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          1. JRHB2711-10型膜組器


            該實驗型均相膜電滲析置換設備,用于實驗驗證可行性,為中試或生產收集實驗數據,根據數據統計、核算產能,能耗的指標,評價其經濟性。
            本機均相膜膜堆規格:350mm*15mm ,電極板:210mm*80mm隔板尺寸:100mm*300mm 膜片JRJAM-07\JRJCM-07 低電阻耐酸堿,膜堆配各10組膜,可根據實驗需要自行更換膜做實驗。
            雙極膜電滲析說明書
             
            一、工作原理
            雙極膜是一種一面是陽離子交換層而另一面是陰離子交換層的層狀膜,陽離子交換層和陰離子交換層的接界處為水層,在外加直流電場的作用下,水層的H2O裂解成H+和OH-,并分別通過陽離子交換層和陰離子交換層。雙極膜是雙極膜電滲析器的關鍵部件。雙極膜電滲析器就是利用雙極膜分解水以及陰、陽離子交換膜的選擇透過性將鹽轉變為酸和堿的電滲析裝置。原理如圖1

            在直流電場作用下,溶液中的離子發生定向遷移,鹽室中的陽離子透過陽膜,被雙極膜的陰層所阻擋而留在3室,同時雙極膜解離水產生的OH透過雙極膜的陰層后被陽膜所阻擋而留在3室,這樣3室中就產生了堿;鹽室中的陰離子透過陰膜,被雙極膜的陽層所阻擋而留在1室,同時雙極膜解離水產生的H+透過雙極膜的陽層后被陰膜所阻擋而留在1室,這樣1室中就產生了酸;由于鹽室中的離子都是像外遷移的,隨著時間而達到淡化效果。
            二、應用范圍
            ·從有機酸鹽和無機酸鹽直接生產酸和堿
            如:從維生素C鈉鹽直接生產維生素C
            從發酵液中直接分離氨基酸
            從甲磺酸鈉溶液制備甲磺酸和氫氧化鈉
            從醋酸鈉溶液制備醋酸和氫氧化鈉
            從酒石酸鈉溶液制備酒石酸和氫氧化鈉
            從乳酸鈉溶液制備乳酸和氫氧化鈉
            從葡萄糖酸鈉溶液制備葡萄糖和氫氧化鈉
            從氯化鈉溶液制備鹽酸和氫氧化鈉等
            ·含鹽廢水的處理與回收利用
            ·堿法草漿黑液的無污排放處理,并回收堿
            ·脫除有機物中的無機鹽以純化有機物,改造舊的化工生產工藝以消除環境污染
            ·廢酸和廢堿的回收
            ·生產電廠鍋爐用的高純水和半導體工業用的超純水
            ·工業廢水的處理和回收應用
            三、構造及組裝方式
            1.  構造:電滲析器由膜堆、極區和壓緊裝置三部分構成。
            (1)膜堆:是由相當數量的膜對組裝而成的。
            膜對:是由一張陽離子交換膜,一張隔板甲(或乙,隔板乙為隔板甲翻轉180度);一張雙極膜,一張隔板乙(或甲);一張陰離子交換膜,一張隔板丙組成。(圖見附件)
            膜:是電滲析器的關鍵部件,采用本公司自主研發生產的均相陽離子交換膜(陽膜),均相陰離子交換膜(陰膜)和均相雙極膜,電滲析器中的膜在組裝前需要裁剪,膜孔的位置與極室隔板的孔的位置相同。
            隔板:本裝置采用的是彈性隔板,分酸堿室隔板(甲或乙),鹽室隔板(丙)和極室隔板,交替放在陰、陽膜和雙極膜之間,使膜與膜之間保持一定的間隔,沿著隔板平面通過水流,垂直隔板平面通過電流。極室隔板只放在極框與膜之間。隔板厚度0.85毫米。三種隔板的示意圖見附件。
            (2)極區包括電極、極框。
            電極:為連接電源所用,本設備電極陽極采用鈦涂釕電極(黑色),陰極采用不銹鋼電極(灰色)。
            極框:放置在電極和膜之間,以防膜貼到電極上去,起支撐作用。電極板已放置在極框里面。(圖見附件)
            (3)壓緊裝置:是用來壓緊電滲析器,使膜堆、電極等部件形成一個整體,不致漏水。
            (1)陽極導流板;(2)彈性隔板;(3)膜;(4)陰極導流板;(5)堿進水口;(6)酸出水口;(7)陰極液進水口;(8)陰極液出水口;(9)陽極液進水口;(10)陽極液出水口;(11)緊固螺栓;(12)陰極接線柱;(13)陽極接線柱;(14)不銹鋼陰極;(15)鈦涂釕陽極;(16)鹽進水口;(17)酸進水口;(18)鹽出水口;(19)堿出水口
            圖2雙極膜組器示意圖
             
