2 Есептеу бөлімі

2.1 Ванналардың өлшемін және санын анықтау

Сағаттық өнімділікті Р_{сағ.өнім} және жалпы ванналар санын N анықтаймыз:

Р_{сағ.өнім}= кг

мұндағы Р_{сағ.өнім}- цехтың жобалық өнімділігі, т/жыл;

365·24- жылдағы сағаттар саны.

N=

мұндағы І- ток күші, А

К_Zn- мырыштың электрохимиялық эквиваленті (1,2193 г/А·сағ)

- ток шығыны (УК МП 90% берілгендері)

К_М.В- машиналық уақыт коэффициенті. Мырыш алу үшін УК МП К_М:В=0,99

Ток күші және тығыздығын біле отырып, ванналардағы катодтар бетін анықтаймыз. (Ғ,м²)

м²

мұндағы Д_к- катодтық ток тығыздығы, А/м²

Ваннадағы катодтар санын өлшемдері бойынша анықтауға болады.

N_a=26+1=27

мұндағы - бір катодтың екі жағының беті, м²

b және h – катодтың сәйкесінше ені және ұзындығы, м²

ерімейтін анодты пайдаланып, мырыш алу үшін ваннадағы катодтар саны n ал анодтар саны n+1. Мырышты электролиттік алу кезіндегі катодтар мөлшері УК МП берілгендері бойынша: ені 666 мм, ұзындығы 1100 мм, бұдан кейін 900 мм ерітінді катодқа жіберілді. Осыдан катод ұзындығы 4см ал анод ені 2см ұзынырақ.

Ванналардың ішкі сызықтық өлшемдерін анықтаймыз, ұзындығы (L), ені (В), тереңдігі (Н)

L=n·l_ц.э+2l_M.C=26·60+2·105=1,77м

мұндағы n – ваннадағы барлық электродтар қосындысы

l_ц.э- бір аттас электродтар арасындағы арақашықтық (60мм УК МП берілгені бойынша)

l_M.C- торцты қабырғалар және соңғы электродтар арақашықтығы (УК МП l_M.C=105мм электролиздің үшінші бөлімі)

В=b_k+2·l_б.с=0,666+2·0,09=0,846м

мұндағы b_k- катод ені, м

l_б.с- катодтар және бүйірлеу қабырғалар мен шеттердің арасындағы арақашықтық (l_б.с=0,09м)

Н=h_k+l_д+ =1,1+0,42+0,15=1,67м

мұндағы h_k- катод тереңдігі,м

l_д- катод жиегінен ванна терңдігіне дейінгі арақашықтық (l_д=400-440мм)

- ваннаның жоғарғы бортымен және катодтың жоғарғы бөлігі арасының арақашықтығы ( =150мм)

2.2 Мырыш сульфаттық ерітінділерінің электролиз процесінің материалдық балансы

Электролиз процесі барысында 1 сағатта бөлінетін газ көлемін есептейміз

V_H2=K_H2·I· ·K_M.B=0,418·15000·1,01·0,99=0,621м³

мұндағы K_H2- Сутегінің электрохимиялық экиваленті (0,418дм³/А·сағ)

I- ток күші,А

-сутегінің ток бойынша шығыны, 10%

K_M.B- машиналық уақыт коэффициенті

V_О2=K_О2·I· ·t·K_M.B=0,209·15000·0,98·1·0,99=3,042м³

мұндағы K_О2- Оттегінің электрохимиялық экиваленті (0,209 дм³/А·сағ)

-оттегінің ток бойынша шығымы, 98%

Ваннаға кеткен сағаттық су шығынынын есептейміз.

Электролиз процесіндегі судың шығыны:

G_H2O=g_1(H2O)+g_2(H2O)+g_3(H2O)

мұндағы g_1(H2O)-булануда кеткен судың шығыны

g_2(H2O)- кеткен газдармен судың жоғалуы

g_3(H2O)- электролиздің қатысынсыз судың шығыны

Судың булануға кеткен шығыны:

g_1(H2O)=V·S₃

мұндағы V- судың буланудағы жылдамдығы (УК МП 0,7 кг/м²·сағ берілгені бойынша)

S₃- ванна айнасының ауданы, м²

Ванна өлшемдерін ескеріп, ванна айнасының ауданын анықтаймыз. Ванна ауданы:

S=L· L =1,77·0,846=1,497м²

Мұнда L- ванна ұзындығы, м

В – ванна ені, м

Катодтар орын алады:

S_k=b_k·n· =0,666·26·0,004=0,069м²

мұндағы b_k- катод ені,м

n- ваннадағы катодтар саны

-катод қалыңдығы

Анодтар орын алады:

