SU997717A1

SU997717A1 - Method of automatic control of liquid desalination process in electric dializer

Info

Publication number: SU997717A1
Application number: SU782637572A
Authority: SU
Inventors: Теймураз Александрович Каджая; Элизбар Михайлович Балавадзе; Илья Михайлович Цейтлин
Original assignee: Предприятие П/Я М-5885; Предприятие П/Я А-1097
Priority date: 1978-07-03
Filing date: 1978-07-03
Publication date: 1983-02-23

Description

Изобретение относитс к электрохимической обработке жидкостей-элект ролитов методом электродиализа с использованием ионоселективных мембран и, в частности к способам автоматического регулировани процесса обессоливани жидкости в электродиализаторе . Известен способ автоматического регулировани процесса обёссоливани жидкости в электродиализаторе- циркул ционной опреснительной установки путем поддержани посто нного значени напр жени на электродах электрб диализатора. При этом величина напр жени выбираетс таким образом, чтобы плотность тока в электродиалнзаторе к концу цикла обессоливани не превышала предельно допустимого значени , выше которого возникает в ление концентрационной пол ризации.. согласно этому способу напр жение на электродах электродиализатора сохран етс посто нным в течение всего цикла обессоливани порции жидкости ti . Недостаток этого способа заключаетс в том, что в большей части цикла обессоливани плотность тока в электродиализаторе ниже допустимых значений, чем обусловлена необходимость увеличени габаритов и массы электродиализатора. Наиболее близким к изобретению вл етс .способ автоматического регулировани процесса обессоливани жидкости в электродиализаторе путем корректировани величины- напр жени на . электродиализаторе. Согласно этому способу измер ют величину тока в электродиализаторе и значение солесодержани дилюата и, корректиру величину напр жени , поддерживают заданную зависимость между током и текущим значением солесодержани дилюата, близкую к предельно допустимой . При использовании известного способа автоматического регулировани расчетным путем или экспериментально . определ ют граничную зависимость между током в электродиализаторе и текущим значением солесодержани ,дилюата при которой.электродиализатор будет работать в депол ризационном режиме в течение всего цикла обессоливани порции жидкости.Затем настраивают регулирующее устройство на поддержание путем корректировани напр жени на электродиализаторе заданнойThe invention relates to the electrochemical treatment of liquids-electrolytes by electrodialysis using ion-selective membranes and, in particular, to methods for automatically regulating the process of desalting a liquid in an electrodialyzer. A known method of automatically controlling the process of desalting a liquid in an electrodialyzer is a circulation desalination plant by maintaining a constant voltage value on the electrodes of the dialyzer electrb. In this case, the voltage value is chosen so that by the end of the desalting cycle the current density in the electrodializer does not exceed the maximum permissible value, above which concentration concentration polarization occurs. According to this method, the voltage on the electrodialysis electrodes remains constant throughout the cycle desalting a portion of the liquid ti. The disadvantage of this method is that in most of the desalting cycle, the current density in the electrodialyzer is lower than the allowable values, which necessitates an increase in the size and mass of the electrodialysis machine. Closest to the invention is a method for automatically controlling the process of desalting a liquid in an electrodialyzer by adjusting the voltage value. electrodialyzer According to this method, the current in the electrodialyzer and the salinity of the diluate are measured and, by adjusting the voltage, maintain a predetermined relationship between the current and the current salinity of the diluate, which is close to the maximum allowable. When using the known method of automatic adjustment by calculation or experimentally. determine the boundary relationship between the current in the electrodialyzer and the current value of salinity, the diluate at which the electrodialyzer will operate in a depolarization mode during the entire desalting cycle of the liquid portion. Then adjust the regulator to maintain by adjusting the voltage on the electrodialysis unit to a predetermined

зависимости тока от текущего значени солесодержани дилюата 2.dependence of current on current value of salt content of diluate 2.

