DE3219869A1

DE3219869A1 - Membranstapeleinheit fuer mehrkammerprozesse der elektrodialyse

Info

Publication number: DE3219869A1
Application number: DE19823219869
Authority: DE
Inventors: Klemens 2054 Geesthacht Kneifel; Uwe 2059 Hohnsdorf Martens; Hartwig 2058 Lauenburg Voß
Original assignee: GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Current assignee: GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Priority date: 1982-05-27
Filing date: 1982-05-27
Publication date: 1983-12-01
Also published as: JPS5936505A; JPH0113883B2; DE3219869C2

Abstract

Es wird eine Zugprüf- und Reckvorrichtung beschrieben, mit der die Festigkeit der Verbindung zwischen einem Bauteil und einer an diesem angebrachten Bolzen oder anderem stiftförmigen Element geprüft werden kann. Die Vorrichtung läßt sich auch zum Recken des Bolzens verwenden. Die Zugprüf- und Reckvorrichtung besteht im wesentlichen aus einem mit dem Prüfling koppelbaren Greifkopf, einer Abstützvorrichtung, die auf eine Fläche aufsetzbar ist, von der der Prüfling vorspringt, und einer Vorrichtung, insbesondere einem Hydraulikzylinder, mit der die gewünschte Zugkraft zwischen dem Greifkopf und der Abstützvorrichtung erzeugt werden kann.

