Аппарат электродиализа и сорбции для получения особо чистых щелочей

 

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при получении едких щелочей, в частности гидроокиси калия. Аппарат электродиализа и сорбции содержит ионообменную колонну, заполненную смешанным слоем ионита, и электродные камеры, слой ионита в колонне разделен приемной камерой, выполненной в виде лабиринта и оснащенной клапанами ввода и вывода очищаемого раствора, катодная камера аппарата имеет уравнительный сосуд с датчиками нижнего и верхнего уровней электролита, каждый из которых соединен с управляющим блоком запорных клапанов установкой и соединен с катодной камерой контуром циркуляции чистой воды. 1 ил.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при получении особо чистых щелочей, в частности особо чистой гидроокиси калия.

Известна установка для деионизации и электрорегенерации, в которой использован трехмерный электродиализатор, средняя камера которого представляет собой массообменную колонну, заполненную смешанным слоем ионита, сорбирующую катионы и анионы из поступающего в камеру раствора [1] Недостатком данной установки является то, что она не обеспечивает очистку раствора едкого калия от примесей, в том числе от примеси натрия.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является аппарат электродиализа и сорбции для получения особо чистых щелочей, включающий анодную и катодную камеру и ионообменную колонну, заполненную смешанным слоем ионита, причем анодная камера снабжена выпарной установкой и соединена с катодной камерой контуром циркуляции воды [2] Недостатком данного аппарата является то, что он не обеспечивает очистку раствора едкого калия от примесей, в том числе от примеси натрия, и тем самым снижает выход особо чистой гидроокиси калия.

Цель изобретения получение особо чистых щелочей.

Эта цель достигается тем, что слой ионита в ионообменной колонне разделен приемной камерой, выполненной в виде лабиринта и оснащенной клапанами для ввода и вывода очищаемого раствора, а катодная камера снабжена уравнительным сосудом с датчиком верхнего и нижнего уровня электролита, каждый из которых соединен с управляющим блоком клапанов приемной камеры.

Указанная совокупность признаков является новой и обладает существенными отличиями, так как конструктивные особенности элементов аппарата, их взаимосвязи и взаимодействие обеспечивают тонкое разделение близких по свойствам элементов, отделение очищаемого раствора от примесей, т.е. получение продукции высшего качества.

На чертеже представлена блочно-функциональная схема аппарата.

Аппарат электродиализа и сорбции для получения особо чистых щелочей состоит из ионообменной колонны заполненной слоем ионита, катодной камеры 2, анодной камеры 3. Слой ионита в колонне 1 разделен приемной камерой, выполненной в виде лабиринта, с образованием сорбционных камер 4 и 5. Приемная камера оснащена клапанами ввода 6 и вывода 7. Катодная камера 2 имеет уравнительный сосуд 8 с датчиками 9 и 10 нижнего и верхнего уровня электролита. Датчики 9 и 10 соединены с управляющим блоком 11 клапанов 6 и 7 приемной камеры. Анодная камера 8 оборудована выпарной установкой 12 и соединена с катодной камерой 2 контуром циркуляции воды.

Аппарат работает следующим образом. В положении "открыто" клапана 6 и "закрыто" клапана 7 аппарат заполняют щелочным раствором до "верхнего уровня" в уравнительном сосуде 8, очищаемый раствор контактирует с ионитом в сорбционных камерах 4 и 5, при этом анионит сорбирует до равновесного состояния анионы, катионит в щелочной среде насыщается катионами. При прохождении электрического тока через слой ионита анионы перемещаются в анодную камеру 3, катионы в катодную камеру 2, часть раствора из анодной камеры передается в выпарную установку 12. Упаренный раствор из установки 12 возвращается в анодную камеру, катионы из более концентрированного раствора частично сорбируются катионитом и при прохождении электрического тока переносятся в катодную камеру 2. Одновременно в катодную камеру из выпарного аппарата поступает чистая вода (очищенный конденсат сокового пара), движение которой противотоком движению катионов в смоле под воздействием электрического тока с преимущественным электропереносом калия создает противоток щелочи с преимущественным переносом гидроокиси натрия в анодную камеру. Так происходит разделение близких по свойствам элементов натрия от калия и последовательное концентрирование гидроокиси натрия в анодной камере с одновременным концентрированием отделяемых от очищаемого раствора анионов, например хлора. В то же время в катодной камере идет последовательное накопление гидроокиси калия, свободной от примесей.

При наполнении уравнительного сосуда 8 до "верхнего уровня" датчик 10 посылает сигнал на управляющий блок 11 клапана 6 "закрыто" и клапана 7 "открыто", при этом очищаемый раствор покидает систему аппарата, уровень электролита в уравнительном сосуде 8 понижается до срабатывания датчика 9 в положение "нижний уровень", клапан 7 закрывается, клапан 6 открывается, и повторяется цикл наполнения системы аппарата очищаемым раствором до "верхнего уровня" и его наиболее полного освобождения от примесей в режиме противоточного движения ионов в сорбционных камерах 4 и 5.

Движение жидкости по лабиринту приемной камеры носит волнообразный пульсирующий характер, при этом поток очищаемого раствора в сорбционных камерах 4 и 5 в силу водопроницаемости удерживающих смолу инертных диафрагм и гидродинамического сопротивления лабиринта повторяет это движение и формирует подобие волны, перемещающейся от входящего патрубка приемной камеры к выходящему патрубку в условиях поочередного открытия клапанов наполнения и опорожнения уравнительного сосуда и таким образом освобождается от примесей.

Пульсация обеспечивает возможность непосредственного охлаждения смолы свежепоступающим раствором и отмывку смолы от механических включений (взвесей, осадков и др.).

Таким образом, использование аппарата электродиализа и сорбции для получения особо чистых щелочей обеспечивает тонкое разделение близких по свойствам элементов и повышает выход особо чистой гидроокиси.

Формула изобретения

Аппарат электродиализа и сорбции для получения особо чистых щелочей, включающий анодную и катодную камеры и ионообменную колонку, заполненную смешанным слоем ионита, причем анодная камера снабжена выпарной установкой и соединена с катодной камерой контуром циркуляции воды, отличающийся тем, что слой ионита в ионообменной колонне разделен приемной камерой, выполненной в виде лабиринта и оснащенной клапанами для ввода и вывода очищаемого раствора, а катодная камера снабжена уравнительным сосудом с датчиками верхнего и нижнего уровня электролита, каждый из которых соединен с управляющим блоком клапанов приемной камеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1