Електродіалізатор
Винахід відноситься до технічних засобів процесу знесолення води електродіаліз в електродіалізаторах з іонообмінними мембранами. Електродіалізатор включає електроди, між якими розміщені іонообмінні мембрани, та прокладки, в яких виконані отвори, що утворюють у зборі канали для подачі вихідної води та виведення діалізату та концентрату. В отвори мембран вставлені кільцеві виступи, сформовані довкола відповідних отворів прокладок. Кільцеві виступи прокладок на 10-30% вищі за товщину сухих мембран. Технічний ефект – зниження непродуктивних втрат електроенергії в електродіалізаторі. 1 з.п. ф-ли, 1 іл.
Винахід відноситься до технічних засобів процесу знесолення води електродіаліз в електродіалізаторах з іонообмінними мембранами.
Відомий електродіалізатор, що включає електроди, між якими розміщені іонообмінні мембрани та сепараторні прокладки, у протилежних сторонах яких виконані отвори, що утворюють у зборі канали для подачі вихідного розчину та виведення діалізату та концентрату (див. наприклад, Гребенюк В.Д. Електродіаліз. Київ, Техніка , 1976, с.100-101).
Недоліком відомого електродіалізатора є те, що при концентруванні солей у таких апаратах спостерігається розігрів та пропалювання прокладок та мембран з боку електродних блоків навколо розподільчих та збірних колекторів концентрату. Це призводить до виходу з експлуатації електродіалізних апаратів. Причиною розігріву та пропалювання мембран і прокладок у зазначених місцях є те, що при підвищенні концентрації солей збільшуються витоку струму через розподільні та збірні колектори, а отже, і кількість тепла, що виділяється при його проходженні. Прискорення відведення надлишкового тепла в даному випадку можливе лише шляхомзбільшення швидкості прокачування води, що завжди можливо і доцільно. Крім того, внаслідок витоків струму знижується частка корисного використання струму, що протікає через електродіалізний апарат.
Найбільш близьким до пропонованого винаходу за технічною сутністю і досягається результатом є відомий електродіалізатор, що включає розташовані між електродами іонообмінні мембрани і прокладки, що мають отвори, що утворюють в зборі канали для подачі вихідної води і виведення діалізату і концентрату (див. наприклад, авт. св. СРСР 1018678, кл. В 01 D 13/02, 1983 ). При цьому електродіалізатор забезпечений пластинами, що закупорюють, з діелектричного матеріалу, розміщеними в отворах однієї з мембран.
Відомий апарат дозволяє скоротити витоку струму, проте технічно неможливо повністю ізолювати колектори пластинами, по-перше, через набухання мембран та їх різної товщини з товщиною пластин, а по-друге, через просочування води між пластинами і мембранами. Повністю розімкнути контур паразитного ланцюга електрод – мембрана – колектор – електрод не вдається. Крім того, через перекриття каналів виникають конструкторські проблеми з виведенням діалізату та концентрату. Апарат стає нетехнологічним.
Пропонований винахід спрямовано зниження непродуктивних втрат електроенергії в електродіалізаторі.
Це досягається тим, що пропонований електродіалізатор так само, як відомий, включає електроди, між якими розміщені іонообмінні мембрани та прокладки, у протилежних сторонах яких виконані отвори, що утворюють у зборі канали для подачі вихідної води та виведення діалізату та концентрату.
Однак на відміну від відомого електродіалізатора в пропонованому отвори прокладок виконані з кільцевими виступами,на які за допомогою отворів насаджені мембрани.
Кільцеві виступи можуть мати висоту на 10-30% більше, ніж товщина сухих мембран.
Сутність винаходу пояснюється кресленням, на якому схематично показана пара прокладання - мембрана. У мембрані 1 виконані отвори 2 для каналів (на кресленнях не показані) висновки діалізату та концентрату. Цими отворами мембрана 2 насаджена на кільцеві виступи 3, якими забезпечені відповідні отвори 4 сепараторних прокладок 5 (лабіринтні канали на прокладці для наочності пропозиції не показані). Мембрани та прокладки розташовані між електродами (на кресленні не показані).
Кільцеві виступи, що формуються при литті пластмасових прокладок, переривають контур паразитного струму електрод - мембрана - колектор - електрод і в той же час повністю зберігають класичну схему апарату, не вимагаючи витончених конструкторських рішень для видалення діалізату та концентрату. Кільцеві виступи 3 на прокладках 5 виконують з висотою на 10-30% більше товщини сухої (ненабряклої) мембрани, оскільки при контакті з водою товщина набухає мембрани збільшується. Залежно від типу мембран їх товщина при набуханні може збільшуватися на 50-70%. Однак при складанні електродіалізного пакета мембрани затискаються між прокладками, і товщина набряклої мембрани в пакеті в середньому лише на 10-30% більше її товщини в сухому вигляді.
Використання електродіалізатора згідно винаходу у схемах концентрування та знесолення водних розчинів не відрізняється від застосування відомого електродіалізатора протиточного типу. У відомому електродіалізатор струм, що протікає через нього, в основному витрачається на перенесення солей через мембрани, непродуктивне перенесення іонів Н + і ОН - , нагрівання розчину і витоку через колектори. При подачінапруги на електроди в пропонованому електродіалізаторі витоку струму через колектори значно нижче, ніж у відомому, так як колектори струму багаторазово перекриті кільцевими виступами діелектричних прокладок в отворах мембран. Розрив контуру паразитного електричного ланцюга не змінює кінетику та механізм процесу перенесення солей через мембрани. Маса переносимих солей та іонів H + і ВІН - за одиницю часу і нагрівання води в камерах при одному і тому ж напрузі, що подається на електроди пропонованого та відомого електродіалізаторів, одні й ті ж. Однак питома витрата електроенергії на одиницю об'єму знесоленого розчину в пропонованому електродіалізаторі значно менша, так як в ньому значно менше непродуктивні втрати струму через колектори. Зниження витоків струму через колектори дозволяє також уникнути локального нагрівання стінок колекторів та виходу пакету мембран та прокладок з ладу. У той же час конструкція апарату має класичну просту та технологічну конфігурацію.
1. Електродіалізатор, що включає розташовані між електродами іонообмінні мембрани та прокладки, що мають отвори, що утворюють у зборі канали для подачі вихідної води та виведення діалізату та концентрату, який відрізняється тим, що отвори прокладок виконані з кільцевими виступами, на які за допомогою отворів насаджені мембрани.
2. Електродіалізатор за п. 1, який відрізняється тим, що кільцеві виступи мають висоту на 10-30% більше, ніж товщина сухих мембран.