RU2812596C1 - Электробаромембранный аппарат трубчатого типа - Google Patents
Электробаромембранный аппарат трубчатого типа Download PDFInfo
- Publication number
- RU2812596C1 RU2812596C1 RU2023117622A RU2023117622A RU2812596C1 RU 2812596 C1 RU2812596 C1 RU 2812596C1 RU 2023117622 A RU2023117622 A RU 2023117622A RU 2023117622 A RU2023117622 A RU 2023117622A RU 2812596 C1 RU2812596 C1 RU 2812596C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- anode
- cathode
- separation
- shape
- semicircle
- Prior art date
Links
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 37
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000012466 permeate Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000000047 product Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 11
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 7
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 230000010287 polarization Effects 0.000 abstract description 4
- 239000012465 retentate Substances 0.000 abstract description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 abstract description 2
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 3
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 238000001728 nano-filtration Methods 0.000 description 2
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001471 micro-filtration Methods 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 230000003204 osmotic effect Effects 0.000 description 1
- -1 respectively Substances 0.000 description 1
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 1
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 1
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 1
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к разделению, концентрированию и очистке растворов и может быть использовано в химической, машиностроительной, пищевой промышленности, аграрном секторе. Отличительной особенностью электробаромембранного аппарата трубчатого типа является то, что на внутренних поверхностях корпуса и концентричных фильтрующих элементов выполнены пазы в форме полуокружности с уложенными по всей поверхности прианодной, прикатодной дренажной сеткой, соединенной с продольными каналами в решетке, микропористой подложкой, служащей электродом-анодом, электродом-катодом, прианодной, прикатодной мембраной соответственно. Переточные отверстия выполнены в форме гиперболоида для циркуляции разделяемого раствора. В нижней части торцевых крышек расположены штуцеры для кислого и щелочного пермеата. Патрубок, служащий для вывода продуктов разделения, герметично установлен во внутренней поверхности центральной трубы и выполнен с раструбом. Техническим результатом является увеличение площади разделения раствора на единицу объема аппарата, повышение производительности и качества разделения растворов, улучшение турбулизации и охлаждения разделяемого раствора, снижение эффекта концентрационной поляризации на пути вывода ретентата и прикатодного, прианодного пермеата. 3 ил., 1 табл.
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.
Аналогом данной конструкции является мембранный аппарат, приведенный в авторском свидетельстве СССР № SU 799779, кл. B01D 63/06, 1979. Он состоит из цилиндрического корпуса и выполненных на его внутренней поверхности продольных каналов, микропористой подложки, мембраны, торцевых решеток, центральной трубы с отверстием и герметично установленным во внутренней поверхности патрубком, служащим для вывода продуктов разделения, торцевых крышек. Недостатком данного аппарата является низкая производительность и качество разделения растворов, отсутствие турбулизации и охлаждения разделяемого (исходного) раствора, а также газоотведения в пространствах прикатодного и прианодного пермеата. Этот недостаток частично устранен в прототипе.
Прототипом данной конструкции является электробаромембранный аппарат трубчатого типа, конструкция которого приведена в патенте RU 2798919 C1, 28.06.2023. Бюл. № 19. Прототип состоит из цилиндрического корпуса с пазами в форме полуокружности, выполненного из диэлектрического материала, с расположенным на его внешней поверхности патрубком для ввода разделяемой жидкости, устройства для подвода электрического напряжения, микропористой подложки, служащей одновременно электродом-анодом, прианодной мембраны, решеток, концентричных фильтрующих элементов различной длины, повернутых друг относительно друга на 180°, с пазами в форме полуокружности, последовательно соединенных камер разделения, образованных концентрическими фильтрующими элементами различной длины с расположенной охлаждающей трубкой-турбулизатором по всей длине от штуцера ввода охлаждающей жидкости до штуцера вывода охлаждающей жидкости шириной, равной ширине цилиндрического корпуса от одной прижимной решетки до другой для фиксации охлаждающей трубки-турбулизатора по центру камеры разделения и высотой, равной 1/3 высоты камеры разделения, с переточными отверстиями для циркуляции разделяемого раствора и расположенными на равном расстоянии по всей ее ширине и в местах пазов в форме полуокружности по всей длине, центральной трубы, выполненной из диэлектрического материала с отверстием и герметично установленным во внутренней поверхности патрубком, служащим для вывода продуктов разделения, внешней поверхности микропористой подложки, служащей электродом-катодом, прикатодной мембраны, торцевых крышек, в верхней части которых установлены газоотводчики для удаления образующихся в прикатодном и прианодном пространствах газов - кислорода и водорода, и имеющих штуцеры для кислого и щелочного пермеата.
