SU1118389A1

SU1118389A1 - Electric dialyzer

Info

Publication number: SU1118389A1
Application number: SU823497788A
Authority: SU
Inventors: Элизбар Михайлович Балавадзе; Илья Михайлович Цейтлин; Виктор Викторович Салманов; Николай Григорьевич Лебедь; Нодари Вахтангович Чхеидзе
Original assignee: Предприятие П/Я М-5885; Предприятие П/Я А-1097
Priority date: 1982-10-05
Filing date: 1982-10-05
Publication date: 1984-10-15

Abstract

ЭЛЕКТРОДИАЛИЗАТОР дл деионизации растворов электролитов, включающий электроды, размещенные между ними ионоселективные и рамки, образующие рабочие камеры, в которые помещены сепараторы-турбулизаторы , выполненные в виде выотупов на мембране или сетки, отличающийс тем, что, с целью повьлиени производительности электродиализатора , выступы или поперечные нити сетки размещены на одинаковом рассто нии друг от друга и поперек рабочей камеры, причем высота выступов или диаметр поперечных нитей сетки относитс к рассто нию между мембранами как 0,02-0,5 и к рассто нию между выступами или между поперечными нит ми сетки как 0,011 ,0. (Л 00 00 СХ) соELECTRODIALIZER for deionization of electrolyte solutions, including electrodes placed between them ion-selective and frames, forming working chambers in which separators-turbulators are placed, made in the form of vyutop on the membrane or grid, in order to increase the performance of the electrodialysis, protrusions or transverse the meshes of the net are placed at the same distance from each other and across the working chamber, with the height of the protrusions or the diameter of the transverse meshes of the mesh being related to the distance between 0.02-0.5 mbranami like and to the distance between the projections or between CD yarns as a 0.011 mesh, 0. (L 00 00 CX) with

Description

Изобретение относитс к электрохимической обработке жидкостей-элекролитов методом электродиалиэа и в, частности, к конструкции электродиалиэаторов .The invention relates to the electrochemical treatment of electrolyte liquids by the method of electrodialysis and, in particular, to the design of electrodialectors.

Известен электродиалиэатор, предназначенный дл деионизации протекающего через него раствора электролита/ содержащий электродные камеры и расположенные между ними рабочие камеры, образованные ионоселективными мембранами и рамками с раэме щенными в них турбулизаторами. Функ ции турбулизатора вьто и гот выступыA known electrodiameator is designed to deionize the electrolyte solution flowing through it / containing electrode chambers and working chambers arranged between them, formed by ion-selective membranes and frames with turbulators in them. Functions of the turbulizer in and out

При протекании по рабочей камере раствора электролита patfTBOp омывает {| еМбраны. При возникновении перепада давлений между сг жными рабочими камерами - камерами- деионизации и концентрировани выступы исключают касание мембран и увеличивают степень перемешивани раствора. При пропускании между электродами посто нного электрического тока происходит направленное перемещение анионов и катионов из -раствора, протекающего в камерах деионизации, через соответствующие ионоселективные мембраны в камеры концентрировани 1.When flowing through the working chamber of the electrolyte solution, patfTBOp washes {| eMbr. When a pressure differential occurs between the collapsing working chambers — the deionization chambers and the concentration — the protrusions eliminate the contact of the membranes and increase the degree of mixing of the solution. By passing a constant electric current between the electrodes, the anions and cations are directed from the solution flowing in the deionization chambers through the appropriate ion-selective membranes into the concentration chambers 1.

Недостаток этого электродиализатора состоит в том, что геометрические размеры турбулизатора выбраны без учета физико-химических свойств раствора и гидродинамических усло ,вий в рабочих камерах, что приводит к снижению эффективности процесса деионизации и соответственно к снижению производительности электродиализатора .The disadvantage of this electrodialyzer is that the geometrical dimensions of the turbulizer are chosen without taking into account the physicochemical properties of the solution and hydrodynamic conditions in the working chambers, which leads to a decrease in the efficiency of the deionization process and, accordingly, to a decrease in the performance of the electrodialyzer.

. Известен электродиализатор дл деионизации растворов электролитов включающий электроды, размещенные между ними ионоселективные мембраныи рамки, образующие рабочие камеры , в которые помещены сепараторытурбулизаторы , выполненные в виде выступов на мембране или сетки.. A known electrodialyzer for the deionization of electrolyte solutions includes electrodes, ion-selective membranes and frames placed between them, forming working chambers in which separators are placed, made in the form of protrusions on the membrane or mesh.

