МАШИНОСТРОЕНИЕ

АППАРАТЫ ДЛЯ ДИАЛИЗА И ЭЛЕКТРОДИАЛИЗА

Мембрана способна пропускать один компонент быстрее другого из-за различий фи­зических и (или) химических свойств мембра­ны и компонентов разделяемой смеси. Транс­порт через мембрану является результатом воздействия движущих сил на индивидуальный компонент в исходной смеси. В общем случае движущей силой переноса веществ через мем­брану является разность химических потенциа­лов Aju [43]. При этом поток вещества, про­ходящего через мембрану,

I = KA\L, (5.5.4)

Где К - коэффициент, учитывающий химиче­скую природу материала мембраны, ее струк­туру, геометрические характеристики и взаи­модействие мембраны с разделяемой системой.

В конкретных случаях разделения жид­ких и газовых смесей движущей силой процес­сов может быть градиент давления Ар, кон­центрации ДС, электрического потенциала AU или температуры АТ.

Диализ - процесс, в котором движущей силой служит разность концентраций с разных сторон гомогенной мембраны ДС.

Аппараты для диализа. Диализ предна­значен для мембранного разделения коллоид­ных систем и растворов, содержащих высоко­молекулярные и низкомолекулярные соедине­ния, за счет различной проницаемости мем­бран для веществ с различной молекулярной массой [10]. При постоянной толщине мембра­ны процесс описывается уравнением

Q=DdAAC, (5.5.5)

Где Q - количество вещества, перенесенного за единицу времени; А - площадь мембраны; Dj - коэффициент диализа.

При диализе растворенные вещества под действием градиента концентраций диффунди­руют с одной стороны мембраны к другой, об­разуя диализат. Разделение растворенных ве­ществ достигается из-за разных скоростей их переноса через мембрану, что обусловлено различием молекулярного размера. Транспорт вещества при диализе происходит вследствие диффузии через непористые мембраны, и для того, чтобы понизить сопротивление диффу­зии, применяют мембраны, которые могут сильно набухать.

Для водных систем используются гидро­фильные полимерные материалы такие, как ацетат целлюлозы, омыленные ацетат целлю­лозы (регенерированная целлюлоза), поливи­ниловый спирт, полиакриловая кислота, поли - метилметакриалат, сополимеры этилена и ви- нилацетата или этилена и винилового спирта, а также более гидрофобные материалы, напри­мер, поликарбонаты.

В большинстве случаев для разделения растворов и коллоидных систем методом диа­лиза используют разделительные аппараты безопорного типа на основе полых волокон.

Электромембранные процессы. Основ­ные методы электромембранной технологии: электродиализ и мембранный электролиз. Перспективы широкого внедрения этих мето­дов для очистки и разделения различных рас­творов связаны с экологической безопасностью и энергетической эффективностью токовых процессов [18, 19].

Основным фрагментом электромембран­ных систем, представляющих пакет из поли­мерных пленок и растворов электролитов меж­ду электродами, являются синтетические заря­женные полимерные пленки, так называемые, ионообменные мембраны [24, 29].

Ионитовые мембраны представляют со­бой полиэлектролиты, т. е. хорошо набухающие пленки, несущие на полимерной матрице фик­сированные положительные или отрицатель­ные заряды. Высокая плотность этих зарядов внутри макромолекулы создает пространствен­ный заряд, который компенсируется эквива­лентным числом зарядов противоположного знака - противоионами [23, 24, 29].

Противоионы представляют собой ионы, которые соединены с функциональной группой для нейтрализации ее заряда (RS03 Na+). Про­тивоионы в окрестности пришитых, фиксиро­ванных зарядов создают ионную атмосферу и обеспечивают электронейтральность полимера.

Наложение на мембрану постоянного электрического поля вызывает направленное движение противоионов (электромиграцию). Поэтому набухшая в воде или растворе иде­альная мембрана является полиэлектролитом с униполярной проводимостью в отличии от рас­творов электролитов, в которых ток переносят и катионы, и анионы.