Недостатками прототипа являются: малая площадь разделения раствора на единицу объема аппарата, низкая производительность и качество разделения растворов, сложность изготовления элементов аппарата, малоэффективная турбулизация и охлаждение разделяемого (исходного) раствора, повышенная способность образования застойных зон и высокая концентрационная поляризация.
Технический результат выражается увеличением площади разделения раствора на единицу объема аппарата, повышением производительности и качества разделения растворов, упрощением изготовления элементов аппарата, улучшением турбулизации и охлаждения разделяемого (исходного) раствора, уменьшением застойных явлений и снижением эффекта концентрационной поляризации на пути вывода ретентата и прикатодного, прианодного пермеата за счет того, что аппарат состоит из цилиндрического корпуса с пазами в форме полуокружности, выполненного из диэлектрического материала, с расположенным на его внешней поверхности патрубком для ввода разделяемой жидкости, устройства для подвода электрического напряжения, микропористой подложки, служащей одновременно электродом-анодом, прианодной мембраны, решеток, концентричных фильтрующих элементов различной длины, повернутых друг относительно друга на 180°, с пазами в форме полуокружности, последовательно соединенных камер разделения, образованных концентрическими фильтрующими элементами различной длины с расположенной охлаждающей трубкой-турбулизатором по всей длине от штуцера ввода охлаждающей жидкости до штуцера вывода охлаждающей жидкости шириной, равной ширине цилиндрического корпуса от одной прижимной решетки до другой для фиксации охлаждающей трубки-турбулизатора по центру камеры разделения и высотой, равной 1/3 высоты камеры разделения, с переточными отверстиями для циркуляции разделяемого раствора и расположенными на равном расстоянии по всей ее ширине и в местах пазов в форме полуокружности по всей длине, центральной трубы, выполненной из диэлектрического материала с отверстием и герметично установленным во внутренней поверхности патрубком, служащим для вывода продуктов разделения, внешней поверхности микропористой подложки, служащей электродом-катодом, прикатодной мембраны, торцевых крышек, в верхней части которых установлены газоотводчики для удаления образующихся в прикатодном и прианодном пространствах газов - кислорода и водорода и имеющих штуцеры для кислого и щелочного пермеата, отличающийся тем, что на внутренних поверхностях корпуса и концентричных фильтрующих элементов различной длины на одинаковом расстоянии друг от друга выполнены пазы в форме полуокружности с уложенными по всей поверхности прианодной, прикатодной дренажной сеткой, соединенной с продольными каналами в решетке, микропористой подложкой, служащей электродом-анодом, электродом-катодом, прианодной, прикатодной мембраной соответственно, в охлаждающей трубке-турбулизаторе имеются переточные отверстия в форме гиперболоида для циркуляции разделяемого раствора и расположенные на равном расстоянии по всей ее ширине и в местах пазов в форме полуокружности по всей длине, штуцеры для кислого и щелочного пермеата расположены в нижней части торцевых крышек, герметично установленный во внутренней поверхности центральной трубы патрубок, служащий для вывода продуктов разделения, выполнен с раструбом.
На фиг. 1 изображен электробаромембранный аппарат трубчатого типа, продольный разрез, фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1., фиг. 3 - выносной элемент Б на фиг. 2, схема миграции анионов и катионов в камере разделения.
