 и 3, прикатодной, прианодной дренажными сетками 27 и 28 и непористыми пленками 32, фиг.4 не гофрированы на участке расположенном внутри перфорированной трубки 2 с перфорацией двумя прямоугольными щелями, поверхность которых приклеена вместе с непористыми пленками 32 по всему периметру, а раствор также протекает в том же межмембранном канале.The initial solution at a pressure higher than the osmotic pressure of the substances dissolved in it is supplied through the nozzle for supplying the initial solution 7, Figs. 1, 3, which is mounted on the thread in the central hole 8, the end surface of the first half cylinder of the apparatus body 19 from one side at an angle of π / 2 from the horizontal axis and enters the manifold of the feed of the initial solution 36, FIG. 1, formed by the space between the half-cylinder of the apparatus 19 and the apparatus 1, in which there is a groove of rectangular shape 30, in which the initial solution is injected and enters the intermembrane channel, in which the turbulent grid 5 is located in a executed corrugated shape together with the near-cathode, anode membranes 4 and 3, Figs. 1, 4, the cathode, anode anode drainage nets 27 and 28, and non-porous films 32 over the entire section from the feed solution supply manifold 36 to the perforated tube 2 and from the perforated tube 2 to the retentate drain manifold 35, the solution flows sequentially throughout the intermembrane channel and through the rectangular groove form 29, located on the body of the apparatus 1, enters the collector of the retentate outlet 35, which is formed by the space between the half-cylinder of the apparatus 18 and the housing of the apparatus 1, then the solution passes through the Central hole 9, Fig.1, 3, the end surface of the second half-cylinder of the apparatus 18 located at an angle π / 2 from the horizontal axis, in which the retentate outlet fitting 10 is mounted on the thread and is discharged from the apparatus. The mesh-turbulator 5, together with the cathode, anode membranes 4 and 3, the cathode, anode, drainage nets 27 and 28 and non-porous films 32 laid on both sides of it, FIG. 4 are not corrugated in the area located inside the perforated tube 2 with perforation by two rectangular slots whose surface is glued together with non-porous films 32 around the entire perimeter, and the solution also flows in the same intermembrane channel.

В этот же момент времени к аппарату подводится внешнее постоянное электрическое поле с заданной плотностью тока путем подключения клемм устройства для подвода электрического тока 6, фиг.1, через электрические провода 20 проходящих через полимерные заливки 31, расположенные на торцевых поверхностях перфорированной трубки 2 с одной и другой стороны под углом - π/2 и π/2 от горизонтальной оси и расположенные на расстоянии 0,025 м от края кромки торцевой поверхности перфорированной трубки 2, которые присоединены через отверстия 22 в диэлектрических пластинах 21 и отверстия 23 в непористой пленке 32 перфорированных отверстиями в пять рядов по всей длине, с прикатодной и прианодной дренажной сеткой 27 и 28.At the same time, an external constant electric field with a given current density is supplied to the apparatus by connecting the terminals of the device for supplying electric current 6, Fig. 1, through electrical wires 20 passing through polymer fillings 31 located on the end surfaces of the perforated tube 2 with one and the other side at an angle - π / 2 and π / 2 from the horizontal axis and located at a distance of 0.025 m from the edge of the edge of the end surface of the perforated tube 2, which are connected through holes 22 in the dielectric plates 21 and holes 23 in a non-porous film 32 perforated with holes in five rows along the entire length, with a near-cathode and anode anode mesh 27 and 28.

Раствор, проходя межмембранный канал от коллектора подачи исходного раствора 36, фиг.1, 4, до коллектора отвода ретентата 35, двигаясь, турбулизируется с помощью сетки-турбулизатора 5, и поступает к прикатодным и прианодным мембранам 4 и 3.The solution passing through the intermembrane channel from the feed solution supply manifold 36, Figs. 1, 4, to the retentate drain manifold 35, moving, is turbulized with the aid of a turbulent mesh 5, and arrives at the cathode and anode membranes 4 and 3.

