Практическая работа № 23 Расчет электродиализной установки циркуляционного типа

Цель работы: ознакомится с методикой расчета электродиализной установки, и определить напряжение и силу тока, подводимого к электродам, а также площадь мембран и их количество.

Рассмотрим пример расчета опреснительной установки циркуляционного типа.

Исходные данные для расчета:

• производительность установки, Q = 240 м³/сут = 10 м³/ч;

• минерализация (солесодержание), S =2230 мг/л;

• концентрация катионов:

	мг/л	мг-экв/л
Ca2+	220,4	5,5
Mg2+	243,0	10,0
Na+	402,5	17,5
∑	865,9	33,0

• концентрация анионов:

  	мг/л	мг-экв/л
  HCO3-	183,0	3,0
  SO42-	667,0	15,5
  Cl-	514,1	14,5
  ∑	1364,1	33,0

• солесодержание опресненной воды, S_о = 1000 мг/л;

• коэффициент выхода по току, η = 0,85-0,98 – при демирализации пресных вод; η = 0,8-0,85 – солоноватых; η = 0,7 – при опреснении морской воды;

• оптимальная плотность тока, i = 0,0085 А/см²;

• падение напряжения на электродах, Е = 4-6 В;

• стандартные размеры мембран (сухих), а х b x δ = 142 х 45 х 0,03 см;

• коэффициент экранирования мембран в зависимости от типа корпусных рамок, К_э = 0,6-0,8;

• расстояние между мембранами (перемычками), d =0,08-012 см;

• коэффициент увеличения электрического сопротивления камеры в зависимости от типа сетки - сепаратора, К_у = 0,34-0,71;

• удельное электрическое сопротивление мембран, ρ_к=ρ_а=30 Ом·см²;

• эквивалентное расстояние между мембранами, d_э=0,08-0,12 см;

• ширина прохода воды в камере В_l=360-470 см;

• площадь электрода f_эл=0,32 м²;

• мощность двигателей рабочих насосов N_д=0,73 кВт и их число N =2 шт.

Ионную силу раствора определяем по формуле:

,

где С_i – молярная концентрация иона, мг-экв/л; Z_i – заряд иона.

.

Среднее солесодержание, мг/мг-экв:

,

где S_К,А – сумма катионов (или анионов), мг-экв/л.

Коэффициент допустимого концентрирования солей в рассольных камерах:

.

Количество солей, удаляемое за 1 час для снижения общего солесодержания воды, г-экв/ч:

.

Количество электричества, которое нужно пропустить через электродиализную установку для удаления из воды солей, А·ч:

,

где I –сила тока, А; t – время, ч.

Площадь мембраны, см²:

,

где i – плотность тока, определяется в зависимости от стоимости мембран и электроэнергии, А/см².

Площадь одной мембраны (нетто), см²:

.

Необходимое число парных мембран, шт.:

.

Число камер, шт.:

.

Принимается один электродиализный аппарат рамочного типа с закладной сеткой – турбулизатором.

Удельная электропроводность опресняемой воды в начале цикла, Ом ^-1· см^-1:

,

где β – показатель степени, зависит от отношения содержания сульфат - ионов к количеству анионов, в таблице 4.2:

Таблица 4.2

[SO42-]	0,02-0,2	0,2-0,4	0,4-0,6	0,6-0,8	0,8-1,0
β	0,94-0,92	0,92-0,895	0,895-0,87	0,87-0,84	0,84-0,81

γ – коэффициент, зависящий от состава воды, определяется по известному значению удельной электропроводности исходной воды при t = 18 ⁰С; ориентировочно γ = 8300.

В конце цикла:

.

Для рассола при К_С, кратной его концентрации, удельная электропроводность равна

.

Внутреннее электрическое сопротивление в начале цикла одной камеры электролизера (дилюатной и рассольной), Ом:

В конце цикла:

Среднее электрическое сопротивление одной камеры, Ом:

Мембранный потенциал в начале, середине и конце цикла, В:

где С_Р и С_Д – концентрация солей в рассоле и дилюате соответственно.

В начале цикла:

;

в середине:

;

в конце цикла:

.

Напряжение на установке, необходимое для поддержания расчетной плотности тока, В:

.

При этом напряжение плотность тока, А/см²:

,

где E_M и R берутся в начале цикла:

;

в конце:

.

Тогда в среднем за цикл:

.

Расчетная плотность тока составит 0,0085 А/см².

Деполяризующая скорость движения воды и рассола в камерах электролизера, см/с:

,

где В и р – параметры, зависящие от конструкции камеры, типа турбулизатора – сепаратора, соотношения коэффициентов диффузии растворенных в воде солей и ее температуры, принимается равным 2,5 и 0,67 соответственно; С - средняя концентрация растворенных солей в опресняемой воде в конце цикла, г-экв/л.

Производительность циркуляционных насосов для перекачки опресняемой воды и рассола, м³/ч:

.

Расход тока на опреснение воды, кВт:

.

Расход тока на перекачку дилюата и рассола, кВт:

.

Общий расход тока на опреснение воды, кВт/м³:

.

Исходные данные:

• производительность установки, Q =200+5∙N, м³/сут (N –номер по журналу);

• минерализация (солесодержание), S = ∑С_А+∑С_К, мг/л;

• концентрация катионов: С_Ca²⁺=150+5∙N, С_Мg²⁺=175+6*N, С_Na+=350+6*N, мг/л;

• концентрация анионов: С_HCO3^-=130+4∙N, C_SO4^2-=500+6∙N, C_Cl^-=450+5∙N, мг/л;

• солесодержание опресненной воды, S_O=900+16∙N, мг/л.