Электробаромембранный аппарат трубчатого типа состоит из цилиндрического корпуса 1 с пазами в форме полуокружности, патрубка 2 для ввода разделяемой жидкости, устройства 3 для подвода электрического напряжения, продольных каналов 4, прианодной дренажной сетки 5, микропористой подложки 6, служащей одновременно электродом-анодом, прианодной мембраны 7, решеток 8, концентричных фильтрующих элементов 9 различной длины с пазами в форме полуокружности и переточными каналами 10, последовательно соединенных камер разделения 11, центральной трубы 12 с отверстием 13, патрубка 14 с раструбом, прикатодной дренажной сетки 15, внешней поверхности микропористой подложки 16, служащей электродом-катодом, прикатодной мембраны 17, торцевых крышек 18, имеющих штуцеры 19 и 20 для кислого и щелочного пермеата соответственно, газоотводчиков 21, охлаждающей трубки-турбулизатора 22 с переточными отверстиями 23 в форме гиперболоида для циркуляции разделяемого раствора, штуцеров 24 и 25 для ввода и вывода охлаждающей жидкости соответственно, прижимных решеток 26.
Электробаромембранный аппарат работает следующим образом. Разделяемый раствор под давлением, превышающем осмотическое давление растворенных в нем веществ, через патрубок 2 поступает в ближайшую к корпусу 1 камеру разделения 11, фиг. 1, 2, 3. Двигаясь по всем камерам разделения 11, фиг. 2, 3, раствор перемешивается, циркулируя по переточным отверстиям 23 в форме гиперболоида, фиг. 3, охлаждающей трубки-турбулизатора 22, расположенной внутри камеры разделения 11. После заполнения аппарата жидкостью на клеммы 3 подается постоянное электрическое напряжение, фиг. 1, 2, вызывающее определенную плотность тока в растворе. Под действием электрического поля анионы транспортируются через прианодную мембрану 7 к микропористой подложке 6, служащей одновременно электродом-анодом, расположенным на корпусе 1, фиг. 2, 3. Катионы транспортируются через прикатодную мембрану 17 к поверхности ближайшей микропористой подложки 16, служащей электродом-катодом. В результате электрохимических реакций в прикатодном и прианодном пространствах образуются, соответственно, щелочь и кислота, а также выделяются различные газы. Щелочь и кислота вымываются пермеатом, продавливаемым под действием перепада давления через мембраны, а выделившиеся газы - кислород и водород, через газототводчики 21, фиг. 1, удаляются в специальные емкости. Далее пермеат перемещается по прианодной и прикатодной дренажным сеткам 5 и 15, соответствующим продольным каналам 4 и выводится из аппарата через штуцеры 19 и 20 для кислого и щелочного пермеата, расположенные в нижней части торцевых крышек, фиг. 1. Разделяемая жидкость через переточный канал 10 в концентричном фильтрующем элементе 9 различной длины поступает в следующую камеру разделения 11, расположенную ближе к центру аппарата, где происходят аналогичные описанным выше процессы, фиг. 1, 2.
Таким образом, из раствора, последовательно протекающего по всем камерам аппарата в форме анионов и катионов, удаляются растворенные вещества. Обедненный раствор отводится через отверстие 13 в центральную трубу 12, а далее через патрубок 14 с раструбом, выводится из аппарата, фиг. 1.
Одновременно с подачей разделяемого раствора через штуцер ввода охлаждающей жидкости 24 подается охлаждающий агент (например, водопроводная вода), заполняя всю охлаждающую трубку-турбулизатор 22 с переточными отверстиями 23 в форме гиперболоида, фиг. 3, во всех камерах разделения 11 шириной от одной прижимной решетки 26 до другой, фиг. 1, отводя избыток тепла от разделяемого раствора, и выводится через штуцер вывода охлаждающей жидкости 25, фиг. 2.
Увеличение площади разделения раствора на единицу объема аппарата, повышение производительности и качества разделения растворов, упрощение изготовления элементов аппарата, фиг. 1, 2, достигается за счет того, что на внутренних поверхностях корпуса и концентричных фильтрующих элементов различной длины на одинаковом расстоянии друг от друга выполнены пазы в форме полуокружности с уложенными по всей поверхности прианодной, прикатодной дренажной сеткой, соединенной с продольными каналами в решетке, микропористой подложкой, служащей электродом-анодом, электродом-катодом, прианодной, прикатодной мембраной соответственно.