Недостатком этого способа вл етс недостаточна его точность, обусловленна тем, что депол ризационное ограничение зависит не только от солесодержани дилюата, измен ющегос в процессе цикла опреснени порций жидкости, но и от других параметров обессоливаемой жидкос ти, которые могут измен тьс в эксплуатационных услови х, например скорости движени в камерах электродиализатора из-за колебаний производительности насоса иди качества сборки электродиализатора , температуры и рН обессоливаемой жидкости. Изменени депол ризационного ограничени могут привести к тому, что при поддержании заданной зависимости между током и текущим значением солесодержани дчлюата величина тока в р де случаев может оказатьс ниже фактической предельно допустимой. При этом эффективность способа снизитс . Эти изменени могут также привести к тому, что процесс будет происходить в услови х концентрационной пол ризации.The disadvantage of this method is its insufficient accuracy, due to the fact that the depolarization limit depends not only on the salt content of the diluate, which changes during the desalination cycle of the liquid portions, but also on other parameters of the desaltable liquid, which can change under operating conditions for example, the speed of movement in the electrodialysis chambers due to fluctuations in pump performance or the quality of the electrodialysis assembly, temperature and pH of the desalted liquid. Changes in the depolarization limit may lead to the fact that, while maintaining a given relationship between the current and the current value of salinity, the current value in a number of cases may be lower than the actual maximum allowable. However, the effectiveness of the method will be reduced. These changes may also cause the process to occur under conditions of concentration polarization.

Целью изобретени вл етс повыше ние точности автоматического регулировани ,The aim of the invention is to improve the accuracy of the automatic adjustment,

;Поставленна цель достигаетс тем что корректирование величины напр жени на электродиализаторе осуществл ют по величине первой производной отношени напр жени к току по току поддерживают ее равной нулю,The goal is achieved by the fact that the correction of the voltage on the electrodialyzer is carried out according to the magnitude of the first derivative of the ratio of voltage to current over current, maintaining it equal to zero,

Нэ, чертеже изображена блок-схема одного из возможных вариантов устройства , реализующего способ.Ne, the drawing shows a block diagram of one of the possible options for the device that implements the method.

