Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние и задачи совершенствования процессов очистки стоков гальванических производств. их методы и особенности электродиализа 10
2. Математическое описание кинетики массо-, тепло- и электропереноса при электро диализе многокомпонентных растворов в запредельном режиме 54
2.1 Диффузионный пограничный слой 54
2.2 Массоперенос 63
2.3 Теплоперенос 71
2.4 Структура уравнений кинетики массо-, тепло- и электропереноса 77
3. Объекты исследований и техника эксперимента 93
3.1. Объекты исследований 93
3.1.1. Ионитовые мембраны 93
3.1.2. Сточные воды гальванопроизводств 94
3.1.3. Модельные растворы 94
3.2. Лабораторные установки и методики проведения экспериментов 95
3.2.1. Лабораторные электродиализные аппараты и установки 95
3.2.2. Установки и методики измерения диффузионной и осмотической проницаемости ионообменных мембран 97
3.2.3. Установка и методика исследования поляризации мембран 101
3.2.4. Установка для исследования выхода по току 104
3.2.5. Установка и методика измерения электропроводности мембран 107
3.2.6. Установка и методика измерения чисел переноса мембран 101
4. Исследование кинетических характеристик массо-, тепло- и электропереноса мембран в одно- и двухкомпонентных растворах 113
4.1 .Диффузионная и осмотическая проницаемость мембран 113
4.2.Исследование поляризационных явлений 119
4.3.Измерения выхода по току 123
4.4.Электропроводность мембран 126
4.5. Исследование "отравления" мембран и возможности их регенерации 129
5. Экспериментальные исследования электро диализного обессолив ания - концентрирования модельных растворов и сточных вод 134
5.1. Исследования электродиализного обессоливания-концентрирования модельных растворов 134
5.2. Исследования электродиализного обессоливания-концентрирования реальных сточных вод 147
5.3. Массопереносные и энергетические характеристики электродиализных процессов 152
6. Рекомендации по совершенствованию процессов электро диализа и вопросы реализации результатов работы 157
Выводы 160
Литература 162
Приложения 182
- Структура уравнений кинетики массо-, тепло- и электропереноса
- Установка и методика исследования поляризации мембран
- Исследование "отравления" мембран и возможности их регенерации
- Исследования электродиализного обессоливания-концентрирования реальных сточных вод
Введение к работе
Актуальность. Современные масштабы использования процессов гальванообработки, а, следовательно, объемы образующихся при этом сточных вод, осложняют экологическую обстановку. Доля промывных вод гальванических производств одна из наибольших по всему объему сточных вод в машиностроении. Ввиду высоких требований к промывной воде в гальванопроизводстве (ГОСТ 9. 314-90), осуществление в нем замкнутого цикла водооборота предполагает глубокую очистку сточных вод.
Применяются различные способы очистки стоков: реагентные, электролитические, термические, адсорбционные, ионообменные и другие, однако эти методы не являются универсальными и не могут быть эффективно использованы для всех видов стоков гальванопроизводств.
Преимущества электродиализного метода очистки гальваностоков заключается в безреагентности, возможности осуществления безотходного производства с замкнутым водооборотом, отсутствии смешения потоков и фазовых переходов.
Применяемые в промышленности режимы электродиализной очистки промывных вод гальванических и аналогичных производств ограничены величиной плотности тока, что значительно снижает эффективность процесса. Лимитирующее значение используемой плотности тока определяется возникновением концентрационной поляризации на границе мембрана - раствор. Значения плотности тока ниже этого значения считаются допредельными, выше - запредельными. Использование запредельных режимов работы электродиализа в промышленности сдерживается недостаточным
количеством теоретических и экспериментальных исследований процессов массо-, тепло- и электропереноса в данном режиме, а также сопутствующих явлений.
Выполненная работа являлась продолжением работ, связанных с выполнением координационного плана научно - исследовательских работ ТГТУ ("Черноземье"), 1997 - 2000 гг., тема ЗГ/99 ГБР "Разработка теоретических основ расчета и проектирования оптимальных энерго- и ресурсосберегающих процессов и оборудования химических и микробиологических производств".
Цель работы. Анализ влияния технологических и режимных факторов и параметров на кинетику массо-, тепло- и электропереноса при электродиализном обессоливании - концентрировании в запредельном режиме, анализ и изучение процессов, протекающих при электродиализном разделении в запредельном режиме, разработка математической модели массо-, тепло- и электропереноса, изучение транспортных характеристик мембран в растворах солей тяжелых металлов, экспериментальное исследование кинетических закономерностей электродиализного разделения гальваностоков, разработка рекомендаций по применению электродиализа для де-ионизации промывных вод гальванических производств в запредельном режиме.