В межмембранном канале фиг.5, катионы и анионы, проникающие через прикатодную и прианодную мембраны 4 и 3, попадают в пространство между непористыми пленками 32 и прикатодными, прианодными мембранами 4 и 3, где расположены прикатодные и прианодные дренажные сетки 27 и 28, которые являются каналами для прикатодного и прианодного пермеата соответсвенно. Далее прикатодный и прианодный пермеат фиг.4, 6, двигаясь самотеком по всем канал для прикатодного и прианодного пермеата, раздельно для каждого случая через перфорированные отверстия 23 в пять рядов по всей длине герметично уложенной непористой пленки 32 совпадающих с перфорированными отверстиями 22 в пять рядов по всей длине на диэлектрических пластинах 21 попадают в коллекторы отвода прикатодного и прианодного пермеата 33 и 34 соответственно, которые образованы пространством между диэлектрическими пластинами 21 с перфорированными отверстиями 22 в пять рядов по всей длине и внутренней поверхностью перфорированной трубки 2, в которой расположены электрические провода 20. Далее прикатодный и прианодный пермеат, фиг.1, выводятся через отверстия 24 и 25, в которые вкручены на резьбе штуцера отвода прикатодного и прианодного пермеата 12 и 11 имеющиеся на торцевых поверхностях перфорированной трубки 2 с одной и другой стороны под углом - π/2 и π/2 от горизонтальной оси, расположенные на расстоянии 0,025 м от края кромки торцевой поверхности перфорированной трубки 2, в виде оснований и кислот и выделившихся различных газов в результате электрохимических реакций.In the intermembrane channel of FIG. 5, cations and anions penetrating through the near-cathode and near-anode membranes 4 and 3 fall into the space between the non-porous films 32 and the near-cathode, near-anode membranes 4 and 3, where the near-cathode and anode drainage networks 27 and 28, which are channels for the cathode and anode permeate, respectively. Next, the cathode and anode permeate of FIGS. 4, 6, moving by gravity along the channel for the cathode and anode permeate, separately for each case through the perforated holes 23 in five rows along the entire length of the hermetically sealed non-porous film 32 coinciding with the perforated holes 22 in five rows in the entire length of the dielectric plates 21 fall into the collectors of the cathode and anode permeate 33 and 34, respectively, which are formed by the space between the dielectric plates 21 with perforated holes holes 22 in five rows along the entire length and inner surface of the perforated tube 2, in which the electric wires 20 are located. Next, the cathode and anode permeate, Fig. 1, are discharged through holes 24 and 25, into which the cathode and anode permeate tap nipple is screwed 12 and 11 are available on the end surfaces of the perforated tube 2 from one and the other side at an angle of π / 2 and π / 2 from the horizontal axis, located at a distance of 0.025 m from the edge of the end surface of the perforated tube 2, in the form of bases and acids and various gases released as a result of electrochemical reactions.

Одновременно с подачей исходного раствора, через отверстие с резьбой 14 с одной стороны торцевой поверхности корпуса аппарата 1 и вкрученный в нее штуцер для ввода охлаждающей воды 13, расположенный под углом -π/2 от горизонтальной оси и находящийся на расстоянии 0,05 м от края кромки корпуса аппарата 1, заполняется коллектор для протекания охлаждающей воды, фиг.1, 4, в котором находятся две сетки-турбилизатора охлаждающей воды 26, расположенные между непористыми пленками 32, корпусом аппарата 1 и перфорированной трубкой 2, которые по форме также являются гофрированными и все вместе с сеткой-турбулизатором 5 с уложенными с обеих сторон от нее прикатодной, прианодной мембранами 4 и 3, прикатодной, прианодной дренажными сетками 27 и 28 и непористыми пленками 32, обернутыми вокруг перфорированной трубки 2. Далее охлаждающая вода выводится через отверстие с резьбой 16, фиг.1, 2 с другой стороны торцевой поверхности корпуса аппарата 1 и вкрученный в нее штуцер для вывода охлаждающей воды 15, расположенный под углом π/2 от горизонтальной оси и находящийся на расстоянии 0,05 м от края кромки корпуса аппарата 1.Simultaneously with the supply of the initial solution, through a threaded hole 14 on one side of the end surface of the apparatus 1 body and a fitting for cooling water inlet 13 screwed into it, located at an angle of -π / 2 from the horizontal axis and at a distance of 0.05 m from the edge the edges of the housing of the apparatus 1, the collector for the flow of cooling water is filled, FIGS. 1, 4, in which there are two grids-turbulizers of cooling water 26 located between the non-porous films 32, the housing of the apparatus 1 and the perforated tube 2, which are also are corrugated and all together with a mesh-turbulator 5 with cathode, anode, membranes 4 and 3, cathode, anode drainage nets 27 and 28 and non-porous films 32 wrapped around perforated tube 2 laid on both sides of it. Next, cooling water is discharged through the hole with a thread 16, Figs. 1, 2 on the other side of the end surface of the apparatus 1 body and a fitting for cooling water outlet 15 screwed into it, located at an angle π / 2 from the horizontal axis and located at a distance of 0.05 m from the edge of the edge of the housing app rata 1.

