135 5.1 Обоснование конструкции камер электродиализатора
Анализируя достижения и перспективы в области электродиализной обработки сыворотки, установлено значительное уменьшение степени загрязнения мембран с увеличением скорости циркуляции в камерах обессо-ливания. При изучении влияния скорости циркуляции молочной сыворотки на производительность процесса важную роль приобретает поперечный градиент скорости.
По результатам анализа зарубежной и отечественной патентной и технической литературы выявлено, что новое направление в области конструирования электродиализных установок с целью решения имеющихся проблем связано с разработкой прокладок, обеспечивающих высокую скорость циркуляции потоков, а, следовательно, и интенсификацию процесса. Достижение желаемого эффекта можно получить также за счет уменьшения толщины электродиализных камер, увеличения рабочей поверхностей мембран и отсутствия у прокладок турбулизирующих элементов. Эти факторы, как показали эксперименты, обусловливают резкое снижение удельных затрат электроэнергии при деминерализации. Что касается возможности использования в электродиализаторах с гладкоканальными прокладками высокоскоростных режимов циркуляции обрабатываемых растворов, то оно считается проблематичным. Основная причина заключается в том, что переход ламинарного режима в турбулентный, к достижению которого обыч-
136
но стремятся, для узких и гладких каналов осуществляется при относительно высоких скоростях течения.
Даже при сложности достижения турбулентного режима из-за повышенной вязкости концентратов сывороточных белков, реализация быстрой смены отдельных их порций в межмембранном пространстве, без наличия застойных зон, может привести к росту предельной плотности тока.С целью изучения возможности деминерализации высокобелковых концентратов сконструирована электродиализная установка, оснащенная прокладками лабиринтного типа без турбулизирующих элементов. Кроме того, особенностью такой прокладки является совмещенность потоков в тракте обессоливания и концентрирования. Это практически исключает возможность перепада давления в соседних камерах у входа и выхода из лабиринта, при соблюдении равенства его на выходе в установку, что одновременно приводит к равномерности распределения плотности тока между отдельными участками мембран. Указанные преимущества достигаются специальным расположением входных отверстий, приводящих к унификации прокладок для различных камер, изменением ориентации ее поворотом на 180°. Общая площадь одной прокладки составляет 4,8-10" м2.
При определении ширины и высоты канала исходили из следующих предпосылок. Известно, что уменьшение толщины электродиализных камер ведет как к интенсификации процесса деминерализации, так и к увеличению гидродинамического сопротивления. Известно, что уменьшение расстояния между пластинами в аппаратах с щелевидными каналами ведет к затуханию турбулентности. При этом не исключена возможность того, что при некотором малом расстоянии между пластинами турбулентного течения практически не будет из-за слияния обоих пограничных слоев в единый ламинарный поток, заполнивший все сечение.
При'расчетах коэффициента сопротивления для прямоугольных каналов U-образной формы существует уменьшение его до определенной вели-
137
чины с ростом соотношения - (Ь - ширина «языка», а - ширина канала) до
значения, равного 1. Одновременно следует учесть, что увеличение ширины «языка» приведет наряду с уменьшением коэффициента сопротивления и к уменьшению эффективной площади мембран за счет их блокирования. В результате анализа данных, полученных в предварительно проведенных экспериментах, а также с учетом проведенных расчетов и специфики процесса, определены значения ширины канала и «языка» а= 1,4-102 м, 6=0,6-102 м, соответственно, а также высоты /2=0,12-102 м.
Расчеты особенностей компоновки входных отверстий и отсутствие турбулизирующих вставок показывают возможность увеличения эффективной площади мембран до 80% при перерасчете данных значений на параметры промышленных установок. Такое значение превышает на 15-18% показатели лучших аналогичных образцов.