S_а=b_k·n_а· ·0,97=0,666·0,97·27·0,008=0,143м²

мұндағы n_а- ваннадағы анодтар саны

-анод қалыңдығы,м

Электродтар орын алатын қортынды ауданы:

S_э=S_а+S_к=0,143+0,069=0,212м²

Ванна айнасы:

S_з=S-S_э=1,497-0,212=1,285м²

мұндағы S-ванна ауданы, м²

g_1(H2O)=0,7·1,497=1,05кг

Кеткен газдардағы судың жоғалымы:

g_1(H2O)=(V_O2+V_H2)·C_H2O=(3,042+0,621)·0,04=0,15 т

мұндағы V_O2- оттегі көлемі, м³

V_H2- сутегі көлемі, м³

C_H2O- кеткен газдардың ылғалдылығы (берілген тәжрибе бойынша 0,04кг/м³)

Электролиз қатысында судың ыдырауының жоғалымы:

g_3(H2O)=К_(H2O· I · t · · K_M.B

g_3(H2O)= кг

мұндағы К_(H2O- судың электрохимиялық эквиваленті (0,366г/ А·сағ)

Электролиз поцесі кезінде судың жалпы шығыны:

g_(H2O)=1,05+0,15+4,89=6,09дм³

Электролиттің циркуляция жылдамдығын есептейміз.

Бір сағатта ваннадан тотықсыздану арқылы катодтардың электролиттен кеті есебінен мырыштың массасы:

G_Zn=K_Zn· I · t · · K_M.B=1,2193·15000·1·0,9·0,99=16,296кг

Судың жоғалымын байланыстыра отырып, электролит көлемінің өзгеруін есептей отырып, бір сағатта мырышқа кететін баланстық теңдеу құрамыз.

мұндағы V_ц- ваннадағы электролит циркуляциясының жылдамдығы, дм³/сағ

С_Н- Бейтарап ерітіндідегі мырыштың массалық концентрациясы (УК МП берілгендері бойынша 135г/дм³)

С_қолд- тазартылған электролиттегі мырыштың массалық концентрациясы (УК МП берілгендері бойынша 53г/дм³)

Сонда V_ц=195дм³/сағ

Бір тәулікте бір ваннаға қажет электролит:

195·24=4680дм³/тәулік немесе 4,680м³/тәулік

Барлық ванналар үшін:

1121·4,680=6753м³/тәулік

Тазартылған электролиттің қышқылдылығын есептейміз.

1 сағатта өңделетін қышқылдың массасы:

G_Н2SO4=K_H2SO4· I · t · · K_M.B=1,83·15000·1·0,9·0,99=24,458кг

мұндағы K_H2SO4- күкірт қышқылының электрохимиялық эквиваленті (1,83г/А·сағ)

Тазартылған электролиттегі күкірт қышқылының массалық концентрациясы:

С _H2SO4 г/дм³

Материалдық балансты есептеу үшін электролизге түсетін және газдардың масасын, құрамын есептеу қажет.

Материалдық балансты 1м³ деп есептейміз. 1м³ ерітіндіні құрайды:

G_H2SO4=C_H кг

мұндағы G_Zn2SO4- 1м³ бейтарап ерітіндідегі мырыш сульфатының массасы, кг

C_Zn- бейтарап ерітіндідегі ммырыштың массалық концентрациясы, г/дм³

M_Zn2SO4- мырыш сульфатының молярлық массасы, г

M_Zn- мырыштың молярлық массасы, г

Соның ішіндегі

G_S=C_H кг

G_O= C_H кг

Бейтарап ерітінді құрамы: Zn=155г/дм³, Mn=5,2мг/дм³, Cd=2,3мг/дм³, Cu=0,27мг/дм³, Co=2,5мг/дм³, Ni=0,1мг/дм³, Fe=39,8мг/дм³, As=0,08мг/дм³, Sb=0,06мг/дм³, Cl=2,29мг/дм³,

Алдынғы мысалға ұқсас есепті аламыз:

G_MnSO4=14,3кг, g_S=3,03кг, g_O=6,06кг;

G_FeSO4=0,108кг, g_S=0,023кг, g_O=0,046кг;

G_CoSO4=0,0066кг, g_S=0,0014кг, g_O=0,0027кг;

G_CdSO4=0,0043кг, g_S=0,00065кг, g_O=0,0013;

Бұл берілген тәжрибеде ққалған компонент массасын 12,5кг деп қабылдаймыз, сонда барлық ерітінді компонентінің массасы:

333,52+14,3+0,109+0,0043+0,0066+12,5=409,4кг

Берілген тәжрибедегі ерітінді тығыздығы 1,35г/дм³ немесе 1350кг/м³, сонда судағы ерітінді:

1350-409,4=940,6кг

Бұл массадағы су:

G_H=940,6· кг

Бұл массадағы оттегі

G_O=940,6 кг

Бұл есептеулерді кесте-1 енгіземіз. Шлам құрамын және шығынын есептейміз. Есептеуді 100кг шламға жүргіземіз. Берілген тәжрибедегі шламқұрамы: Mn 37-40%, Pb 2,5-4%, Zn 3-4%, Ag~0,03% (250-320г/м).

