vguitВестник Воронежского государственного университета инженерных технологийProceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies2226-910X2310-1202VSUET10.20914/2310-1202-2026-2-vguit-3784Research ArticleХимическая технологияFundamental and Applied chemistry, chemical technologyРазработка электродиализного аппарата с модернизированными прокладками-спейсерами и оценка экономической эффективности его применения в технологической схеме очистки промышленных растворов ТЭЦDevelopment of an electrodialysis apparatus with upgraded spacers and evaluation of its economic efficiency in the process scheme for purifying industrial solutions at a thermal power planthttps://orcid.org/0000-0003-0746-5161ЛазаревС. И.LazarevS. I.

д.т.н., заведующий кафедрой, кафедра механики и инженерной графики, Советская, 106, Тамбов, 392000, Россия

Doctor of Technical Sciences, Head of the Department, Department of Mechanics and Engineering Graphics, Sovetskaya 106, Tambov, 392000, Russia

sergey.lazarev.1962@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0000-9588-4897ДолговаО. В.DolgovaO. V.

к.т.н., старший преподаватель, кафедра природопользования и защиты окружающей среды, Советская, 106, Тамбов, 392000, Россия

Candidate of Technical Sciences, senior lecturert, Department of "Nature Management and Environmental Protection", Sovetskaya 106, Tambov, 392000, Russia

o.v.dolgova@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9366-8661КоноваловД. Н.KonovalovD. N.

к.т.н., доцент, кафедра техники и технологии автомобильного транспорта, Советская, 106, Тамбов, 392000, Россия

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Department of "Engineering and Technology of Motor Transport", Sovetskaya 106, Tambov, 392000, Russia

kdn1979dom@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0006-1914-1614АнтиповаА. А.AntipovaA. A.

аспирант, кафедра механики и инженерной графики, Советская, 106, Тамбов, 392000, Россия

graduate student, Department of Mechanics and Engineering Graphics, Sovetskaya 106, Tambov, 392000, Russia

ainolgon@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7333-4816ПолянскийК. К.PolyanskyK. K.

д.т.н., профессор, кафедра управления социально-экономическими системами и бизнеса, Карла Маркса, 67А, Воронеж, 394030, Россия

Doctor of Technical Sciences, Professor, Department of "Commerce and commodity science", Karl Marx, 67A, Voronezh, 394030, Russia

kaf-kit@vfreu.ruШельН. В.ShelN. V.

д.х.н., профессор, кафедра химии и химических технологий, Советская, 106, Тамбов, 392000, Россия

Doctor of Chemical Sciences, Professor, Department of Chemistry and Chemical Technologies, Sovetskaya 106, Tambov, 392000, Russia

natalyshell@mail.ruТамбовский государственный технический университетРоссияTambov State Technical UniversityRussian FederationВоронежский филиал Российского экономического университета имени Г.В. ПлехановаRussian FederationVoronezh branch of the Russian Economic University named after G.V. PlekhanovRussian Federation202630062026882305319Copyright © Лазарев С.И., Долгова О.В., Коновалов Д.Н., Антипова А.А., Полянский К.К., Шель Н.В., 20262026Лазарев С.И., Долгова О.В., Коновалов Д.Н., Антипова А.А., Полянский К.К., Шель Н.В.Lazarev S.I., Dolgova O.V., Konovalov D.N., Antipova A.A., Polyansky K.K., Shel N.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnik-vsuet.ru/vguit/article/view/3784

Представлена разработка конструкции электродиализатора с модернизированными прокладками-спейсерами. В отличие от аналогов, включающих катионо- и анионообменные мембраны с гранулами смол и сетчатыми прокладками, а также прототипа с охлаждающими трубками, предложенная конструкция обеспечивает более полное использование объема камер за счет уменьшения количества направляющих-держателей. Это устраняет застойные зоны и увеличивает свободное пространство внутри прокладок-спейсеров. Также реализовано шахматное расположение охлаждающих трубок, что способствует более эффективному теплообмену и изменению направления потока раствора. Представлена технологическая схема очистки промышленных растворов с использованием разработанного электродиализатора. Проведён анализ эксплуатационных затрат, экономической эффективности внедрения и срока окупаемости данного технологического процесса. Предложенные конструктивные решения, реализованные в модернизированных прокладках-спейсерах, позволяют добиться более высокой производительности, улучшенного охлаждения и, как следствие, повышения качества разделяемых растворов.

This paper presents a design for an electrodialyzer with upgraded spacer gaskets. Unlike similar designs incorporating cation- and anion-exchange membranes with resin granules and mesh gaskets, as well as a prototype with cooling tubes, the proposed design ensures more complete utilization of the chamber volume by reducing the number of guide holders. This eliminates stagnant zones and increases free space within the spacer gaskets. A staggered arrangement of the cooling tubes also facilitates more efficient heat exchange and changes in the solution flow direction. A process flow diagram for purifying industrial solutions using the developed electrodialyzer is presented. An analysis of operating costs, the economic efficiency of implementation, and the payback period for this technological process are provided. The proposed design solutions, implemented in the upgraded spacer gaskets, enable higher productivity, improved cooling, and, consequently, improved quality of the separated solutions.