            2.  組裝方式:膜堆的組裝根據膜的配組而定,主要分為三隔室和二隔室。膜的配組有:陰膜、陽膜、雙極性膜(適用于強酸強堿鹽等);陰膜、雙極性膜(適用于強酸弱堿鹽等);陽膜、雙極性膜(適用于弱酸強堿鹽等)。下面是二隔室和三隔室組裝示意圖。
            圖3 二隔室雙極膜制備有機酸的反應式與原理示意圖


            圖4 三隔室雙極膜電滲析制備酸堿示意圖
            3.     膜堆的組裝
            膜堆組裝時,底下放陽極板(按照附件中圖片),是為陽極,上面再放極室隔板,再放一張陽膜……
            三隔室的總的次序為:陽極板,極室隔板,陽膜,隔板甲,陰膜,隔板丙,陽膜,隔板乙,雙極膜;隔板甲,陰膜,隔板丙,陽膜,隔板乙,雙極膜;隔板甲,陰膜,隔板丙,陽膜,隔板乙,雙極膜;隔板甲,陰膜,隔板丙,陽膜,隔板乙,雙極膜;隔板甲,陰膜,隔板丙,陽膜,隔板乙,雙極膜;隔板甲,陰膜,隔板丙,陽膜,隔板乙,雙極膜;隔板甲,陰膜,隔板丙,陽膜,隔板乙,陰膜,極室隔板,陰極板。一共為7組,有7個鹽室,7個酸室,7個堿室,隔板甲所處的隔室為酸室,隔板乙為堿室,隔板丙為鹽室。
            二隔室(陽膜/雙極膜構型)的總次序為:陽極板,極室隔板,陽膜,隔板甲,陽膜,隔板乙,雙極膜;隔板甲,陽膜,隔板乙,雙極膜;隔板甲,陽膜,隔板乙,雙極膜;隔板甲,陽膜,隔板乙,雙極膜;隔板甲,陽膜,隔板乙,雙極膜;隔板甲,陽膜,隔板乙,雙極膜;隔板甲,陽膜,隔板乙,陰膜,極室隔板,陰極板。一共為7組,有7個鹽室和酸室,7個堿室,隔板甲所處的隔室為鹽室和酸室,隔板乙為堿室,陰極板和陽極板中間的孔不需要使用,工作時鹽轉變為酸時是在一起的。
            二隔室(陰膜/雙極膜構型)的總次序為:陽極板,極室隔板,陽膜,隔板甲,陰膜,隔板乙,雙極膜;隔板甲,陰膜,隔板乙,雙極膜;隔板甲,陰膜,隔板乙,雙極膜;隔板甲,陰膜,隔板乙,雙極膜;隔板甲,陰膜,隔板乙,雙極膜;隔板甲,陰膜,隔板乙,雙極膜;隔板甲,陰膜,隔板乙,雙極膜,極室隔板,陰極板。一共為7組,有7個鹽室和堿室,7個酸室,隔板甲所處的隔室為酸室,隔板乙為鹽室和堿室,陰極板和陽極板中間的孔不需要使用,工作時鹽轉變為堿時是在一起的。
            注意雙極膜放置時,陰面(淡黃色或淺色的一面)朝下(朝陽極),陽面(棕色的一面)朝上(朝陰極)。陽極板,膜,隔板放置的順序及位置不能顛倒,全部按照附件中圖的樣子擺放,陰極板按圖中垂直翻轉180度倒扣在最上面,這樣,酸進水口與出水口是對角對稱,堿進水口與出水口也是對角對稱的。組裝完后將整個膜堆用螺桿緊固,緊固時注意不要讓膜堆或膜發生平移,以不漏水為原則,不要用力太大。緊固后將膜堆垂直放置(進水口統一在下,出水口在上)在設備后面的平臺上,按照要求連接管路即可。
            四、       規格性能
            JRPB3010-Ⅰ型雙極膜電滲析設備主要供實驗研究用,電滲析器為整個雙極膜電滲析設備的本體設備,膜堆是其核心。
            膜堆中含有5對膜,包括5張雙極膜,5張陰膜,5張陽膜,20張隔板,規格均為300×100mm,單張膜有效面積為150cm2(208×72mm)。
            陽膜為苯乙烯系磺酸型均相陽離子交換膜(JCM-Ⅱ)(圖5A下);陰膜為苯乙烯季銨型均相陰離子交換膜(JAM-Ⅱ) (圖5A上);雙極膜為苯乙烯系陽面為磺酸型,陰面為季銨型均相雙極性膜(BPM-Ⅰ)(圖5B)。雙極膜電滲析器中的這三種膜均為我公司自主研發生產。在外加直流電場力的作用下,陰膜只讓陰離子通過而阻擋陽離子,陽膜只讓陽離子通過而阻擋陰離子,雙極膜的陰,陽膜界面層的水分子解離產生OH-和H+并分別通過陰、陽層給相鄰隔室提供OH和H+;它們具有耐強酸、強堿,柔韌度強,機械強度高,使用壽命長等特點。各膜性能指標如下:
              
