RU2791794C1

RU2791794C1 - Electro-baromembrane apparatus of flat-chamber type

Info

Publication number: RU2791794C1
Application number: RU2023101592A
Authority: RU
Inventors: Сергей Иванович Лазарев; Дмитрий Николаевич Коновалов; Алексей Викторович Крылов; Дмитрий Дмитриевич Коновалов; Сергей Игоревич Котенев
Filing date: 2023-01-25
Publication date: 2023-03-13

Abstract

FIELD: solution treatment.

SUBSTANCE: separation, concentration and purification of solutions by methods of electro-microfiltration, electro-ultrafiltration, electro-nanofiltration, electro-osmofiltration, used in chemical, engineering, food industry, and the agricultural sector. An electro-baromembrane apparatus of a flat-chamber type consists of dielectric flanges of the body, metal plates, gaskets, negative and positive terminals of the device for supplying direct electric current, fittings for draining cathode and anode permeate, bolts, washers and nuts, fittings for inlet and outlet of the separated solution, dielectric mesh, flanged drainage mesh, overflow window, polymer compound, double-sided openings for supplying electrical wires, channels for draining cathode and anode permeate, polymer composition, channels for inlet and outlet of the solution to be separated, alternating dielectric chambers of the body with a “ledge” and a “pocket”, made with a cavity in the form of a small separation chamber in the form of a rectangular parallelepiped, small cathode and anode membranes, under which there is a recess of 1 mm on the sealing surface of the dielectric chambers of the body with a “ledge” and a “pocket”, for installing a small rectangular linings at the place of installation of the drainage grid from its two opposite ends along a flat surface, monopolar-porous plates are installed in series - an electrode-cathode and a small electrode-cathode, monopolar-porous plates - an electrode-anode and a small electrode-anode, respectively, a porous cathode Whatman substrate and small porous anode Whatman substrate, porous anode Whatman substrate and small porous anode Whatman substrate, respectively, cathode membrane and small cathode membrane, anode membrane and small anode membrane, respectively, on the dielectric chambers of the body with a “ledge” and with “pocket” there are chamber fittings installed on the front and rear walls for input of the initial solution and output of the anode and cathode retentate, respectively, which are located at a distance of 30 mm and 70 mm and 50 mm and 90 mm, respectively, from the base of the apparatus along the central vertical axis of the housing chambers with a “ledge” and with “pocket”, respectively, the turbulence ring mesh is a set of cuts of cation-exchange and anion-exchange membranes intertwined at an angle of ninety degrees in one plane, characterized in that a cooling radiator is installed in the centre of each small separation chamber, which is a curved tube in four places at an angle of one hundred and eighty degrees and at the points of connection with the chamber fittings for the input and output of the coolant at an angle of ninety degrees, located in the same plane.

EFFECT: increase in productivity and quality of solution separation, turbulence, cooling of the separated solution and reduction of the effect of concentration polarization in small separation chambers.

1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области разделения, концентрирования и очистки растворов методами электромикрофильтрации, электроультрафильтрации, электронанофильтрации, электроосмофильтрации и может быть использовано в химической, машиностроительной, пищевой промышленности, аграрном секторе и т.п.The invention relates to the field of separation, concentration and purification of solutions by methods of electromicrofiltration, electroultrafiltration, electron nanofiltration, electroosmofiltration and can be used in the chemical, engineering, food industries, the agricultural sector, etc.

Аналогом данной конструкции является баромембранный аппарат, приведенный в работе Дытнерского Ю.И. «Обратный осмос и ультрафильтрация». М.: Химия, 1978 стр. 111, 197-200. Он представляет собой однокамерный аппарат, состоящий из пористого анода и катода, прианодной и прикатодной мембран. Недостатками являются: малая площадь разделения при высоких энергозатратах на процесс разделения. Эти недостатки частично устранены в прототипе.An analogue of this design is a baromembrane apparatus, given in the work of Dytnersky Yu.I. "Reverse osmosis and ultrafiltration". Moscow: Chemistry, 1978, pp. 111, 197-200. It is a single-chamber apparatus consisting of a porous anode and cathode, anode and cathode membranes. The disadvantages are: small separation area at high energy consumption for the separation process. These shortcomings are partially eliminated in the prototype.

