电渗析设备制造技术

一个用于电渗析室装配的隔板，有一串联流径，其包括一组由限制器部分连接的流径部分。每个流径部分有一相对宽的宽度，限制器有比该宽度小的宽度，以便由于液体流过限制器使在串联流径内的液体流动速度必需提高。其结果，液体排出限制器引起湍流并在（下一个）流径部分内搅拌。岐管孔位于串联流径的相对端。刚性液口位于每个歧管孔和串联流径端之间。连续装配的室由一对双极膜和在它们之间的阳离子交换膜和／或阴离子交换膜确定。隔板的一个位于每二个膜之间。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电渗析设备和在该设备内使用的隔板，具体说，本专利技术涉及的电渗析设备基本没有中间隔室和外漏，在一定的电流密度，高水平盐的转化／回收，和低压力降下操作，同时减少循环泵送的需要和多级数。本专利技术适用于电渗析(“ED”)设备的用途，该设备含有单极或双极离子交换膜，该设备特别适用于用直流电流驱动力从稀盐液体中生产浓缩酸，碱和盐。这种设备通常使用离子交换膜分离，浓缩和输送在水溶液中存在的离子。由直流电流力驱动电渗析操作。许多出版物和专利描述了该膜技术和在该工艺中使用的设备结构中使用的零部件，鉴别提供信息的主要出版物是-U．S．Department of Energy Report on“膜分离系统-研究评估(MembranSeparation Systems-A research needs Assessment”；电渗析第8章，1990年4月，DOE／ER／30133-HT；-“工业膜技术手册“Ed．by M．c．Porter．第8章，Noyes出版，1990；-“电渗析水分解技术”by K．N．Mani；J．Membrane Sci．，(1991)，58，117-138；-U．S．5，240，579；4，871，431；4，863，596；4，786，393；4，737，260；4，707，240；4，569，747；4，319，978；4，303，493；4，226，688；4，172，779；4，067，794；3，993，517；3，985，636；3，878，086和3，679，059；一电渗析组件含有在它的二端为供给电流输入量的阳电极和阴电极。在上述阳极和阴极间安装的是以面对面接触的牢固安装在一起的串联的膜和隔离件(隔板)，上述的安装象一板框过滤压榨机。为了保证该装置长期可靠，通过使用的一组膜和单独的液体环路用水力原理使电极室与主要的工艺单元隔离。在工业装置中，主要工艺单元包括许多单元室，例如50-250个。每个这些单元室包括离子交换膜和溶液隔室。在每个隔板内含有每个溶液隔室，隔板可由例如聚乙烯塑料制成，其厚度为0．5-5mm。这些隔板分开膜并根据需要提供在边角和其它区域的足够的密封。隔板还提供对邻接膜的支撑并能使液流进入和排出溶液隔室。每个膜含有在隔板内切出的歧管孔和“液口(ports)”，该液口从歧管孔延伸至隔板中的溶液隔室。歧管孔和电渗析组件膜成一直线排列，形成能输送每个工艺液流经液口进入和排出每个溶液隔室的通路。电渗析组件内的单元室可以改变形式和大小。例如开始在该室的端部为阳极，第一种形式的单元室包括一阳离子膜，一稀的或供料隔室，一阴离子膜和一浓缩的或产品隔室。这些隔室形成单元用于盐水溶液的脱盐和盐的回收和生产。这些单元称为”标准电渗析浓缩或淡化室“。第二种形式的单元室包括一双极膜，一供料或盐／酸隔室，其中供料例如钠盐或有机酸被由双极膜产生的H+离子酸化，阳离子膜输送钠离子，碱和产品隔室内的钠离子和由双极膜产生的OH-离子结合形成氢氧化钠(碱)。这种单元室称为“二隔室阳离子室”。第三种形式的单元室包括一双极膜，一产品或酸室，一阴离子膜和供料或盐／碱隔室。这种单元称为“二隔室阴离子室”，可用于碱化铵盐溶液以产生酸产品和富氨碱溶液。还有一种形式的单元室，包括一供料或盐室，一阳离子膜，一碱室，一双极膜，一酸室和阴离子膜。这种单元称为“三隔室双极室，可以用于转变盐，例如将氯化钠转变成为氢氧化钠和氢氯酸。单元室含有三个以上的膜和三个以上的隔室是公知的。除了电极漂洗回路，二隔室处理二工艺流，三隔室处理三工艺流等。当直流电通过电渗析组件的中心(“有效”)区域，在溶液中的离子沿着电流方向移动。阳离子穿过阳离子膜并向阴极或负电极移动，而阴离子穿过阴离子膜并向阳极或正极移动。如果双极膜配置在电渗析组件内，其阳离子侧面对阴极，直流电流输入在膜的交界面加速分解水。其结果，氢离子(H+)和氢氧根离子(OH-)分别在阴极侧和阳极侧浓缩。