Description

Membranstapeleinheit für Mehrkammer-
prozesse der Elektrodialyse Beschreibung: Die Erfindung betrifft eine Membranstapeleinheit für Mehrkammerprozesse der Elektrodialyse mit Dichtungsrahmen, Endplatten sowie Membranen, die an sich gegenüberliegenden Seitenrändern korrespondierende Versorgungs- und Verbindungsbohrungen für zu behandelnde Lösungen enthalten, die am Dichtungsrahmen alternierend über Zu-und Abflußrinnen mit dem Innern der Kammern in Verbindung stehen sowie Verwendungsmöglichkeiten derselben.
Das Prinzip der Elektrodialyse, die Konstruktion eines Membranstapels für das Entsalzen einer Kochsalzlösung mit zwei Lösungsströmen sowie die Grundkonzeption eines Dichtungsrahmenssind aus der DE-AS 29 02 247 bekannt.
Mit dieser vorgeschlagenen Konstruktion des Membranstapels können jedoch keine Mehrkreisprozesse durchgeführt werden mit dem Ziel, aus Lösungen und Abwässern unter wirtschaftlichen Bedingungen Wertstoffe zu gewinnen bzw. durch Rückführung wiederzuverwenden oder umweltbelastende Stoffe abzutrennen, da sie nicht die Zu- und Abführung von mehr als 2 Lösungsströmen vorsieht und auch nicht durch einfache technische Maßnahmen ermöglicht.
Es sind weiterhin Laborapparate bekannt, bei denen die Kammern einzeln angeströmt werden. Diese Kammern sind jedoch 5 mm dick, was bei einer Erhöhung der Kammerzahl zu erheblichen Abmessungen des Membranstapels und zu Schwierigkeiten bei der Anbringung von gemeinsamen Zu- und Ableitungen führen würde.
Sind bis zu vier getrennte Ströme erforderlich, um bestimmte Aufgaben zu lösen, dann ist es zwar in einigen Fällen möglich, den Prozeß in zwei nacheinander ablaufenden Schritten mit zwei in Serie geschalteten konventionellen Membranstapeln durchzuführen, der Mehraufwand ist aber erheblich durch höhere Apparatekosten und einen größeren Energieverbrauch.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Membranstapeleinheit der e.g. Art so auszubilden, daß sie in einem Arbeitsgang die Abtrennung und gegebenenfalls Umwandlung mehrerer Komponenten in einer Lösung ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe ist in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 wiedergegeben.
Die übrigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen und Verwendungsmöglichkeiten der Erfindung auf.
Einer der wesentlichsten Vorteile der Erfindung besteht darin, daß mit einem einzigen Typ von Dichtungsrahmen und Endplatte Membranstapel (auch wiederholt hintereinander liegend) erstellt werden können, die Trenn- und Umwandlungsaufgaben durchführbar machen die 2, 3 oder sogar 4 Lösungsströme erfordern. Hierdurch wird es möglich u.a. umweltbelastende Stoffe aus Lösungen zu trennen, wie sie bei der Metalloberflächenbehandlung und der chemischen Verfahrenstechnik anfallen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs beispiels für die Membranstapeleinheit und dessen Verwendung mittels der Fig. 1 - 6 näher erläutert.
Hierbei zeigt Fig. 1 eine Aufsicht eines Dichtrahmens für eine Kammer Fig. 2 die Stapelung der Dichtrahmen, Fig. 3 eine Aufsicht auf eine Endplatte, Fig. 4 einen Schnitt durch eine Endplatte, Fig. 5 ein Schema der Stapeleinheit und Fig. 6 ein Schema einer 4-Kammer-Einheit.
Die verwendeten, einheitlichen Dichtungsrahmen gehen von der, wie bereits erwähnt, in der DE-AS 29 o2 247 beschriebenen Grundkonzeption aus. An den sich gegenüberliegenden Seitenrändern 1 und 2 des quadratischen Dichtungsrahmens 3 ist eine Mehrzahl Schlitze 4, 5 vorgesehen, die für die Zufuhr und die Abfuhr von Lösung in die vom Dichtungsrahmen 3 umfaßten Kammer 6 sorgen. Die Schlitze 4, 5 liegen jeweils zueinander versetzt an den Seitenrändern 1, 2. Die Schlitze als 4, 5 führen/relativ enge Kanäle in das Innere des Dichtungsrahmens 3, welcher als Abstandshalter für beidseitig aufzulegende Membranen ein eingesetztes netzförmiges Gewebe 7 enthält. Die Kanäle divergieren unter einem Winkel von 900, so daß eine zick-zackförmige Konfiguration der Kammerbegrenzung entsteht.
Die Schlitze 4, 5 stehen mit den Versorgungs- und Verbindungsbohrungen 8, 9 in Verbindung. Diese gehen durch den Dichtrahmen 3 hindurch und korrespondieren mit Bohrungen der Membranen und Endplatten (s.Fig. 3 -5). Neben den Bohrungen 8, 9 sind abwechselnd weitere Versorgungs- und Verbindungsbohrungen 10, 11 vorgesehen, die lediglich durch die Seitenränder hindurchtreten und mit einer Kammer in Verbindung gebracht werden, die um 1800 zur dargestellten Kammer in der Stapeleinheit (s.Fig 6) versetzt angeordnet ist.
Die beiden übrigen Seitenränder 12, 13 des Dichtungsrahmens 3 weisen weitere durchgehende Versorgungs- und Verbindungsbohrungen 14, 15 bzw. 16, 17 auf, die wiederum Zu- und Abfuhrleitungen für weitere Lösungsströme (1 oder zwei weitere) bilden und zu Dichtungsrahmen führen, die um 900 bzw. 2700 zum dargestellten versetzt in der Membranstapeleinheit liegen. Sie werden jeweils mit, den Schlitzen 4 und 5 entsprechenden, Schlitze anderer Kammern verbunden.
Alle Bohrungen und Schlitze 4,5, 8 - 11 und 14 - 17 werden von Dichtmat.erialbeschiclltungsteilen 18 - 20 gegeneinander bzw. gegen den Innenraum der Kammer 6 und die Umgebung bei der Zusammenfassung von Membranen und Endplatten zur Membranstapeleinheit abgedichtet. Die Bohrungen 21 und Dichtungen 22 an den Ecken des Dichtunqsrahmens 3 dienen zur Aufnahme durchgehender Halteelemente.
In der Fig, 2 ist die geometrische Anordnung von vier Dichtungsrahmen 3 dargestellt. Aus ihr sind auch der Verlauf und die Anbindung der einzelnen Versorgungs-und Verbindungsleitungen 8 - 11, 14 - 17 an die Kammern, wie bereits beschrieben, zu entnehmen.
Die Fig. 3 zeigt eine der beiden zu verwendenden Endplatten 23. Sie weist eine mit einer danebenliegenden Membran eine Kammer bildende Ausnehmung 24 auf. In zwei aneinander angrenzenden Seiten sind ebenfalls Bohrungen 25 - 28 eingefügt, die mit den Bohrungen 8 - 11, 14 - 17 korrespondieren.
Die Bohrungen 25 - 28 stehen schräg (s.Fig. 4) mit ihren jeweiligen Lösungen tri,tts- bzw. austrittssammelkanälen 31 - 38 der Endplatte 23 (s.Fig. 5) in Verbindung. Diese treten an der Oberfläche der Membranstapeleinheit 39 bzw.
aus den Endplatten 23 aus (Dichtrahmen 3 und Membranen 40 sind schematisch in der Fig. 5 mit dargestellt).
Die Fig. 6 zeigt nunmehr ein Verwendungsbeispiel der Membranstapeleinheit 39 mit den einzelnen Kammern 41 - 44, die von den Membranen 40 abgeteilt werden, zur Behandlung eines chemischen Reaktionsgemisches, das neben dem Natriumsalz einer organischen Säure (NaR) nichtionische Verunreinigungen (OV) enthält und von diesen befreit, konzentriert und in freie Säure umgewandelt werden soll. In diesem 4-Kreislauf Membranstapel werden alternierend mindestens 3 Kationenaustauscher- und 2 Anionenaustauschermembranen 40, angeordnet. Man erhält so eine 4-Kammer-Einheit.
Solche Einheiten können durch einfaches Aneinanderreihen vervielfältigt werden.Für die praxis kommen Membranstapel mit lo bis loo parallelen Einheiten in Frage.
In die 4 Kreisläufe werden über Zuführungen zu den Kammern 41 - 44 folgende Lösungen eingespeist: 41 - Reaktionsgemisch (enthält NaR und nichtionische organische Verunreinigungen OV) 42 - verdünnte organische Säure 43 - Salzsäure (bei) 44 - Natriumchloridlösung (NaCl) Nach Anlegen der elektrischen Spannung ergeben sich folgende Transportvorgänge in dentKammern 41 - 44: 41 - Die Natriumionen (na+) und die Säurerestionen (R-) wandern in die Kammern 44 bzw. 42. Die Lösung wird entsalzt und enthält nur noch die nichtionischen organischen Verunreinigungen OV, die im elektrischen Feld nicht transportiert werden.
42 - In diese Kammer hinein wandern die R-- Ionen aus Kammer 41 und die WasserStoffionen (H +) aus der Kammer 43. Es entsteht eine reine organische Säure (HR), die durch teilweise Rückführung (Kreislauf) höher aufkonzentriert Werden kann.
43 - Die in dieser Kammer befindl;#che Säure liefert die H+-Ionen für die in Kammer 42 zu bildende Säure. Die Chloridionen (cl¼ werden in die Kammer 44 transportiert.
44 - Hier entsteht eine konzentrierte Natriumchlorid (NaCl)-Lösung aus den C1-- Ionen von Kammer 43 und den Na - Ionen der benachbarten Kammer 41.
Die Konzentration der Natriumchlorid-Lösung sollte einen bestimmten Wert (etwa 20 %) nicht überschreiten. Dies erreicht man entweder durch kontinuierliche Wasserzugabe (eventuell kann die entsalzte Lösung aus Kammer 41 dazu benutzt werden) oder durch diskontinuierliches Auswechseln der konzentrierten Lösung.
Als Ergebnis wird eine gereinigte, konzentrierte organische Säure und als Neben- bzw. Abfallprodukte eine konzentrierte Natriumchlorid-tc#sunq und eine entsalzte Lösung mit organischen Verunreinigungen erhalten. Als weitere Anwendungsmöglichkeit für eine 4-Kammer-Einheit kommt z.B. die Aufarbeitung von Kochlösungen in Frage, die bei der Papierherstellung anfallen.