Удельная электропроводность мембран km сравнима с электропроводностью растворов электролитов. Для разных структурных типов мембран значение km изменяется от (1...2)-КГ4 до 2-Ю"2 (Ом-см)"1 [29, 40].

Другое электрохимическое свойство мембран - селективность, т. е. избирательная проницаемость ионов определенного знака в электрическом поле. Высокая электропровод­ность и идеальная селективность мембран - это их основные транспортные свойства, обеспе­чивающие высокую производительность элек­тромембранного процесса разделения.

Первые ионитовые мембраны были изго­товлены на основе сополимеризации стирола и дивинилбензола, позволившей получить трех­мерную матрицу, к которой пришивались ио - ногенные группы разной природы. В качестве фиксированных ионов для катионообменных мембран используют группы: - S03, - COO, - РО3, HP02, - As03 , - Se03. Заряд этих групп компенсируется положительными противоио­нами. В анионообменных мембранах могут быть привиты к матрице соответственно поло­жительные фиксированные заряды: - NH3, - RNH2, - R3N, - R3P, - RS. Заряд этих групп компенсируется отрицательно заряженными противоионами.

Природа фиксированных зарядов и про­тивоионов существенно влияет на селектив­ность и электрическую проводимость мембран. Большинство промышленных катионообмен­ных мембран содержат сульфогруппы, а анио­нообменных - группы четвертичных аммоние­вых оснований, например [~(CH3)3N+].

Электродиализные мембраны чаще всего изготовляют на основе ионообменных смол из полистирола, сшитого дивинилбензолом. Эти материалы представляют собой полимерные композиции гетерогенного типа, состоящие из размолотой в пудру ионнообменной смолы (60...65 % по массе) и инертных полимеров (полиэтилена, поливинилхлорида и других до­бавок), часто содержат армирующие волокна для придания листу мембраны механической прочности.

Основной тип ионообменных мембран, применяемых при электродиализе в России, - гетерогенные мембраны (серийные катионооб - менные мембраны МК-40; анионообменные мембраны МА-40, МА-41), производство кото­рых было основано в г. Щекино (Московской обл.). Кроме крупных серий по заказу изготов­ляют изопористые мембраны МА-41 И и мак­ропористые МА-41 П (аналоги анионообмен - ной мембраны МА-41), катионообменные мем­браны МК-41.

В настоящее время на российском рынке мембран для электродиализа появились гете­рогенные мембраны марок МАК-1, МАК-2, МАКУ-1, МАКУ-2, МКК-1, а также НМКК-1. НМАК-1, НМАК-2 (ВНИИХТ, г. Москва).

Стремление добиться более равномерно­го распределения зарядов и лучших электро­химических и разделительных свойств мем­бран привело к созданию гомогенных мем­бран, названных так, главным образом, по ме­тоду изготовления. В этих мембранах ионоген - ные группы вводятся непосредственно в плен­ку полимера, получаемого разными приемами. Простейший способ - сульфирование или ами - нирование полиэтиленовой пленки. Наиболее известные и применяемые мембраны этого ти­па: сильнокислотная катионообменная мем­брана МФ-4СК (г. Черкассы, Украина); АО «Пластполимер» (г. Санкт-Петербург), слабоосновная анионообменная мембрана МАП (АООТ НИИ «Пластмассы» им. Г. З. Пет­рова, г. Москва).

Особый тип электромембранных мате­риалов - биполярные мембраны, позволяющие реализовать важнейший процесс электрохими­ческого получения кислот и щелочей из соот­ветствующих солей. Эти мембраны представ­ляют собой бислойную систему, состоящую из совмещенных в один лист катионо - и анионо - обменных мембран. В электрическом поле та­кая мембрана способна генерировать разнона­правленные потоки ионов Н+ и ОН" за счет электрического разложения воды на стыке сло­ев.

