SK278459B6

SK278459B6 - Device for electromigratory separation of substances from solution

Info

Publication number: SK278459B6
Application number: SK101292A
Authority: SK
Inventors: Pavel Stepan; Oto Sova
Original assignee: Pavel Stepan; Oto Sova
Priority date: 1992-04-03
Filing date: 1992-04-03
Publication date: 1997-06-04
Also published as: SK101292A3; CZ278843B6; CZ101292A3

Abstract

This device is created based on the vessel (1), in the internal space of which are minimum two electrodes (2) located, and between them, there are built ionic selective and waterproof membranes (3). In the vessel, there are located two couples of membranes (3) at least, with an opposite ionic affinity and each of them is creating one work unit (4) which consists of the middle separating space (41) and the marginal scavenging spaces (42), where the separating spaces (41) closed to the separation units (4) are connected with the connecting channels (5) in series. In the scavenging spaces (42) closed to one work unit (4), at least, there are located the sets related to the porous transversals (6)

Description

Oblasť technikyTechnical field

Vynález sa týka zariadenia na elektromigračnú separáciu látok z roztoku a to iónovo disociovateľných organických i anorganických látok, napríklad na odsoľovanie morskej vody.The invention relates to an apparatus for the electromigration separation of substances from solution, namely ionically dissociable organic and inorganic substances, for example for the desalination of sea water.

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Na separáciu iónovo disociovateľných látok z roztoku sa používajú membránové clektrodialyzéry rôznych konštrukčných vyhotovení, ktorých účinnosť je závislá od kvality a presnosti výroby veľmi tenkých membrán, zaručujúcich im veľmi nízky ohmický odpor. Nevýhodou týchto zariadení je, že veľmi úzky priestor medzi membránami sťažuje distribúciu pracovného roztoku po ich celej ploche, čím sa znižuje účinnosť disociačného procesu a zvyšujú sa straty vnútorným ohrevom. Ďalšou nevýhodou je možnosť sledovania stupňa separácie látok len mimo zariadenia. Pracovná oblasť efektívneho využívania elektrodialyzérov je pri vyšších koncentráciách látok v roztoku, lebo pri koncentráciách nižších ako 5 g/liter sa používajú vzhľadom na malú účinnosť iba výnimočne.For separating the ion-dissociable substances from the solution, membrane electrodialysers of various designs are used, the efficiency of which depends on the quality and precision of the production of very thin membranes, guaranteeing them a very low ohmic resistance. A disadvantage of these devices is that the very narrow space between the membranes makes it difficult to distribute the working solution over their entire surface, thereby reducing the efficiency of the dissociation process and increasing losses by internal heating. Another disadvantage is the possibility of monitoring the degree of separation of substances only outside the plant. The working field of efficient use of electrodialysers is at higher concentrations of substances in solution, because at concentrations lower than 5 g / liter they are used only exceptionally due to their low efficiency.

Na roztoky s nízkou koncentráciou disociovateľných látok nepresahujúcou hodnotu 0,5 g/liter sa používajú zariadenia pracujúce na princípe rezervnej osmózy. Nevýhodou týchto zariadení je potreba prídavného zariadenia na vytváranie tlaku v pracovnom roztoku, potrebného na chod rezervného procesu a vznik veľkého množstva odpadovej vody na jednotku upraveného roztoku, napríklad odsolenej vody.For solutions with a low concentration of dissociable substances not exceeding 0,5 g / liter, devices operating on the principle of reserve osmosis are used. A disadvantage of these devices is the need for an additional device to generate pressure in the working solution needed to run the reserve process and generate large amounts of waste water per unit of treated solution, such as desalinated water.