Исходный раствор, протекая по всему межмембранному каналу от коллектора подачи исходного раствора 36, фиг.1, 4, до коллектора отвода ретентата 35 последовательно, очищается от катионов и анионов.The initial solution, flowing along the entire intermembrane channel from the feed collector of the feed solution 36, Figs. 1, 4, to the retentate drain manifold 35 in series, is cleaned of cations and anions.

Под повышением качества и эффективности разделения растворов, увеличении площади мембран в единице объема аппарата и улучшении охлаждения электродов катода и анода, соответсвенно прикатодной дренажной сетки 27 и прианодной дренажной сетки 28 понимается возможность при данном конструктивном исполнении электробаромембранного аппарата рулонного типа фиг.1, 4, совместить электробаромембранное разделение растворов с процессом интенсивного охлаждения электродов (прикатодных и прианодных дренажных сеток) за счет наличия в аппарате коллектора для протекания охлаждающей воды, в котором находятся две сетки-турбилизатора охлаждающей воды 26, фиг.4, расположенные между непористыми пленками 32, корпусом аппарата 1 и перфорированной трубкой 2, которые по форме также являются гофрированными и все вместе с сеткой-турбулизатором 5 с уложенными с обеих сторон от нее прикатодной, прианодной мембранами 4 и 3, прикатодной, прианодной дренажными сетками 27 и 28 и непористыми пленками 32 обернутыми вокруг перфорированной трубки 2. Исполнение сетки-турбулизатора 5, фиг.4, гофрированной формы с уложенными с обеих сторон от нее прикатодной, прианодной мембранами 4 и 3, прикатодной, прианодной дренажными сетками 27 и 28 и непористыми пленками 32 на всем участке от коллектора подачи исходного раствора 36 до перфорированной трубки 2 и от перфорированной трубки 2 до коллектора отвода ретентата 35, позволит увеличить площадь мембран в единице объема аппарата для разделения растворов.By improving the quality and efficiency of the separation of solutions, increasing the membrane area per unit volume of the apparatus and improving the cooling of the cathode and anode electrodes, respectively, of the cathode drainage grid 27 and anode of the drainage grid 28, we mean the possibility of combining the roll-type electrobaromembrane apparatus of FIGS. 1, 4 electrobaromembrane separation of solutions with the process of intensive cooling of electrodes (near-cathode and anode drainage grids) due to the presence of collectors in the apparatus cooling water flow, in which there are two cooling water turbulizer nets 26, FIG. 4, located between non-porous films 32, apparatus body 1 and perforated tube 2, which are also corrugated in shape and all together with a turbulator mesh 5 s cathode, anode membranes 4 and 3, cathode, anode, drainage nets 27 and 28, and non-porous films 32 wrapped around a perforated tube 2 laid on both sides of it, wrapped around a perforated tube 2. FIG. 4, corrugated shape with cathode, anode membranes 4 and 3 on both sides of it, cathode, anode, drainage nets 27 and 28 and non-porous films 32 over the entire section from the feed solution collector 36 to the perforated tube 2 and from the perforated tube 2 to the retentate drain manifold 35, will increase the membrane area per unit volume of the apparatus for separation of solutions.

Площадь мембран с гофрированными элементами в единице объема аппарата рассчитывается по формуле:The area of membranes with corrugated elements per unit volume of the apparatus is calculated by the formula:

S_{ед. аппарата с гофр. элем.}=n·k·(π·d/2)·b+2·(h·b),S _{units apparatus with corrugation. ale.} = n · k · (π · d / 2) · b + 2 · (h · b),

где n - количество гофр мембраны;where n is the number of corrugations of the membrane;

k - количество мембран, уложенных с обоих сторон сетки-турбулизатора на всем участке от коллектора подачи исходного раствора до перфорированной трубки и от перфорированной трубки до коллектора отвода ретентата;k is the number of membranes laid on both sides of the mesh-turbulator over the entire section from the feed solution collector to the perforated tube and from the perforated tube to the retentate drain manifold;

(d/2) - радиус одной гофры мембраны;(d / 2) is the radius of one corrugation of the membrane;

b - ширина мембраны;b is the width of the membrane;

h - длина мембраны проходящей внутри перфорированной трубки.h is the length of the membrane passing inside the perforated tube.

Площадь мембран с гладкими элементами в единице объема аппарата рассчитывается по формуле:The area of membranes with smooth elements per unit volume of the apparatus is calculated by the formula:

S_{ед. аппарата с гладк. элем.}=k·(b·1)+2·(h·b),S _{units apparatus with smooth. ale.} = k · (b · 1) + 2 · (h · b),

где 1 - длина мембраны.where 1 is the length of the membrane.