При работе электродиализатора раствор электролита протекает через рабочие камеры вдоль мембран. Под действием электрического пол посто нного тока происходит миграци айонов и катионов из раствора электролита, протекающего в камере дионизации, через иокоселективные мембраны в камеры концентрировани . Точечные выступы на мембранах предотвращают соприкосновение мембран под действием перепада давлений между смежными камерами и способствуют перемешиванию потока раствора электролита Сзз.When the electrodialyzer operates, the electrolyte solution flows through the working chambers along the membranes. Under the action of a DC electric field, ions and cations migrate from the electrolyte solution flowing in the dionization chamber through iocoselective membranes into the concentration chambers. Point protrusions on the membranes prevent the contact of the membranes under the action of the pressure differential between adjacent chambers and promote mixing of the flow of the Csz electrolyte solution.

Недостаток известного электродиализатора состоит в том, что в его рабочих камерах создаетс малоэффективный гидродинамический режим, характеризуемый низкой степенью турбулентности потока, наличием застойных зон, и т.п. Геометрические размеоы элементов рабочей камеры также выбраны без учета физико-химических свойств раствора и гидродинамическо5 го режима в рабочей камере.A disadvantage of the known electrodialyzer is that its working chambers create an inefficient hydrodynamic mode, characterized by a low degree of flow turbulence, the presence of stagnant zones, and the like. The geometric dimensions of the elements of the working chamber were also chosen without taking into account the physicochemical properties of the solution and the hydrodynamic regime in the working chamber.

Указанный недостаток вл етс ПРИЧИНОЙ снижени предельно допустимой плотности тока в электродиализаторе и в св зи с этим снижени to его производительности.This disadvantage is the CAUSE of a decrease in the maximum permissible current density in the electrodialyzer and, therefore, a decrease in its performance.

Цель изобретени - повьвыение производительности электродиализатора.The purpose of the invention is to increase the productivity of the electrodialyzer.

Поставленна цель достигаетс тем, что в электродиализаторе дл 5 деионизации растворов электролитов, включающем электроды, размещенные между ними ионоселективные мембраны и оамки, образующие рабочие камеры, в которые помещены сепараторы-турбулизаторы , выполненные в виде вы-ступов на мембране или сетки, выступы или поперечные нити сеткн размещены на одинаковом рассто нии друг от друга и поперек рабочей камеры, причем высота выступов или диаметр 5 поперечных нитей сетки относитс к расстойнию между мембранами как 0,02-0,5 и к рассто нию между высту пами или поперечными нит ми какThis goal is achieved by the fact that in an electrodialyzer for the 5 deionization of electrolyte solutions, including electrodes, ion-selective membranes and chambers placed between them, forming working chambers in which separators-turbulators are placed in the form of protrusions on the membrane or mesh, protrusions or transverse the yarns are placed at the same distance from each other and across the working chamber, with the height of the protrusions or the diameter of 5 transverse yarns of the grid refer to the distance between membranes as 0.02-0.5 and to the distance m Venue PAMI forward or transverse yarns both

0,01-1,0.0.01-1.0.

0 Иа фиг.1 показана схема электродиализатора с пр молинейными выступами на поверхности мембран; на фиг.2 - то же, с сетчатым сепарато ром-турбулизатором .0 Fig. 1 shows an electrodialysis circuit with rectilinear protrusions on the membrane surface; 2 - the same, with a mesh separator-turbulizer.

5 I Электродиализатор (фиг.1) содер;жит ионоселективные мембраны 1, рамки 2, сепараторы 3 (выполненные, например, в виде продольных св зей рамки 2), турбулизаторы - пр моли0 нейные выступы 4 на поверхност х5 I The electrodialyzer (Fig. 1) contains ion-selective membranes 1, frames 2, separators 3 (made, for example, in the form of longitudinal links of frame 2), turbulators - direct protrusions 4 on surfaces

мембран 1, размещенные поперек - рабочей камег л, электродные камеры 5, рабочие камеры - камеры деионизации 6 и камеры концентрировани 1, с На периферии мембран и рамок выполнены отверсти 8, образующие при совмещении каналы 9 дл подвода и отвода растворов. Каналы 9 св заны с камерг1ми б и 7 питател ми 10.membranes 1, placed across - the working chamber, electrode chambers 5, working chambers - deionization chambers 6 and concentration chambers 1, s On the periphery of the membranes and frames there are holes 8, which, when combined, channel 9 for supplying and discharging solutions. Channels 9 are connected with Cameras and 7 feeders 10.