Taktiež je známe zariadenie na voľnú elektromigračnú separáciu látok v roztoku, ktorého základná jednotka je tvorená nádobou vyrobenou z elektricky nevodivého materiálu a vybavenou niekoľkými výpustmi. Pozdĺž protiľahlých stien nádoby sú upevnené dve elektródy, medzi ktorými je umiestnená súprava elektricky nevodivých poréznych priečok, medzi ktorými sú vodotesné a súmerne vzhľadom na elektródy zabudované iónovo selektívne membrány. I keď toto zariadenie pri relatívne malých rozmeroch základnej jednotky dosahuje pri iónovo disociovateľných látkach v oblastiach s obsahom vo vode rozpustných látok menším ako 300 mg/liter vyšší účinok ako membránové elektrodialyzéry, nie je vhodné na použitie pri separácii látok v celom rozsahu koncentrácií. Pri nízkych koncentráciách rozpustných látok je separácia značne zdĺhavá, pretože priečky v strednej časti základnej jednotky jej proces spomalia. Pre vysokú koncentráciu látok potom zariadenie nie je vhodné, pretože priečky vytvárajú odpor pri migrácii iónov, a tým sa značne zvyšuje spotreba elektrického prúdu.Also known is a device for the free electromigration separation of substances in solution, the base unit of which consists of a vessel made of an electrically non-conductive material and equipped with several outlets. Two electrodes are mounted along the opposite walls of the vessel, between which a set of electrically non-conductive porous partitions is placed, between which water-selective and ion-selective membranes are embedded symmetrically with respect to the electrodes. Although this device achieves a higher effect than membrane electrodialysers for ion-dissociable substances in areas with a water-soluble substance content of less than 300 mg / liter at relatively small dimensions, it is not suitable for use in the separation of substances over a range of concentrations. At low solubles concentrations, separation is considerably lengthy, because the partitions in the central part of the base unit slow down its process. Due to the high concentration of substances, the device is not suitable, since the partition walls create resistance to the migration of ions, thus greatly increasing the power consumption.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Uvedené nedostatky do značnej miery odstraňuje vynález, ktorým je zariadenie na elektromigračnú separáciu látok z roztoku, tvorené nádobou, vo vnútri ktorej sú umiestnené minimálne dve elektródy, medzi ktorými sú vodotesné zabudované iónovo selektívne membrány. Podstatou vynálezu je, že v nádobe sú umiestnené najmenej dve dvojice membrán opačnej iónovej afinity, každá tvoriaca pracovnú jednotku, ktorá sa skladá zo stredného separačného priestoru a krajných preplachova cích priestorov, kde separačné priestory jednotlivých pracovných jednotiek sú do série prepojené prepojovacími kanálmi.These drawbacks are largely eliminated by the invention, which is a device for the electromigration separation of substances from a solution, consisting of a vessel inside which at least two electrodes are placed, between which there are watertight embedded ion selective membranes. It is an object of the invention that at least two pairs of membranes of opposite ionic affinity are disposed in the vessel, each forming a working unit consisting of a central separation space and extreme flushing spaces, wherein the separation spaces of the individual working units are connected in series by interconnecting channels.

Je výhodné, ak v preplachovacích priestoroch naj5 menej jednej pracovnej jednotky sú umiestnené súpravy poréznych priečok.Preferably, porous partition sets are located in the flushing spaces of at least one working unit.

Zariadenie podľa vynálezu je možné aplikovať na separáciu rôznych druhov roztokov s nízkou i vysokou koncentráciou disociovateľných iónov, pričom je kon10 štrukčne pomerne jednoduché, nenáročné na obsluhu a je ho možné ľahko doplniť automatikou na sledovanie i reguláciu procesu separácie. Výsledná požadovaná koncentrácia látok je potom dosahovaná nutnosťou recirkulácie pracovného roztoku v zariadení.The device according to the invention can be applied for the separation of various kinds of solutions with low and high concentration of dissociable ions, which is structurally relatively simple, easy to use and can be easily supplemented by automatics to monitor and control the separation process. The resulting desired concentration of substances is then achieved by the need to recirculate the working solution in the apparatus.

Prehľad obrázkov na výkreseOverview of the figures in the drawing

Príklady uskutočnenia zariadenia sú schematicky 20 znázornené na pripojenom výkrese, kde na obr. 1 je zariadenie na separáciu roztoku s vysokou vstupnou koncentráciou látok, ktoré je tvorené dvoma pracovnými jednotkami, na obr. 2 je zariadenie na roztoky s nízkou vstupnou koncentráciou disociovateľných látok, ktoré 25 je tvorené štyrmi pracovnými jednotkami, a na obr. 3 je alternatívne vyhotovenie štvorjednotkového zariadenia na roztoky s vysokou vstupnou koncentráciou disociovateľných látok.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION FIG. 1 is a device for separating a solution with a high initial concentration of substances consisting of two working units, FIG. 2 is a low dissociation inlet solution solution of 25 working units, and FIG. 3 is an alternative embodiment of a four-unit device for solutions with a high inlet concentration of dissociable substances.

Príklady uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Zariadenie podľa obr. 1 je tvorené nádobou 1, výhodne tvaru kvádra, vyrobenej z elektricky nevodivého 35 materiálu, vo vnútri ktorej sú umiestnené tri elektródy 2, pričom hodnoty prúdov a napätí vkladané medzi ne sú rozdielne. Medzi elektródami 2 sú vodotesné zabudované dvojice iónovo selektívnych membrán 3 opačnej iónovej afinity, kde každá dvojica tvorí jednu pra40 covnú jednotku 4 zloženú zo stredného separačného priestoru 41 a krajných preplachovacích priestorov 42. Jednotlivé separačné priestory 41 sú do série prepojené vnútornými prepojovacími kanálmi 5 a preplachovacie priestory 42 môžu byť prepojené neznázomeným ka45 nálovým systémom. Vo výstupnej pracovnej jednotke 4 sú potom v preplachovacích priestoroch 42 s cieľom efektívnej separácie roztoku do veľmi nízkych koncentrácií umiestnené súpravy poréznych priečok 6.The device of FIG. 1 is formed by a container 1, preferably cuboid, made of an electrically non-conductive 35 material within which three electrodes 2 are arranged, the current and voltage values interposed therebetween being different. Between the electrodes 2 there are watertight built-in pairs of ion-selective membranes 3 of opposite ionic affinity, each pair forming a single p40 unit 4 composed of a central separation space 41 and an outer rinsing space 42. The individual separation spaces 41 are connected in series by internal interconnecting channels 5 and spaces 42 may be interconnected by a not illustrated ka45 emergency system. In the outlet working unit 4, sets of porous partitions 6 are then placed in the flushing spaces 42 in order to effectively separate the solution to very low concentrations.