ZnSO₄ массасы:

161,4 ZnSO₄-65,4 Zn

Х ZnSO₄- 3,5 Zn х=8,64кг

Қалған шламдарды осы мысалға ұқсатып шығарамыз:

PbO₂ массасы -3,46кг

MnO₂ массасы- 60,11кг

AgCl массасы – 0,04кг

Басқалары 2%, сонда 100кг судағы судың массасы:

100-(8,64+3,46+60,11+0,04+2,00)=25,75кг

1т катодтық мырыштағы қорғасынның нормалы шығынын 0,7кг

Бір ваннаның өнімділігі:

Р_ванна= т/тәулік

Мұндағы t- тәуліктегі сағат саны, сағ

Кесте 1 – 1м³ бейтарап ерітіндінің рационалдық құрамы

Компоненттер	Элементтер, кг									Барлығы,кг
	Zn	Mn	Fe	Cd	Сo	S	Н	О	басқалар	кг	%
ZnSO4	155					75,81		151,68		382,49	28,3325
MnSO4		5,2				3,03		6,06		14,29	1,058
FeSO4			0,0398			0,023		0,046		0,1088	0,00806
CdSO4				0,0023		0,00065		0,0013		0,001595	0,000118
СoSO4					0,0025	0,0014		0,0027		0,0066	0,000489
H2O							104,5	836,1		940,6	69,6741
Басқалар									12,5	12,5	0,9251
Барлығы,кг	155	5,2	0,0398	0,0023	0,0025	78,86505	104,5	993,9017	12,5	1350	100
%	11,48	0,3852	0,00295	0,00017	0,000185	5,8418	7,7407	73,6223	0,9251	100

Тәулігіне 1 ваннадағы қорғасынның шығыны:

0,391·0,7=0,2737кг/тәулік

Тәулігіне бір ваннадағы шлам шығыны:

кг

Тәулік бойы 1121 ваннадан алынатын шлам:

9,123·1121=10226,9кг

1м³ ерітіндідегі шлам шығымы:

кг

1т катодтық мырыш берілгендері 2,45кг алюминий катодының механикалық жоғалуын және 1м³ ерітіндідегі алюменидің еруінің шығыны:

кг

Бір катодтың массасы 10,5кг ваннадағы барлық катодтар саны:

10,5·26=273кг

Бір атодтың массасы 51кг ваннадағы барлық катодтар саны:

51·27=1404кг

1м³ ерітіндідегі шламның рационалдық құрамы 1,95кг. Есептейміз

ZnSO₄ массасы:

кг

Соның ішіндегі мырыш массасы:

161,4 ZnSO₄-65,4 Zn

8,64 ZnSO₄- х Zn х=3,5кг Zn

кг

Сонымен қоса күкірт массасы:

161,4 ZnSO₄-32 S

8,64 ZnSO₄- X S x=1,71кг S

кг

Сонымен қоса оттегі массасы:

161,4 ZnSO₄-64 O

8,64 ZnSO₄-x O x=3,43кг О

кг

Қалған компоненттердің массасын есептеп кесте-2 енгіземіз.

Сеппелеп шашырату және буланудағы электролиттің жоғалымын есептейміз.Электролиттің сеппелеп шашыратудағы және буланудағы жоғалымын тәжрибе бойынша сағатына 1м² айна ваннасынан 1,3кг тең деп қабылдаймыз.

Ванна айнасының ауданы 2,113м² және 1 сағаттағы жоғалтуын есептейміз:

1,3·2,113=2,747кг

дм³

Сеппелеп шашырату және электролиттің буланудағы жоғалымын есептейміз.