Опытное производство биполярных мем­бран с каталитической добавкой (БМТ-1Р, БМТ-1С) освоено в центре «Мембранная тех­нология» при Кубанском государственном университете (г. Краснодар). Основные марки биполярных мембран: МБ-1 (прессование МК-40 и МА-40); МБ-2 (прессование МК-40 и МА-41); МБ-3 (прессование МА-41 и МК-41). Мембрана МБ-3 имеет наименьшее электросо­противление при эксплуатации. Во ВНИИХТ испытаны и выпускаются биполярные мембра­ны марок АКК-1-1 и АККК-2-7 с армировкой капроновой тканью

В 1964 г. фирмой Дюпон впервые был получен патент на изготовление гомогенных сульфокатионитовых мембран на основе фтор - углеродной матрицы, широко известных под торговой маркой «Nafion» [18, 40]. Мембрана «Nafion» относится к твердым полимерным электролитам (ТПЭ) - веществам, имеющим полимерное строение, в состав которых входят функциональные группы, способные к диссо­циации с образованием катионов или анионов, направленное движение которых внутри струк­туры полимера обусловливает его ионную про­водимость. Аналогичные ТПЭ стали выпус­каться в России под названием МФ-4СК.

Уже в 70-е годы XX века в хлорно-ще - лочном электролизе, важнейшем промышлен­ном процессе, вместо асбестовых диафрагм стали применять перфорированные мембраны. Первый в мире мембранный электролиз для получения хлора и щелочи был освоен в 1975 - 1976 гг. фирмой Асахи хемикел индастри кам - пани лимитед (Япония) с применением ионосе - лективных мембран «Nafion».

Существенный прогресс в создании топ­ливных элементов, локальных источников электрической энергии, был достигнут благо­даря применению перфорированных мембран «Nafion» и МФ-4СК в качестве твердого элек­тролита между электродами. Наиболее извест­ными производителями ионоселективных мем­бран, наряду с фирмой Дюпон, являются Те - кияма Сода (Япония), выпускающая мембраны «Neosepta»; Асахи гласс компани лимитед, производящая электродиализное оборудование на базе ионоселективных мембран «Selemion».

Аппараты для электродиализа. Элек­тродиализ - мембранный процесс, в котором движущая сила ионного транспорта поддержи­вается разностью электрических потенциалов М/. Это один из основных электромембранных процессов, который используется для очистки воды от ионов [10, 18, 19, 43]. Типичной чер­той этого процесса является необходимость использования заряженных мембран - ионо­обменных. Принцип электродиализа можно
понять из схемы, представленной на рис. 5.5.16. Между катодом и анодом помещается большое число катионо - и анионообменных мембран, расположенных в чередующемся по­рядке. При наложении разности потенциалов на систему, положительно заряженные ионы (например, ионы натрия) передвигаются к ка­тоду, а отрицательно заряженные ионы (хло - рид-ион) - к аноду, причем анионы не могут проходить через отрицательно заряженные мембраны, а катионы - через положительно за­ряженные мембраны. Движущая сила не ока­зывает влияние на незаряженные молекулы, что позволяет отделять их от компонентов, не­сущих электрический заряд.

Количество ионов, перенесенных через мембрану, прямо пропорционально силе элек­трического тока / или плотности тока j. Глав­ным недостатком электродиализа является концентрационная поляризация, которая огра­ничивает плотность тока. Сила электрического тока

I = zFQAC/e,

Где z - валентность иона; F - постоянная Фара­дея; Q - скорость потока; АС - разность кон­центраций до мембраны и после нее; е - эф­фективность силы тока, связанная с числом парных камер в блоке.

Сила электрического тока связана с элек­трическим потенциалом по закону Ома

E = IR,

Где R - общее сопротивление мембранного блока, равное сопротивлению парной ячейки Rcр, умноженному на число ячеек N в блоке:

R = RcpN,

В свою очередь сопротивление одной парной ячейки представляет собой сумму че­тырех сопротивлений:

*ср ~Ram +Rpc +Rcm + Rfc » (5.5.9)

Где Ram - сопротивление анионообменной мембраны; Rpc - сопротивление камеры «пер­меата» (после мембраны); Rcm - сопротивле­ние катионообменной мембраны; R/с - сопро­тивление камеры до мембраны.

