RU2788979C1

RU2788979C1 - Electrobaromembrane apparatus of roll type

Info

Publication number: RU2788979C1
Application number: RU2022121117A
Authority: RU
Inventors: Сергей Владимирович Ковалев; Дмитрий Игоревич Кобелев; Ольга Александровна Ковалева; Пепе Луа; Владимир Юрьевич Рыжкин
Filing date: 2022-08-03
Publication date: 2023-01-26

Abstract

FIELD: roll-type membrane apparatuses.

SUBSTANCE: invention relates to designs of roll-type membrane apparatuses. Roll-type electrobaromembrane apparatus, in which inside the perforated tube there is a hermetically installed transverse partition dividing the perforated tube into two equal parts, on the outer surface of which there are four sets of through perforations in the form of elliptical grooves, along the perimeter of which there are large semi-ellipses, made at a distance of 5 mm from each other, and on the inner surface there are four semi-elliptical grooves, passing along the entire length of the generatrices with the exception of the section of the transverse partition and distributed from the horizontal axis at angles π/4, 3π/4, (-π/4), (-3π/4), the holes in the fixing gasket are made in the form of two crescents with rectangular edges, on the inner surface of the inner tube there are four semi-elliptical grooves and two small semi-elliptical grooves, running along the entire length of the generatrices with the exception of the section of the transverse partition and distributed from the horizontal axis at angles π/4, 3π/4, (-π/4), (-3π/4) and π/2, (-π/2), respectively, in a polymeric perforated partition, along with elliptical holes, there are through holes alternating with them, on a film having notches deepened into half of its thickness, in the form of parallelograms, there are also notches in the form of a sinusoid of the same depth; the body of the device and the cover are sealed through sealing and sealing gaskets with the help of a mating clamping flange using bolts, nuts and washers evenly spaced along the contour of the flange connection, on both sides of the rolled element on the outer surface of the perforated tube there are bushings located between the antibody grating and the cover .

EFFECT: reduction of hydraulic resistance in the channel for removal of retentate and near-anode, near-cathode permeate, increase in productivity and quality of solution separation, increase in the area of near-cathode, near-anode membranes for separation of solutions, increase in the area of the cooling surface and degree of cooling of near-anode, near-anode permeate, reduction of the effect of concentration polarization.

1 cl, 15 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к конструкциям мембранных аппаратов рулонного типа и может быть использовано для осуществления процессов мембранной технологии: электроультрафильтрации, электронанофильтрации, электромикрофильтрации и электрогиперфильтрации.SUBSTANCE: invention relates to designs of roll type membrane apparatuses and can be used for implementation of membrane technology processes: electroultrafiltration, electronanofiltration, electromicrofiltration and electrohyperfiltration.

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 analogue of this design is a roll-type baromembrane apparatus, the design of which is given in the work of Yu.I. Baromembrane processes. Theory and calculation. - M.: Chemistry. 1986, p. 47. A roll-type apparatus designed to separate solutions under the action of a pressure gradient consists of a body, a perforated solution-removing tube with several multilayer membrane sheets wrapped around it. The disadvantage of the apparatus is the low efficiency of the separation of solutions, especially in the separation of multicomponent mixtures of electrolytes, in the separation of electrolytes from non-electrolytes. These shortcomings are partially eliminated in the prototype.

Прототипом данной конструкции является электробаромембранный аппарат рулонного типа, конструкция которого приведена в патенте №RU 2700379 С1, 16.09.2019, МПК B01D 61/46, B01D 63/10. Прототип состоит из штуцера подачи исходного раствора, герметизирующей заливки, крышки, ответного прижимного фланца, внешних отводных трубок, внутренних трубок, корпуса аппарата изготовленного в виде цилиндрической обечайки из диэлектрического материала, рулонного элемента, резиновой манжеты, внешних трубок, штуцеров ввода и вывода охлаждающей воды, эллиптических щелей, малых и больших полуэллипсов, эллиптических проточек, антителескопической решетки, втулки, герметизирующей прокладки, болтов, шайб и гаек, уплотнительной прокладки, устройства для подвода электрического тока, штуцеров для отвода ретентата, фиксирующих прокладок, посадочных прокладок, штуцеров для отвода прианодного и прикатодного пермеата, пленок имеющих насечки, углубленные в половину от их толщины и составляющие по форме параллелограммы, вертикальных перегородок, перфорированной трубки, перегородок, дренажных сеток - катода и анода, прикатодных и прианодных мембран, подложек мембран, сеток-турбулизаторов, сеток-турбулизаторов охлаждающей воды, клеевой композиции, коллекторов для отвода прианодного и прикатодного пермеата, электрических проводов, полимерных перфорированных перегородок, эллиптических отверстий, отверстий. Недостатками аппарата является большое гидравлическое сопротивление в канале для отвода ретентата и прианодного, прикатодного пермеата, низкая производительность и качество разделения растворов, малая площадь прикатодных, прианодных мембран для разделения растворов, малая площадь охлаждающей поверхности, низкая степень охлаждения прикатодного, прианодного пермеата и высокая концентрационная поляризация.The prototype of this design is a roll-type electrobaromembrane apparatus, the design of which is given in patent No. RU 2700379 C1, 09/16/2019, IPC B01D 61/46, B01D 63/10. The prototype consists of a source solution supply fitting, a sealing fill, a cover, a mating pressure flange, external outlet pipes, internal pipes, an apparatus body made in the form of a cylindrical shell made of a dielectric material, a rolled element, a rubber cuff, external tubes, cooling water inlet and outlet fittings , elliptical slots, small and large semi-ellipses, elliptical grooves, antibody grating, sleeve, sealing gasket, bolts, washers and nuts, sealing gasket, device for supplying electric current, fittings for draining retentate, fixing gaskets, seating gaskets, fittings for draining anode and cathode permeate, films with notches deepened to half their thickness and shaped like a parallelogram, vertical baffles, perforated tube, baffles, drainage grids - cathode and anode, cathode and anode membranes, membrane substrates, turbulator meshes, turbulence meshes cooling water isolators, adhesive composition, collectors for removal of near-anode and near-cathode permeate, electric wires, polymeric perforated partitions, elliptical holes, holes. The disadvantages of the apparatus are a large hydraulic resistance in the channel for removing the retentate and near-anode, near-cathode permeate, low productivity and quality of separation of solutions, small area of near-cathode, near-anode membranes for separating solutions, small area of the cooling surface, low degree of cooling of near-cathode, near-anode permeate and high concentration polarization. .