ZnSO₄ массасы:

155г/дм³ Zn – 1дм³

Х г Zn – 2,035дм³ х=0,325кг Zn

Кесте 2 – Шламның рационалдық құрамы

Компоненттер	Элементтер, кг							Барлығы
	Zn	Pb	Mn	O	H	S	басқалар
ZnSO4	0,068			0,067		0,033		0,168
PbO2		0,058		0,00897				0,06697
MnO2			0,739	0,431				1,286
H2O				0,45	0,056			0,506
Басқалар							0,045	0,045
Барлығы, кг	0,068	0,058	0,739	0,95697	0,056	0,033		1,95

161,4 ZnSO₄-65,4 Zn

Х ZnSO₄- 0,325 Zn х=0,802 ZnSO₄ кг

Сонымен қоса күкірт массасы:

161,4 ZnSO₄- 32 S

0,802 ZnSO₄- х S х=0,159 S кг

Сонымен қоса оттегі массасы:

161,4 ZnSO₄- 64 О

0,802 ZnSO₄- х О х=0,318 О кг

MnSO₄ массасы:

14,3кг MnSO₄ – 1 дм³

Х кг MnSO₄ – 2,035дм³ х=0,029 кг MnSO₄

Сонымен қоса Mn массасы:

151 MnSO₄ – 55 Mn

0,029 MnSO₄ – х Mn х=0,011 кг Mn

Сонымен қоса күкірт массасы:

151 MnSO₄ – 32 S

0,029 MnSO₄ – х S х=0,006 кг S

Сонымен қоса оттегі массасы

151 MnSO₄ – 64 О

0,029 MnSO₄ – х О х=0,012кг О

Сеппелеп шашырату кезінде басқада компоненттер жоғалады, бірақ олар аз есептемеде оларды есепке алмаймыз.

Сеппелеп шашыратудан кейінгі мырыштың шламмен жоғалуы:

0,068+0,315=0,383кг

Пайдаланылған электролитте қалатын мырыш:

53 – 0,383=52,617 кг

Пайдаланылған электролитте қалатын марганец:

5,2 – (0,739+0,011)=4,45кг

Пайдаланылған электролитте қалатын темір:

0,0398 – 0,007=0,0328 кг/м³

Мұндағы 0,007- катодтық мырышқа өтетін темір массасы.

Мырыш, марганец, темір сульфат күйінде. Пайдаланылған электролиттегі сульфаттың массасын есептейміз. ZnSO₄ массасы:

161,4 ZnSO₄-65,4 Zn

Х ZnSO₄- 52,617 Zn х=129,86кг ZnSO₄ кг

Сонымен қоса күкірт массасы:

161,4 ZnSO₄- 32 S

129,86 ZnSO₄- х S х=25,75 S кг

Сонымен қоса оттегі массасы:

161,4 ZnSO₄- 64 О

129,86 ZnSO₄- х О х=51,49 О кг

Алдынғы мысалға ұқсатып келесілердің массасларын анықтаймыз:

MnSO₄ массасы – 12,22 кг

MnSO₄ – тегі күкірт массасы – 2,59кг

MnSO₄ – тегі оттегі массасы – 5,18кг

FeSO₄ массасы – 0,089 кг

FeSO₄ – тегі күкірт массасы – 0,019кг

FeSO₄ – тегі оттегі массасы – 0,037кг

1м³ пайдаланылған электролиттегі күкірт қышқылының массасы:

кг

Сонымен қоса сутегі массасы:

98 H₂SO₄ – 2 H

153,41 – Xкг H х=3,13кг Н

Сонымен қоса күкірт массасы:

98 H₂SO₄ – 32 S

153,41 H₂SO₄ – x S; x = 50,09кг S

Сонымен қоса оттегі массасы:

98 H₂SO₄ – 64 О

153,41 – х О х1050,19 кг О

1м³ пайдаланылған электролиттегі басқалар массасы:

12,4885 – (0,045+ 0,07)=12,3735 кг

Мұндағы 0,045 – шламдағы басқалар массасы, кг

0,07 – катодтық мырыштағы басқалар, кг

Пайдаланылған электролиттегі судың массасын есептейміз.

Пайдаланылған электролиттегі оттегінің массалық концентрациясы бейтарап электролиттегі сумен байланысты 993,9017 кг, ал пйдаланылған электролитте:

993,9017 – (0,95697+22,02+0,318+0,012+51,49+5,18+0,037+100,19)=808,52 кг

65,4 Zn – 16 O

90 Zn – x O x= 22.02 кг

Бұл судың келесі массасымен сәйкес келеді:

18 Н₂О – 16 О

Х Н₂О – 808,52кг О х=909,585кг

Осы судағы сутегі массасы:

18 Н₂О – 2 Н

909,585 Н₂О – х х=101,065кг Н

Пайдаланылған электролит тығыздығы:

909,585+129,86+12,22+0,089+153,41-12,3735=1163,38кг/м³