Устройство содержит датчик 1 тока и датчик 2 напр жени , блоки 3 и 4 делени , блоки 5 и 6 дифференцировани и регул тор 7, Причем блок 3 делени подключен своими входами к выходам датчиков 1 и 2 тока и напр жени , а выходом через блок 6 дифферен цировани подключен, к первому входу блока 4 делени . Блок 5 дифференцировани подключен своим входом к выходу датчика 1 тока, а выходом - к второму входу блока 4 делени , выход которого подключен к регул тору 7. Питание посто нным током электродиализатора 8 опреснительной установки 9 осуществл етс от регулируемого преобразовател 10 тока, подключенного к электродам электродиализатора 8, Регул тор 7 подключен к управл ющему входу регулируемого преобразовател 10 тока. Датчик 1 и 2 тока и напр жени включены в цепь питани электродиализатора 3. Практически, депол ризационные ограничени , завис щие от физико-химических свойств обессоливаемой жидкости и гидродинамических условий в камерах электролиализатора 8, могут быть определены зависимостью электрического сопротивлени электродиализатора от тока в нем. Электрическое сопротивление в данном случае определ етс отношением падени напр жени на элект }родиализаторе и тока в нем, измер емых датчиками 1 и 2 тока и напр жени . Сигналы этих датчиков преобразуютс в .блоке 3 делени в сигнал, пропорциональный отношению напр жени и тока. Зависимость электрического сопротивлени электродиализатора, измеренного описанным способом, от тока имеет экстремальный характер электрическое сопротивление снижаетс с увеличением тока, достигает минимума при предельно допустимом дл данных конкретных условий значении тока и при дальнейшем увеличении тока возрастает из-за возникновени концентрационной пол ризации. Таким образом, депол ризационное ограничение характеризуетс экстремальной зависимостью с экстремумом при предельно допустимом значении тока. Дл автоматического поддержани предельно допустимых значений тока при измен ющихс параметрах процесса обессоливани жидкости в блоке 4 делени в блоках 5 и 6 дифференцировани формируют сигнал, завис щий от первой производной отношени напр жени к току по току. Дл этого в блоках 5 и б осуществл ют дифференцирование по времени соответственно тока и отношени напр жени к току. Оба эти сигнала поступают на входы блока 4 делени , с выхода которого сигнал, завис щий от первой производной отношени напр жени к току по току, поступает на вход регул тора 7, В ре гул торе 7 поданный на его вход сигнал сравниваетс с опорньм сигналом настройки и при его неравенстве нулю вследствие разбаланса измерительной схемы, на выходе регул тора 7 формируетс выходной сигнал определенной величины. Выходной сигнал регул тора 7 поступает на управл ющий вход преобразовател 10 тока, вызыва изменение напр жени на электродиализаторе 8 до тех пор, пока измер емые датчиками 1 и 2 ток и напр жение не достигнут значений, при которьох сформированный в регулирующем устройстве и поданный на вход регул тора 7 сиг .нал, завис щий от первой производной отношени напр жени к току по току, станет равным нулю. Измерительна схема регул тора 7 сбалансируетс при этом и электродиализатор будет работать при достигнутых значени х тока и напр жени , С течением времени солесодержание циркулирующей через электродиализатор 8 жидкости понижаетс . Одновременно могут изменитьс услови протекани процесса (например, может несколько повыситьс температура жидкости). По этим причинам измен етс экстремальна зависимость и величина.тока, соответствующа экстремуму. При этом изменитjCH электрическое сопротивление аппарата , измер емое датчиками 1 и 2 тока и напр жени , и сигнал, завис щий от первой производной отношени напр жени к току по току, также изменитс и перестанет быть равным нулю. Вследствие этого возникает разбаланс измерительной схемы регул тора , управл ющий сигнал которого обусловит изменение выходного напр жени преобразовател 10 тока. Иэмерительна схема регул тора 7 сбалансируетс только при изменении напр жени и, вследствие этого, тока до величин, при которых сигнал, поступающий на вход регул тора, достигнет вновь нулевого значени . Устройство обеспечивает ведение процесса обессоливани жидкости при предельно допустимых значени х тока в электрбдиализаторе , соответствующих фактическим режимам работы электродиализатора и поддерживаемых до изменени хот бы одного из указанных параметров процесса, вли ющего на депол ризационное ограничение и, соответственно , на предельно допустимое значение тока, В этом случае устройство осуществит автоматический поиск экстремума и установление нового предельно допустимого значени тока, оптимального дл нового режима работы электродиализатора. .The device contains a current sensor 1 and a voltage sensor 2, division blocks 3 and 4, differentiation blocks 5 and 6 and controller 7, and the division block 3 is connected by its inputs to the outputs of current and voltage sensors 1 and 2, and output through block 6 The differential is connected to the first input of the 4th division unit. Differentiation unit 5 is connected by its input to the output of current sensor 1, and by output to the second input of dividing unit 4, the output of which is connected to controller 7. The electrodialysis device 8 is supplied with direct current from desalination unit 9 from an adjustable current converter 10 connected to electrodes electrodialyzer 8, the regulator 7 is connected to the control input of the adjustable current converter 10. Current and voltage sensor 1 and 2 are included in the power supply circuit of electrodialysis unit 3. In practice, the depolarization limitations depending on the physicochemical properties of the desaltable liquid and hydrodynamic conditions in the electrolyzerization chambers 8 can be determined by the dependence of the electrical resistance of the electrodialyzer on the current in it. The electrical resistance in this case is determined by the ratio of the voltage drop across the electric} to the dialyzer and the current in it, measured by current and voltage sensors 1 and 2. The signals of these sensors are converted in a 3-division block into a signal proportional to the ratio of voltage and current. The dependence of the electrical resistance of an electrodialyzer measured by the method described above on the current has an extreme nature. The electrical resistance decreases with increasing current, reaches a minimum at the maximum current for these particular conditions, and increases with increasing current due to concentration polarization. Thus, the depolarization constraint is characterized by an extreme dependence with an extremum at the maximum allowable current value. In order to automatically maintain the maximum permissible current values with varying parameters of the liquid desalting process in block 4, the blocks in differentiation blocks 5 and 6 generate a signal depending on the first derivative ratio of voltage to current. To do this, in blocks 5 and b, time differentiation is carried out, respectively, of the current and the ratio of voltage to current. Both of these signals are fed to the inputs of dividing unit 4, the output of which is a signal depending on the first derivative of the voltage-to-current ratio to the input of the regulator 7. In the controller 7, the signal fed to its input is compared with the reference tuning signal. and when it is zero because of the unbalance of the measuring circuit, the output of the regulator 7 generates an output signal of a certain magnitude. The output signal of the regulator 7 is fed to the control input of the current converter 10, causing a change in voltage on the electrodialyzer 8 until the current and voltage measured by sensors 1 and 2 reach the values at which the voltage generated in the regulating device and fed to the input The regulator 7 sig nal, depending on the first derivative of the voltage to current ratio, will become zero. The measuring circuit of the regulator 7 is balanced and the electrodialyzer will operate at the current and voltage values achieved. Over time, the salinity of the liquid circulating through the electrodialysis 8 decreases. At the same time, the conditions of the process may change (for example, the temperature of the liquid may slightly increase). For these reasons, the extremal dependence and the magnitude of the current corresponding to the extremum change. Here, the electrical resistance of the apparatus, measured by current and voltage sensors 1 and 2, changes, and the signal depending on the first derivative of the voltage-to-current ratio will also change and cease to be zero. As a result, there is an imbalance in the measuring circuit of the regulator, the control signal of which will cause a change in the output voltage of the current converter 10. The measurement circuit of the regulator 7 is balanced only when the voltage changes and, consequently, the current to the values at which the signal arriving at the controller input reaches again zero value. The device ensures that the liquid is desalted at the maximum permissible values of the current in the electrodialysis unit, corresponding to the actual operating modes of the electrodialyzer and maintained until at least one of the specified process parameters influences the depolarization limit and, accordingly, the maximum permissible current value is changed. In this case, the device will automatically search for an extremum and establish a new maximum permissible current value that is optimal for the new p electrodialysis works. .