Разность потенциалов, которая должна быть приложена для осуществления процесса, определяется общим сопротивлением мем­бранного блока и плотностью тока. Увеличе­ние плотности тока приводит к росту числа пе­ренесенных ионов. Однако плотность тока нельзя увеличивать беспредельно. Предельная плотность тока - это тот ток, который необ­ходим для переноса всех присутствующих ио­нов.

Электродиализаторы по конструкции подразделяются на три основные группы [18, 74]: 1) фильтр-прессового типа; 2) рамочные; 3) специальной конструкции (винтовые, спи­ральные и др.).

Электродиализаторы фильтр-прессового типа - наиболее известные и применяемые на практике (рис. 5.5.17). Эти электродиализаторы обычно содержат общие по назначению конст­руктивные элементы:

Электродные камеры с размещенными в них электродами;

Ионоселективные мембраны; рамки,

Рабочие камеры деионизации и концен­трирования, образованные мембранами и зажа­тыми между ними рамками;

Сепараторы, размещенные внутри рабо­чих камер и предохраняющие мембраны от со­прикосновения;

Коллекторы для подвода и отвода рабочих жидкостей, располагаемые снаружи электро­диализатора или образуемые путем совмеще­ния отверстий в рамках и ионоселективных мембранах при сборке электродиализатора;

Питатели - устройства, соединяющие коллекторы подвода и отвода рабочих сред с рабочими камерами;

Прижимные плиты - прочные и жесткие конструкции, которые с помощью стяжных болтов или шпилек сжимают пакет чередую­щихся мембран и рамок в гидравлически плот­ный аппарат фильтр-прессного типа.

В электродиализаторах фильтр-прессного типа формирование рабочих камер осуществ­ляется с помощью рамок, размещенных между ионоселективными мембранами. Рамки опре­деляют высоту рабочей камеры - расстояние между мембранами и являются одним из дей­ственных средств совершенствования гидро­динамических условий в камерах, определяе­мых равномерностью распределения потока раствора по площади камеры, отсутствием за­стойных зон. Рамки изготовляют из неэлектро­проводных, негигроскопичных и эластичных материалов: паронита, резины, поливинилхло - рида, полипропилена и др.

В зависимости от конструкции рамок различают два типа электродиализаторов фильтр-прессового типа: лабиринтный и про­кладочный. В лабиринтном электродиализато­ре жидкость в рабочей камере течет по изме­няющему свое направление каналу-лабиринту (рис. 5.5.18), прорезанному в рамке. В прокла­дочном электродиализаторе рамка-прокладка ограничивает рабочую камеру по периметру, и внутри рабочей камеры размещают сепаратор.

В рамках лабиринтного типа в электро­диализаторе типа «Родник-21У» прокладки имеют один сквозной канал и два противопо­ложно расположенных канала с питателями, открытыми в противоположные стороны отно­сительно плоскости прокладки. Это позволяет жестко закрепить края отверстий мембраны между соседними прокладками и достичь эф­фекта равномерного распределения потока рас­твора по сечению рабочей камеры, предотвра­щения перетоков растворов и их смешения.

Оба типа рамок имеют свои преимущест­ва и недостатки. Например, в электродиализа­торах с рамками-прокладками при прочих рав­ных условиях меньше толщина диффузионного слоя, и это позволяет вести процесс при мень­ших скоростях потока или при большей плот­ности тока. Кроме того, у рамок-прокладок эффективная площадь мембран больше, чем у лабиринтных рамок. В то же время, в электро­диализаторах с рамками лабиринтного типа относительно более длинный путь раствора по лабиринтному каналу обусловливает длитель­ное время контакта раствора с мембраной.

А) б)

Рис. 5.5.19. Схема размещения распределительных и уплотнительных колец в камерах деионизации (а) и концентрирования {б) электродиализатора: 1 - рамка-прокладка; 2,3- распределительное кольцо соответственно для ввода и вывода раствора; 4 - уплотнительное кольцо; 5 - направление движения раствора в камере

По способу подачи в камеры и вывода из них обрабатываемых растворов электродиали­заторы подразделяют натри основные группы:

с распределительными и уплотнитель - ными кольцами (рис. 5.5.19);

с образующими коллекторы отвер­стиями и прорезями-питателями в рамках;

с внешними коллекторами и свобод­ным выходом растворов в рабочие камеры.