Таблица 1Table 1 Площадь мембран в единице объема аппаратаMembrane area per unit volume of the apparatus ЭлементElement 1, м1m d, мd, m nn kk b, мb, m h, мh, m S, м² S, m ² гофрированныйcorrugated -- 0,020.02 7575 4four 0,40.4 0,0650,065 3,823.82 гладкийsmooth 1,51,5 -- -- 4four 0,40.4 0,0650,065 2,452.45

Необходимость охлаждения прикатодных и прианодных дренажных сеток 27 и 28 заключается в том, что раствор, прокачиваемый над поверхностью прикатодных и прианодных мембран 4 и 3 и прошедший через их поры в виде прикатодного и прианодного пермеата с температурой от 20 до 40°C и попадающие в пространство между непористыми пленками 32 и прикатодными, прианодными мембранами 4 и 3, где расположены прикатодные и прианодные дренажные сетки 27 и 28, которые являются каналами для прикатодного и прианодного пермеата соответсвенно, охлаждаются через теплопередающую стенку, которой является непористая пленка 32, при помощи охлаждающей воды с температурой от 5 до 15°C, фиг.4, при интенсивном перемешивании из-за изготовления двух сеток-турбилизаторов охлаждающей воды 26 гофрированнными.The need to cool the cathode and anode drainage nets 27 and 28 is that the solution pumped over the surface of the cathode and anode membranes 4 and 3 and passed through their pores in the form of a cathode and anode permeate with a temperature of 20 to 40 ° C and falling into space between the non-porous films 32 and the near-cathode, anode membranes 4 and 3, where the near-cathode and anode drainage nets 27 and 28 are located, which are channels for the near-cathode and anode permeate, respectively, are cooled through a heat transfer giving the wall, which is non-porous film 32, using a cooling water at 5 to 15 ° C, Figure 4, with vigorous stirring for manufacturing two-nets turbilizatorov cooling water 26 gofrirovannnymi.

Под герметично уложенными непористыми пленками 32, фиг.1, 4, с перфорированными отверстиями 23 в пять рядов по всей длине совпадающих с перфорированными отверстиями 22 в пять рядов по всей длине на диэлектрических пластинах 21 понимается возможность приклейки данного места непористой пленки 32 по всей длине к диэлектрической пластине 21 с совпадающими в них отверстиями, причем непористые пленки 32 также приклеены по всему периметру перфорированной трубки 2 в местах перфорации прямоугольными щелями и в местах соединения с корпусом аппарата 1, в котором имеются проточки прямоугольной формы 30 и 29, непористые пленки 32 приклеены также по всему периметру со стороны коллекторов подачи исходного раствора и отвода ретентата 36 и 35 вокруг проточек прямоугольной формы, что позволит предотвратить попадание охлаждающей воды в коллекторы отвода прикатодного и прианодного пермеата 33 и 34.Under hermetically placed non-porous films 32, Fig.1, 4, with perforated holes 23 in five rows along the entire length coinciding with the perforated holes 22 in five rows along the entire length on the dielectric plates 21 we mean the possibility of gluing this place non-porous film 32 along the entire length to dielectric plate 21 with matching holes in them, and non-porous films 32 are also glued along the entire perimeter of the perforated tube 2 at the perforation points by rectangular slots and at the junctions with the body of the apparatus 1, in The torus has rectangular grooves 30 and 29, non-porous films 32 are also glued around the perimeter from the side of the collectors for supplying the initial solution and retentate 36 and 35 around the rectangular grooves, which will prevent cooling water from entering the collectors of the cathode and anode permeate 33 and 34 .

Перфорированная трубка 2, фиг.4, выполненная с перфорацией двумя прямоугольными щелями, совпадающими друг относительно друга на всю ширину непористой пленки 32 от одной до другой внутренней части торцевых поверхностей перфорированной трубки 2, данная перфорация позволит пропустит сквозь две прямоугольные щели, совпадающие друг относительно друга на всю ширину непористой пленки 32 от одной до другой внутренней части торцевых поверхностей перфорированной трубки 2, весь мембранный пакет, образованный двумя непористыми пленками 32, прикатодными, прианодными дренажными сетками 27 и 28, прикатодными, прианодными мембранами 4 и 3, между которыми находится сетка-турбулизатор 5.Perforated tube 2, Fig. 4, made with perforation by two rectangular slots, coinciding relative to each other over the entire width of the non-porous film 32 from one to the other inner part of the end surfaces of the perforated tube 2, this perforation will allow two rectangular slots matching each other to pass through the entire width of the non-porous film 32 from one to the other inner part of the end surfaces of the perforated tube 2, the entire membrane package formed by two non-porous films 32, near the cathode E, anode drainage grids 27 and 28, cathode, anode membrane 3 and 4, between which a mesh-5 turbulator.