Технический результат выражается - снижением гидравлического сопротивления в канале для отвода ретентата и прианодного, прикатодного пермеата, увеличением производительности и качества разделения растворов, увеличением площади прикатодных, прианодных мембран для разделения растворов, увеличением площади охлаждающей поверхности и степени охлаждения прикатодного, прианодного пермеата, снижением эффекта концентрационной поляризации, за счет изменения конструкции аппарата: состоящего из штуцера подачи исходного раствора, герметизирующей заливки, крышки, ответного прижимного фланца, внешних отводных трубок, внутренних трубок, корпуса аппарата изготовленного в виде цилиндрической обечайки из диэлектрического материала, рулонного элемента, резиновой манжеты, внешних трубок, штуцеров ввода и вывода охлаждающей воды, эллиптических щелей, малых и больших полуэллипсов, эллиптических проточек, антителескопической решетки, втулки, герметизирующей прокладки, болтов, шайб и гаек, уплотнительной прокладки, устройства для подвода электрического тока, штуцеров для отвода ретентата, фиксирующих прокладок, посадочных прокладок, штуцеров для отвода прианодного и прикатодного пермеата, пленок имеющих насечки, углубленные в половину от их толщины и составляющие по форме параллелограммы, вертикальных перегородок, перфорированной трубки, перегородок, дренажных сеток - катода и анода, прикатодных и прианодных мембран, подложек мембран, сеток-турбулизаторов, сеток-турбулизаторов охлаждающей воды, клеевой композиции, коллекторов для отвода прианодного и прикатодного пермеата, электрических проводов, полимерных перфорированных перегородок, эллиптических отверстий, отверстий, отличающийся тем, что внутри перфорированной трубки 34 имеется герметично установленная поперечная перегородка 15 разделяющая перфорированную трубку 34 на две равные части, на внешней поверхности которой имеется по четыре набора сквозных перфораций в виде эллиптических проточек 17, по периметру которых расположены большие полуэллипсы 14 выполненные на расстоянии 5 мм друг от друга, а на внутренней поверхности имеется четыре проточки полуэллиптические 35, проходящие по всей длине образующих за исключением участка поперечной перегородки 15 и распределенных от горизонтальной оси под углами π/4, 3π/4, (-π/4), (-3π/4), отверстия 54 в фиксирующей прокладке 28 выполнены в виде двух полумесяцев с прямоугольными краями, на внутренней поверхности внутренней трубки 6 имеется четыре проточки полуэллиптических 46 и две проточки малых полуэллиптических 53 проходящих по всей длине образующих за исключением участка поперечной перегородки 15 и распределенных от горизонтальной оси под углами π/4, 3π/4, (-π/4), (-3π/4) и π/2, (-π/2) соответственно, в полимерной перфорированной перегородке 51 имеются наряду с эллиптическими отверстиями 52 и чередующиеся с ними отверстия проходные 49, на пленке 32, имеющей насечки углубленные в половину от ее толщины в форме параллелограммов имеются также насечки 55 в виде синусойды такой же глубины, в межмембранном канале рулонного элемента 8 имеется герметично установленная с прикатодными и прианодными мембранами 39, 43 полимерная лента 37, проходящая от центра поверхности перфорированной трубки 34 и до центра поверхности внутренней трубки 6, торцевые поверхности корпуса аппарата 7 и крышки 3 уплотнены через герметизирующие и уплотнительные прокладки 21, 25 при помощи ответного прижимного фланца 4 с помощью болтов 22, гаек 24 и шайб 23 равномерно расположенных по контуру фланцевого соединения, с обеих сторон от рулонного элемента 8 на внешней поверхности перфорированной трубки 34 имеются втулки 19, расположенные между антителескопической решеткой 18 и крышкой 3.The technical result is expressed by reducing the hydraulic resistance in the channel for removing the retentate and near-anode, near-cathode permeate, increasing the productivity and quality of separation of solutions, increasing the area of near-cathode, near-anode membranes for separating solutions, increasing the area of the cooling surface and the degree of cooling of near-anode, near-anode permeate, reducing the effect of concentration polarization, due to a change in the design of the device: consisting of a union for supplying the initial solution, a sealing filling, a cover, a counter-pressure flange, external outlet pipes, internal pipes, an apparatus body made in the form of a cylindrical shell made of a dielectric material, a rolled element, a rubber cuff, external tubes , cooling water inlet and outlet fittings, elliptical slots, small and large semi-ellipses, elliptical grooves, antibody grating, bushing, sealing gasket, bolts, washers and nuts, sealing gasket ducts, devices for supplying electric current, fittings for draining retentate, fixing gaskets, landing gaskets, fittings for draining near-anode and near-cathode permeate, films with notches deepened to half of their thickness and forming a parallelogram, vertical partitions, perforated tube, partitions , drainage grids - cathode and anode, near-cathode and near-anode membranes, membrane substrates, mesh-turbulators, mesh-turbulators of cooling water, adhesive composition, collectors for removal of near-anode and near-cathode permeate, electrical wires, perforated polymer partitions, elliptical holes, holes, different the fact that inside the perforated tube 34 there is a hermetically installed transverse partition 15 dividing the perforated tube 34 into two equal parts, on the outer surface of which there are four sets of through perforations in the form of elliptical grooves 17, along the perimeter of which there are large half-ellipses 14 made at a distance of 5 mm from each other, and on the inner surface there are four semi-elliptical grooves 35, passing along the entire length of the generatrices with the exception of the section of the transverse partition 15 and distributed from the horizontal axis at angles π/4, 3π/4, (-π /4), (-3π/4), holes 54 in the fixing gasket 28 are made in the form of two crescents with rectangular edges, on the inner surface of the inner tube 6 there are four semi-elliptical grooves 46 and two grooves of small semi-elliptical 53 passing along the entire length of the generatrices, with the exception of section of the transverse partition 15 and distributed from the horizontal axis at angles π/4, 3π/4, (-π/4), (-3π/4) and π/2, (-π/2), respectively, in a perforated polymer partition 51 there are along with elliptical holes 52 and alternating through holes 49, on the film 32, which has notches deepened to half of its thickness in the form of parallelograms, there are also notches 55 in the form of a sinusoid depth, in the intermembrane channel of the roll element 8 there is a polymer tape 37 hermetically installed with near-cathode and near-anode membranes 39, 43, passing from the center of the surface of the perforated tube 34 to the center of the surface of the inner tube 6, the end surfaces of the apparatus housing 7 and cover 3 are sealed through sealing and sealing gaskets 21, 25 with the help of a mating clamping flange 4 with the help of bolts 22, nuts 24 and washers 23 evenly spaced along the contour of the flange connection, on both sides of the roll element 8 on the outer surface of the perforated tube 34 there are bushings 19 located between the antibody grating 18 and cover 3.

