电渗析装置结构图,电渗析装置主要结构包括

首页 > 科技 > 作者:YD1662024-04-20 06:26:17

NaCl溶液在电渗析中的迁移过程

淡水室中加入NaCl溶液,在电场的作用下,淡水室中的Na 和Cl-就会发生迁移,其中Na 透过阳膜向阴极移动,Cl-透过阴膜向阳极移动。

淡水室溶液中的电荷传递是Na 和Cl-共同承担的,因此两者的迁移数可以近似为0.5,但是膜中的迁移数就不是这样了。

以阴膜为例,由于选择透过性,只允许Cl-通过,导致Cl-在阴膜中的迁移数要大于溶液中的迁移数,而为了维持正常的电流传导,就需要使用阴膜边界层的Cl-进行补充,使得边界层和主流层之间呈现一个浓度差(上图中的C-C’,其中C为主流层离子浓度,C‘为边界层离子浓度)。

电渗析装置结构图,电渗析装置主要结构包括(13)

浓差极化现象

如果增加电流密度,那么这个浓度差也会增加,当电流密度增大到C‘趋向于0时,为了电流传导的维持,水分子就会分解为H 和OH-,其中的OH-就会代替Cl-参与迁移,这种现象就称为浓差极化现象,而此时的电流密度就是极限电流密度。

浓差极化现象出现时,由于部分电能被用于电解水,会降低电流的效率;淡室中电离出的OH-会通过阴膜进入浓室,导致浓室中的pH增大,容易产生结垢,导致膜电阻增大,进而使耗电量增加。

所以,我们是需要避免电渗析装置在极限电流密度条件下进行工作的。首先要计算出这个极限电流密度ilim,它与流速和离子的平均浓度均有关:

电渗析装置结构图,电渗析装置主要结构包括(14)

极限电流密度计算公式

由上可以看到,隔板的设计,对于极限电流密度的影响是十分重要的。

除了理论计算,极限电流密度还可以通过电压-电流法来进行测定。在进水浓度稳定的前提下,保持浓水、淡水和极室水的流量和进口压力,逐渐提高电压,等设备运行稳定后再测定相应的电流值。

以膜对的电压为纵坐标,电流密度为横坐标,可得膜对电压-电流密度图如下:

电渗析装置结构图,电渗析装置主要结构包括(15)

膜对电压-电流密度图

当电压较小时,电流密度会随电压的增加呈线性增长,但电压增加到一定数值后,电流密度的增加幅度就会逐渐降低了。其中P点为曲线两端切线的交点,过P电的垂线与与曲线的交点C即为极限电流密度ilim。

通过改变淡水隔板流道的水流速度v,就可以得到该流速下相对应的极限电流密度ilim和淡室中水的对住平均离子浓度C,利用图解法就可以得到Kp和n的值。

当我们得到了极限电流密度,那么在电渗析运行过程中,我们就可以把操作电流密度控制在极限电路密度之下,避免极化现象的发生。

电流效率与电能效率

在电渗析中,实际去除的盐量与理论去除盐量的比值即为电流效率,反映了电渗析中电流的利用效率的高低。

对于实际除盐量和理论除盐量,则可以通过下面的公式进行计算:

电渗析装置结构图,电渗析装置主要结构包括(16)

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