            表1 陰、陽離子交換膜性能
            類型 型號 外觀 厚度 交換容量 含水量 面電阻 遷移數 爆破強度
            mm mmol/g干膜 % Ω-cm2 % 105Pa
            陽膜 JCM-Ⅱ-05 黑色或灰色 0.16-0.23 2.0-2.9 35-43 1-3 95-99 >2.5
            JCM-Ⅱ-07 黑色或灰色 0.16-0.23 1.8-2.2 33-40 2-5 95-99 >2.5
            JCM-Ⅱ-10 黑色或灰色 0.16-0.23 1.8-2.0 33-38 3-6 95-99 >2.5
            JCM-Ⅱ-15 黑色或灰色 0.16-0.23 1.8-2.0 33-38 4-7 95-99 >2.5
            陰膜 JAM-Ⅱ-05 淡黃色 0.16-0.23 1.8-2.2 24-30 4-8 90-95 >2.5
            JAM-Ⅱ-07 淡黃色 0.16-0.23 1.8-2.0 24-28 5-9 90-95 >2.5
            JAM-Ⅱ-10 淡黃色 0.16-0.23 1.6-1.8 22-24 6-10 90-95 >2.5
            JAM-Ⅱ-15 淡黃色 0.16-0.23 1.6-1.8 22-24 6-10 90-95 >2.5
             
             
            2  BPM-雙極膜性能
            型號 外觀 厚度 交換容量 含水量 跨膜電壓*
            (V)
            爆破強度
            (mm) (mmol/克干膜) (﹪) (MPa)
            BPM-Ⅰ 陽面棕黃色 0.16-0.23 陽面1.4-1.8 35-40 0.9-1.6 >0.25
            陰面淺灰色 陰面0.7-1.1
             
            *:在0.5 M Na2SO4溶液中, 在25℃,10—100mA/cm 電流密度下測定
            五、輔助設備
            雙極膜電滲析設備除本體以外尚須配備整流器,磁力泵、過濾器等輔助設備,現將與電滲析配套的輔助設備及部件(序號7~20)列表如下:
            3 JRHB2711-電滲析設備配備
            序號 設備/部件名稱 型號 規格 材質 數量 備注
            1 均相陰離子交換膜 JAM-Ⅱ 270×110mm   10張  
            2 均相陽離子交換膜 JCM-Ⅱ 270×110mm   10張  
            3 雙極膜 BPM-Ⅰ 270×110mm   10張  
            4 彈性隔板   270×110×0.75mm PP 30片  
            5 極框     PVC 2塊  
            6 端電極板   208×72mm 鈦涂釕/不銹鋼 2塊 陽極為鈦涂釕,陰極為不銹鋼
            7 物料泵 MP-30RM     3臺  
            8 極水泵 MP-20RZ     1臺  
            9 直流穩壓可調電源 30V20A 45mm*25mm*15mm   1臺  
             
            六、       使用方法
            1.  實驗準備:按照實驗需求組裝膜堆,正確連接管路。檢查電源開關,磁力泵開關,各管路閥門,取樣閥門是否處于關閉狀態
            2.  清洗管道:各個罐中加入去離子水,打開相應的磁力泵開關,磁力泵運轉,調節流量閥門,水在管路中流動,清洗3~5分鐘,并檢查膜堆是否漏水。關閉磁力泵開關,排出管路和罐中的水。
            3.  實驗:向陽極水罐中加入H2SO4溶液(0.5M左右),陰極水罐中加入NaOH溶液(0.6M左右),鹽水罐中加入待分離的料液,其它罐中加入去離子水或一定濃度的酸堿,先開磁力泵開關,磁力泵運轉,開流量閥調節流量,水循環5分鐘。紅色導線接整流器正極,另一端與膜堆陽極相連,黑色導線接整流器負極,另一端與膜堆陰極相連,開整流器開關,調節恒壓或恒流至期望值,開始試驗。試驗結束后,將整流器電流電壓調至最小,關整流器開關,斷開導線與膜堆連接,再關磁力泵開關停水。
            4.  實驗后處理:排出酸,堿,鹽罐中的溶液,加入去離子水循環,清洗膜3~5分鐘。排出清洗液,再加去離子水循環,使膜完全浸入在水中,關閉電源。
             