Q Схема электродиализатора (фигГ2) включает ионоселективные мембраны 1, рамки 2, сепараторы 3, выполненные в виде продольных нитей сетки, поперечные нити которой служат турбус лизаторами 4, электродные камеры 5, камеры 6 и 7 соответственно деионизации и концентрировани . Каналы 9 дл отвода и подвода растворов и их св зи с камерами 6 и 7 выполнены так/же, как на фиг.1.Q Scheme of electrodialyzer (FIG. 2) includes ion-selective membranes 1, frames 2, separators 3, made in the form of longitudinal filaments of a mesh, whose transverse filaments serve as turbusors 4, electrode chambers 5, chambers 6 and 7, respectively, of deionization and concentration. The channels 9 for removal and supply of solutions and their connection with chambers 6 and 7 are made in the same manner as in FIG.

0 Растворы подвод тс в камеры б и 7 деионизации и концентрировани по каналам 9, расположенным, например , на одной из сторон ракюк и мембран,и удал ютс из камер по со5 ответствующим каналам, расположенным на противоположной стороне рамок и мембран. Соприкосновени мембран предотврашаетс сепараторами 3. ПРИ наложении на электооды электродиали затора электрического потенциала происходит направленное движение со держащихс в протекающем через каме ры 6 деионизации растворе катионов и анионов и их миграци из камер б деионизации через катионоселективные и анионоселективные мембраны 1 в смежные с ними камеры 7 концентри ровани . При этом в пограничных с мембранами 1 сло х раствора, в кото рых поток раствора носит ламинарный характер, может возникнуть вление концентрационной пол ризации. При протекании раствора по рабочей камере пограничный слой потока раствора периодически разрушаетс пр молинейными выступами 4 на поверхности мембран 1 (фиг.и или попереч ными нит ми 4 сетчатого сепаратора 3 1ФИГ.2), расположенными на оди Иаковом рассто нии друг от друга и поперек рабочей камеры электродиали затора - поперек пбтока раствора электролита. Выполнение геометричес ких размеров турбулизаторов - высоты пр молинейных выступов на мембра нах или диаметра поперечных нитей сетки и рассто ни между ними в оговоренных интервалах обуславливает уменьшение толщины и турбулизаци ламинарного подсло , следствиег чег вл етс интенсификаци массоперено са и повышение предельно допустимой плотности тока. Геометрические размеры турбулизаторов, разрушающих по граничный спой потока ра створа элек :ролита, в зависимости от гидродинам ческих условий в рабочих камерах электродиализатора и с учетом химического состава раствора, его концентрации и температуры могут быть уточнены в оговоренных пределах с помощью следующих выражений: - .o,S. i ) , где Л - диаметр . поперечных нитей сетки, м; Vi - высота пр молинейных выступов на мембранах, м; в - рассто ние между поперечными нит ми сетки ил пр молинейными выступами на мембранах , Mf D - коэффициент диффузии раствора электролита, л) - кинематическа в зкость раствора электролита, W скорость потока раствора электролита, м/с. Пример 1. Природную солену воду с общим солесодержанием 51,3 г экв/м и температурой 20°С опресн ют до остаточного солесодержани 12 г экв/м в известном электродиализаторе с сепараторами-турбулизаторами типа сетки просечкавыт жка и в электродиализаторе согласно изобретению с рассто нием между мембранами соответственно 1,2-10 и 1-10 м при скорост х потока раствора 0,07 м/с. В электродиализаторе согласно изобратению отношение высоты пр молинейных выступов к расстонию между мембранами и к рассто нию между выступами состав 0,1. При 0,2 и этом удельна (,с 1 м поверхности мембран). производительность предлагаемого электродиализатора по сравнению с производительностью известного электродиализатора повшчаетс с 0,0314 до 0,0371 (т.е. на 18%) при одновременном понижении удельного (на 1 м длины рабочей камеры электродиалиэатора ) гидравлического сопротивлени с 4,2 до 0,11 м вод. ст./м. Пример 2. Природную соленую воду с общим солесодержанием 44 г экв/м и температурой определ ют до остаточного солесодержани около 10 г экв/м в электродиализаторе с рассто нием между мембранами , равном I-IO м, и скоростью потока воды 0,2 м/с. (см. таблицу, режимы 1 - б). Пример 3. 50%-ный водный раствор глицерина с содержание сульфата натри 0,62 вес.% и температурой 20°С очищают до концентрации окололо, вес.% сульфата натри в электродиализаторе с рассто нием .между мембранами 1-10 м и скоростью потока раствора 0,02 м/с (см. таблицу, режимы 7 - 9). Припер 4. Сахарный сироп с 30%-ным содержанием сухих веществ, доброкачественностью 91,4% и температурой около 150°С очищают до доброкачественности 94,7% в электродиализаторе с рассто нием между мембранами 4-10 м и скоростью потока сиропа 0,012 м/с (см. таблицу, режимы 10 - 12) . В примерах 2, 3 и 4 указаны удель:: ные производительности и приведенные значени гидравлического сопротивлени электродиализаторов согласно изобретению, определенные при значени х отношений высоты пр молинейных выступов (диаметра поперечных нитей) к рассто нию между мембранами - и к рассто нию между пр молинeйны tи выступами (поперечными ни0 Solutions are brought into chambers b and 7 of deionization and concentration through channels 9 located, for example, on