3.4 Материальный баланс электролизера
Н
G1
G2
а рисунке 3.6 представлена схема материальных потоков электролизера.
G3
G4
Рисунок 3.6 - Схема материальных потоков электролизера
G1 – сток; G2 – очищенный сток; G3 - раствор NaOH; G4 – раствор HCl
Расчет материального баланса электролизера производили исходя из объема сточной воды, подвергаемой переработке 15 м3/ч, (360 м3/сут), начальной концентрации хлорида натрия в стоке 6,61 кг/м3, конечной концентрации хлорида натрия в стоке 0,494 кг/м3 и силы тока в электролизере 54672 А.
Масса газов, выделяющихся на электродах, рассчитывалась по закону Фарадея:
где: m – масса вещества, выделяющегося на электроде, кг.
Масса водорода, выделяющегося на катоде равна:
Масса кислорода, выделяющегося на аноде равна:
Масса воды, разлагающейся на электродах равна:
.
Масса хлорида натрия, извлеченного из сточной воды:
Масса хлорида натрия, оставшегося в сточной воде:
.
Масса гидроксида натрия, образующегося в катодных камерах:
.
Масса соляной кислоты, образующейся в 3 камерах электролизера:
.
Материальный баланс электролизера приведен в таблице 3.4.
Таблица 3.4 – Материальный баланс электролизера
Приход |
Расход |
||||
Наименование |
кг/ч |
%, масс. |
Наименование |
кг/ч |
%, масс. |
Вода, в том числе: |
14860,9 |
99,39 |
Вода, в том числе: |
14819,77 |
99,11 |
- примеси |
0,24 |
0,002 |
- примеси |
0,24 |
0,001 |
-хлорид натрия |
91,65 |
0,6 |
-хлорид натрия |
7,41 |
0,05 |
|
|
|
Соляная кислота |
52,81 |
0,35 |
|
|
|
Гидроксид натрия |
57,88 |
0,39 |
|
|
|
Водород |
1,63 |
0,01 |
|
|
|
Кислород |
13,05 |
0,09 |
|
|
|
|
|
|
Итого |
14952,79 |
100 |
Итого |
14952,79 |
100 |
Расчет напряжения и мощности электролизера и затрат электроэнергии на переработку сточной воды
Для определения напряжения на промышленном электролизере была определена удельная электропроводность экспериментального аппарата. Вольтамперная характеристика экспериментального электролизера приведена на рисунке 3.6.
Экспериментальные результаты описываются уравнением зависимости:
,
где: U – напряжение, В,
с коэффициентом корреляции R2=0,992. С учетом размеров экспериментального электролизера (l=11,8 см и S=14,13 см2) его удельное сопротивление составили величину ρ = 1,03 Ом·м.
Рисунок 3.6 - Вольтамперная характеристика экспериментального электролизера.
Положив, что удельное сопротивление промышленного электролизера равно удельному сопротивлению экспериментального аппарата, были рассчитаны напряжение, которое необходимо приложить к промышленному электролизеру, его мощность и удельные затраты электрической энергии на
Таблица 3.5 – Напряжение, мощность и удельные затраты электроэнергии
Плотность тока, А/м2 |
Напряжение, В |
Мощность, кВт |
Затраты электроэнергии, кВт·ч/м3 |
100 |
1,12 |
61,23 |
3,92 |
200 |
2,24 |
122,47 |
7,85 |
300 |
3,36 |
183,70 |
11,75 |
400 |
4,47 |
224,38 |
15,67 |
Анализ полученных результатов показывает, что с ростом мембранной плотности тока количество рабочих ячеек в электролизере, необходимых для требуемой переработки сточной воды уменьшается, а мощность аппарата и удельные затраты электроэнергии на переработку стока возрастают.