Достоинство аппаратов первой группы в том, что раствор поступает в камеру не через узкие питатели, а по всему периметру внутрен­него трубопровода. Кроме того, упрощается конструкция прокладки. Однако кольца в элек­тродиализаторе могут смещаться, затруднено обеспечение точного соответствия высот рамок и колец. Эти недостатки приводят к наруше­нию питания камер, целостности мембран, по­этому аппараты такой конструкции не нашли широкого применения.

Во второй фуппе электродиализаторов подача растворов в рабочие камеры первона­чально осуществлялась по четырем внутрен­
ним каналам, образованным отверстиями в мембранах и прокладках, совмещающимися при сборке электродиализатора. Для предот­вращения соприкосновения ионоселективных мембран внутрь прокладки вкладывается сепа­ратор (рис. 5.5.20).

Рамки-прокладки с питателями в виде прорезей, соединяющих рабочую камеру с от­верстиями, выполненными в прокладках и яв­ляющимися составной частью канала-коллек - тора, получили самое широкое распростране­ние (рис. 5.5.21).

В электродиализаторах третьей группы, с внешними коллекторами и свободным входом растворов в рабочие камеры, рамка заменена двумя узкими пластинами из эластичного ма­териала, размещенными с двух противополож­ных сторон рабочей камеры. В камерах деио - низации и концентрирования уплотнительные полосы повернуты под прямым углом друг от­носительно друга. Между уплотнительными полосами проложена сетка-сепаратор, соеди­няемая в ряде случаев в единую конструкцию с уплотнительными полосами. Растворы пода­ются в камеры деионизации и концентрирова­ния и выводятся из них через неуплотненные кромки камер, в которых проложены удлинен­ные концы сеток-сепараторов. Коллекторы ввода и вывода растворов выполнены в виде крышек, плотно прижатых к электродиализно­му пакету со стороны неуплотненных кромок рабочих камер, что обусловливает возмож­ность только гидравлически параллельного сплочения.

К электродиализаторам с внешними рас­пределительными коллекторами и рабочими камерами, не содержащими питателей для со­единения камер с коллекторами, может быть отнесен струнный электродиализатор безра­мочного типа, в котором сепаратор выполнен в виде параллельно расположенных тонких ни­тей - струн из неэлектропроводного материа­ла - капрона, полиэтилена и др., причем край­ние струны выполняют роль уплотнителей ра­бочих камер (рис. 5.5.22). Растворы поступают в рабочие камеры и выводятся из них через коллекторы в крышках и свободные входы в камеры вдоль струн. Недостаток конструкции описанного электродиализатора заключается в сложности его сборки.

По характеру гидравлического соедине­ния рабочих камер в аппаратах фильтр-прессо­вого типа различают наиболее широко приме­няемые типы электродиализаторов с гидравли­чески параллельным (рис. 5.5.23, а) или после­довательным (рис. 5.5.23, б) соединением ка­мер деионизации и концентрирования. В элек­тродиализаторе с гидравлически параллельным включением рабочих камер может быть дос­тигнута сравнительно невысокая степень деионизации обрабатываемой жидкости, вслед­ствие чего необходимо вести процесс много­ступенчато в несколько гидравлически после­довательно включенных электродиализаторах, либо многократно пропуская обрабатываемую жидкость через один и тот же электродиализа­тор. Преимуществом такого электродиализато­ра является его низкое гидравлическое сопро­тивление.

Электродиализатор с гидравлически по­следовательным включением рабочих камер позволяет обеспечить высокую степень деионизации обрабатываемой жидкости за один проход. К его недостаткам следует отне­сти высокое гидравлическое сопротивление и связанное с ним повышение давления жидко­сти в электродиализаторе, обусловливающее возможность нарушения гидравлической плот­ности аппарата, разрывы мембран и др., что в значительной степени усложняет задачу созда­ния сравнительно простых и надежных в экс­плуатации конструкций.

