2.3. Расчет электрокоагулятора белков

Задачей расчета является определение конструктивных параметров электрокоагулятора, отвечающего технологическим требованиям, напряжения между анодом и катодом, расчетной мощности.

Исходные данные:

• физико-механические свойства,

• электрические, теплофизические характеристики обрабатываемого материала;

• параметры технологического процесса (производительность, изменение температуры, величины водородного показателя и др.);

• напряженность электрического поля, количество электричества и др.

католит

анолит

4

1

5

2

-

+

3

6

исходный материал

а

б

Рис. 2.7. Технологическая (а) и расчетная (б) схемы электрокоагулятора; 1 – катодное пространство; 2 – перфорированный катод; 3 – мембрана; 4 – анод; 5 – корпус; 6 – анодное пространство.

Последовательность расчета.

Методика разработана для расчета электрокоагуляторов, работающих по схеме, показанной на рис. 2.7.

Площадь электродов электрокоагулятора, м

, (2.17)

где: k_n=1,05…1,10 - m_τ =m/τ – производительность электрокоагулятора, кг/с; m – масса обрабатываемого материала, кг; τ - время коагуляции, с; E – напряженность электрического поля между адоном и катодом, В/м; Д_Т – удельное количества электричества, Кл/кг; γ_pH –зависимость удельной электрической проводимости материала от pH; pH_H, pH_k – значение водородного показателя среды до и после коагуляции.

Зависимости γ_pH(pH), Д_Т (pH) определяют опытным путем. Например, для сока картофеля

γ_pH=0,056+0,182pH-0,016pH², (2.18)

Д_Т=(32,5-5 pH)·10^-3.

С учетом (2.18) площадь электродов электрокоагулятора белков картофельного сока

. (2.19)

Гидравлическая нагрузка на электрическую камеру не должна превышать m _τ1=0,2…0,3 кг/с.

Количество: анодов n_a=m _τ/m _τ1, катодов n_k=2n_a, мембран n_M=n_k, электродных камер N=n_k.

Площадь одного электрода

S₁=S/n_k. (2.20)

Расстояние между анодом и катодом l, соотношение объемов анодной V_a и катодной V_k камер определяют опытным путем по условиям равномерности циркуляции обрабатываемого материала и выделению максимального количества коагулирующих белков. Для картофельного сока

l=0,04…0,05; V_a/ V_k=l_a/l_k=3,5…4,5, (2.21)

где: l_a, l_k – ширина анодной и катодной камер, м (рис. 1б).

Высота электрода

, (2.22)

где: v_c=(5…7)·10^-3 м/с – средняя скорость движения обрабатываемого материала в межэлектродном пространстве; р – плотность материала, кг/м³.

Ширина электрода

B=S₁/h/ (2.23)

Толщина анодов ∆l_а и катодов ∆l_к определяют, исходя из скорости эрозии материала электродов. Так, для электрокоагулятора белков сока картофеля

∆l_а=0,01 м, ∆l_к=0,001 м. (2.24)

Размеры мембраны принимают на 1-% больше размеров катодов.

Ширина анодной L_a и катодной L_к камер

L_a=2l_а+ ∆l_а, L_к =l_k+2 ∆l_к +2 ∆l_м, (2.25)

где: ∆ - толщина мембраны, м

длина В, ширина L и высота электрокоагулятора белков Н

В=b+ ∆, L= L_к n_k+ L_an_a + ∆, H=h+∆, (2.26)

где: ∆- суммарная толщина стенок, зазоров, изоляционного покрытия и т. д. Принимают 2…3% соответствующих размеров электрокоагулятора.

Расчетное напряжение между анодом и катодом

U=El. (2.27)

Расчетная мощность электрокоагулятора

, (2.28)

где: γ_ср – средняя удельная электрическая проводимость материала в диапазоне рН, См/м, определяют по формуле

. (2.29)

Задание для самостоятельного решения

Рассчитать электрокоагулятор белков картофельного сока производительностью 2кг/с. Начальное значение водородного показателя рН_Н=6,5, конечное рН_к =4,8. Напряженность электрического поля между анодом и катодом Е=400 В/м. Плотность картофельного сока =1028 кг/м³.