концентрированиеочисткапрокладки-спейсерыразделениеэлектродиализаппаратconcentrationpurificationspacer padsseparationelectrodialysisapparatusReferencesПат. № 2380145 C2, RU, B01D 61/48. Многокамерный электродиализатор глубокой деминерализации / Заболоцкий В.И., Ташлыков Е.И.; заявитель и патентообладатель ООО «Инновационное предприятие Мембранная технология». № 2007146524/15; Заявл. 12.12.2007; Опубл. 27.01.2010.Zabolotsky V.I., Tashlykov E.I. Multikamernyi elektrodializator glubokoy demineralizatsii [Multi-chamber electrodialyzer for deep demineralization]. Russian Federation patent RU 2380145 C2, 27 Jan. 2010. (in Russian).Пат. № 2225746 C1, RU, B01D 61/00. Электродиализатор / Пилат Б.В.; заявитель и патентообладатель ООО «Фирма ЭЙКОСЪ». № 2003102224/15A; Заявл. 28.01.2003; Опубл. 20.03.2004.Pilat B.V. Elektrodializator [Electrodialyzer]. Russian Federation patent RU 2225746 C1, 20 Mar. 2004. (in Russian).Пат. № 2812615 C1, RU, B01D 61/42. Электродиализатор с улучшенной турбулизацией и охлаждением разделяемого раствора / Шестаков К.В., и др..; заявитель и патентообладатель Тамбовский государственный технический университет. № 2022134332; Заявл. 26.12.2022; Опубл. 30.01.2024.Shestakov K.V. et al. Elektrodializator s uluchshennoy turbulizatsiey i okhlazhdeniem razdelyaemogo rastvora [Electrodialyzer with improved turbulization and cooling of the separated solution]. Russian Federation patent RU 2812615 C1, 30 Jan. 2024. (in Russian).Семилетова В.А., Шестаков К.В., Лазарев С.И., Полянский К.К. Анализ эффективности электромембранной очистки промышленных растворов от ионов никеля // Вестник ВГУИТ. 2025. Т. 87. № 2. С. 112–120.Semiletova V.A. et al. Analiz effektivnosti elektromembrannoy ochistki promyshlennykh rastvorov ot ionov nikelya [Analysis of the efficiency of electromembrane purification of industrial solutions from nickel ions]. Bulletin of VSUET. 2025. vol. 87. no. 2. pp. 112–120. (in Russian).Жилинский В.В., Слесаренко О.А. Электрохимическая очистка сточных вод и водоподготовка: учеб.-метод. пособие для студентов специальности 1–48 01 04 «Технология электрохимических производств». Минск: БГТУ, 2014. 85 с.Zhilinsky V.V., Slesarenko O.A. Elektrokhimicheskaya ochistka stochnykh vod i vodopodgotovka: ucheb.-metod. posobie [Electrochemical wastewater treatment and water preparation: teaching and methodological manual]. BGTU, 2014. (in Russian).Ермоленко Б.В., Кузин Е.Н. Оптимизация процесса выбора технологий и оборудования для очистки сточных вод гальванического производства // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. 2024. Т. 67. № 2. С. 111–118.Ermolenko B.V., Kuzin E.N. Optimizatsiya protsessa vybora tekhnologiy i oborudovaniya dlya ochistki stochnykh vod galvanicheskogo proizvodstva [Optimization of the process of selecting technologies and equipment for wastewater treatment in galvanic production]. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. 2024. vol. 67. no. 2. pp. 111–118. (in Russian).Dudeja I., Nikhanj P., Singh A. Electrodialysis: A Novel Technology in the Food Industry // Emerging Techniques for Food Processing and Preservation. CRC Press, 2023. P. 25.Dudeja I., Nikhanj P., Singh A. Electrodialysis: A Novel Technology in the Food Industry. In: Emerging Techniques for Food Processing and Preservation. CRC Press, 2023. p. 25.Zheng P., Sun Y. Leakage Circuit Characteristics of a Bipolar Membrane Electrodialyzer with 5 BP-A-C Units // Journal of Membrane Science. 2020. V. 597. Art. 117762.Zheng P., Sun Y. Leakage Circuit Characteristics of a Bipolar Membrane Electrodialyzer with 5 BP-A-C Units. Journal of Membrane Science. 2020. vol. 597. article 117762.Peng Z., и др. Mathematical Model of the External Circuits in a Bipolar Membrane Electrodialysis Stack: Leakage Currents and Joule Heating Effect // Separation and Purification Technology. 2022. V. 290. Art. 120816.Peng Z. et al. A Mathematical Model of the External Circuits in a Bipolar Membrane Electrodialysis Stack: Leakage Currents and Joule Heating Effect. Separation and Purification Technology. 2022. vol. 290. article 120816.Джубари М.К., Алексеева Н.В. Эффективность электродиализа при очистке промышленных сточных вод // Вестник технологического университета. 2020. Т. 23. № 7. С. 33–39.Dzhubari M.K., Alekseeva N.V. Effektivnost' elektrodializa pri ochistke promyshlennykh stochnykh vod [Efficiency of electrodialysis in industrial wastewater treatment]. Bulletin of Technological University. 