На фиг. 1 показан в разрезе электробаромембранный аппарат рулонного типа; на фиг. 2 - вид сверху; фиг. 3 - вид Г слева; фиг. 4 - вид Д справа; фиг. 5 - сечение А-А на фиг. 1; фиг. 6 - сечение Б-Б на фиг. 1; фиг. 7 - вид В увеличенный на фиг. 1; фиг. 8 - сечение Р-Р на фиг. 7; фиг. 9 - вид Ж увеличенный на фиг. 5; фиг. 10 - вид К увеличенный на фиг. 5; фиг. 11 - ступенчатый разрез Н-Н на фиг. 10; фиг. 12 - вид Л увеличенный на фиг. 5; фиг. 13 - вид T увеличенный на фиг. 12; фиг. 14 - вид E выносной элемент увеличенный на фиг. 1; фиг. 15 - развертка рулонного элемента со стороны межмембранного канала, показанного на фиг. 1.In FIG. 1 shows a roll-type electrobaromembrane apparatus in section; in fig. 2 - top view; fig. 3 - view G on the left; fig. 4 - view D on the right; fig. 5 is a section A-A in FIG. 1; fig. 6 - section B-B in Fig. 1; fig. 7 is an enlarged view B of FIG. 1; fig. 8 is a section P-P in FIG. 7; fig. 9 is an enlarged view of FIG. five; fig. 10 is an enlarged view of K in FIG. five; fig. 11 is a stepped section H-H in FIG. 10; fig. 12 is an enlarged view L in FIG. five; fig. 13 is an enlarged view of T in FIG. 12; fig. 14 is a view E of the remote element, enlarged in FIG. 1; fig. 15 is a development of the rolled element from the side of the intermembrane channel shown in FIG. 1.

