Способ электродиализа биологической жидкости Советский патент 1992 года по МПК A23C21/00 B01D61/42 

Изобретение относится к диминерали- зации и концентрации молочной сыворотки и может быть использовано в молочной промышленности.

При электродиализной переработке молочной сыворотки часть взвешенных веществ, содержащихся в ней, оседает в виде пленки на поверхности мембран. Это приводит к снижению массопереноса, росту электрического сопротивления электродиализатора, увеличению энергозатрат на процесс. При наличии в рабочих камерах турбулизирующих элементов, например, в виде поперечных мостков лабиринта, за этими мостиками образуются застойные зоны, в которых происходит накопление и уплотнение осадка. Осадки блокируют активную поверхность мембран, снижая тем самым массоперенос.

Известен способ электродиализа, согласно которому с целью предотвращения осадка на мембранах через рабочие камеры электродиализатора прокачивают диализат

с введенными в него твердыми частицами различных размеров из материалов с раз- ичным удельным весом, например резины, полиэтилена, пенопласта, или используют ионообменные материалы.

При реализации известного способа трудно достигнуть равномерного распределения твердых частиц по поверхности мембран в условиях движения жидкости, возможно накопление твердых частиц у входных отверстий рабочих камер. Кроме того, в процессе соприкосновения твердых частиц ионообменного материала с поверхностью мембран и друг с другом происходит их истирание. Это загрязняет продукт и не позволяет использовать известный способ при переработке пищевых продуктов, в частности молочной сыворотки Кроме того, известный способ не может быть использован для электродиализных аппаратов, в рабочих камерах которых установлены тур- булизирующис элементы.

w

Ё

5

О

ю о

Известен также способ электодиализа молочной сыворотки, при котором ее прокачивают через рабочие камеры электродиализатора и одновременно (или периодически) в камеры вводят пузырьки воздуха, предотвращающие обрастание мембран взвешенными частицами, содержащимися в сыворотке.

Недостатком данного способа является уменьшение площади поперечного сечения проводника за счет введения воздуха, увеличение электрического сопротивления электродиализатора, а следовательно, и энергозатрат на процесс электродиализа сыворотки, что снижает эффективность процесса.

Цель изобретения - интенсификация процесса электродиализа молочной сыворотки.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу электродиализа молочной сыворотки, предусматривающему пропускание ее через рабочие камеры электродиализатора, пропускание молочной сыворотки через камеры проводят с периодическим изменением направления потоков на противоположное, при этом время периодичности изменения потоков выбирают из условия

30 МИН Гпер труб + Tan. где Тпер - время периодичности изменения потоков;

Ттруб - время пребывания раствора сыворотки в трубопроводах;

Гап время пребывания раствора сыворотки в аппарате.

Предложенный способ электродиализа молочной сыворотки отличается от известного периодическим изменением направления потоков подачи сыворотки в рабочие камеры электродиализатора, причем время периодичности должно быть больше суммарного времени пребывания сыворотки в аппарате и трубопроводах, но при этом не превышать 30 мин.

При периодической схеме направления потока подачи сыворотки в рабочие камеры электродиализатора на противоположное возникает эффект взбалтывания, трубули- зирующий поток и препятствующий отложе- нию взвесей в виде пленочного осадка на поверхности мембран, а также обеспечивающий промывку застойных зон и удаление из них осадка, что приводит к интенсификации процесса электродиализа молочной сыворотки.

Пример. Электродиализу подверглась сыворотка с концентрацией сухих веществ 20 - 25% и содержанием минеральных солей 15-20 г/л. Переработка сыворотки осуществлялась в электродиализаторе, включающем по 10 камер обессоливания и концентрирования. В аппарате использо- вались ионопроницаемые мембраны марок МА-40 и МК-40 с единичной эффективностью площадью 0,0175 м .

На первом этапе определялось влияние

накопления осадка в рабочих камерах аппарата на его электрическое сопротивление через изменения величины плотности тока во времени. При постоянном напряжении на электродах аппарата 40 В через тракты

обессоливания и концентрирования пропускали исходную молочную сыворотку. Для исключения влияния на плотность тока изменения концентрации сыворотки выходы обоих трактов замыкались на общую циркуляционную емкость. Эксперименты проводились в четырех режимах: без изменения направления потока в рабочих камерах с изменением направления потока через каждые 8,16 и 24 мин. На указанных временных

интервалах определились средние значения плотности тока.

Изменение направления потока на противоположное осуществлялось путем переключения клапанов на входе и выходе

злектродиализатора.

На следующем этапе при полученных средних значениях плотностей тока определялись значения величин удельного массо- переноса солей через мембраны в процессе

обессоливания сыворотки. Это позволило получить сравнительные данные по величинам удельного массопереноса в различных режимах.

Полученные данные представлены в

таблице. Буквенные обозначения в таблице: I - плотность тока, текущее значение; G - среднее значение величины удельного массопереноса на указанном временном интервале.

Подстрочные цифровые индексы соответствуют: 1 - процесс без изменения направления потока в рабочих камерах элекгродиализатора; 2 - направление потока изменялось на противоположное через

каждые 8 мин; 3 - то же, через 16 мин; 4 -то же, через 24 мин.

Сравнение полученных значений удельного массопереноса при постоянном направлении потока и при периодической

смене направлений потока в рабочих камерах электродиализатора приводит к следующим результатам.

При изменении направления потока через каждые 8 мин величина удельного массопереноса повышается в среднем на 18,3%,

через 16 мин - на 7,8% и через 24 мин - на 3,9%.

Рост эффективности массопереноса постоянно снижается при увеличении временного интервала между переключениями направления потока. Анализ тенденции изменения этого параметра показывает, что при временном интервале между двумя переключениями, равном 35 - 40 мин, рост эффективности будет в пределах 1-2%. Эт не скомпенсирует затраты на реализацию данного способа. Поэтому время между двумя переключениями направления потока в рабочих камерах электродиализатора не должно превышать 30 мин.

Минимальное время между переключениями направления потока должно быть больше суммарного времени пребывания раствора сыворотки в аппарате и подводящих и отводящих трубопроводах. В против- ном случае перерабатываемые растворы сыворотки или часть их не будет выводиться

из электродиализатора, что приведет либо к прекращению процесса электродиализа, либо к росту энергозатрат и снижению эффективности процесса.

Формула изобретения Способ электродиализа биологической жидкости, предпочтительно молочной сыворотки, предусматривающий пропускание ее через рабочие камеры электролизера, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса, пропускание молочной сыворотки через камеры проводят с периодическим изменением направления потоков на противоположное, при этом время thep периодичности изменения потоков выбирают из условия

30 МИН Гпер Ттруб + fan,

где Ттруб - время пребывания раствора в трубопроводах;

Тал - время пребывания раствора в аппарате.

Продолжение таблицы

Область использования: молочная промышленность. Сущность: молочную сыворотку пропускают через камеры с периодическим изменением направления потоков на противоположное, при этом время периодичности изменения потоков выбирают из условия: 30 мин Гпер 7труб + Тап, где Гпер время периодичности изменения потоков; Гтруб - время пребывания раствора в трубопроводах; Гап время пребывания раствора в аппарате. 1 табл.