Прототипом данной конструкции является электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа, конструкция которого приведена в патенте RU 2689617 C1, 28.05.2019, Бюл. № 16. Прототип состоит из диэлектрических фланцев корпуса, металлических пластин, прокладок, отрицательной и положительной клемм устройства для подвода постоянного электрического тока, штуцеров для отвода прикатодного и прианодного пермеата, болтов, шайб и гаек, штуцеров ввода и вывода разделяемого раствора, диэлектрической сетки, фланцевой дренажной сетки, переточного окна, полимерного компаунда, двусторонних отверстий для подвода электрических проводов, каналов для отвода прикатодного и прианодного пермеата, полимерной композиции, каналов ввода и вывода разделяемого раствора, чередующихся диэлектрических камер корпуса с “выступом” и с “впадиной”, выполненных с полостью в виде малой камеры разделения в форме прямоугольного параллелепипеда, толщина которого равна толщине диэлектрической камеры корпуса с “выступом” и с “впадиной” от одной ее стороны с уплотнительной поверхностью шип-паз до другой, высотой в три раза больше его толщины, а шириной равной ширине малой прикатодной и прианодной мембран соответственно, под малые прикатодные и прианодные мембраны на уплотнительной поверхности диэлектрических камер корпуса с “выступом” и с “впадиной” имеется углубление величиной 1 мм, для установки малой прокладки прямоугольной формы, уплотняющей периметр малой прикатодной и прианодной мембран соответственно, в месте установки дренажной сетки с двух противоположных ее концов по плоской поверхности, установлены последовательно монополярно-пористые пластины электрод-катод и малый электрод-катод, монополярно-пористые пластины электрод-анод и малый электрод-анод соответственно, пористая подложка из ватмана и малая пористая прикатодная подложка из ватмана, пористая подложка из ватмана и малая пористая прианодная подложка из ватмана соответственно, прикатодная мембрана и малая прикатодная мембрана, прианодная мембрана и малая прианодная мембрана соответственно, на диэлектрических камерах корпуса с “выступом” и с “впадиной” имеются установленные на передней и задней стенке камерные штуцеры ввода исходного раствора и вывода прианодного и прикатодного ретентата соответственно, которые размещены на расстоянии 30 мм и 70 мм и 50 мм и 90 мм соответственно от основания аппарата по центральной вертикальной оси камер корпуса с “выступом” и с “впадиной” соответственно, сетка-турбулизатор представляет собой переплетенные под углом девяносто градусов в одной плоскости набор из нарезок катионообменных и анионообменных мембран, все соседние межузлия которой имеют насечки прямоугольной формы шириной 2 мм, кромки которых скошены на угол сорок пять градусов, глубина насечек составляет половину толщины нарезок катионообменных и анионообменных мембран, а сами насечки обращены к прикатодным и прианодным мембранам 38 и 39 соответственно, прямоугольных пластин вставок, полимерной заливки.The prototype of this design is a flat-chamber electrobaromembrane apparatus, the design of which is given in patent RU 2689617 C1, 05/28/2019, Bull. No. 16. The prototype consists of dielectric flanges of the housing, metal plates, gaskets, negative and positive terminals of the device for supplying direct electric current, fittings for draining cathode and near-anode permeate, bolts, washers and nuts, fittings for inlet and outlet of the solution to be separated, a dielectric grid, flanged drainage mesh, overflow window, polymer compound, double-sided openings for supplying electrical wires, channels for draining near-cathode and near-anode permeate, polymer composition, channels for inlet and outlet of the separated solution, alternating dielectric chambers of the body with a “protrusion” and with a “cavity”, made with a cavity in the form of a small separation chamber in the form of a rectangular parallelepiped, the thickness of which is equal to the thickness of the dielectric chamber of the housing with a “protrusion” and a “cavity” from one side with a tongue-and-groove sealing surface to the other, with a height three times greater than its thickness, and width equal to the width of the small near-cathode and near-anode membranes, respectively, under the small cathode and anode membranes, on the sealing surface of the dielectric chambers of the housing with a “protrusion” and a “cavity”, there is a recess of 1 mm, for installing a small rectangular gasket sealing the perimeter of the small cathode and anode membranes, respectively, at the installation site drainage grid from its two opposite ends along a flat surface, monopolar-porous electrode-cathode and small electrode-cathode plates, monopolar-porous electrode-anode and small electrode-anode plates, respectively, a porous whatman paper, a porous substrate from whatman paper and a small porous near-anode substrate from whatman, respectively, a cathode membrane and a small near-cathode membrane, an anode membrane and a small near-anode membrane, respectively, on the dielectric chambers of the housing with a “protrusion” and chamber fittings for input of the initial solution and output of the near-anode and near-cathode retentate, respectively, which are located at a distance of 30 mm and 70 mm and 50 mm and 90 mm, respectively, from the base of the apparatus along the central vertical axis of the housing chambers with a “ledge” and with a “trough”, respectively, the grid- the turbulator is a set of cuts of cation-exchange and anion-exchange membranes intertwined at an angle of ninety degrees in one plane, all adjacent internodes of which have rectangular notches 2 mm wide, the edges of which are beveled at an angle of forty-five degrees, the depth of the notches is half the thickness of the cuts of cation-exchange and anion-exchange membranes , and the notches themselves face the near-cathode and near-anode membranes 38 and 39, respectively, of rectangular insert plates, polymer filling.

Недостатками прототипа являются: низкая производительность и качество разделения растворов, отсутствие турбулизации и охлаждения разделяемого (исходного) раствора, высокая концентрационная поляризация.The disadvantages of the prototype are: low productivity and quality of separation of solutions, lack of turbulence and cooling of the separated (source) solution, high concentration polarization.