Научная новизна. Экспериментально исследован процесс электродиализа в условиях токового режима, характеризующегося возникновением концентрационной поляризации. Установлено значительное увеличение скорости переноса компонента по сравнению с традиционными режимами. Изучены кинетические характеристики мембран в растворах солей тяжелых металлов. Исследовано и описано явление электроосмоса второго рода, а также разработано математическое описание массо-, тепло- и электропереноса процесса электродиализа в запредельном режиме.
Практическая ценность. На основе экспериментальных и теоретических исследований показана интенсификация процесса массопереноса при использовании запредельных токов при электродиализе разбавленных растворов и разработаны практические рекомендации по использованию запредельных режимов электродиализа при деионизации промывных вод гальванических производств. Решения приняты к реализации на опытном заводе "Тамбоваппарат".
Аппробация работы. Результаты работы докладывались на IV и V Научно - технических конференциях ТГТУ (Тамбов, 1999 и 2000 г.), на III Международной научно - практической конференции "Хозяйственно - питьевая и сточные воды: проблемы очистки и использования" (Пенза, 2001 г.), на III Всероссийской научно - практической internet - конференции "Компьютерное и математическое моделирование в естественных и технических науках" (Тамбов, 2001 г.).
Публикации. Материалы, изложенные в диссертации, нашли отражение в 7 опубликованных печатных работах.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы и десяти приложений. Материалы диссертации представлены на 160 страницах, включая 40 рисунков и 12 таблиц.
Структура уравнений кинетики массо-, тепло- и электропереноса
Сопоставление вольтамперной характеристики полученной на основе предлагаемой модели для мембраны МК-40 в 5-10 3М растворе КС1 с экспериментальными данными показало существенное отклонение, особенно для запредельного режима [134].
При рассмотрении и моделировании процессов электродиализного разделения необходимо определение основных характеристик, определяющих поведение данного вида мембран в данных условиях. К таким характеристикам относятся: диффузионная, осмотическая и электроосмотическая проницаемость, электропроводность мембран, числа переноса, выход по току, предельная плотность тока, а также теплофизические свойства растворов и мембран.
Существует ряд методик определения чисел переноса в ионообменных мембранах. Широко распространены такие классические методы как. обычный и модифицированный методы ЭДС, метод Гитторфа, метод, основанный на измерении концентрационных изменений в мембранной ячейке. Кроме этого, разработан достаточно простой косвенный метод измерения чисел переноса в ионообменных мембранах, основанный на измерении даннановской сорбции электролитов. Этот метод представлен в двух вариантах - один разработан Арнольдом и Свифтом и другой Лакшминаранайахом. Интерес также представляет метод гидродинамической изоляции, недавно разработанный [135] учеными, позволяющий исследовать в несимметричной системе (содержащей растворы различного состава) свойства мембраны, исключая влияние соседних мембран. Обобщая, можно сделать вывод, что, в основном, все имеющиеся работы посвящены исследованию чисел переноса противо-ионов через ионообменные мембраны аналитическими методами, направлены на изучение процесса электродиализного разделения и определение в этих целях эффективных чисел переноса. В основе метода Гитторфа лежит уравнение, в котором числа переноса определяются по изменению концентрации раствора [136]:
Для успешного применения этого метода необходимо, чтобы при пропускании электрического тока не происходили побочные процессы (например, диссоциация молекул воды). Кроме того, время пропускания тока не должно быть очень длительным, чтобы можно было пренебречь выравниванием концентраций. В основе второго метода определения чисел переноса - методе измерения мембранного потенциала лежит уравнение, полученное из уравнения Нернста - Эйнштейна: По этому методу составляют электрохимическую цепь, которая содержит два одинаковых электрода и границу двух растворов одинакового состава, но разной концентрации. По измерениям разности потенциалов на концах такой цепи можно рассчитать числа переноса.
Как при использовании одних методов измерения чисел переноса, так и при использовании других, всегда приходится искать компромисс между двумя взаимно исключающими тенденциями: с одной стороны стремлением повысить точность измерения ЧП, что достигается увеличением задаваемого перепада концентраций по обе стороны мембраны (метод ЭДС) или величины отклонения концентраций от исходного значения в результате протекания через мембрану электрического тока (метод Гитторфа); с другой стороны -желанием добиться большей определенности в значении концентрации, к которой необходимо отнести измеренное значение ЧП, что предполагает уменьшение перепада концентраций на мембране. В работе [137] предлагается метод, позволяющий автоматически поддерживать состав растворов, прилегающих к мембране.