Известны конструкции многокамерного электродиализатора с комбинированной схе­мой гидравлического включения рабочих ка­мер (рис. 5.5.23, в), позволявшей достичь высо­кой степени деионизации при снижении гид­равлического сопротивления, например, «Род - ник-3». По этой схеме рабочие камеры, вклю­ченные гидравлически параллельно, объедине­ны в пакеты, которые соединены последова­тельно и агрегатируются между собой парой

Электродов, причем количество включаемых камер в каждом последующем пакете сокраща­ется и выбирается так, чтобы увеличившаяся скорость потока в каждом последующем паке­те сохраняла деионизационное ограничение при текущем значении концентрации дилюата.

Промышленный выпуск прокладочных электродиализаторов фильтр-прессного типа производится фирмами Америкен машин и фаундри компани (США), Асахи хемикел и Асахи гласс (Япония), АО «Тамбовмаш», ЗАО «Мембраны» (г. Владимир) и др.; лаби­ринтных электродиализаторов - фирмами Ио­нике инк. (США), «Мембранные технологии» (Казахстан - Россия), «Эйкос» (г. Москва) и др.

Электродиализаторы блочно-камерного типа промышленное применение нашли наряду с электродиализаторами фильтр-прессного типа, особенно при концентрировании морской воды в процессе добычи из нее поваренной соли.

Электродиализаторы блочно-камерного типа представляют собой группу камер кон­центрирования, образованных плотно соеди­ненными по контуру анионо - и катионо-селек - тивными мембранами, помещенными в ванну. Камеры концентрирования отделены друг-от друга прокладками-сепараторами и омываются солесодержащим раствором, например мор­ской водой. Блок камер концентрирования рас­полагается между катодом и анодом, либо ме­жду центральным анодом и двумя катодами.

Размещенными в концах блоков камер. Кон­центрат выводится из камер концентрирова­ния через переливные трубки. Обычно мем­браны, образующие камеру концентрирования, склеиваются или свариваются по контуру.

Электродиализаторы блочно-камерного типа изготовляются фирмами Асахи хемикел, Асахи гласс, Токияма сода (Япония), центром «Мембранная технология» (г. Краснодар), ЗАО «Мембраны» и др.

Электродиализаторы специальной кон­струкции (спиральные, винтовые, с загрузкой камер ионитом и др.) занимают особое место [18, 74]. Фирмой Америкен машин и фаундри разработаны конструкции с винтообразной мембраной (рис. 5.5.24, а). При изготовлении этого аппарата мембрану круглой формы раз­резают по радиусу в одном месте. Затем мем­браны закрепляют на стержне из диэлектрика и сваривают между собой в местах разрезов та­ким образом, что они образуют непрерывную винтообразную ленту. Мембраны могут быть плоскими или для увеличения эффективной площади гофрированными.

Фирма Ионике инк. предложила конст­рукцию эдектродиализатора спирального типа (рис 5.5.24, б), представляющего собой цилин­дрический корпус 2 из диэлектрика, на внут­ренней вертикальной стороне которого разме­щен один из электродов, другой стержневой электрод размещен вдоль оси цилиндра. Каме­ры деионизации выполнены в виде герметично соединенных по краям лент - мембран, сверну­тых спирально вместе с размещенными между ними сепаратором и расположенных концен­трично с электродами. По концам спирали пре­дусмотрены выводы для подачи и вывода рас­твора. Концентрат, служащий одновременно и средой для промывки электродов, протекает по наружному каналу, образованному спиральной камерой деионизации.