Использование изобретени обеспечит повышение точности автоматического регулировани процесса обессоливани жидкости в электродиализаторе путем автоматического поиска депоЛ ризационного ограничени при изменении в процессе эксплуа тации физикохимических свойств обессоливаемой жидкости и гидродинамических условий в камерах электродиализатора. При этом также осуществл етс самонастройка на поддержание предельно допустимых значений тока в электродиализатоРе .The use of the invention will provide an increase in the accuracy of the automatic control of the process of desalting a liquid in an electrodialyzer by automatically searching for a depot restriction when the physicochemical properties of the desalted liquid change and the hydrodynamic conditions in the electrodialysis chambers during operation. At the same time, self-adjustment is also carried out to maintain the maximum permissible values of the current in the electrodialyzer.

Изобретение может быть использовано при исследовании процесса обессоливани жидкости в элейтродиализаторе , св занном с экспериментальным определением предельно допустимых значений тока, и при оптимизации конструкции электродиализатора и процес5 са обессоливани жидкости в ,нем, существенно снижа при этом трудоемкость исследовательских работ.The invention can be used to study the process of desalting a liquid in an eletrodialyzer associated with the experimental determination of the maximum permissible current values, and to optimize the design of the electrodialyzer and the process of desalting liquid in it, significantly reducing the complexity of research work.

2020

Claims

1.Bulletin of the Society of Sea Water Science. Japan, v, 22, 1968

N 1, p. 26-31.

2.Sb. Desalination and desalination 40 water. Collection M, 1976, p. 97-102,

rXJ

9

-

.

/

rvy