one of the sides of the skull and membranes, and removed from the chambers along co5 corresponding channels located on the opposite side of the frames and membranes. The contact of the membranes is prevented by separators 3. When electrical potential is applied to the electrodes, directional movement of the cations and anions in the solution and cation-selective and anion-selective membranes 1 in the adjacent cells 7 concentrates in the bionization chambers 1 is carried out. rovani At the same time, in the layers of the solution bordering the membranes with 1, in which the flow of the solution is laminar in nature, a phenomenon of concentration polarization may occur. When the solution flows through the working chamber, the boundary layer of the solution flow is periodically destroyed by straight protrusions 4 on the surface of the membranes 1 (Fig. 1 or cross threads 4 of the mesh separator 3 1FIG.2) located one distance from each other and across the working surface. Electrodial mash cameras — across the bottom of the electrolyte solution. The implementation of the geometric dimensions of turbulizers — the height of rectilinear protrusions on the membranes or the diameter of the transverse filaments of the grid and the distances between them at specified intervals causes a decrease in the thickness and turbulization of the laminar sublayer, a consequence of which is the intensification of mass transfer and an increase in the maximum allowable current density. The geometrical dimensions of turbulizers destroying the electric flow of electrolyte at the boundary stream, depending on the hydrodynamic conditions in the working chambers of the electrodialyzer and taking into account the chemical composition of the solution, its concentration and temperature, can be specified within the specified limits using the following expressions: - .o , S. i) where L is the diameter. cross yarn mesh, m; Vi — height of linear protrusions on the membranes, m; (c) distance between the transverse filaments of the grid or straight protrusions on the membranes, Mf D — diffusion coefficient of the electrolyte solution, l) —kinematic viscosity of the electrolyte solution, W the flow rate of the electrolyte solution, m / s. Example 1. Natural salt water with a total salt content of 51.3 g eq / m and a temperature of 20 ° C is desalinated to a residual salt content of 12 g eq / m in a known electrodialyzer with a screening grid-type separator and in an electrodialyzer according to the invention with a distance of between the membranes, respectively, 1.2-10 and 1-10 m at a flow rate of 0.07 m / s. In the electrodialyzer according to the invention, the ratio of the height of the linear protrusions to the distance between the membranes and to the distance between the protrusions is 0.1. At 0.2, and this is specific (, with 1 m of membrane surface). the performance of the proposed electrodialyzer compared with the performance of the known electrodialyzer will be from 0.0314 to 0.0371 (i.e. by 18%) while simultaneously reducing the specific (by 1 m length of the working chamber of the electrodialyator) hydraulic resistance from 4.2 to 0.11 m water v / m Example 2. Natural salt water with a total salt content of 44 g eq / m and a temperature is determined to a residual salt content of about 10 g eq / m in an electrodialyzer with a distance between membranes equal to I-IO m and a water flow rate of 0.2 m / with. (see table, modes 1 - b). Example 3. A 50% aqueous solution of glycerol with a sodium sulfate content of 0.62 wt.% And a temperature of 20 ° C is purified to a concentration of okolol, wt.% Sodium sulfate in an electrodialyzer with a distance between membranes of 1-10 m and flow rate a solution of 0.02 m / s (see table, modes 7 - 9). Pripe 4. Sugar syrup with a 30% solids content, a purity of 91.4% and a temperature of about 150 ° C is purified to a purity of 94.7% in an electrodialyzer with a distance between membranes of 4-10 m and a syrup flow rate of 0.012 m / c (see table, modes 10 - 12). Examples 2, 3 and 4 show the specific performance and reduced values of the hydraulic resistance of the electrodialyzers according to the invention, determined with the values of the ratio of the height of the rectilinear protrusions (diameter of the transverse filaments) to the distance between the membranes and to the distance between the straight lines t and protrusions (transverse nor

Claims

Electrodialysis for deionization electrolyte solutions comprising electrodes placed therebetween ionselective Memra ^ ₂ us th frame, forming working chambers, • in which are placed separators turbulators formed as protuberances on the membrane or grid, characterized in that, in order to increase productivity electrodialyzer, protrusions or transverse threads of the mesh are placed at the same distance from each other and across the working chamber, and the height of the protrusions or the diameter of the transverse threads of the mesh refers to the distance between embranami like 0.02-0.5 and the distance between the ridges or between the transverse threads mesh like 0,011,0.

Thebes. f