В общем случае, в зависимости от метода измерения, числа переноса разделяются на электромигриционные (/".), эффективные (Т}) и электрометрические (Iе). Электромиграционные числа переноса определяются аналитическим методом Гитторфа при наличии в мембранной системе градиентов концентраций и внешнего электрического поля, электрометрические числа переноса - методом ЭДС при отсутствии электрического поля, эффективные - при отсутствии градиентов концентрации в мембране.
При измерении числа переноса методом Гитторфа возникает неопределенность в полученном результате. Искомую величину нельзя отнести только к одной изучаемой мембране (определяемый выход по току rj -1 -Та-Тк_ в электродиализной ячейке, где Т и Т_к - эффективные числа переноса Кононов через анионо- и катионообменные мембраны). Для решения данной проблемы можно использовать вспомогательные перегородки с известным числом переноса. Существуют и другие способы решения этой проблемы: определение чисел переноса по переходному времени, регистрируемому хронопо-тенциометрически [138]. Прецизионные результаты достигаются с помощью радиоактивных индикаторов [139] или при автоматическом поддержании заданного состава раствора по обеим сторонам мембраны [140]. Полученные эффективные числа переноса могут быть использованы для оценки электромиграционных чисел переноса. Для этой цели используют метод Крессмана и Тая [141] или применяют большие, но кратковременные токи [142], возможно так же использование замкнутых объемов электролитов по обеим сторонам мембраны с таким исходным соотношением концентраций, чтобы перепад концентраций по завершению эксперимента изменялся на противоположный по знаку, но одинаковый по абсолютной величине [143]. В работе [144] предложен комбинированный метод Гитторфа и ЭДС для определения электромигроционных чисел переноса, однако в исходных формулах эффективные и электрометрические числа переноса заменяются на электромиграционные, что справедливо далеко не при всех условиях [145]. Оценку селективных свойств мембран проводят с помощью электрометрических чисел переноса, получаемых из выражения для концентрационного мембранного потенциала [146]. Достаточно упомянуть, что даже в паспортных характеристиках селективность мембран определяется электрометрическим способом [147]. Практика электродиализа показывает, что выход по току в мембранных системах (Tj) всегда меньше, чем это следует.
Использование электромембранных технологий требует тщательного подбора наиболее подходящих проводимому процессу мембран, который проводится на основании изучения основных мембранных физико-химических свойств. Одной из важнейших характеристик ионообменных мембран является электропроводность [148 - 152]. Сочетание концентрационных зависимостей диффузионных свойств и электропроводности представляет собой базовую информацию для расчета целого ряда электротранспортных характеристик мембран и кинетических характеристик электромембранного процесса. Величина удельного сопротивления мембран включается во все каталоги фирм-производителей мембран наряду с влагосодержанием и обменной емкостью [153 - 155].
Установка и методика исследования поляризации мембран
По рассчитанным температурам и известным концентрациям, вычисляются коэффициенты, определяющие интенсивность массовых потоков в раствор и через мембрану. Зависимости для расчета этих коэффициентов приведены в главе 4.
По известным коэффициентам рассчитываются количества вещества, перенесенного осмотическим, электроосмотическим, диффузионным и другими потоками. Зависимости также представлены в главе 4.
Суть методики расчета нестационарного поля концентраций в аппарате заключается в последовательном расчете всех ячеек пакета для элементарного интервала времени. Неоднократный последовательный расчет всех ячеек электродиализатора позволяет получить информацию об изменении концентрации по длине аппарата и во времени.