2020. vol. 23. no. 7. pp. 33–39. (in Russian).Фомичев В.Т., Губаревич Г.П., Савченко А.В. Очистка хромосодержащих вод электродиализом в нестационарном режиме // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2020. № 1 (78). С. 190–195.Fomichev V.T., Gubarevich G.P., Savchenko A.V. Ochistka khromsoderzhashchikh vod elektrodializom v nestatsionarnom rezhime [Purification of chromium-containing waters by electrodialysis in non-stationary mode]. Vestnik of Volgograd State University of Architecture and Civil Engineering. 2020. no. 1 (78). pp. 190–195. (in Russian).Яковлева М.Р., Никулина О.К., Колоскова О.В., Дымар О.В. Сравнительная оценка процессов электродиализа и электродеионизации // Пищевая промышленность: наука и технологии. 2023. Т. 16. № 4. С. 61–68.Yakovleva M.R. et al. Sravnitel'naya otsenka protsessov elektrodializa i elektrodeionizatsii [Comparative evaluation of electrodialysis and electrodeionization processes]. Food Industry: Science and Technologies. 2023. vol. 16. no. 4. pp. 61–68. (in Russian).Шестаков К.В. Разработка электродиализного аппарата и виртуального тренажера на его основе для обучения работников промышленных предприятий // Союз машиностроителей России: материалы национальной научно-технической конференции. 2024. № 1. С. 24–27.Shestakov K.V. Razrabotka elektrodializnogo apparata i virtual'nogo trenazhera na ego osnove dlya obucheniya rabotnikov promyshlennykh predpriyatiy [Development of an electrodialysis apparatus and a virtual simulator based on it for training industrial workers]. Union of Machine Builders of Russia: Materials of the National Scientific and Technical Conference. 2024. no. 1. pp. 24–27. (in Russian).Мавлетов М.Н., Дресвянников А.Ф. Регенерирование электролита никелирования из промывных вод гальванического производства с помощью электродиализа // Успехи в химии и химической технологии. 2023. Т. 37. № 2 (264). С. 125–126.Mavletov M.N., Dresvyannikov A.F. Regenerirovanie elektrolita nikelirovaniya iz promyvochnykh vod galvanicheskogo proizvodstva s pomoshch'yu elektrodializa [Regeneration of nickel-plating electrolyte from rinse waters of galvanic production using electrodialysis]. Advances in Chemistry and Chemical Technology. 2023. vol. 37. no. 2 (264). pp. 125–126. (in Russian).Таздинова О.Ю. Применение технологии электродиализа для очистки сточных вод химической водоочистки с применением отечественного оборудования // Тенденции развития науки и образования. 2023. № 97–11. С. 204–207.Tazdinova O.Yu. Primenenie tekhnologii elektrodializa dlya ochistki stochnykh vod khimicheskoy vodoochistki s primeneniem otechestvennogo oborudovaniya [Application of electrodialysis technology for wastewater treatment in chemical water purification using domestic equipment]. Trends in the Development of Science and Education. 2023. no. 97–11. pp. 204–207. (in Russian).Пат. № 2846574 C1, RU, B01D 61/50. Электродиализатор с модернизированными прокладками-спейсерами / Лазарев С.И., и др.; заявитель и патентообладатель Тамбовский государственный технический университет. № 2024136159; Заявл. 03.12.2024; Опубл. 09.09.2025.Lazarev S.I. et al. Elektrodializator s modernizirovannymi prokladkami-speiserami [Electrodialyzer with modernized gasket-spacers]. Russian Federation patent RU 2846574 C1, 9 Sept. 2025. (in Russian).Шестаков К.В., Лазарев С.И., Крылов А.В., Лазарев Д.С. и др. Влияние исходной концентрации ионов металлов в многокомпонентных растворах на процесс электродиализной очистки // Вестник Технологического университета. 2023. Т. 26. № 3. С. 21–25.Shestakov K.V. et al. Vliyanie iskhodnoy kontsentratsii ionov metallov v mnogokomponentnykh rastvorakh na protsess elektrodializnoy ochistki [Effect of initial metal ion concentration in multicomponent solutions on the electrodialysis purification process]. Bulletin of Technological University. 2023. vol. 26. no. 3. pp. 21–25. (in Russian).Пат. № 2756617 C1, RU, B01J 49/00. Способ регенерации элюатов натрий-катионитовых фильтров / Селиванов О.Г., Пикалов Е.С., Смелая Н.Д., Сенцова А.Е.; заявитель и патентообладатель ВлГУ. № 2020134211; Заявл. 17.10.2020; Опубл. 04.10.2021.Selivanov O.G. et al. Sposob regeneratsii eluatov natrii-kationitovykh fil'trov [Method for regeneration of eluates from sodium cation exchange filters]. Russian Federation patent RU 2756617 C1, 4 Oct. 2021. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.