На разработанной конструкции электробаромембранного аппарата рулонного типа без наложения электрического поля можно проводить баро-мембранные процессы, например ультрафильтрацию, нанофильтрацию, микрофильтрацию и обратный осмос.Baro-membrane processes, such as ultrafiltration, nanofiltration, microfiltration and reverse osmosis, can be carried out on the developed design of a roll-type electrobaromembrane apparatus without applying an electric field.

Claims

Roll-type electrobaromembrane apparatus, consisting of a housing made of dielectric material, a perforated tube, membranes, monopolar electrodes of the anode and cathode made of graphite fabric, a device for supplying electric current, a retentate discharge collector, characterized in that the perforated tube is made with perforation by two rectangular slots matching each other over the entire width of the non-porous film from one to the other inner part of the end surfaces of the perforated pipe ki, which rests on dielectric plates with perforated holes in five rows along the entire length glued around the perimeter to the inside of the perforated tube, and the distance between the dielectric plates with perforated holes in five rows along the entire length is the same distance as the height of the rectangular slit perforated tube, hermetically sealed non-porous film has five rows of perforated holes along the entire length coinciding with five rows of perforated holes along the entire length on dielectric plates, and it is located on both sides of the turbulator grid, between which on the one hand there is a cathode membrane and a cathode drainage network, and on the other hand, an anode membrane and anode anode drainage network that create an intermembrane channel, end the surface of the elements of the grid-turbulator and the cathode membrane located on both sides of it, the cathode drainage network and the non-porous film and the anode membrane, the anode drainage network and the non-porous film the left composition, and on the end surfaces of the perforated tube on one and the other side at an angle π / 2 and -π / 2 from the horizontal axis, there are holes with discharge fittings of the anode and cathode permeate and located at a distance of 0.025 m from the edge of the end surface of the perforated tube, as well as on the end surfaces of the perforated tube on one or the other side, at an angle of -π / 2 and π / 2 from the horizontal axis, there are polymer fillings with electric wires located at a distance of 0.025 m from the edge of the edge of the end face the surface of the perforated tube, which are connected on one side through holes in dielectric plates and holes in a non-porous film, perforated with holes in five rows along the entire length, with a near-cathode and anode drainage grid, and on the other hand with terminals of the device for supplying electric current, collectors for supplying the source of the solution and retentate outlet are formed by the space between the half-cylinders of the apparatus body and the apparatus body, in which there are rectangular grooves, while at the end turn On the one side of the apparatus body half-cylinder at an angle of -π / 2 from the horizontal axis, there is a central hole in which the supply pipe of the initial solution is mounted on the thread, and on the same side of the end surface of the second apparatus body half-cylinder at an angle π / 2 of the horizontal axis there is a central hole in which a retentate outlet fitting is mounted on the thread, and on the end surfaces of the apparatus body there are holes with threads on one and the other side into which the fittings for output and input are screwed and cooling water, which are located at angles π / 2 and -π / 2 from the horizontal axis and are located at a distance of 0.05 m from the edge of the edge of the apparatus body, the collectors of the cathode and anode permeate are formed by the space between the dielectric plates with perforated holes in five rows along the entire length and inner surface of the perforated tube in which the electric wires are located, the mesh-turbulator is made of corrugated shape together with the cathode, anode membranes laid on both sides of it near the cathode, anode, drainage nets and non-porous films throughout the entire section from the source of the feed solution to the perforated tube and from the perforated tube to the retentate collector, and the turbulator along with the near-cathode, anode anode membranes, cathode, anode anode nets and non-porous films are not corrugated in the area located inside the perforated tube with perforation by two rectangular slots, the surface of which is glued together with non-porous film along the entire perimeter, and two cooling water turbulizer nets are located between the non-porous films, the casing of the apparatus and the perforated tube, which are also corrugated in shape and all together with a turbulator with cathode, anode membranes, cathode cathode placed on both sides of it , attached to drainage nets and non-porous films, are wrapped around a perforated tube, and at the junction with the casing of the apparatus, in which there are rectangular grooves, non-porous films are glued rectangular grooves around the entire perimeter from the reservoir supply of feed solution and removal of the retentate.