Для корректной реализации методики нестационарного поля концентраций в пакете необходимо проанализировать режимы движения растворов, их скорости и временные интервалы. Существенное влияние на реализацию методики оказывает алгоритм выбора элементарного временного интервала. Здесь возможны различные варианты: 1. Интервал времени задается абсолютным значением, он не зависит от скорости движения растворов, количества перенесенного вещества и т.д. В данном случае за единицу времени раствор может проходить нецелое количество ячеек. Для корректного учета таких вариантов необходимо в систему уравнений, описывающую процессы, происходящие в ячейке добавлять новые зависимости, а саму ячейку считать с использованием итеративных поисковых методов, что увеличит время расчета, усложнит сам расчет и внесет дополнительный источник погрешности. 2. Шаг по времени выбирается в зависимости от скорости одного из потоков - концентрата или диализата. Предполагается перед каждым новым расчетом пакета вычисление текущего значения элементарного интервала времени. Целесообразно выбирать интервал времени так, чтобы по его истечении новая порция раствора полностью заполняла одну ячейку (первую). Такой подход предполагает равенство расходов потоков, в противном один из теплоносителей будет проходить неполную ячейку, учет такого варианта, как было показано выше, существенно уменьшит надежность вычислений и увеличит их время. Экспериментальные исследования показали, что при вычислении шага по времени исходя из скорости потока диализата погрешность расчета составит для большинства установок не более 5 %. Таким образом, исходя из вышесказанного, величину шага по времени целесообразно выбирать по второму варианту. Предполагается, что в первый момент расчета, все ячейки пакета заполнены раствором. Нестационарное поле концентраций в установке можно получить в результате последовательного расчета концентраций во всех ячейках установки. Расчет для каждого нового момента времени начинается с вычисления количества раствора, поступившего в установку и определения текущего значения элементарного шага по времени. Далее выполняется последовательный расчет ячеек. Каждая ячейка вычисляется по методике, описанной выше. При вычислении различных интегралов по возможности используются аналитические методы, что позволяет избежать ошибок численного интегрирования и в ряде случаев уменьшить объём вычислений. На этапе реализации описанной методики, в частности, при разработке соответствующего программного обеспечения, могут быть использованы следующие приёмы, направленные на сокращение времени счёта. При этом попытка оптимизировать реализованные алгоритмы по времени выполнения может повлечь увеличение объёмов памяти вычислительной машины, необходимых для реализации методики. - Представление характеристического уравнения (2.146) и в иной форме позволяет уменьшить время и повысить надёжность расчётов. Это обычно бывает связано с заменой разрывных функций, определённых на конкретном интервале непрерывными. - Оптимизация алгоритма поиска корней характеристического уравнения. Здесь усложнение алгоритма окупаются увеличением скорости его работы. Увеличение сложности, однако, может привести к снижению надёжности его работы. - Уменьшение количества пересылаемых сообщений, вызываемых процедур и функций. Так, некоторые функции вызываются многократно за один цикл. Такое оформление расчётных алгоритмов способствует увеличению удобства сопровождения программного обеспечения. Если пожертвовать этим, и вызвать функцию один раз, запоминая результат её вычисления при условии, что цикл работает достаточно долго, можно существенно снизить время поиска, при реализации алгоритма поиска последовательных положительных корней характеристического уравнения - Уменьшение количества операций, связанных с доступом к элементам массива. В процессе вычисления новых коэффициентов для температурного распределения по готовым выражениям, которые являются достаточно громоздкими, очень часто приходится обращаться к элементам массива, хранящим собственные числа задачи и ранее рассчитанные коэффициенты предыдущих распределений. Здесь можно сэкономить время на операциях доступа к элементам массива. Обращение к массиву один раз, получение необходимого значения, сохранения его в отдельной переменной и в дальнейшем многократное использование этой переменной также позволит сократить время выполнения программы. Все эти меры не увеличивают объём памяти, отводимый под ячейку, т. к. все они носят локальный характер, имеют место в рамках отдельного метода, функции или процедуры и никак не влияют на структуры данных, описывающие решение нестационарных задач.
Исследование "отравления" мембран и возможности их регенерации
Широкое использование процессов электродиализного разделения предполагает и большую область применения ионообменных мембран, как основного элемента в электродиализном аппарате. Основные требования, предъявляемые к ионообменным мембранам: высокая электропроводность, высокая проницаемость для ионов и высокая селективность по отношению к определенному виду заряда. Из-за ухудшения свойств мембран резко снижаются выходные характеристики электродиализного процесса разделения в целом и падает его эффективность. В следствие чего поставлена задача изучения зависимостей электропроводности и селективности ионообменных мембран от различных параметров процесса при электродиализе растворов солей тяжелых металлов (CuS04, ZnS04, NiS04).
Определение электропроводности и селективности мембран осуществляется по стандартным методикам и на установках, описанных в главе 3.2. Все экспериментальные исследования проводятся на растворе NaCl, так как все паспортные характеристики мембран определяются по этому раствору.
Также для оценки ухудшения транспортных свойств мембран исследуется изменение параметра выхода по току от времени работы электродиализного пакета. В ходе исследований получены следующие зависимости (см. рис. 4.11), которые аппроксимированы уравнением вида: где г - выход по току; т - время, с; К, а - численные коэффициенты, значения которых приведены в таблице 4.8.