Электробаромембранный аппарат состоит из штуцеров подачи исходного раствора 1; герметизирующих заливок 2; крышек 3; ответных прижимных фланцев 4; внешних отводных трубок 5; внутренних трубок 6; корпуса аппарата 7 изготовленного в виде цилиндрической обечайки из диэлектрического материала; рулонного элемента 8; резиновой манжеты 9; внешних трубок 10; штуцеров ввода и вывода охлаждающей воды 11 и 20; эллиптических щелей 12 и 16; малых и больших полуэллипсов 13 и 14; поперечных перегородок 15; эллиптических проточек 17; антителескопической решетки 18; втулки 19; герметизирующих прокладок 21; болтов 22, шайб 23 и гаек 24; уплотнительных прокладок 25; устройства для подвода электрического тока 26; штуцеров для отвода ретентата 27; фиксирующих прокладок 28; посадочных прокладок 29; штуцеров для отвода прианодного 30 и прикатодного 31 пермеата; пленок 32 имеющих насечки, углубленные в половину от ее толщины и составляющие по форме параллелограммы; вертикальных перегородок 33; перфорированной трубки 34; полуэллиптических проточек 35; перегородок 36; полимерной ленты 37; дренажных сеток - катода 38 и анода 42; прикатодных 39 и прианодных 43 мембран; подложек мембран 40; сеток-турбулизаторов 41; сеток-турбулизаторов охлаждающей воды 44; клеевой композиции 45; проточек полуэллиптических 46; коллекторов для отвода прианодного 47 и прикатодного 48 пермеата; отверстий проходных 49; электрических проводов 50; полимерных перфорированных перегородок 51; эллиптических отверстий 52; проточек малых полуэллиптических 53; отверстий 54 выполненные в виде двух полумесяцев с прямоугольными краями; насечек 55 в виде синусоиды.The electrobaromembrane apparatus consists of fittings for supplying the initial solution 1; sealing fills 2; covers 3; reciprocal clamping flanges 4; external outlet tubes 5; inner tubes 6; apparatus body 7 made in the form of a cylindrical shell made of a dielectric material; roll element 8; rubber cuff 9; outer tubes 10; fittings for input and output of cooling water 11 and 20; elliptical slots 12 and 16; small and large semi-ellipses 13 and 14; transverse partitions 15; elliptical grooves 17; antitelescopic grating 18; bushings 19; sealing gaskets 21; bolts 22, washers 23 and nuts 24; sealing gaskets 25; devices for supplying electric current 26; fittings for removal of retentate 27; fixing gaskets 28; landing pads 29; fittings for removal of near-anode 30 and near-cathode 31 permeate; films 32 having notches deepened to half of its thickness and forming a parallelogram; vertical partitions 33; perforated tube 34; semi-elliptical grooves 35; partitions 36; polymer tape 37; drainage grids - cathode 38 and anode 42; cathode 39 and anode 43 membranes; membrane supports 40; mesh-turbulators 41; grids-turbulators of cooling water 44; adhesive composition 45; semi-elliptical groove 46; collectors for the removal of the anode 47 and cathode 48 permeate; passage holes 49; electrical wires 50; polymeric perforated partitions 51; elliptical holes 52; grooves of small semi-elliptical 53; holes 54 made in the form of two crescents with rectangular edges; notches 55 in the form of a sinusoid.

Штуцеры подачи исходного раствора 1, крышки 3, ответные прижимные фланцы 4, внешние отводные трубки 5, внутренние трубки 6, корпус аппарата 7 изготовленный в виде цилиндрической обечайки, внешние трубки 10, штуцеры ввода и вывода охлаждающей воды 11 и 20, поперечные перегородки 15, антителескопические решетки 18, втулки 19, штуцеры для отвода ретентата 27, штуцеры для отвода прианодного 30 и прикатодного 31 пермеата, вертикальные перегородки 33, перфорированная трубка 34, перегородки 36, полимерные перфорированные перегородки 51 могут быть изготовлены из капролона и углепластика.Initial solution supply fittings 1, covers 3, mating clamping flanges 4, external outlet tubes 5, internal tubes 6, apparatus body 7 made in the form of a cylindrical shell, external tubes 10, cooling water inlet and outlet fittings 11 and 20, transverse partitions 15, antitelescopic gratings 18, bushings 19, fittings for retentate removal 27, fittings for removal of anode 30 and cathode 31 permeate, vertical baffles 33, perforated tube 34, baffles 36, perforated polymeric baffles 51 can be made of caprolon and carbon fiber.

Подложки мембран 40 могут быть изготовлены из листа ватмана.The membrane substrates 40 may be made from Whatman sheet.

Пленки 32 могут быть изготовлены из полиэтилена и полиэтилена высокой плотности.Films 32 can be made from polyethylene and high density polyethylene.

Дренажные сетки, являющиеся катодом 38 и анодом 42, могут быть выполнены из графитовой ткани типа «Вискум» или плетеной сетки выполненной из титана.Drainage grids, which are cathode 38 and anode 42, can be made of graphite fabric type "Viskum" or woven mesh made of titanium.

Прикатодная и прианодная мембраны 39 и 43 могут изготавливаться в виде ленты из мембран следующих типов в зависимости от прикладываемого градиента давления для обратного осмоса, ультрафильтрации, нанофильтрации и микрофильтрации: МГА-95, МГА-70П, МГА-80П, МГА-90П, МГА-95П-Н, МГА-95П-Т, МГА-100П, ОПМ-К, ESPA, 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.Cathode and anode membranes 39 and 43 can be made in the form of a tape from membranes of the following types, depending on the applied pressure gradient for reverse osmosis, ultrafiltration, nanofiltration and microfiltration: MGA-95, MGA-70P, MGA-80P, MGA-90P, MGA- 95P-N, MGA-95P-T, MGA-100P, OPM-K, ESPA, 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, MFFC-0, MFFC-3.

Сетка-турбулизатор охлаждающей воды 44 и сетка-турбулизатор 41 могут быть выполнены из пластмассы или углепластика обеспечивают необходимую турбулизацию разделяемого раствора и охлаждающей воды.Grid-turbulator cooling water 44 and grid-turbulator 41 can be made of plastic or carbon fiber provide the necessary turbulence of the separated solution and cooling water.

Клеевая композиция 45 и гермитизирующая заливка 2 могут быть изготовлены из эпоксидной смолы или влагостойкого клея.Adhesive composition 45 and sealing fill 2 can be made of epoxy resin or moisture resistant adhesive.

Герметизирующие 21, уплотнительные 25, фиксирующие 28, и посадочные 29 прокладки могут быть выполнены из прокладочной резины или паронита.Sealing 21, sealing 25, fixing 28, and landing 29 gaskets can be made of gasket rubber or paronite.