Результаты расчета общей площади разделения растворов в электробаромембранных аппаратах (представленный в данной работе и прототипа) представлены в таблице.
Параметры | a, м | d, м | F к, м2 |
F кфэ, м2 |
F цт, м2 |
F об, м2 |
Аппарат трубчатого типа (прототип): | 1,0 | 0,4 | 0,4699 | 2,8777 | 0,2278 | 3,5754 |
Аппарат трубчатого типа (представленный в данной работе): | 1,0 | 0,4 | 0,5310 | 2,8918 | 0,1904 | 3,6130 |
где a и d - длина и диаметр корпуса аппарата, м;
- площадь мембраны корпуса, м2;
- общая площадь мембран концентричных фильтрующих элементов, м2;
- площадь мембраны центральной трубы, м2;
- общая площадь разделения растворов аппарата, м2.
Улучшение турбулизации и охлаждения разделяемого (исходного) раствора, фиг. 1, 2, 3, достигается за счет того, что в охлаждающей трубке-турбулизаторе имеются переточные отверстия в форме гиперболоида для циркуляции разделяемого раствора и расположенные на равном расстоянии по всей ее ширине и в местах пазов в форме полуокружности по всей длине.
Уменьшение застойных явлений и снижение эффекта концентрационной поляризации на пути вывода ретентата и прикатодного, прианодного пермеата, фиг. 1, достигается за счет того, что штуцеры для кислого и щелочного пермеата расположены в нижней части торцевых крышек, герметично установленный во внутренней поверхности центральной трубы патрубок, служащий для вывода продуктов разделения, выполнен с раструбом.
На разработанной конструкции электробаромембранного аппарата трубчатого типа без наложения электрического поля можно проводить баромембранные процессы, например обратный осмос, нанофильтрацию, ультрафильтрацию и микрофильтрацию.
Claims (1)
- Электробаромембранный аппарат трубчатого типа, состоящий из цилиндрического корпуса с пазами в форме полуокружности, выполненного из диэлектрического материала, с расположенным на его внешней поверхности патрубком для ввода разделяемой жидкости, устройства для подвода электрического напряжения, микропористой подложки, служащей одновременно электродом-анодом, прианодной мембраны, решеток, концентричных фильтрующих элементов различной длины, повернутых друг относительно друга на 180°, с пазами в форме полуокружности, последовательно соединенных камер разделения, образованных концентрическими фильтрующими элементами различной длины с расположенной охлаждающей трубкой-турбулизатором по всей длине от штуцера ввода охлаждающей жидкости до штуцера вывода охлаждающей жидкости шириной, равной ширине цилиндрического корпуса от одной прижимной решетки до другой для фиксации охлаждающей трубки-турбулизатора по центру камеры разделения и высотой, равной 1/3 высоты камеры разделения, с переточными отверстиями для циркуляции разделяемого раствора и расположенными на равном расстоянии по всей ее ширине и в местах пазов в форме полуокружности по всей длине, центральной трубы, выполненной из диэлектрического материала с отверстием и герметично установленным во внутренней поверхности патрубком, служащим для вывода продуктов разделения, внешней поверхности микропористой подложки, служащей электродом-катодом, прикатодной мембраны, торцевых крышек, в верхней части которых установлены газоотводчики для удаления образующихся в прикатодном и прианодном пространствах газов - кислорода и водорода и имеющих штуцеры для кислого и щелочного пермеата, отличающийся тем, что на внутренних поверхностях корпуса и концентричных фильтрующих элементов различной длины на одинаковом расстоянии друг от друга выполнены пазы в форме полуокружности с уложенными по всей поверхности прианодной, прикатодной дренажной сеткой, соединенной с продольными каналами в решетке, микропористой подложкой, служащей электродом-анодом, электродом-катодом, прианодной, прикатодной мембраной соответственно, в охлаждающей трубке-турбулизаторе имеются переточные отверстия в форме гиперболоида для циркуляции разделяемого раствора и расположенные на равном расстоянии по всей ее ширине и в местах пазов в форме полуокружности по всей длине, штуцеры для кислого и щелочного пермеата расположены в нижней части торцевых крышек, герметично установленный во внутренней поверхности центральной трубы патрубок, служащий для вывода продуктов разделения, выполнен с раструбом.