Технический результат выражается - повышением производительности и качества разделения растворов, турбулизацией, охлаждением разделяемого (исходного) раствора и снижением эффекта концентрационной поляризации в малых камерах разделения за счет того, что аппарат состоит из диэлектрических фланцев корпуса, металлических пластин, прокладок, отрицательной и положительной клемм устройства для подвода постоянного электрического тока, штуцеров для отвода прикатодного и прианодного пермеата, болтов, шайб и гаек, штуцеров ввода и вывода разделяемого раствора, диэлектрической сетки, фланцевой дренажной сетки, переточного окна, полимерного компаунда, двусторонних отверстий для подвода электрических проводов, каналов для отвода прикатодного и прианодного пермеата, полимерной композиции, каналов ввода и вывода разделяемого раствора, чередующихся диэлектрических камер корпуса с “выступом” и с “впадиной”, выполненных с полостью в виде малой камеры разделения в форме прямоугольного параллелепипеда, толщина которого равна толщине диэлектрической камеры корпуса с “выступом” и с “впадиной” от одной ее стороны с уплотнительной поверхностью шип-паз до другой, высотой в три раза больше его толщины, а шириной равной ширине малой прикатодной и прианодной мембран соответственно, под малые прикатодные и прианодные мембраны на уплотнительной поверхности диэлектрических камер корпуса с “выступом” и с “впадиной” имеется углубление величиной 1 мм, для установки малой прокладки прямоугольной формы, уплотняющей периметр малой прикатодной и прианодной мембран соответственно, в месте установки дренажной сетки с двух противоположных ее концов по плоской поверхности, установлены последовательно монополярно-пористые пластины электрод-катод и малый электрод-катод, монополярно-пористые пластины электрод-анод и малый электрод-анод соответственно, пористая прикатодная подложка из ватмана и малая пористая прикатодная подложка из ватмана, пористая прианодная подложка из ватмана и малая пористая прианодная подложка из ватмана соответственно, прикатодная мембрана и малая прикатодная мембрана, прианодная мембрана и малая прианодная мембрана соответственно, на диэлектрических камерах корпуса с “выступом” и с “впадиной” имеются установленные на передней и задней стенке камерные штуцеры ввода исходного раствора и вывода прианодного и прикатодного ретентата соответственно, которые размещены на расстоянии 30 мм и 70 мм и 50 мм и 90 мм соответственно от основания аппарата по центральной вертикальной оси камер корпуса с “выступом” и с “впадиной” соответственно, сетка-турбулизатор представляет собой переплетенные под углом девяносто градусов в одной плоскости набор из нарезок катионообменных и анионообменных мембран, все соседние межузлия которой имеют насечки прямоугольной формы шириной 2 мм, кромки которых скошены на угол сорок пять градусов, глубина насечек составляет половину толщины нарезок катионообменных и анионообменных мембран, а сами насечки обращены к прианодным и прикатодным мембранам соответственно, прямоугольных пластин вставок, полимерной заливки, отличающийся тем, что по центру каждой малой камеры разделения установлен радиатор охлаждения, представляющий собой изогнутую трубку в четырех местах на угол сто восемьдесят градусов и в местах соединения с камерными штуцерами ввода и вывода охлаждающей жидкости на угол девяносто градусов, расположенных в одной плоскости.The technical result is expressed by an increase in productivity and quality of separation of solutions, turbulence, cooling of the separated (initial) solution and a decrease in the effect of concentration polarization in small separation chambers due to the fact that the apparatus consists of dielectric housing flanges, metal plates, gaskets, negative and positive terminals of the device for supplying direct electric current, fittings for draining cathode and near-anode permeate, bolts, washers and nuts, fittings for inlet and outlet of the separated solution, dielectric mesh, flanged drainage mesh, overflow window, polymer compound, double-sided holes for supplying electrical wires, channels for drainage cathode and anode permeate, polymer composition, channels for input and output of the separated solution, alternating dielectric chambers of the body with a “protrusion” and a “cavity”, made with a cavity in the form of a small separation chamber in the form of a rectangular parallelepiped, thickness the width of which is equal to the thickness of the dielectric chamber of the housing with a “protrusion” and a “cavity” from one side with a tongue-and-groove sealing surface to the other, with a height three times greater than its thickness, and a width equal to the width of the small near-cathode and near-anode membranes, respectively, for small cathode and anode membranes on the sealing surface of the dielectric chambers of the housing with a “protrusion” and a “cavity” there is a recess of 1 mm, for installing a small rectangular gasket sealing the perimeter of the small cathode and anode membranes, respectively, at the installation site of the drainage grid from its two opposite ends on a flat surface, monopolar-porous electrode-cathode and small electrode-cathode plates, monopolar-porous electrode-anode and small electrode-anode plates, respectively, are installed in series, a porous near-cathode substrate made of Whatman and a small porous near-cathode substrate made of Whatman, a porous near-anode substrate from whatman paper and a small porous near-anode Whatman spoon, respectively, the cathode membrane and the small cathode membrane, the anode membrane and the small anode membrane, respectively, on the dielectric chambers of the housing with a “protrusion” and a “cavity”, there are chamber fittings installed on the front and rear walls for input of the initial solution and output of the anode and cathode retentate, respectively, which are placed at a distance of 30 mm and 70 mm and 50 mm and 90 mm, respectively, from the base of the apparatus along the central vertical axis of the housing chambers with a “protrusion” and a “cavity”, respectively, the turbulator mesh is a ninety-degree twisted one plane, a set of cuts of cation-exchange and anion-exchange membranes, all adjacent internodes of which have rectangular notches 2 mm wide, the edges of which are beveled at an angle of forty-five degrees, the depth of the notches is half the thickness of the cuts of cation-exchange and anion-exchange membranes, and the notches themselves are turned to the near-anode and near-cathode membranes Respectively, rectangular plates of inserts, polymer filling, characterized in that a cooling radiator is installed in the center of each small separation chamber, which is a bent tube in four places at an angle of one hundred and eighty degrees and at the junctions with chamber fittings for inlet and outlet of the coolant at an angle of ninety degrees in the same plane.

На фиг. 1 изображен электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа, продольный разрез; фиг. 2 - вид сверху; фиг. 3 - вид слева; фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 1; фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 1; фиг. 6 - выносной элемент В (2:1) увеличенный, схема разделения в межмембранном канале на фиг. 1.In FIG. 1 shows an electrobaromembrane apparatus of a flat-chamber type, a longitudinal section; fig. 2 - top view; fig. 3 - left side view; fig. 4 - section A-A in Fig. 1; fig. 5 - section B-B in Fig. 1; fig. 6 - remote element B (2:1) enlarged, the separation scheme in the intermembrane channel in FIG. 1.