Полимерная лента 37 может быть изготовлена из полиэтилена и полиэтилена высокой плотности.The resin tape 37 can be made from polyethylene and high density polyethylene.

Аппарат работает следующим образом.The device works as follows.

Исходный раствор под давлением превышающем осмотическое давление растворенных в нем веществ, подается через штуцер подачи исходного раствора 1, фиг. 1, 2, 3, 4, далее через сквозную проточку в центре крышки 3, фиг. 1 под перфорированную трубку 34 разделенную на две секции одинакового объема по всей длине вертикальной перегородкой 33 прокачивается в ней до поперечной перегородки 15 и через эллиптические проточки 17, по периметру которых расположены большие полуэллипсы 14 выполненные на расстоянии 5 мм друг от друга, фиг. 1, 15 поступает в пространство, где расположена сетка-турбулизатор 41, фиг. 9, 15 по разные стороны, от которой расположены прианодные 43 и прикатодные 39 мембраны образующие межмембранный канал, по всей длине которого циркулирует раствор, поступающий по эллиптической щели 16, фиг. 1, 10 во внутрь внутренней трубки 6, далее отводится по внутреннему пространству штуцера для отвода ретентата 37, фиг. 1 создавая таким образом первый и второй контур разделения.The initial solution at a pressure exceeding the osmotic pressure of the substances dissolved in it is fed through the supply fitting of the initial solution 1, Fig. 1, 2, 3, 4, then through a through groove in the center of the cover 3, fig. 1 under a perforated tube 34 divided into two sections of the same volume along the entire length by a vertical partition 33 is pumped in it to the transverse partition 15 and through elliptical grooves 17, along the perimeter of which there are large semi-ellipses 14 made at a distance of 5 mm from each other, Fig. 1, 15 enters the space where the turbulator mesh 41 is located, FIG. 9, 15 on different sides, from which the anode 43 and cathode 39 membranes are located, forming an intermembrane channel, along the entire length of which the solution circulates, entering through an elliptical slot 16, Fig. 1, 10 into the inside of the inner tube 6, then it is discharged along the internal space of the fitting for the removal of retentate 37, FIG. 1 thus creating a first and second separation loop.

В этот же момент времени к дренажным сеткам, являющимся катодом 38 и анодом 42, фиг. 9, 10, 12 включением устройства для подвода электрического тока 26, фиг. 1 через электрические провода 50 соединенными через герметизирующую заливку 2 внешней отводной трубки 5, которые проходят через коллекторы для отвода прианодного 47, прикатодного 48 пермеата фиг. 10 далее проходящие через отверстия 54, выполненные в виде двух полумесяцев с прямоугольными краями в фиксирующей прокладке 28, фиг. 7, 8 затем между перегородкой 36, фиг. 10, внешней 10 и внутренней 6 трубками соответственно и полимерными перфорированными перегородками 51 через эллиптические отверстия 52 и отверстия проходные 49, фиг. 10, 11 к аппарату подводится внешнее постоянное электрическое поле с заданной плотностью тока.At the same time to the drainage grids, which are the cathode 38 and the anode 42, Fig. 9, 10, 12 by turning on the device for supplying electric current 26, FIG. 1 through electrical wires 50 connected through a sealing fill 2 of the outer outlet tube 5, which pass through the collectors to drain the anode 47, cathode 48 permeate of FIG. 10 further passing through the holes 54, made in the form of two crescents with rectangular edges in the fixing gasket 28, FIG. 7, 8 then between the partition 36, FIG. 10, outer 10 and inner 6 tubes, respectively, and polymeric perforated partitions 51 through elliptical holes 52 and through holes 49, FIG. 10, 11, an external constant electric field with a given current density is supplied to the device.

Раствор, двигаясь турбулизируется при помощи сетки-турбулизатора 41, фиг. 9, 10, 12, 13, 15 установленной в межмембранном канале около поверхности прианодных 43 и прикатодных 39 мембран в зависимости от схемы подключения дренажных сеток, являющихся анодом 42 и катодом 38 в зависимости от схемы подключения электродов «плюс» или «минус».The solution, while moving, is turbulized with the help of a mesh-turbulator 41, Fig. 9, 10, 12, 13, 15 installed in the intermembrane channel near the surface of the anode 43 and cathode 39 membranes, depending on the connection scheme of the drainage grids, which are the anode 42 and cathode 38, depending on the connection scheme of the plus or minus electrodes.

В межмембранном канале, фиг. 9, 10, 12, 13 растворенное в исходном растворе вещество диссоциирует на ионы, - анионы и катионы и под действием электрического тока и градиента давления проникают совместно с растворителем сквозь поры прианодных 43 и прикатодных 39 мембран соответственно и подложки мембран 40 попадая в пространства, где расположены дренажные сетки, являющиеся анодом 42 и катодом 38 в зависимости от схемы подключения электродов «плюс» или «минус» соответственно.In the intermembrane channel, Fig. 9, 10, 12, 13, the substance dissolved in the initial solution dissociates into ions, anions and cations, and under the action of an electric current and a pressure gradient, they penetrate together with the solvent through the pores of the anode 43 and cathode 39 membranes, respectively, and the membrane substrate 40, falling into spaces where drainage grids are located, which are the anode 42 and the cathode 38, depending on the scheme for connecting the electrodes "plus" or "minus", respectively.