Как видно из графиков (рис. 4.11), транспортные свойства, характеризуемые выходом по току, всего электродиализного пакета в целом со временем работы ухудшаются, что говорит об ухудшении свойств отдельно взятых мембран. Данное явление можно объяснить несколькими факторами: осадкообразованием, "отравлением" мембран [214]. Однако, промывка электродиализного пакета (без электрического тока) слабым раствором кислоты, которая позволила бы растворить образовавшийся на мембране осадок гидрокси-да солей, никакого результата не дала. Это позволяет говорить о процессе отравления мембран.
Как известно, механизм переноса ионов через ионообменную мембрану осуществляется путем замещения подвижного заряда в мембране переносимым ионом. В случае одновалентных солей никакого "отравления" мембран не происходит. При обработке же двухвалентных солей, механизм переноса несколько изменяется (см. рис. 4.12). Переносимый ион осуществляет не одинарные, а двойные связи с матрицей мембраны и, следовательно, удерживается в ней сильнее, чем одновалентный ион. Авторы [219] предполагают, что при контакте ионообменной мембраны МА-40 с раствором сульфата меди в матрице мембраны изменяется структура и происходит реакция ком-плексообразования:
Данное явление скорее всего будет происходить и при работе с солями ZnS04 и N1SO4. Экспериментальные данные по электропроводности и селективности (числа переноса) отработанных ионообменных мембран приведены в таблице П 6. Как видно из полученных данных, после работы в растворах солей тяжелых металлов электропроводность мембран изменилась, числа переноса уменьшились (с 0,95 по 0,75). Причем, по высоте пакета наименьшее значение чисел переноса у мембран, граничащих с электродными камерами, а наибольшее - у мембран в центре пакета, что объясняется различием рабочих условий по высоте пакета. Значения чисел переноса для мембран МК-40 по высоте пакета меняется незначительно, а для МА-40 - изменения имеют более выраженный характер, что говорит о большей стабильности мембран МК-40. Изучение изменения электропроводности мембран после работы в пакете показывает некоторое уменьшение электропроводности, что подтверждает нашу теорию об увеличении степени связи двухвалентных ионов с матрицей мембраны. Температурная зависимость электропроводности мембран, как и в главе , аналогична закону Аррениуса.
В итоге проведенных исследований возникает необходимость изучения возможности регенерации мембран. Регенерация мембран осуществляется путем прокачивания через электродиализный пакет раствора серной кислоты концентрацией 4 кг/м при подаче электрического тока 208 А/м . Время регенерации определяется по величине выхода по току серной кислоты: за 30 минут эксперимента величина по току поднялась с 0,49 до 0,70 и затем в течение 20 минут не изменялась. Полученные регенерированные мембраны приведены в равновесие с рабочими растворами и эксперимент по изучению выхода по току продолжен. На рис. 4.11 видно, что величина выхода по току регенерированных мембран несколько ниже, чем начальная для всех используемых растворов. Характер изменения выхода по току до и после регенерации одинаков.
Результаты исследования электропроводности и чисел переноса мембран после регенерации приведены в таблице П 6. Числа переноса мембран после регенерации увеличились с 0,75 до 0,85. Значение электропроводности для всех регенерированных мембран увеличилось на 20-30 %.
Обобщая полученные данные, следует отметить снижение транспортных характеристик мембран в течение работе при электродиализе растворов солей двухвалентных металлов. Регенерация мембран, хотя и повышает транспортные свойства, но не возвращает их к первоначальному значению. Из этого следует вывод о возможности использования мембран МК-40 и МА-40 для разделения растворов солей двухвалентных металлов (CuS04, ZnS04, NiSO при проведении периодической регенерации раствором серной кислоты, однако процесс "отравления" мембран ограничивает срок их службы. Исходя из экспериментальных данных, большему воздействию вредных факторов подвергаются мембраны, близкие к электродным камерам.
Исследования электродиализного обессоливания-концентрирования реальных сточных вод
В итоге отметим, что полученные зависимости кинетических характеристик для других условий ведения процесса электродиализа (другие виды растворов, плотности тока, скорости движения растворов и т. д.) приведены в таблице П 7 и носят аналогичный характер и их дальнейшее подробное рассмотрение не целесообразно.