Электробаромембранный аппарат состоит из диэлектрических фланцев корпуса 1, металлических пластин 2, прокладок 3, отрицательной и положительной клемм устройства для подвода постоянного электрического тока 4, штуцеров для отвода прикатодного и прианодного пермеата 5, 6, болтов 7, шайб 8 и гаек 9, штуцеров ввода и вывода разделяемого раствора 10, 11, диэлектрической сетки 12, фланцевой дренажной сетки 13, переточного окна 14, полимерного компаунда 15, двусторонних отверстий 16 для подвода электрических проводов 17, каналов для отвода прикатодного и прианодного пермеата 18, 19, полимерной композиции 20, каналов ввода и вывода разделяемого раствора 21, 22, чередующихся диэлектрических камер корпуса с “выступом” и с “впадиной” 23 и 24 выполненных с полостью в виде малой камеры разделения 25 в форме прямоугольного параллелепипеда, толщина которого равна толщине диэлектрической камеры корпуса с “выступом” и с “впадиной” 23 и 24 от одной ее стороны с уплотнительной поверхностью шип-паз до другую, высотой в три раза больше его толщины, а шириной равной ширине малой прикатодной и прианодной мембран 26, 27 соответственно, под малые прикатодные и прианодные мембраны 26, 27 на уплотнительной поверхности диэлектрических камер корпуса с “выступом” и с “впадиной” 23 и 24 имеется углубление величиной 1 мм, для установки малой прокладки 28 прямоугольной формы, уплотняющей периметр малой прикатодной и прианодной мембран 26, 27 соответственно, в месте установки дренажной сетки 29 с двух противоположных ее концов по плоской поверхности, установлены последовательно монополярно-пористые пластины электрод-катод 30 и малый электрод-катод 31, монополярно-пористые пластины электрод-анод 32 и малый электрод-анод 33 соответственно, пористая прикатодная подложка из ватмана 34 и малая пористая прикатодная подложка из ватмана 35, пористая прианодная подложка из ватмана 36 и малая пористая прианодная подложка из ватмана 37 соответственно, прикатодная мембрана 38 и малая прикатодная мембрана 26, прианодная мембрана 39 и малая прианодная мембрана 27 соответственно, на диэлектрических камерах корпуса с “выступом” и с “впадиной” 23 и 24 имеются установленные на передней и задней стенке камерные штуцера ввода исходного раствора 40 и вывода прианодного и прикатодного ретентата 41, 42 соответственно, которые размещены на расстоянии 30 мм и 70 мм и 50 мм и 90 мм соответственно от основания аппарата по центральной вертикальной оси камер корпуса с “выступом” и с “впадиной” 23 и 24 соответственно, сетка-турбулизатор 43 представляет собой переплетенные под углом девяносто градусов в одной плоскости набор из нарезок катионообменных и анионообменных мембран, все соседние межузлия которой имеют насечки прямоугольной формы шириной 2 мм, кромки которых скошены на угол сорок пять градусов, глубина насечек составляет половину толщины нарезок катионообменных и анионообменных мембран, а сами насечки обращены к прикатодным и прианодным мембранам 38 и 39 соответственно, по центру каждой малой камеры разделения 25 установлен радиатор охлаждения 44, представляющий собой изогнутую трубку в четырех местах на угол сто восемьдесят градусов и в местах соединения с камерными штуцерами ввода и вывода охлаждающей жидкости 45 и 46 на угол девяносто градусов, расположенных в одной плоскости, прямоугольных пластин вставок 47, полимерной заливки 48.The electrobaromembrane apparatus consists of dielectric flanges of the body 1, metal plates 2, gaskets 3, negative and positive terminals of the device for supplying direct electric current 4, fittings for draining cathode and anode permeate 5, 6, bolts 7, washers 8 and nuts 9, input fittings and output of the separated solution 10, 11, dielectric mesh 12, flanged drainage mesh 13, overflow window 14, polymer compound 15, double-sided holes 16 for supplying electrical wires 17, channels for draining near-cathode and near-anode permeate 18, 19, polymer composition 20, channels input and output of the separated solution 21, 22, alternating dielectric chambers of the housing with a “protrusion” and with a “cavity” 23 and 24 made with a cavity in the form of a small separation chamber 25 in the form of a rectangular parallelepiped, the thickness of which is equal to the thickness of the dielectric chamber of the housing with a “protrusion” and with a “trough” 23 and 24 from one of its sides with a thorn-groove sealing surface to another th, with a height three times greater than its thickness, and a width equal to the width of the small cathode and anode membranes 26, 27, respectively, under the small cathode and anode membranes 26, 27 on the sealing surface of the dielectric chambers of the housing with a “protrusion” and with a “cavity” 23 and 24 there is a recess of 1 mm, for installing a small rectangular gasket 28, which seals the perimeter of the small cathode and anode membranes 26, 27, respectively, at the installation site of the drainage mesh 29 from its two opposite ends on a flat surface, monopolar-porous electrode plates are installed in series cathode 30 and small electrode-cathode 31, monopolar-porous plates electrode-anode 32 and small electrode-anode 33, respectively, porous near-cathode substrate from whatman paper 34 and small porous near-cathode substrate from whatman paper 35, porous near-anode substrate from whatman paper 36 and small porous near-anode Whatman substrate 37, respectively, cathode membrane 38 and small cathode membrane 26, with anode membrane 39 and a small near-anode membrane 27, respectively, on the dielectric chambers of the body with a “protrusion” and with a “cavity” 23 and 24, there are chamber fittings installed on the front and rear walls for input of the initial solution 40 and output of the near-anode and near-cathode retentate 41, 42, respectively, which are placed at a distance of 30 mm and 70 mm and 50 mm and 90 mm, respectively, from the base of the apparatus along the central vertical axis of the body chambers with a “protrusion” and a “cavity” 23 and 24, respectively, the turbulator mesh 43 is a ninety-degree intertwined in one plane, a set of cuts of cation-exchange and anion-exchange membranes, all adjacent internodes of which have rectangular notches 2 mm wide, the edges of which are beveled at an angle of forty-five degrees, the depth of the notches is half the thickness of the cuts of cation-exchange and anion-exchange membranes, and the notches themselves face the near-cathode and anode membranes 38 and 39, respectively, in the center of each small chamber p separation 25, a cooling radiator 44 is installed, which is a bent tube in four places at an angle of one hundred and eighty degrees and at the points of connection with chamber fittings for inlet and outlet of coolant 45 and 46 at an angle of ninety degrees, located in the same plane, rectangular plates of inserts 47, polymer fills 48.