Полученный таким образом прианодный и прикатодный пермеат самотеком отводится через эллиптические отверстия 52 и отверстия проходные 49, фиг. 10, 11 в полимерной перфорированной перегородке 51, на которую уложены концы дренажных сеток, являющихся анодом 42 и катодом 38, в зависимости от схемы подключения электродов «плюс» или «минус» попадая в коллекторы для отвода прианодного 47, прикатодного 48 пермеата, далее отводятся через отверстия 54, фиг. 7, 8 в фиксирующей прокладке 28, исполненные в виде двух полумесяцев с прямоугольными краями по продолжающимся коллекторам для отвода прианодного 47 и прикатодного 48 пермеата и выводятся через штуцера для отвода прианодного 30 и прикатодного 31 пермеата, фиг. 2, 3, 4 в виде кислот, оснований и растворенных газов соответственно.The anode and cathode permeate obtained in this way is discharged by gravity through elliptical holes 52 and through holes 49, FIG. 10, 11 in a polymer perforated partition 51, on which the ends of the drainage grids, which are the anode 42 and cathode 38, are laid, depending on the connection scheme of the plus or minus electrodes, falling into the collectors for draining the near-anode 47, near-cathode 48 permeate, then they are discharged through holes 54, FIG. 7, 8 in the fixing gasket 28, made in the form of two crescents with rectangular edges along the continuing collectors for the removal of the anode 47 and cathode 48 permeate and are output through the fitting for the removal of the anode 30 and cathode 31 permeate, Fig. 2, 3, 4 as acids, bases, and dissolved gases, respectively.

Растворенные газы, в прианодном и прикатодном пермеате, образуются в результате электрохимических реакций на электродах.Dissolved gases, in the anode and cathode permeate, are formed as a result of electrochemical reactions on the electrodes.

Исходный раствор поступает через штуцер подачи исходного раствора 1, фиг. 1 с правой и левой торцевых поверхностей корпуса аппарата 7, при этом за счет поперечных перегородок 15 и полимерной ленты 37, фиг. 6, 15 в аппарате образуются два контура разделения раствора.The initial solution enters through the inlet of the initial solution 1, Fig. 1 from the right and left end surfaces of the apparatus housing 7, while due to the transverse partitions 15 and the polymer tape 37, FIG. 6, 15, two solution separation circuits are formed in the apparatus.

Одновременно с подачей исходного раствора, через штуцера для ввода 11 и вывода 20 охлаждающей воды, фиг. 1, 2 расположенные от горизонтальной оси в сечении корпуса аппарата 7 под углами (-π/2) и π/2 соответственно, а от торцевых поверхностей корпуса аппарата 7 с разъемными фланцевыми соединениями на расстоянии 95 мм от края, заполняется коллектор для протекания охлаждающей воды. Коллектор для протекания охлаждающей воды образован между корпусом аппарата 7, пленкой 32, внешних трубок 10, перфорированной трубки 34, крышки 3 и втулки 19, фиг. 1, 5, 6.Simultaneously with the supply of the initial solution, through the fitting for input 11 and output 20 of the cooling water, Fig. 1, 2 located from the horizontal axis in the cross section of the apparatus housing 7 at angles (-π/2) and π/2, respectively, and from the end surfaces of the apparatus housing 7 with detachable flange connections at a distance of 95 mm from the edge, a collector is filled for the flow of cooling water . The collector for the flow of cooling water is formed between the body of the apparatus 7, the film 32, the outer tubes 10, the perforated tube 34, the cover 3 and the sleeve 19, FIG. 1, 5, 6.

Исходный раствор, протекая по всему межмембранному каналу, где расположена сетка-турбулизатор 41, фиг. 9, 10, 12, 13, 15 очищается от катионов и анионов, попадая через эллиптические щели 16, фиг. 1, 10 внутрь внутренней трубки 6 и штуцера для отвода ретентата 27, фиг. 1. 2, 3, 4 и выводится в виде ретентата.The initial solution, flowing through the entire intermembrane channel, where the mesh-turbulator 41 is located, Fig. 9, 10, 12, 13, 15 is cleared of cations and anions through elliptical slots 16, FIG. 1, 10 inside the inner tube 6 and the retentate outlet 27, FIG. 1. 2, 3, 4 and output as a retentate.

В качестве охлаждающей воды может использоваться водопроводная и дистиллированная вода с температурой от 278 до 288 К.The cooling water can be tap and distilled water with a temperature of 278 to 288 K.

Полимерная лента 37 герметично приклеена при скручивании рулонного элемента 8 к поверхностям прикатодных 39, прианодных 43 мембран.The polymer tape 37 is hermetically glued when twisting the roll element 8 to the surfaces of the cathode 39, anode 43 membranes.

