U_эл = I∙R_эл, R_эл = ρ∙(1/S)

где I - ток, проходящий через электрофлотатор, А;

R_эл - сопротивление электролита с учетом газонаполнения, Ом;

ρ - удельное сопротивление электролита с учетом газонаполнения, Ом-м;

l = 0,005 м- расстояние между электродами;

S = 0,02 - м² площадь поверхности электрода. Поскольку на электродах выделяется некоторое количество газов электролит, содержащий газовые пузырьки имеет большее сопротивление, чем без них. Удельное сопротивление, таким образом, зависит от степени газонаполнения и может быть определено как

Ρ = K∙ρ₀

где К – коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления электролита из-за наличия в нем газовых пузырьков;

ρ₀ - удельное сопротивление электролита без газовых пузырьков, причем

ρ₀ = 1/к

где к - удельная электропроводность раствора электролита, Ом^-1-м^-1.

Таким образом U_эл можно рассчитать по формуле:

U_эл = I∙K∙ρ₀∙(1/S)

Величину К определим по формуле:

K = 1/ (1-1,78∙Г+Г²)

где Г = 2 % - газонаполнение электролита, принятое для наших условий.

К =1,036

Величину к определим по формуле:

к = α∙с(λ^о++λ^о-)1000

где α = 1 - степень электролитической диссоциации Н₂SО₄

с = 0,01 г-экв/л - концентрация Н₂SО₄ (вычислено из значения рН=8,5);

λ=λ^о++λ^о-- эквивалентная (молекулярная электропроводность), Ом^-1 гэкв^-1 м²;

λ^о+ = 0,03368 Ом^-1 гэкв^-1 м² - электролитическая подвижность ионов водорода.

На общий коэффициент электропроводности влияет наличие в электролите солей. Принимаем солесодержание раствора 440 мг/л в пересчете на К₂SО₄. Концентрация С_К2SО4 = 0,005 г-экв/л.

λ^о- = 0,02203 Ом^-1 гэкв^-1 м² - электролитическая подвижность ионов SО₄^2-. Таким образом

к = 0,557 Ом^-1 м^-1

ρ₀ =1,795 Ом м

U_эл = I∙K∙ρ₀∙(1/S)

U_эл = 2,269 В

Таким образом общее напряжение на электрофлотаторе

U = E_T+(η_а – η_к)+ U_эл

U = 3,715 В

Таблица

Баланс напряжений на электрофлотаторе

Расчет расхода электроэнергии на электрофлотацию

Расход электроэнергии постоянного тока на одну тонну получаемого продукта производится по уравнению:

W_п = U∙I∙(1/V_эл)

где W_п - расход электроэнергии постоянного тока, кВт-ч/м³;

I - токовая нагрузка на электрофлотатор. А;

U - напряжение на электрофлотаторе, В.

W_п = 3,715 кВт-ч/м³

[29]

оборотная вода

КАМЕРА ОКРАСКИ ДВУХСЕКЦИОННАЯ.

Состоит из корпуса камеры, 2х гидрофильтров с вытяжными вентиляторами и центробежными насосами и двумя подъемными кабинами (поз.10).

Гидрофильтр служит для отсасывания воздуха, в котором находится во взвешенном состоянии окрасочная пыль. Работа гидрофильтра заключается в следующем: воздух из рабочей камеры проходит в гидрофильтре через две водяные завесы, создаваемые переливными лотками, увлажняясь, воздух освобождается от окрасочной пыли, проходит через влагоотделитель (поз.8) который предохраняет воздуховод и вентилятор от попадания влаги и выбросов в атмосферу.

Циркуляцию воды в гидрофильтре обеспечивает центробежный насос (поз.2), приводимый во вращение электродвигателем (поз.1). Вода из нижнего бака (поз.13) через вентиль (поз.4.1) подается в распределительные трубы (поз.14) через запорные вентили (поз.3.1, 3.2) верхняя труба служит для заполнения верхнего бака (поз.15) из которой вода, стекая по щиту (поз.16) образует водяную завесу 1ой ступени гидрофильтра. Нижняя распределительная труба с щитами (поз.17) образует водяную завесу 2ой ступени гидрофильтра. Вентиль (поз.6.1) служит для промывки нижней распределительной трубы. Для смены воды, очистки от грязи и осадков, для предупреждения переполнения бака служит система труб слива и перелива (поз.18) с вентилем (поз.5.1)

Для обеспечения эффективной работы водяной завесы, после того, как вода попадает в переливной лоток, она проходит рекуперацию, обеспечивающую возврат воды в рабочую камеру водяной завесы. По трубопроводу направляется в механический фильтр. Затем добавляется чистая вода. После чего направляется в камеру завесы. При работе камеры вода насыщается мелкодисперсными частицами краски и растворителя. Не исключено и попадание крупнодисперсных частиц. При распылении и продувке вода испаряется и охлаждается. Затем загрязненная вода собирается в переливном лотке.

Изменение состава воды.

1. Физический процесс – испарение воды.

2. Сорбция компонентов растворителя и органических компонентов краски.

3. Не исключено так же механическое попадание красящих компонентов в занавес.

Необходимо добавление воды, регенерация, оценка повторного испарения воды. Реальное число оборотных циклов будет определено в период опытной эксплуатации.

Расчет оборотна воды в камере окраски.