Claims

Patentansprüche: 1. Membranstapeleinheit für Mehrkammerprozesse der Elektrodialyse mit Dichtungsrahmen, Endplatten sowie Membranen, die an sich gegenüberliegenden Seitenrändern korrespondierende Versorgungs- und Verbindungsbohrungen für zu behandelnde Lösungen enthalten, die am Dichtungsrahmen alternierend über Zu- und Abflußrinnen mit dem Innern der Kammern in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß a) in weiteren sich gegenüberliegenden Seitenrändern (12, 13) der Dichtungsrahmen (3) sowie Membranen (40) andere durchgehende Versorgungs- und Verbindungsbohrungen (14, 17) vorgesehen sind, die ebenfalls alternierend mit Zu- und Abflußrinnen weiterer Kammern (6, 41 - 44) in Verbindung stehen, und b) die Endplatten (23) mehrere Sammelöffnungen (31 - 38) für Versorgungs und Verbindungsbohrungen (25 - 28) aufweisen.
2. Membranstapeleinheit nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungs- und Verbindungsbohrungen (8 - 11, 14 - 17) auf den Seitenrändern (1, 2, 12, 13) eines Quadrates liegen und daß die Dichtungsrahmen (3) fortlaufend jeweils versetzt angeordnet sind.
3. Membranstapeleinheit nach Anspruch 1. und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsrahmen (3) alle von gleicher Bauart sind.
4. Membranstapeleinheit nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die durchgehenden Versorgungs- und Verbindungsbohrungen (8 - 11, 14 - 17) mit Dichtmaterialbeschichtungen (18 - 20) gegeneinander und gegen die Umgebung abgedichtet sind.
5. Verwendung der Membranstapeleinheit nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, für 2, 3 oder 4 Lösungsströme, wobei die Strömungsrichtung in benachbarten Kammern (6, 41-44) je nach Anordnung der Dichtrahmen (3) und der Anzahl der Lösungsströme parallel und/ oder um 900 gegeneinander versetzt sind.
6. Verwendung der Membranstaeleineit nach Anspruch 5 für die Abtrennung von nichtionischen Verunreinigungen aus einem eine organische Säure enthaltenden Salze , Konzentrierung des Salzes und Umwandlung in die freie Säure.