Остановимся на некоторых наиболее важных вопросах влияния отдельных параметров на процесс электродиализа. Для качественной и количественной характеристики процесса электродиализа необходимо знать в каком режиме протекает процесс: допредельном, предельном или запредельном, что определяется величиной предельной плотности тока. Соответственно, при одинаковых гидродинамических условиях, начальной температуре растворов и рабочей плотности тока процесс разделения будет более интенсивен для растворов с меньшей концентрацией, так как для таких растворов величина предельной плотности тока меньше, а, следовательно, при одинаковой рабочей плотности тока, режим электродиализа будет жестче. Следует заметить, что в данном случае необходимо судить по общему солесодержанию, а не по концентрации отдельных компонентов в многокомпонентной системе. Наибольшая интенсивность процесса электродиализного разделения предусматривает большую скорость изменения концентраций компонентов, больший нагрев рабочих растворов при прохождении через мембранный пакет и больший перенос растворителя в камеры концентрата из камер диализата. Рассмотрение влияния величины рабочей плотности тока на процесс электродиализного обессоливания - концентрирования сводится к следующему: увеличение рабочей плотности тока приводит к большей скорости изменения концентраций компонентов, что объясняется ростом миграционного потока ионов.
Сравнивая изменения объемов в промежуточных емкостях от времени электродиализа, можно отметить, в ряде случаев, снижение переноса растворителя с увеличением плотности тока. Например, при электродиализе сульфата меди увеличение плотности тока в 4 раза приводит к снижению переноса растворителя в 3 раза. Проанализируем причины снижения переноса растворителя с ростом плотности тока. Как отмечалось выше, перенос растворителя обусловлен осмотическим, электроосмотическим потоком и переносом воды, связанным с ее диссоциацией. Осмотический перенос растворителя с ростом плотности тока может только возрастать, так как увеличивается перепад концентраций переносимых компонентов через мембрану. Перенос воды, связанный с ее диссоциацией, увеличивается с ростом плотности тока, что подтверждается превышением температуры концентрата над диализатом. Это возможно только в связи с тепловыделениями в камерах концентрата от рекомбинации продуктов диссоциации воды (НҐ, ОН") с образованием молекул воды. Остается рассмотреть вклад в общий поток переносимого растворителя электроосмоса. Если увеличение переноса растворителя с ростом тока первыми двумя составляющими не вызывает сомнения, то по вкладу третьего можно сделать следующие предположения. Перенос воды электроосмосом обусловлен ее перемещением совместно с переносимыми ионами за счет образования сольватов. Движение таких сольватов из камер диализата в камеры концентрата сопряжено с их прохождением через диффузионные пограничные слои, которые со стороны камер диализата имеют достаточно высокий перепад напряжения. Перепад напряжения в диффузионных слоях в запредельном режиме таков, что является достаточным для электролитической диссоциации воды, с тепловым эффектом 57,15 кДж/моль. Прохождение сольватов (энергия связи)через такие диффузионные слои приводит, видимо, к их частичному разрушению, что уменьшает электроосмотический перенос растворителя. Видимо, при больших плотностях тока разрушения сольватов могут быть так велики, что электроосмотический перенос растворителя практически отсутствует.
Анализируя изменение температур растворов в процессе электродиализа можно сделать вывод, что скорость роста температур увеличивается с увеличением плотности тока. Например, при электродиализе однокомпонентно-го раствора при плотности тока 104 А/м через 45 минут температура на выходе из трактов диализата составила 26 С, а концентрата 24 С. При плотно-ста тока 416 А/м , через тот же промежуток времени, температура диализата достигла 52 С, а концентрата 43 С. Такое увеличение скорости роста температур с увеличением плотности тока можно объяснить следующим. Во-первых, увеличением джоулева тепла, которое увеличивается с ростом плотности тока. Во-вторых, увеличение плотности тока сопровождается уменьшением концентраций в камерах диализата и особенно в диффузионных пограничных слоях, в области непосредственно примыкающих к поверхности мембраны. Это приводит к снижению электропроводности в камерах обессо-ливания и, несмотря на увеличение электропроводности раствора в камерах концентрирования, к увеличению сопротивления электродиализатора в целом, к росту напряжения на электродах и, соответственно, к росту температуры растворов. Таким образом, увеличение напряжения на электродах, обусловленное ростом омического сопротивления и плотности тока, вызывает увеличение выделения джоулева тепла и, соответственно, резкий рост температур. Определенный вклад в увеличение температуры концентрата оказывает тепло, поступающее от рекомбинации продуктов диссоциации воды, поток которых растет с увеличением плотности тока.