Чередующиеся диэлектрические камеры корпуса с “выступом” и с “впадиной” 23 и 24, диэлектрические фланцы корпуса 1, штуцеры ввода и вывода разделяемого раствора 10, 11, диэлектрическая сетка 12, штуцеры для отвода прикатодного и прианодного пермеата 5, 6, камерные штуцеры ввода исходного раствора 40 и вывода прианодного и прикатодного ретентата 41, 42, радиатор охлаждения 44, камерные штуцеры ввода и вывода охлаждающей жидкости 45 и 46 могут быть изготовлены из капролона.Alternating dielectric chambers of the housing with a “protrusion” and a “cavity” 23 and 24, dielectric flanges of the housing 1, inlet and outlet fittings of the solution to be separated 10, 11, dielectric mesh 12, fittings for draining cathode and anode permeate 5, 6, chamber inlet fittings the initial solution 40 and the output of the anode and cathode retentate 41, 42, the cooling radiator 44, the chamber fittings for the inlet and outlet of the coolant 45 and 46 can be made of caprolon.

Монополярно-пористые пластины электрод-катод и малый электрод-катод 30 и 31, монополярно-пористые пластины электрод-анод 32 и малый электрод-анод 33 соответственно могут быть изготовлены из 20-45 процентного пористого проката типа Х18Н15-ПМ, Х18Н15-МП, Н-МП, ЛНПИТ, ЛПН-ПМ как и прямоугольные пластины вставки 47.Monopolar-porous plates electrode-cathode and small electrode-cathode 30 and 31, monopolar-porous plates electrode-anode 32 and small electrode-anode 33, respectively, can be made from 20-45% porous rolled products of the Kh18N15-PM, Kh18N15-MP types, N-MP, LNPIT, LPN-PM as well as rectangular plates of insert 47.

Сетки-турбулизаторы 43, представляющие собой переплетенные под углом девяносто градусов в одной плоскости набор из нарезок катионообменных и анионообменных мембран марок МК-40, МА-40, МК-40Л, МА-41И, МА-ИЛ, МБ-1, МБ-2.Grid-turbulators 43, which are a set of cuts of cation-exchange and anion-exchange membranes of grades MK-40, MA-40, MK-40L, MA-41I, MA-IL, MB-1, MB-2 intertwined at an angle of ninety degrees in one plane .

Полимерная заливка 48, полимерный компаунд 15 и полимерная композиция 20 изготавливаются из диэлектрических герметизирующих эпоксидных смол, пластмассы или клея холодная сварка.Resin pot 48, resin compound 15, and resin composition 20 are made from dielectric sealant epoxies, plastics, or cold weld adhesives.

Фланцевая дренажная сетка 13, дренажная сетка 29 могут быть изготовлены из материала Х18Н9Т, Х18Н10Т, 20Х23Н18, 10Х17Н13М2Т, 08Х18Т1.Flanged drainage mesh 13, drainage mesh 29 can be made of Kh18N9T, Kh18N10T, 20Kh23N18, 10Kh17N13M2T, 08Kh18T1 material.

Прокладка 3 и малая прокладка 28 могут быть выполнены из паронита или прокладочной резины.Gasket 3 and small gasket 28 can be made of paronite or cushion rubber.

Металлические пластины 2 могут быть изготовлены из стали 3, стали 15, стали 25, стали 30, стали 45.Metal plates 2 can be made of steel 3, steel 15, steel 25, steel 30, steel 45.

В качестве прикатодных, прианодных мембран 38, 39 и малой прикатодной, прианодной мембран 26, 27 соответственно могут применяться изготовленные в виде ленты, полотна мембраны следующих типов МГА-95, МГА-95П-Н, МГА-95П-Т, МГА-100П, ОПМ-К, ESPA, ESNA, УАМ-150П, УПМ-П, УПМ-ПП, УПМ-50, УПМ-50М, УФМ-100, УФМ-50, УФМ-П, УФМ-ПТ, ОПМН-К, ОПМН (ОФМН)-П, МФФК-0, МФФК-3, ММК, ММПА⁺, МПС, МФФК-Г, ММФ4, ММТ.As cathode, anode membranes 38, 39 and small cathode, anode membranes 26, 27, respectively, membrane webs of the following types MGA-95, MGA-95P-N, MGA-95P-T, MGA-100P, made in the form of a tape, can be used, OPM-K, ESPA, ESNA, UAM-150P, UPM-P, UPM-PP, UPM-50, UPM-50M, UFM-100, UFM-50, UFM-P, UFM-PT, OPMN-K, OPMN ( OFMN)-P, MFFC-0, MFFC-3, MMK, MMPA ⁺ , MPS, MFFC-G, MMF4, MMT.

Аппарат работает следующим образом.The device works as follows.