Электродиализаторы с камерами обес - соливания, содержащими ионообменную на­садку, позволяют снизить потери напряжения при глубокой деминерализации воды методом электродиализа. Предложен цилиндрический электродиализатор, внешняя стенка которого является катодом. В центре цилиндра разме­щен стержень, играющий роль анода. В про­странстве между анодом и катодом концентри­чески помещаются две пористые инертные диафрагмы, которые делят аппарат на три ка­меры: катодную, анодную и среднюю. Средняя камера заполняется смесью катионо - и анионо - обменных смол, а катодная и анодная - исход­ным раствором. При протекании тока происхо­дит обессоливание раствора в средней камере, как и в трехкамерном электродиализаторе с инертными мембранами. Концентрация рас­твора в электродных камерах увеличивается. По достижении заданного уровня автоматиче­ски приводится в действие система, периоди­чески промывающая электродные камеры ис­ходной водой. При диаметре катода, внешней и внутренней диафрагм соответственно 40, 32 и 10 см, высоте ванны 90 см, напряжении 60... 80 В, затратах мощности 100...600 Вт и исход­ном содержании 1,1 г/л конечное солесодержа - ние обрабатываемой воды составляет 0,051 г/л.

В Кубанском государственном универси­тете разработан многокамерный электродиали­затор, включающий камеры обессоливания, за­полненные смешанным монослоем ионитов (катионита КУ-2 и анионита АВ-17) в виде гранул с инертным спейсером (рис. 5.5.25). Каждая гранула ионита размещена в ячейке сетчатой прокладки, которыми снабжены ка­меры обессоливания эдектродиализатора.

Электродиализная установка типа ПЭДУ производительностью 100 л/ч для получения апирогенной воды и воды для гемодиализа с использованием такого аппарата изготовляется в центре «Мембранная технология» (г. Красно­дар).

В конструкциях электродиализаторов, разработки В. Д. Гребенюка [19], в качестве ио­нообменных наполнителей в камеры деиониза­ции могут быть введены также тонкие плоские или гофрированные листы ионообменных ма­териалов, плоские сетки из спутанных волокон с ионообменными материалами.

Известны конструкции электродиализа­торов, отличающиеся от традиционных аппа­ратов фильтр-прессного типа наличием ионо - селективных наполнителей, в частности, элек­тродиализатор ленточно-спирального типа [18, 74] с сепаратором, выполненным из ионооб­менного материала в виде нитей, ткани или во­локнистой массы наподобие войлока. Камеры деионизации сформированы в виде внутренних полостей шланга, сваренных из полос анионо - и катионообменных мембран через диэлектрик. Камеры концентрирования образованы про­странством между витками шланга, свернутого спиралью вместе с сепаратором.

Распределение потоков жидкости. В за­висимости от гидравлической схемы соедине­ния все электродиализаторы можно разделить на прямоточные и циркуляционные. Циркуля­ционные установки могут быть периодическо­го и непрерывного действия. В прямоточных электродиализных установках солесодержание исходной воды снижается до заданного значе­ния за один проход через мембрану обессоли­вания (рис. 5.5.26). В циркуляционных порци­онных установках исходная вода циркулирует через камеры обессоливания и емкость обессо­ленной воды до тех пор, пока ее солесодержа­ние не понизится до заданной величины.

В циркуляционных установках непре­рывного действия диализат циркулирует с по­мощью насоса через электродиализатор и соот­ветствующую емкость. По мере обессоливания исходной воды часть ее непрерывно поступает потребителю, а к остальной части добавляется такое же количество исходной воды.

Прямоточные электродиализные установ­ки могут быть одноступенчатыми и многосту­пенчатыми. Одноступенчатые состоят из одно­го или нескольких электродиализаторов, гид­равлически соединенных между собой парал­лельно, а многоступенчатые на каждой ступени имеют по одному или несколько параллельно соединенных электродиализаторов. Ступени последовательно соединяются между собой питающими их коммуникациями. В каждом электродиализаторе питание однородных ка­мер может быть как параллельным, так и по­следовательным. Последовательное питание серий параллельно соединенных камер обессо - ливания увеличивает производительность ап­парата и уменьшает осадкообразование на мембранах. Так как по мере обессоливания жидкости критическая скорость потока увели­чивается, определенные преимущества имеют многоступенчатые установки, в которых на каждой ступени число камер убывает. Обессо­ливаемый раствор проходит через ступени по­следовательно, и скорость его по мере обессо­ливания увеличивается.

Общим недостатком всех установок с по­следовательным распределением потоков явля­ется значительный перепад давлений в сосед­них камерах, результатом которого может быть соприкосновение и даже прорыв мембраны.