3.2. Основы теории процесса электрофлотации.

Скорость флотации зависит от степени аэрации жидкости, которая в свою очередь является при электрофлотации производной от количества водорода, выделяющего при электролизе

(1)

где m – масса водорода;

F – число Фарадея;

I – сила тока;

t - длительность процесса.

Вводя геометрические характеристики аппарата:

S – площадь рабочей поверхности катода, H – высоту столба обрабатываемой жидкости; а также среднюю длительность t1, за которую пузырек H2 проходит расстояние от катода до поверхности жидкости при средней скорости подъема V, получают

(2)

где i – плотность тока на аноде.

Количество Н2, выделяющегося за период t1, при t0=const системы и при допущении, что средний объем образующихся пузырьков Н2 остается const, в течение рассматриваемого отрезка времени, можно определить из соотношения

(3)

где N – количество пузырьков Н2 в единице объема жидкости;

Vn – средний объем одного пузырька;

p – средняя плотность Н2 в пузырьке.

Из предыдущего соотношения следует, что процентное содержание пузырьков Н2 в единице объема жидкости

(4)

с учетом формулы 1 и 2 получают

(5)

Таким образом, степень насыщения жидкости пузырьками водорода при t=const пропорциональна плотности тока и обратно пропорциональна скорости подъема пузырьков. Важное значение в осуществлении процесса электрофлотации имеют размеры образующихся пузырьков.

При исследовании электрофлотации виноградного сока установлено, что среднее статистическое значение наблюдаемых пузырьков равно 30,88 мкм. Приравнивая полученное значение параметру М, а параметр r – среднему квадратичному отклонению v6,86 мкм, можно получить уравнение нормальной плотности

(6)

При переходе к новой переменной

получаем простое выражение

(7)

Таким образом, при конструировании аппарата можно, меняя размеры проволоки, насыщать жидкость пузырьками Н2 заведомо определенных размерных классов.

Б. М. Матов установил, что между величинами, определяющими течение процесса электрофлотации, существует функциональная зависимость вида:

(8)

где m – масса пузырьков в единице объема жидкости;

q – произведение электрохимического эквивалента газа на выход по

току;

i - плотность тока;

- динамическая вязкость;

p, pг – соответственно плотность жидкости и газа;

g – ускорение свободного падения;

r – средний радиус пузырьков.

Уравнение (8) принимает вид

(9)

где - скорость потока пузырьков на участке проволочного корпуса, расположенного на единице площади горизонтальной плоскости;

скорость подъема пузырьков;

А – постоянная величина.

3.3. Элементы расчета электрофлотационного аппарата.

В качестве исходных величин задаются: производительность Р0 ,Рн, электропроводность системы Н, вязкостью и плотностью р.

Среднюю скорость подъема пузырьков можно высчитать по формуле

Степень насыщения жидкости пузырьки водорода

Параметр процесса электрофлотации

где

Vr – средний объем одной частицы, флотируемой пузырьками,

Vn – средний объем пузырьков, флотирующих частицу объемом Vr

В соответствии с физической сущностью процесса электрофлотации длина L и высота Н0 аппарата для конкретной неоднородной системы должна быть постоянна. Ширина аппарата К для производительности

необходимый для питания аппарата ток определяют из соотношения

где S=KL – площадь поперечного сечения.

3.4.Аппаратурное оформление процесса электрофлотации.

Аппараты, используемые для электрофлотации, представляют собой вертикальный сосуд 1 (рис.5) в который продукт поступает в верхнюю часть через патрубок 2 и удаляется через патрубок 3. В аппарате размещены электроды 4 и 5 (катод и анод). Образующиеся пузырьки газа разделяются – водород 7 используется на флотацию, а кислород 8 удаляется из аппарата. Выделенные из жидкости частицы собираются на поверхности в виде пенной шапки 9, которая затем удаляется из аппарата.

Аппараты можно разделить на 3 группы.

1. Аппараты с горизонтально расположенным дном и катодом и вертикально установленным анодом (рис. 5,а). В них катод помещен параллельно дну сосуда, имеет рабочую поверхность, близкую сечению сосуда, что позволяет поднимающимся пузырькам Н2 пронизывать всю массу обрабатываемого продукта. Анод, установленный в центре сосуда над катодом, подвижный, поэтому можно менять расстояние между электродами и тем самым регулировать плотность тока при const значении на электродах.

2. Однокамерные аппараты с наклонно расположенными электродами (рис. 5,б). Отличительной особенностью этих аппаратов является расположение обоих электродов под углом 8-90 к горизонтальной плоскости и наличие в межэлектродном пространстве диафрагмы из асбестовой, хлоритовой или капроновой ткани. Такое расположение электродов позволяет снизить подаваемое напряжение и, с другой – использовать для флотации только пузырьки Н2.

3. Многосекционные аппараты и различные модификации этого типа с наклонно расположенным днищем и электродами (рис. 5,в). Каждая секция является самостоятельной камерой для электрофлотации при последовательном перемещении продукта через них. Электрофлотационная установка с растворимыми анодами состоит из пяти секций (рис. 6). В нижней части секции 2 укреплены алюминиевые электроды в виде двух наборов вертикально расположенных пластин. На дне секции 3,4 расположены графитовые пластины и проволочные секции, выполняющие соответственно роли катодов и анодов.