Исходный раствор под давлением, превышающем осмотическое давление растворенных в нем веществ, через штуцер ввода разделяемого раствора 10, расположенный на диэлектрическом фланце корпуса 1, фиг. 1, 2, 3, подается, минуя полимерную композицию 20 по каналу ввода разделяемого раствора 21, фиг. 1, в первую камеру разделения образованную прикатодной мембраной 38, прокладкой 3 по внутреннему периметру которой расположены центральные прямоугольные углубления величиной 0,5 мм от их толщины и одной третьей их части по ширине, причем в эти центральные прямоугольные углубления по всему внутреннему периметру прокладки 3 вставлены концы сетки-турбулизатора 43, представляющей собой переплетенные под углом девяносто градусов в одной плоскости набор из нарезок катионообменных и анионообменных мембран соответственно, и прианодной мембраны 39, образуя, таким образом, межмембранный канал в тех местах, где расположена сетка-турбулизатор 43 и где она отсутствует в прямоугольном переточном окне 14.The initial solution at a pressure exceeding the osmotic pressure of the substances dissolved in it, through the inlet fitting of the solution to be separated 10, located on the dielectric flange of the housing 1, Fig. 1, 2, 3, is supplied bypassing the polymer composition 20 through the input channel of the solution to be separated 21, FIG. 1, into the first separation chamber formed by a cathode membrane 38, with a gasket 3 along the inner perimeter of which there are central rectangular recesses of 0.5 mm in size from their thickness and one third of their width, and in these central rectangular recesses along the entire inner perimeter of the gasket 3 are inserted the ends of the mesh-turbulator 43, which is a set of cuts of cation-exchange and anion-exchange membranes, respectively, and an anode membrane 39 intertwined at an angle of ninety degrees in one plane, thus forming an intermembrane channel in those places where the mesh-turbulator 43 is located and where it missing in the rectangular overflow window 14.

В этот же момент времени к чередующимся диэлектрическим камерам корпуса с “выступом” и с “впадиной” 23 и 24, и диэлектрическим фланцам корпуса 1, фиг. 1, включением устройства для подвода постоянного электрического тока 4 через электрические провода 17, проходящих в отверстиях 16, которые залиты полимерным компаундом 15 и соединенных с дренажными сетками 13 и 29, к аппарату подводится внешнее постоянное электрическое поле с заданной плотностью тока.At the same time, to the alternating dielectric chambers of the body with a “protrusion” and a “cavity” 23 and 24, and to the dielectric flanges of the body 1, Fig. 1, by turning on the device for supplying direct electric current 4 through electric wires 17 passing in holes 16, which are filled with polymer compound 15 and connected to drainage grids 13 and 29, an external constant electric field with a given current density is supplied to the device.

Раствор, двигаясь, перемешивается при помощи сетки-турбулизатора 43 и поступает к прикатодной и прианодной мембранам 38 и 39 соответственно, фиг. 1, 6, в зависимости от схемы подключения “минус” или “плюс”.The solution, moving, is mixed with the help of a mesh-turbulator 43 and enters the cathode and anode membranes 38 and 39, respectively, Fig. 1, 6, depending on the connection scheme “minus” or “plus”.

Из образовавшейся между прикатодными, прианодными мембранами 38, 39, расположенными на диэлектрическом фланце корпуса 1 и диэлектрической камере корпуса с “впадиной” 24 и прокладкой 3 камеры разделения, фиг. 1, катионы и анионы, проникающие через прикатодную и прианодную мембраны 38 и 39, пористые прикатодные и прианодные подложки из ватмана 34 и 36, монополярно-пористые пластины электрод-катод и электрод-анод 30 и 32, фланцевые и дренажные сетки 13 и 29, уложенные последовательно друг на друге, проходят в пространстве между диэлектрическим фланцем корпуса 1 и монополярно-пористой пластиной электрод-катод 30 и в пространстве дренажной сетки 29 и по каналам для отвода прикатодного и прианодного пермеата 18 и 19 отводятся через штуцеры для отвода прикатодного и прианодного пермеата 5 и 6 в виде оснований, кислот и газа в зависимости от схемы подключения “минус” или “плюс”.From the membranes 38, 39 formed between the near-cathode, near-anode membranes located on the dielectric flange of the housing 1 and the dielectric chamber of the housing with a “cavity” 24 and a gasket 3 of the separation chamber, Fig. 1, cations and anions penetrating through the near-cathode and near-anode membranes 38 and 39, porous near-cathode and near-anode paper substrates 34 and 36, monopolar-porous electrode-cathode and electrode-anode plates 30 and 32, flange and drainage grids 13 and 29, stacked in series on each other, pass in the space between the dielectric flange of the housing 1 and the monopolar-porous electrode-cathode plate 30 and in the space of the drainage grid 29 and are discharged through the channels for the removal of the near-cathode and near-anode permeate 18 and 19 through fittings for the removal of near-cathode and near-anode permeate 5 and 6 in the form of bases, acids and gas, depending on the “minus” or “plus” connection scheme.

Оставшиеся в камере разделения анионы и катионы, движущиеся в ядре потока сетки-турбулизатора 43, фиг. 1, 6 переходят через прямоугольное переточное окно 14, фиг. 1, межмембранного канала увеличенной площади в диэлектрической камере корпуса с “впадиной” 24, в следующую (вторую) камеру разделения, образованную соединенными между собой диэлектрическими камерами корпуса с “выступом” и с “впадиной” 23 и 23, фиг. 1, и прикатодными и прианодными мембранами 38 и 39 соответственно в виде кислот, оснований и газа в зависимости от схемы подключения “минус” или “плюс”, при этом в пространстве прямоугольного переточного окна 14 чередующихся диэлектрических камер корпуса с “выступом” и с “впадиной” 23 и 24 образован межмембранный канал, который на всю ширину и высоту под прокладкой 3 и от прокладки 3 до прокладки 3 с одной стороны чередующихся диэлектрических камер корпуса с “выступом” и с “впадиной” 23 и 24 по другую залит полимерной заливкой 48.The anions and cations remaining in the separation chamber, moving in the core of the flow of the mesh-turbulator 43, Fig. 1, 6 pass through a rectangular overflow window 14, FIG. 1, an intermembrane channel of increased area in the dielectric chamber of the housing with a “cavity” 24, into the next (second) separation chamber formed by interconnected dielectric chambers of the housing with a “protrusion” and a “cavity” 23 and 23, FIG. 1, and near-cathode and near-anode membranes 38 and 39, respectively, in the form of acids, bases and gas, depending on the “minus” or “plus” connection scheme, while in the space of a rectangular overflow window there are 14 alternating dielectric chambers of the body with a “protrusion” and with “ hollow" 23 and 24 formed an intermembrane channel, which, for the entire width and height under the gasket 3 and from the gasket 3 to the gasket 3 on one side of the alternating dielectric chambers of the body with a "protrusion" and with a "cavity" 23 and 24 on the other side, is filled with polymer fill 48 .