            七、       保養維護
            1.  膜堆裝置中的膜無論是否拆卸下來,都需要保持濕潤狀態(室溫在0℃以下時,膜需要拆卸下來保存),拆卸下來的膜最好保存在去離子水中或稀電解質(稀鹽酸)溶液中,注意常換水,防止膜表面細菌滋生;
            2.  切忌置膜于強光照射,太陽暴曬、高熱烘烤、風吹雨淋、嚴寒冰凍之中;
            3.  不與油污接觸,不用合成洗滌劑洗滌,不用硬刷子洗刷,以免使膜受污染和表面損傷;
            4.  不要讓膜與尖銳物體接觸,防止膜表面劃傷或破裂;
            5.  不要用力拉扯、揉捏或折疊膜,防止膜撕裂,陽膜較雙極膜和陰膜強度稍低,尤為注意;
            6.  陰膜及雙極膜的陰面不耐氧化,不可與強氧化性化學物質接觸;
            7.  膜污染后,可將膜拆卸下來,對于有機物污染(有機酸等),可用0.2M左右 NaOH溶液浸泡清洗;對于無機物污染(高價陽離子的氫氧化物沉淀等)可用0.2M左右HCl溶液浸泡清洗,對于細菌和微生物污染,可以采用絡合劑和表面活性劑的堿性水溶液處理。同時也可以采用上述藥劑在線清洗,必要時可通過較小電流;
            8.  運行時,不宜長時間采用大于60mA/cm2的電流密度,以免降低陽極電極的使用壽命;
            9.  運行時,水溫不宜超過50℃,以免使膜變形;
            10. 暫停運行時,應使膜堆各隔室充滿液體,防止膜干燥變形,收縮破裂;
            11. 裝置使用時都在酸堿的條件***意輔助設備等金屬部件的腐蝕,經常擦拭;
            12. 膜堆上禁止放金屬物件,以防產生短路。
            13. 其他一些相關操作或問題見附件2
             
            八、       注意事項
            1.   水的預處理是保證雙極膜電滲析設備正常運行的因素之一,因此水進入電滲析器前必須預處理,保證進入雙極膜電滲析設備的原水水質符合以下指標:
            A:濁度:≯3mg/L;B:含鐵總量:<0.3 mg/L;C:含錳總量:<0.1 mg/L;D:含鈣鎂總量<0.2mg/L;E:耗氧量:<3mg/L(KMnO4);F:水溫:5-50℃;G:污染指數:<7;
            2.   膜四周邊的裁剪尺寸,應比隔板四周邊略?。?.5—1.0mm),孔的裁剪可比隔板對應的孔直徑略大(如大1.0mm)。這樣可以防止膜堆外部因素接觸造成的漏電,也可保證配水管道組裝的整齊;
            3.   極水中電解質的選用可依照自己的試驗情況而定,但要注意電極反應以及極水中各離子的遷移動向和濃度變化情況;
            4.   陽極為鈦涂釕電極板,活性層是通過在鈦板上多次涂上活性材料,再經高溫燒結而成,禁止在用手在黑色活性層上來回撫摸或用刷子刷洗,以免使活性層脫落;
            5.   注意起動時,必須先通水,后通電,停止時先斷電,嚴禁停水不停電;
            6.   調節流量時,先開極水流量閥,后開酸堿鹽室流量閥;防止試驗初期酸室,堿室中水向高濃度的鹽室中滲透,需要保持一定程度的壓力差;
            7.   膜堆組裝時,雙極膜始終是陰面朝陽極,陽面朝陰極,不能反裝;
            8.   電滲析器的陽、陰極與整流器的正、負極對應,不能反接;
            9.   恒電流操作時,酸室和堿室不能以去離子水開始,以防電壓超過整流器量程;
            10.  運行時,整流器顯示的電壓為總電壓(膜堆電壓與電極電壓之和),膜堆電壓測定需要在膜堆組裝時膜堆兩側貼膜放置兩個薄銅片(銅片不可插入流道中與極水接觸),再用電壓表測定兩個銅片間的電位差即為膜堆電壓;
            11.  雙極膜電滲析器在運行階段電極產生氫氣和氧氣,裝置放置的房間注意通風;
            12.  磁力泵禁止在無水條件下空轉;
            13.  整流器的使用請參照其使用說明書
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