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2812596C1 true RU2812596C1 (ru) | 2024-01-30 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2273512C2 (ru) * | 2004-06-07 | 2006-04-10 | Тамбовский государственный технический университет (ТГТУ) | Электробаромембранный аппарат трубчатого типа |
WO2011157835A1 (fr) * | 2010-06-18 | 2011-12-22 | Polymem | Module de filtration d'eau et procede de fabrication et d'utilisation |
RU2671723C1 (ru) * | 2017-12-13 | 2018-11-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Электробаромембранный аппарат рулонного типа с низким гидравлическим сопротивлением |
JP6806680B2 (ja) * | 2014-12-08 | 2021-01-06 | テヒーニィシエ ウニヴェルジテート ベルリン | 気液接触装置のための流体分配装置、気液接触装置、およびガスを液体に添加する方法 |
RU2780028C1 (ru) * | 2022-03-05 | 2022-09-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Электробаромембранный аппарат трубчатого типа |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2273512C2 (ru) * | 2004-06-07 | 2006-04-10 | Тамбовский государственный технический университет (ТГТУ) | Электробаромембранный аппарат трубчатого типа |
WO2011157835A1 (fr) * | 2010-06-18 | 2011-12-22 | Polymem | Module de filtration d'eau et procede de fabrication et d'utilisation |
JP6806680B2 (ja) * | 2014-12-08 | 2021-01-06 | テヒーニィシエ ウニヴェルジテート ベルリン | 気液接触装置のための流体分配装置、気液接触装置、およびガスを液体に添加する方法 |
RU2671723C1 (ru) * | 2017-12-13 | 2018-11-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Электробаромембранный аппарат рулонного типа с низким гидравлическим сопротивлением |
RU2780028C1 (ru) * | 2022-03-05 | 2022-09-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Электробаромембранный аппарат трубчатого типа |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20080078672A1 (en) | Hybrid Capacitive Deionization and Electro-Deionization (CDI-EDI) Electrochemical Cell for Fluid Purification | |
EP1341596B1 (en) | Multi-port electrophoresis separation apparatus and corresponding method | |
KR102495991B1 (ko) | 염도차 발전장치 | |
RU2812596C1 (ru) | Электробаромембранный аппарат трубчатого типа | |
RU2540363C1 (ru) | Электробаромембранный аппарат трубчатого типа | |
JP3951642B2 (ja) | 電気脱イオン装置の運転方法、電気脱イオン装置及び電気脱イオンシステム | |
RU2798919C1 (ru) | Электробаромембранный аппарат трубчатого типа | |
RU2780028C1 (ru) | Электробаромембранный аппарат трубчатого типа | |
RU2622659C1 (ru) | Электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа | |
KR20200020889A (ko) | 소형 고처리량 수처리 장치 | |
KR20170034953A (ko) | 직렬형 축전식 탈염장치 및 그 제조방법 | |
RU2624695C1 (ru) | Электробаромембранный аппарат с плоскими охлаждающими камерами | |
RU2788625C1 (ru) | Электробаромембранный аппарат комбинированного типа | |
JP2003181248A (ja) | 分離膜モジュール及びモジュールアセンブリ | |
JPH081165A (ja) | 電解槽 | |
US20050242030A1 (en) | Device and process for membrane electrophoresis and electrofiltration | |
RU2326721C2 (ru) | Электробаромембранный аппарат рулонного типа | |
SU1681926A1 (ru) | Мембранный аппарат | |
RU2522882C1 (ru) | Электробаромембранный аппарат рулонного типа | |
JP2004524140A5 (ru) | ||
RU2658410C1 (ru) | Электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа | |
RU2689615C1 (ru) | Электробаромембранный аппарат трубчатого типа | |
RU2718402C1 (ru) | Электробаромембранный аппарат плоскокамерного типа | |
RU2776315C1 (ru) | Электробаромембранный аппарат комбинированного типа | |
RU2712599C1 (ru) | Электробаромембранный аппарат комбинированного типа |