Раствор переходит из первой камеры разделения во вторую камеру разделения и далее по всем камерам разделения через прямоугольные переточные окна 14 чередующихся диэлектрических камер корпуса с “выступом” и с “впадиной” 23 и 24 всего аппарата фиг. 1, где происходит аналогичное разделение, катионы и анионы отводятся с пермеатом через прикатодные и прианодные мембраны 38 и 39 и по каналам для отвода прикатодного и прианодного пермеата 18 и 19 отводятся через штуцеры для отвода прикатодного и прианодного пермеата 5 и 6 в виде оснований и кислот в зависимости от схемы подключения “минус” или “плюс”, а ретентат выводится минуя полимерную композицию 20, по каналу вывода разделяемого раствора 22, фиг. 1.The solution passes from the first separation chamber to the second separation chamber and further through all separation chambers through rectangular overflow windows 14 of alternating dielectric chambers of the housing with a “protrusion” and a “cavity” 23 and 24 of the entire apparatus of Fig. 1, where a similar separation occurs, cations and anions are removed with permeate through the cathode and anode permeate membranes 38 and 39 and through the channels for the removal of the cathode and anode permeate 18 and 19 are removed through the fittings for the removal of the cathode and anode permeate 5 and 6 in the form of bases and acids depending on the connection scheme “minus” or “plus”, and the retentate is removed bypassing the polymer composition 20, through the output channel of the separated solution 22, Fig. 1.

Одновременно с подачей исходного раствора под давлением, превышающем осмотическое давление растворенных в нем веществ, через штуцер ввода разделяемого раствора 10, расположенного на диэлектрическом фланце корпуса 1, фиг. 1, 2, 3, также подается исходный раствор под давлением, превышающем осмотическое давление растворенных в нем веществ через камерные штуцеры ввода исходного раствора 40, фиг. 2, 3, 4, 5, установленные на передней стенке диэлектрических камер корпуса с “выступом” и с “впадиной” 23 и 24 независимо для каждой диэлектрической камеры корпуса с “выступом” и с “впадиной” 23 и 24 и поступает в малые камеры разделения 25, где перемешивается за счет установленного по центру каждой малой камеры разделения 25 радиатора охлаждения 44, фиг. 1, 4, 5 представляющего собой изогнутую трубку в четырех местах на угол сто восемьдесят градусов и в местах соединения с камерными штуцерами ввода и вывода охлаждающей жидкости 45 и 46 на угол девяносто градусов, расположенных в одной плоскости, фиг. 4, 5, при этом катионы проникают через малые прикатодные мембраны 26, малые пористые прикатодные подложки из ватмана 35, малые монополярно-пористые пластины электрод-катод 31, а анионы проникают через малые прианодные мембраны 27, малые пористые прианодные подложки из ватмана 37, малые монополярно-пористые пластины электрод-анод 33 соответственно в пространстве дренажной сетки 29 и отводятся самотеком в виде оснований, кислот и газа по каналам для отвода прикатодного и прианодного пермеата 18, 19 соответственно предварительно объединяясь с потоками оснований, кислот и газа образованных при разделении в основных камерах разделения в зависимости от схемы подключения “минус” или “плюс”. Отработанные растворы из малых камер разделения 25 каждой диэлектрической камеры корпуса с “выступом” и с “впадиной” 23 и 24 в виде прианодного и прикатодного ретентата выводятся через установленные на задней стенке камерные штуцеры вывода прианодного и прикатодного ретентата 41, 42 соответственно, фиг. 2, 3, 4, 5.Simultaneously with the supply of the initial solution at a pressure exceeding the osmotic pressure of the substances dissolved in it, through the inlet fitting of the solution to be separated 10, located on the dielectric flange of the housing 1, Fig. 1, 2, 3, the initial solution is also supplied at a pressure exceeding the osmotic pressure of the substances dissolved in it through the chamber fittings for introducing the initial solution 40, FIG. 2, 3, 4, 5, installed on the front wall of the dielectric chambers of the body with a “protrusion” and a “cavity” 23 and 24 independently for each dielectric chamber of the body with a “protrusion” and a “cavity” 23 and 24 and enters the small chambers separation 25, where it is mixed due to the cooling radiator 44 installed in the center of each small separation chamber 25, FIG. 1, 4, 5, which is a curved tube in four places at an angle of one hundred and eighty degrees and at the points of connection with chamber fittings for inlet and outlet of the coolant 45 and 46 at an angle of ninety degrees, located in the same plane, Fig. 4, 5, while cations penetrate through small near-cathode membranes 26, small porous near-cathode substrates from whatman paper 35, small monopolar-porous electrode-cathode plates 31, and anions penetrate through small near-anode membranes 27, small porous near-anode substrates from whatman paper 37, small monopolar-porous electrode-anode plates 33, respectively, in the space of the drainage grid 29 and are discharged by gravity in the form of bases, acids and gas through channels for the removal of cathode and anode permeate 18, 19, respectively, pre-combining with the flows of bases, acids and gas formed during separation in the main separation chambers, depending on the “minus” or “plus” connection scheme. Spent solutions from small separation chambers 25 of each dielectric chamber of the housing with a “protrusion” and a “cavity” 23 and 24 in the form of near-anode and near-cathode retentate are removed through the chamber fittings for the output of near-anode and near-cathode retentate 41, 42, respectively, installed on the rear wall, Fig. 2, 3, 4, 5.

