2.8.2. Материальный расчет прямоточной промывки [25]

Схема прямоточного промывочного комплекса и материальных потоков в нем показана на рис.2.25.

Целью расчета является:

1). Рассчитать ККК в каждой ванне промывочного комплекса;

2).определить расход воды на промывку.

1. Определение концентрации контролируемого компонента в промывочных ваннах.

В стационарных условиях приход вещества в ванну равен уносу. Для первой промывной ванны в этом случае можно записать:

Отсюда

(2.50)

Рис.2.25. К расчету прямоточного промывочного комплекса.

Аналогично для второй ванны

(2.51)

Подставим С₁ из формулы (2.50) в (2.51). Получаем

По этому алгоритму можно рассчитать концентрацию для любой ванны

Из этой формулы можно получить еще одно выражение критерия промывки

При С_N= C_п , К = К_о.

2. Определение расхода воды на промывку.

Установим связь между потоком раствора на поверхности загрузочного приспособления и потоком промывной воды.

(2.52)

(2.53)

Поскольку К_о>>1, единицей в формуле (2.53) можно пренебречь и определить расход воды на промывку в данной ванне в зависимости от величины уноса раствора на поверхности загрузочного приспособления:

(2.54)

Общий расход воды в промывочном комплексе при прямоточной промывке определяется произведением потока воды через промывную ванну на число ванн в промывочном комплексе

(2.55)

где N - число промывных ванн.

Пример. Рассчитать расход воды в промывочном комплексе с разным количеством промывных ванн. Принять С_о = 100 г/л, С_п = 0,01 г/л.

Критерий окончательной промывки К_о= 100/0,01=10⁴.

При N=1

При N=2

При N=4

Вывод: чем больше промывных ванн в промывочном комплексе, тем меньше расход воды на промывку для достижения предельно допустимой концентрации в последней ванне.

Концентрация контролируемого компонента в сточной воде может быть определена через массовый поток g уносимого компонента

Отсюда

2.8.3. Материальный расчет противоточной каскадной промывки

Схема промывочного комплекса показана на рис. 2.26.

Расчет также будет состоять из двух частей: определения расхода воды для достижения ПДК в последней ванне и ККК во всех ваннах комплекса.

1. Расчет расхода воды на промывку.

Расчет ведем для стационарного режима. Уравнение материального баланса промывных ванн можно записать, как

1-я ванна

Умножим обе части уравнения на

Получаем

(2.56)

Рис.2.26. Схема противоточной каскадной промывки.

Аналогично для 2-й ванны

(2.57)

Для N-ной ванны

(2.58)

Перемножим левые и правые части уравнений (2.57)-(2.58):

При ККК в последней ванне промывного комплекса, равной ПДК, С_N=C_п, можно записать:

Отсюда можно найти выражения для определения расхода воды на промывку

(2.59)

В этой формуле нам неизвестна концентрация контролируемого компонента в первой ванне. Чтобы ее определить, представим весь каскад как одну промывную ванну, рис.2.27. Уравнение материального баланса в этом случае можно записать, как

Отсюда

Поскольку С_N=C_п<<C_o,то

(2.60)

Подставим (2.60) в (2.59). Получаем:

Рис.2.27. К определению ККК в первой ванне промывочного комплекса.

По условию концентрация в последней ванне равна предельно допустимой С_N=C_П. Отношение С_о/С_п = К_о. Тогда

Так как j_s<<j_z, полученное выражение можно упростить:

(2.61)

Таким образом, получено выражение, аналогичное расходу воды через одну ванну в прямоточной промывке.

Вывод. Расход воды в противоточном промывном комплексе из N ванн (2.61) равен протоку воды через одну промывную ванну в прямоточной промывке, состоящей из такого же количества ванн (2.55). Поскольку в прямоточной промывке общий расход воды равен сумме потоков через все промывочные ванны, то применение противотока позволяет сократить расход воды во столько раз, сколько ванн в промывном комплексе.

2. Определение концентрации контролируемого компонента в ваннах.

Для определения ККК в каждой ванне промывочного комплекса воспользуемся приемом, применяемым для определения концентрации в первой ванне. Для этого каскад ванн будем рассматривать в виде одной ванны. Например, определим ККК во второй ванне, рис.2.28.

Во вторую ванну загрузочное приспособление приходит из первой промывной ванны с концентрацией компонента С₁. Уравнение материального баланса в этом случае будет выглядеть, как

Отсюда

Рис.2.28. К определению ККК во второй ванне промывочного комплекса.

То есть, получено выражение аналогичное определению ККК в первой ванне .

Для любых других ванн можно записать

Окончательно имеем

Расчет числа ступеней промывки

Из формулы (2.60)

Прологарифмируем полученное выражение

Полученные формулы выведены для условия работы ванн промывочного комплекса в стационарных условиях. Проверим справедливость допущения о стационарности условий работы. Время выхода на стационарный режим можно рассчитать по формуле

(2.62)

где j_s = PSv_уд, P - ритм выхода загрузочных приспособлений, S - площадь деталей, v_уд - удельный вынос электролита.

Так, для ванны объемом V=1000 л, при количестве ванн в промывочном комплексе N=2, V_уд =0,2 л/м², Р=10, j_z=50 л/час и площади деталей S = 1м² время выхода на стационарный режим составляет всего 30 часов, то есть около 4-х рабочих смен. Поскольку ванны промывки эксплуатируются непрерывно весь межремонтный период, можно считать, что они всегда работают в стационарном режиме.