При таком конструктивном исполнении электробаромембранного аппарата рулонного типа и расположения элементов в аппарате, фиг. 1-15 происходит снижение гидравлического сопротивления в межмембранном канале, канале для отвода ретентата, прианодного, прикатодного пермеата за счет наличия следующих конструктивных элементов, проточек полуэллиптических 35 и 46, проточек малых полуэллиптических 53, большая полуось эллипса которых направлена изнутри перфорированной трубки 34 и внутренней трубки 6 и распределенных от горизонтальной оси под углами π/4, 3π/4, (-π/4), (-3π/4) и π/4, 3π/4, (-π/4), (-3π/4), π/2, (-π/2) соответственно, и наличия отверстий 54, выполненных в виде двух полумесяцев с прямоугольными краями, фиг. 1-15, это позволяет свободно циркулировать разделяемому раствору по всему электробаромембранному аппарату рулонного типа от штуцера подачи исходного раствора 1 до штуцеров для отвода ретентата 27 и штуцеров для отвода прианодного и прикатодного пермеата.With such a design of the roll-type electrobaromembrane apparatus and the arrangement of elements in the apparatus, Fig. 1-15 there is a decrease in hydraulic resistance in the intermembrane channel, the channel for removing the retentate, anode, cathode permeate due to the presence of the following structural elements, semi-elliptical grooves 35 and 46, small semi-elliptical grooves 53, the major semi-axis of the ellipse of which is directed from the inside of the perforated tube 34 and the inner tube 6 and distributed from the horizontal axis at angles π/4, 3π/4, (-π/4), (-3π/4) and π/4, 3π/4, (-π/4), (-3π/4 ), π/2, (-π/2), respectively, and the presence of holes 54, made in the form of two crescents with rectangular edges, Fig. 1-15, this allows the solution to be separated to circulate freely throughout the entire roll-type electrobaromembrane apparatus from the initial solution supply nozzle 1 to the retentate outlet nozzles 27 and the anode and cathode permeate outlet nozzles.

Увеличение производительности и качества разделения растворов, увеличение площади прикатодных, прианодных мембран для разделения растворов, увеличение площади охлаждающей поверхности и степени охлаждения прикатодного, прианодного пермеата, снижение эффекта концентрационной поляризации при конструктивном исполнении электробаромембранного аппарата рулонного типа, фиг. 1-15, по сравнению с аппаратом прототипом достигается за счет наличия конструктивных элементов: внутри перфорированной трубки 34 имеется герметично установленная поперечная перегородка 15 разделяющая перфорированную трубку 34 на две равные части, на внешней поверхности которой имеется по четыре набора сквозных перфораций в виде эллиптических проточек 17, по периметру которых расположены большие полуэллипсы 14 выполненные на расстоянии 5 мм друг от друга, а на внутренней поверхности имеется четыре проточки полуэллиптические 35, проходящие по всей длине образующих за исключением участка поперечной перегородки 15 и распределенных от горизонтальной оси под углами π/4, 3π/4, (-π/4), (-3π/4), отверстия 54 в фиксирующей прокладке 28 выполнены в виде двух полумесяцев с прямоугольными краями, на внутренней поверхности внутренней трубки 6 имеется четыре проточки полуэллиптических 46 и две проточки малых полуэллиптических 53 проходящих по всей длине образующих за исключением участка поперечной перегородки 15 и распределенных от горизонтальной оси под углами π/4, 3π/4, (-π/4), (-3π/4) и π/2, (-π/2) соответственно, в полимерной перфорированной перегородке 51 имеются наряду с эллиптическими отверстиями 52 и чередующиеся с ними отверстия проходные 49, на пленке 32, имеющей насечки углубленные в половину от ее толщины в форме параллелограммов имеются также насечки 55 в виде синусоиды такой же глубины, в межмембранном канале рулонного элемента 8 имеется герметично установленная с прикатодными и прианодными мембранами 39, 43 полимерная лента 37 проходящая от центра поверхности перфорированной трубки 34 и до центра поверхности внутренней трубки 6, торцевые поверхности корпуса аппарата 7 и крышки 3 уплотнены через герметизирующие и уплотнительные прокладки 21, 25 при помощи ответного прижимного фланца 4 с помощью болтов 22, гаек 24 и шайб 23 равномерно расположенных по контуру фланцевого соединения, с обеих сторон от рулонного элемента 8 на внешней поверхности перфорированной трубки 34 имеются втулки 19, расположенные между антителескопической решеткой 18 и крышкой 3 и следующих расчетных параметров, которые представлены в таблице.An increase in the productivity and quality of solution separation, an increase in the area of cathode, near-anode membranes for solution separation, an increase in the area of the cooling surface and the degree of cooling of near-cathode, near-anode permeate, a decrease in the effect of concentration polarization in the design of the roll-type electrobaromembrane apparatus, Fig. 1-15, in comparison with the prototype apparatus, is achieved due to the presence of structural elements: inside the perforated tube 34 there is a hermetically installed transverse partition 15 dividing the perforated tube 34 into two equal parts, on the outer surface of which there are four sets of through perforations in the form of elliptical grooves 17 , along the perimeter of which there are large semi-ellipses 14 made at a distance of 5 mm from each other, and on the inner surface there are four semi-elliptical grooves 35, passing along the entire length of the generatrices with the exception of the section of the transverse partition 15 and distributed from the horizontal axis at angles π / 4, 3π /4, (-π/4), (-3π/4), holes 54 in the fixing gasket 28 are made in the form of two crescents with rectangular edges, on the inner surface of the inner tube 6 there are four semi-elliptical grooves 46 and two grooves of small semi-elliptical 53 passing along the entire length of the generators, with the exception of the section of the transverse pe partitions 15 and distributed from the horizontal axis at angles π/4, 3π/4, (-π/4), (-3π/4) and π/2, (-π/2), respectively, in the polymer perforated partition 51 there are along with elliptical holes 52 and alternating with them through holes 49, on the film 32, which has notches deepened to half of its thickness in the form of parallelograms, there are also notches 55 in the form of a sinusoid of the same depth, in the intermembrane channel of the roll element 8 there is a hermetically installed with cathode and anode membranes 39, 43 polymer tape 37 passing from the center of the surface of the perforated tube 34 and to the center of the surface of the inner tube 6, the end surfaces of the body of the apparatus 7 and cover 3 are sealed through sealing and sealing gaskets 21, 25 using a mating clamping flange 4 using bolts 22 , nuts 24 and washers 23 evenly spaced along the contour of the flange connection, on both sides of the roll element 8 on the outer surface of the perforated tube 34 there are bushings 19 located between the antitelescopic grating 18 and cover 3 and the following design parameters, which are presented in the table.