Zariadenie podľa obr. 2 na separáciu roztoku s nízkou vstupnou koncentráciou disociovateľných látok je tvorené štyrmi pracovnými jednotkami 4, ktoré sú do série prepojené prepojovacimi kanálmi 5. V preplachovacích priestoroch 42 všetkých štyroch pracovných jednotiek 4 sú na spomaľovanie procesu umiestnené 55 súpravy poréznych priečok 6, pričom záporná elektróda 2 je umiestnená medzi treťou a štvrtou pracovnou jednotkou 4.The device of FIG. 2 for separating the solution with a low inlet concentration of dissociable substances is formed by four working units 4, which are connected in series by interconnecting channels 5. In the flushing spaces 42 of all four working units 4, 55 sets of porous partitions 6 are placed to slow down the process. it is located between the third and fourth working units 4.

V alternatívnom uskutočnení zariadenia z obr. 2 na separáciu roztokov s vysokou vstupnou koncentráciou disociovateľných látok, ktoré je znázornené na obr. 3, sú priečky 6 umiestnené len v poslednej výstupnej pracovnej jednotke 4.In an alternative embodiment of the device of FIG. 2 for the separation of solutions with a high initial concentration of dissociable substances, as shown in FIG. 3, the partitions 6 are located only in the last output working unit 4.

Pri separácii je do nádoby 1 privádzaný pracovný 65 roztok, z ktorého začnú pôsobením jednosmerného elektrického prúdu putovať jednotlivé ióny naprieč pra2 covnou jednotkou 4 smerom k príslušným elektródam 2, a tým dochádza k ich separácii. Pracovný roztok je vedený prepojovacími kanálmi 5 do ďalších pracovných jednotiek 4, v ktorých sa neznázornenými kontrolnými a regulačnými snímačmi vyhodnocuje stupeň separácie a následne menia podľa potreby nastavené hodnoty prúdu a napätia na elektródach 1. Pritom sa vyčistený roztok pravidelne odoberá na použitie a preplachovacie priestory sa premývajú odpadovou vodou.During separation, a working solution 65 is fed into the vessel 1, from which the individual ions begin to flow through the working unit 4 towards the respective electrodes 2 by the action of a direct electric current, thereby separating them. The working solution is led through interconnecting channels 5 to other working units 4, in which the degree of separation (not shown) is evaluated and subsequently adjusted according to the set current and voltage values on the electrodes 1 as required. The cleaned solution is regularly collected for use. wash with waste water.

Opísané uskutočnenia nie sú jedinými možnými riešeniami podľa vynálezu, lebo počet do série prepojených pracovných jednotiek 4 a počet i umiestnenie poréznych priečok 6 je možné meniť v závislosti od požadovaného objemu separačného procesu, stupňa koncentrácie disociovaných látok v roztoku a požadovanej účinnosti zariadenia.The described embodiments are not the only possible solutions according to the invention, since the number of series-connected working units 4 and the number and location of the porous partitions 6 can be varied depending on the desired volume of the separation process, the degree of concentration of dissociated substances in solution and the desired efficiency of the device.

Priemyselná využiteľnosťIndustrial usability

Zariadenie podľa vynálezu je možné použiť v rôznych priemyselných odvetviach, najmä na prípravu a výrobu pitnej vody z morskej vody alebo na znižovanie obsahu škodlivých anorganických solí, napríklad dusíkatých, pri dočisťovaní pitnej vody a/alebo na výrobu deionizovanej vody s vysokou čistotou.The device according to the invention can be used in various industries, in particular for the preparation and production of drinking water from seawater or for reducing the content of harmful inorganic salts, for example nitrogen, in the purification of drinking water and / or for the production of high purity deionized water.

Claims

PATENT CLAIMS

An apparatus for the electrodmixture separation of substances from a solution, comprising a container within which at least two electrodes are placed, between which there are watertight embedded ion selective membranes, characterized in that at least two pairs of membranes (3) are disposed in the container (1) of opposite ionic affinity, each constituting one working unit (4), which consists of a central separation space (41) and extreme flushing spaces (42), wherein the separation spaces (41) of the working units (4) are connected in series by interconnecting channels (5) ).

Apparatus for electromigration separation of substances from solution according to claim 1, characterized in that sets of porous partitions (6) are arranged in the flushing spaces (42) of the at least one working unit (4).