取决于室的构型和工艺配置，最后结果是稀液流的盐或贫化的盐液浓缩了或盐转化成为它的酸和碱成分。特定离子交换膜的性能包括其配置和供料液流的充分的预处理(例如PH调节，过滤等)对于连续操作电渗析工艺是重要的，同等重要的方面是在隔板和分离件内的液流的流动和分布。工业上通常使用的二个主要的电渗析设计称为“层流(sheet flow)”和“湍流(tortuous flow)”。层流隔离件的实例是由Asahi Glass，Tokuyama Soda和由Aqualytics，adivision of Graver Water销售的产品。有效面积通常为整个隔板面积的50-85％以上，从而达到最大程度利用膜。这个有效面积是对流体和带电流开孔的。膜自身由非编织网状材料支撑，其整个厚度同隔板的厚度大致一样。在有效面积网还分布流体。为了进一步确保均匀的流体分布穿过有效面积的长度和宽度，使用各种供料歧管和液口。在这些传统的组件中，可考虑的压力降和膜强度规定液体表面线速度应保持很低，一般为5-10厘米／秒。试验指明，在许多工业组件中使用层流设计，当工艺在高电流密度(＞50mA／cm2)或在较低的液流导电率(＜20ms／cm)时，在整个大的断面上的流体分布存在问题，其它问题还有膜膨胀或起皱，这特别是当在供料流体中有沉淀出的微量物质时。还有，在隔板组件中，传统使用的各种歧管和连接的液口增加了中间隔室的泄漏。旁路和杂散电流问题使在工艺中效率较差，可能引起隔板的过热或熔化。这种问题通常限制单元室的数量大约为100，在此范围内，能够确保安全串联使用，而不要求某种电流中断结构，该中断结构位于用高导电溶液或高电流密度操作的工业组件的电极之间。由于需要保持在整个大截面液流动区域必需的线速度，整个流量比要求的较高。这需要要求使用较大的泵和循环贮罐。如果机械强度差(20-45psi爆破强度)，现有膜在大有效面积内支撑较差。由于在供料液流中压力变化，经长期操作，它们容易损坏和破裂。Ionics Inc．，使用具有湍流电渗析设计的电渗析组件，在该设计中使用的隔板具有较长的液体流径(flow path)。每个离子流通道十分窄(一般为1-1．5cm)。它们具有在进口和出口之间的几个180°转弯。离子通道它们本身是在该隔板中形成的简单的缝隙。膜是机械刚性结构以防止它们塌陷并造成液口阻塞。为了克服与低导电性供料有关的极化问题，使用较高的线性液流速度，一般为30-50厘米／秒。在这个组件中有高压力降(高达3-6巴，与层流组件0．5-2巴比较)。因此，用于湍流组件的传统膜具有的厚度和机械耐用性，特别是它们具有高电阻，从而使能量消耗增大。湍流组件适用于在低电流密度(0．1-10mA／cm2)操作的脱盐用途中，对于化学生产应用中，例如在三隔室中以高电流密度(30-200mA／cm2)操作，将氯化钠转变成为苛性苏打和氢氯酸，当使用湍流组件，除了组件的有效面积较小外，产生的热量和造成的温度升高是不容许的。这就限制了有效面积的大小，也要求在工业装置中使用高数量的组件和昂贵的维护费用，由于膜的膨胀和皱裂，容易使组件的中间隔室泄漏。本专利技术的一个目的是为了克服现有设计中的这些和其它的缺陷而改进隔板。与层流设计比较时，本专利技术隔板的中间隔室几本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电渗析室组件的隔板，所述隔板包括一有效面积，歧管孔和位于供给工艺液体进入有效面积和从有效面积排出工艺液体的液口（ｐｏｒｔｓ），所述的歧管孔还形成用于液流进入在室组件内的其它隔板的导管部分，所述的隔板具有一均匀的厚度，所述的隔板的有效面积包括一组连接在一起的液流路径（ｆｌｏｗ ｐａｔｈ，简称“流径”）部分以形成至少一在所述的隔板内的串联流径，至少一流径部分是整个隔板宽度的１０－４９％，所述的每个流径部分是通过在设在所述串联流径转弯处的液流限制器彼此连通的，一编织或非编织材料具有与在所述串联流径隔板的厚度基本一样的厚度以促使液流湍流，所述材料具有开孔面积用于实现液体流和带电流的流动；二个歧管孔每个工艺流流过一串联流径，二个液口每个在与每个连接的歧管孔和所述串联流径的对应端之间连通，所述液口的一个形成用于所述串联流径的一液体进口，所述液口的第二个形成用于所述串联流径液流的出口；每个所述液口具有的厚度与所述隔板的厚度基本一样。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：KN马尼，
申请(专利权)人：阿切尔丹尼尔斯密德兰公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]