Результаты расчета площади разделения растворов и площади охлаждающей поверхности в электробаромембранных аппаратах (представленный в данной работе и прототипа) представлены в таблице.The results of calculating the area of separation of solutions and the area of the cooling surface in electrobaromembrane devices (presented in this work and the prototype) are presented in the table.

где а, а_пл - длина мембраны и пленки, м; b, b_пл - ширина мембраны и пленки, м; n^- - количество прикатодных мембран и пленок около дренажной сетки - катода, шт.; n⁺ - количество прианодных мембран и пленок около дренажной сетки - анода, шт.; n - общее количество мембран и пленок около дренажных сеток - катода и анода, шт.;

,

- общая площадь прикатодных мембран и пленок около дренажной сетки - катода, м²;

,

- общая площадь прианодных мембран и пленок около дренажной сетки - анода, м²; F_общ., F_пл.общ. - общая площадь разделения и общая площадь охлаждающей поверхности, м².where a, a _pl - the length of the membrane and film, m; b, b _pl - the width of the membrane and film, m; n ^- - the number of cathode membranes and films near the drainage grid - cathode, pcs.; n ⁺ - the number of anode membranes and films near the drainage grid - anode, pcs.; n is the total number of membranes and films near the drainage grids - cathode and anode, pcs.;

,

- total area of cathode membranes and films near the drainage grid - cathode, m ² ;

,

- the total area of the anode membranes and films near the drainage grid - anode, m ² ; F _total , F _{total area} - the total separation area and the total area of the cooling surface, m ² .

Увеличение площади прикатодных, прианодных мембран и как следствие общей площади разделения раствора и общей площади охлаждающей поверхности по сравнению с аппаратом-прототипом в два раза, позволяет увеличить производительность и качество разделения растворов и степень охлаждения прикатодного, прианодного пермеата.The increase in the area of the cathode, anode membranes and, as a result, the total area of separation of the solution and the total area of the cooling surface in comparison with the prototype apparatus by a factor of two, makes it possible to increase the productivity and quality of separation of solutions and the degree of cooling of the cathode, anode permeate.

На разработанной конструкции электробаромембранного аппарата рулонного типа без наложения электрического поля можно проводить баромембранные процессы, например, обратный осмос, ультрафильтрацию, нанофильтрацию, микрофильтрацию.Baromembrane processes, such as reverse osmosis, ultrafiltration, nanofiltration, microfiltration, 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 an initial solution supply fitting, a sealing fill, a cover, a counter pressure flange, external outlet pipes, internal pipes, an apparatus body made in the form of a cylindrical shell made of a dielectric material, a roll element, a rubber cuff, external tubes, fittings cooling water inlet and outlet, elliptical slots, small and large semi-ellipses, elliptical grooves, antibody grating, sleeve, sealing gasket, bolts, washers and nuts, sealing gasket, device for supplying electric current, fittings for draining retentate, fixing gaskets, seating gaskets , nozzles for draining the near-anode and near-cathode permeate, films with notches deepened to half of their thickness and shaped like a parallelogram, vertical partitions, a perforated tube, partitions, drainage grids - cathode and anode, near-cathode and near-anode membranes, substrates membranes, mesh-turbulators, mesh-turbulators of cooling water, adhesive composition, collectors for the removal of near-anode and near-cathode permeate, electrical wires, perforated polymer partitions, elliptical holes, holes, characterized in that inside the perforated tube 34 there is a hermetically installed transverse partition 15, dividing the perforated tube 34 into two equal parts, on the outer surface of which there are four sets of through perforations in the form of elliptical grooves 17, along the perimeter of which there are large semi-ellipses 14, made at a distance of 5 mm from each other, and on the inner surface there are four semi-elliptical grooves 35, passing along the entire length of the generatrices with the exception of the section of the transverse partition 15 and distributed from the horizontal axis at angles

,

, (-

), (-

), holes 54 in the fixing gasket 28 are made in the form of two crescents with rectangular edges, on the inner surface of the inner tube 6 there are four semi-elliptical grooves 46 and two small semi-elliptical grooves 53, passing along the entire length of the generatrices with the exception of the section of the transverse partition 15 and distributed from the horizontal axles at angles

,

, (-

), (-

) and

, (-

) respectively, in the polymeric perforated partition 51, along with elliptical holes 52, there are holes 49 alternating with them, on the film 32, which has notches deepened to half of its thickness in the form of parallelograms, there are also notches 55 in the form of a sinusoid of the same depth, in the intermembrane channel of the rolled element 8 there is a polymer tape 37 hermetically installed with near-cathode and near-anode membranes 39, 43, passing from the center of the surface of the perforated tube 34 to the center of the surface of the inner tube 6, the end surfaces of the body of the apparatus 7 and cover 3 are sealed through sealing and sealing gaskets 21, 25 with the help of a mating clamping flange 4 with the help of bolts 22, nuts 24 and washers 23, evenly spaced along the contour of the flange connection, on both sides of the roll element 8 on the outer surface of the perforated tube 34 there are bushings 19 located between the antibody grating 18 and cover 3.