10.6. Расчет электродиализной установки

Задание. Спроектировать электродиализную установку циркуляционного типа производительностью Q = 10 м³/ч. Источники водоснабжения – вода артезианской скважины с общим солесодержанием 6850 мг/дм³, солесодержание обработанной воды 500 мг/дм³.

Исходные данные. В ЭДУ используются ионитные мембраны отечественного производства типов МК и МА толщиной 0,7 мм, размером 500 х 1500 мм с удельным поверхностным сопротивлением для стандартных условий (0,1 н. раствор NaCl) 30 Ом·см². Прокладочные рамки – из паронита толщиной 0,8 мм. В мембранном пространстве уложены турбулизирующие сетки-сепараторы из винипласта, определяющие значения коэффициентов экранирования мембран и электрического сопротивления камеры, равны соответственно 0,75 и 0,54. Потеря напряжения на электродах Е_э = 4 В. Напряжение постоянного тока в течение цикла остается неизменным. Анализ исходной воды артезианской скважины, прошедшей стадию осветления, приведен в табл. 14.4.

Среднее содержание солей в 1 мг/экв составляет Э_ср = 6850/112,3 = 61 мг/ммоль.

Таблица 10.4

Анализ исходной осветленной воды

Катион	Содержание ионов		Анион	Содержание ионов
	мг/дм3	ммоль/дм3		мг/дм3	ммоль/дм3
	185	9,3		1565	32,6
	358	29,4		2728	76,9
	1479	64,3		170	2,8
	365	9,3	-	-	-
Всего	2387	112,3	Всего	4463	112,3

Ионная сила раствора

= [(9,3 + 29,4 + 32,6) + 0,5 · (64,3 + 9,3 + 76,9 + 2,8)]·10^-3 = 0,15. Проверяем ионную силу раствора по эмпирической формуле = 0,000022·6850 = 0,15.

Расчет электродиализной установки циркуляционного типа заключается в определении следующих величин.

1. Коэффициент допустимого концентрирования в рассольных камерах

2. Предельная концентрация ионных примесей в рассольных камерах

3. Количество растворенных примесей, удаленных за 1 ч работы ЭДУ, при снижении общего солесодержания с 6850 по 500 мг/дм³ составит

4. Количество электричества, необходимое для работы ЭДУ при заданном количестве воды, составит

,

где η_э – коэффициент выхода по току, зависящий от исходного солесодержания воды. Для расчетных условий η_э = 0,84:

.

5. Оптимальную плотность тока i_т определяют по табличным величинам в зависимости от принятой стоимости электроэнергии и мембран. Для расчетных условий i_т = 0,007 А/см².

6. Общая площадь мембран ЭДУ

7. Число пар мембран в аппарате ,

где f_нетто – площадь единичной мембраны, равная 0,75·50·150 = 5.6·10³ см².

8. Число пар мембран в каждой ванне, если принять, что параллельно работают четыре (m = 4), n = 845/4 = 211.

9. Необходимое напряжение электрического тока на зажимах выпрямителя зависит от удельной проводимости раствора в обессоливающих и рассольных камерах, удельной проводимости и потенциала мембран, падения напряжения на электродах.

10. Удельная электрическая проводимость водных растворов λ_в может быть рассчитана по формуле

где k_э – коэффициент пропорциональности, равный 1/8300; значение (1 - b) для вод различных типов составляет 0,805–0,935. Для вод артезианских скважин (1 – b) = 0,875, для раствора NaCl (1 - b) = 0,905.

Удельная проводимость в начале цикла:

обрабатываемой воды

.

рассола при кратности концентрирования 3,8

.

Удельная электрическая проводимость обрабатываемой воды в конце цикла

11. Внутреннее электрическое сопротивление одной камеры, в омах, определяется по формуле

где d – расстояние между мембранами, см; k_c – коэффициент электрического сопротивления, создаваемого турбулизирующей сеткой: k_c = 0,54; ρ_к, ρ_а – удельное сопротивление мембран (ρ_к = ρ_а = 30 Ом·см²).

Электрическое сопротивление камеры в начале цикла

Электрическое сопротивление камеры в конце цикла

Среднее электрическое сопротивление одной камеры

12. Потенциал мембраны определяется по формуле

В начале цикла ;

в середине цикла ;

в конце цикла

13. Напряжение на ванне, необходимое для поддержания расчетной плотности тока, определяется по формуле

14. Плотность тока при U=269 В:

в начале цикла

в конце цикла

15. Деполяризующая скорость воды и рассола в камерах должна быть равна или превышать практическую скорость, которая в зависимости от типа турбулизирующей сетки составляет 2,9 - 9,3 см/с. Для сетки из перфорированного гофрированного винипласта выбираем деполяризующую скорость движения воды 5,5 см/с.

16. Расход обрабатываемой воды и рассола через аппараты ЭДУ должен составлять:

17. Расход электроэнергии на обработку воды в ЭДУ (собственно электродиализ)

Для прокачивания воды и рассола через аппараты ЭДУ выбираем четыре насоса типа 2Х-9ЕХ3 производительностью 29 м³/ч, напором 137 Па в комплекте с электродвигателями мощностью N_н = 5,5 кВт.

18. Расход электроэнергии на обработку 1 м³ воды в ЭДУ составит