Исходный раствор, протекая по всем камерам разделения последовательно через весь межмембранный канал от одного диэлектрического фланца корпуса 1 до второго диэлектрического фланца корпуса 1, фиг. 1, очищается от катионов и анионов в зависимости от схемы подключения “минус” или “плюс”, причем в прикатодном и прианодном пермеате содержатся различные растворенные газы, выделившиеся на монополярно-пористых пластинах электроде-катоде и электроде-аноде 30 и 32 соответственно в результате электрохимических реакций.The initial solution, flowing through all separation chambers sequentially through the entire intermembrane channel from one dielectric flange of housing 1 to the second dielectric flange of housing 1, Fig. 1 is purified from cations and anions, depending on the “minus” or “plus” connection scheme, and the near-cathode and near-anode permeates contain various dissolved gases released on the monopolar-porous plates of the electrode-cathode and electrode-anode 30 and 32, respectively, as a result of electrochemical reactions.

Одновременно с подачей разделяемого раствора через камерные штуцеры ввода охлаждающей жидкости 45 подается охлаждающий агент (например, водопроводная вода), заполняя радиаторы охлаждения 44 во всех малых камерах разделения 25, фиг. 1, отводя избыток тепла от разделяемого раствора, снижая при этом температурную нагрузку на малые прианодные и прикатодные мембраны 27, 26, и выводится через камерные штуцеры вывода охлаждающей жидкости 46, фиг. 4, 5.Simultaneously with the supply of the solution to be separated, a cooling agent (for example, tap water) is supplied through the chamber fittings of the coolant inlet 45, filling the cooling radiators 44 in all small separation chambers 25, Fig. 1, removing excess heat from the solution being separated, while reducing the temperature load on the small anode and cathode membranes 27, 26, and is removed through the coolant outlet chamber fittings 46, FIG. 4, 5.

Повышение производительности и качества разделения растворов, турбулизация, охлаждение разделяемого (исходного) раствора и снижение эффекта концентрационной поляризации в малых камерах разделения, фиг. 1, 4, 5, достигается за счет того, что по центру каждой малой камеры разделения установлен радиатор охлаждения, представляющий собой изогнутую трубку в четырех местах на угол сто восемьдесят градусов и в местах соединения с камерными штуцерами ввода и вывода охлаждающей жидкости на угол девяносто градусов, расположенных в одной плоскости.Increasing the productivity and quality of separation of solutions, turbulence, cooling of the separated (initial) solution and reducing the effect of concentration polarization in small separation chambers, fig. 1, 4, 5 is achieved due to the fact that in the center of each small separation chamber there is a cooling radiator, which is a curved tube in four places at an angle of one hundred and eighty degrees and at the points of connection with chamber fittings for inlet and outlet of the coolant at an angle of ninety degrees located in the same plane.

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

Claims

Electrobaromembrane apparatus of a flat-chamber type, consisting of dielectric flanges of the body, metal plates, gaskets, negative and positive terminals of the device for supplying direct electric current, fittings for draining cathode and anode permeate, bolts, washers and nuts, fittings for inlet and outlet of the separated solution, dielectric grid , flanged drainage mesh, overflow window, polymer compound, double-sided openings for supplying electrical wires, channels for draining near-cathode and near-anode permeate, polymer composition, channels for input and output of the separated solution, alternating dielectric chambers of the body with a “ledge” and a “trough”, made with a cavity in the form of a small separation chamber in the form of a rectangular parallelepiped, the thickness of which is equal to the thickness of the dielectric chamber of the housing with a “protrusion” and a “cavity” from one side with a tongue-and-groove sealing surface to the other, with a height three times greater than its thickness, a width, r equal width of the small cathode and anode membranes, respectively, under the small cathode and anode membranes on the sealing surface of the dielectric chambers of the housing with a “ledge” and a “cavity” there is a recess of 1 mm, for installing a small rectangular gasket sealing the perimeter of the small cathode and anode membranes accordingly, at the place of installation of the drainage grid from its two opposite ends along a flat surface, monopolar-porous plates are installed in series - an electrode-cathode and a small electrode-cathode, monopolar-porous plates - an electrode-anode and a small electrode-anode, respectively, a porous near-cathode substrate paper and small porous near-cathode substrate from whatman, porous near-anode substrate from whatman and small porous near-anode substrate from whatman, respectively, cathode membrane and small near-cathode membrane, near-anode membrane and small near-anode membrane, respectively, on the dielectric chambers of the body with a “protrusion” and with “ V depression” there are chamber fittings installed on the front and rear wall for input of the initial solution and output of the near-anode and near-cathode retentate, respectively, which are located at a distance of 30 mm and 70 mm and 50 mm and 90 mm, respectively, from the base of the apparatus along the central vertical axis of the housing chambers with a ” and with a “trough”, respectively, the turbulator mesh is a set of cuts of cation-exchange and anion-exchange membranes intertwined at an angle of ninety degrees in one plane, all adjacent internodes of which have rectangular notches 2 mm wide, the edges of which are beveled at an angle of forty-five degrees, the depth of the notches is half the thickness of the cuts of the cation-exchange and anion-exchange membranes, and the notches themselves face the near-anode and near-cathode membranes, respectively, rectangular plates of inserts, polymer filling, characterized in that a cooling radiator is installed in the center of each small separation chamber, which is a curved tube in four in places at an angle of one hundred and eighty degrees and at the points of connection with the chamber fittings of the inlet and outlet of the coolant at an angle of ninety degrees, located in the same plane.