Данные для расчета:

V= 3м³ - объем камеры водяной завесы;

С₀=1,5 г/л – начальная концентрация не выпадающих в осадок растворенных в воде солей;

С_ц=15 ;20 г/л – концентрация солей в циркуляционной воде;

Q_об=0,1м³/ч – количество воды, находящейся в обороте;

С_д=С₀ – концентрация солей в добавляемой воде;

Расчет производится для нормальных условий (20^оС, 760 мм рт. ст.)

Расчет величины испарения и количества добавляемой воды

С_ц=С₀+

q_д – количество добавляемой в систему воды, компенсирующее испарение

t – время работы системы

К_у – коэффициент (степень) упаривания

р₁ – величина испарения воды в оборотной системе, выраженная в долях от общего количества воды, находящегося в обороте.

1. Расчет величины испарения и количества добавляемой воды для концентрации циркуляционной воды С_ц=15 г/л

К_у=10

л/ч

1. Расчет величины испарения и количества добавляемой воды для концентрации циркуляционной воды С_ц=20 г/л

К_у=13,33

л/ч

Расчет продувки системы

р_пр – величина продувки [%]

q_пр – количество воды, выводимое из системы продувкой (унос и продувка).

1. Определение величины продувки системы для концентрации циркуляционной воды С_ц=15 г/л

м³/ч

1. Определение величины продувки системы для концентрации циркуляционной воды С_ц=20 г/л

м³/ч

[30].

выводы.

1. Проанализированы технологические процессы нанесения гальванических покрытий и окраски деталей с точки зрения образования жидких отходов и воздействия на окружающую среду.

2. Обоснована схема обезвреживания и очистки гальванического производства с финишной обработкой на электрофлотаторе, обеспечивающем обработку до ПДС.

3. Выполнен поверочный расчет электрофлотатора с токовой нагрузкой 50 А/ч и определены расходы энергии на обработку 1 куб.м воды.

4. Проведено экспериментальное определение вольт-амперных кривых и получены необходимые данные для расчета энергетического баланса электрофлотатора. Проведена оценка влияния присутствия компонентов на электрохимические показатели работы электрофлотатора.

5. Предложена оборотная система использования воды на участке покраски деталей кондиционеров. Рассчитаны основные показатели работы схемы.

6. Показано, что внесенные изменения (предложенная схема очистки оборотной воды и сточных вод гальванического производства электрофлотацией) позволяют обеспечивать рациональное использование воды и уменьшить объем жидких отходов и ущерб наносимый окружающей среде.

Основные понятия и определения.

рН – характеристика среды – -lg _н a

а – активность а=сγ

γ – коэффициент активности водорода

Для слабых кислот и оснований рн = -lg _н с

рН = 7 – нейтральная среда

Шлам – твердый осадок в технологическом растворе.

Технологический раствор – сточный раствор, в котором протекает процесс.

Нейтрализация – процесс взаимодействия кислоты с щелочью. (экол.) – сведение более ядовитых веществ к менее ядовитым. Т.к. образуется нейтральная среда.

Обезжиривание – стандартный процесс, заключающийся в обработке поверхности растворяющими веществами (органическими или неорганическими), включающими в себя пав (поверхностно-активные вещества) такие как ацетон, ссl₄. Чаще используются органические растворители.

Коррозия – окислительно-востановительный процесс разрушения металла.

Химическая коррозия – протекает в среде неэлектролита при высоких температурах.

Электрохимическая коррозия – протекает в среде электролита при обычной температуре.

Ме⁰- ne→ ме^+nе δg‹0

Окисленная форма более устойчивая.

Коагуляция – процесс потери агрегативной устойчивости коллоидной системы. Процесс слипания частиц.

Агрегативная устойчивость – условие существования коллоидной системы.

Коллоидная система – содержит дисперсную фазу и дисперсионную среду. Состоит из агрегативных молекул (слипшихся). Отличается размером частиц дисперсной фазы.

Адгезия – процесс прилипания частиц к поверхности твердой фазы.

Травление – процесс обработки поверхности металла, заключающийся в изменении свойств поверхности металла.

Декапирование - легкое травление для подготовки поверхности к нанесению покрытия, обновление поверхности. Выявление структуры поверхности.

Аэрозоли – коллоидная система дисперсионная среда – газ, дисперсная фаза – жидкость.

Флотация – очистка сточной воды. Процесс, при котором через загрязненную воду пропускают воздух, который захватывает твердые частицы и поднимает их наверх.

Электрофлотация – с помощью электрического тока (постоянного) заряженные частицы отделяются от воды.

Литература.

1. Яковлев С.В. Перспективы развития и совершенствования водного хозяйства машиностроительных предприятий //Очистка производственных сточных вод и утилизация осадков машиностроительной промышленности. Матер. семин. – М., 1988. – С.3-8.

2. Шалкаускас М. Проблема отходов гальванотехники. //Материалы семинара «Малоотходные ресурсосберегающие процессы в гальванотехнике». – М. МДНТП. 1988 С.3-6.

3. Гарбер М.И. Ресурсосберегающая технология гальванического производства. //Там же.,С.7-13.

4. Технология и оборудование для очистки и обезвреживания сточных вод и газовых выбросов гальванических производств: Каталог/ВИМИ. – 1992. 1-112с., ил.

5. Панасенко С.А., Гужва И.И., Марк П.И. и др. Замена токсичного шестивалентного хрома на трехвалентный в хроматирующих растворах. //Тез. докл. к совещанию «Совершенствование технологии гальванических покрытий», Киров, 1989, С.37.

6. Пащенко Э.Н., Журавлев В.П., Гресова В.И., Можаровская Г.С. Очистка сточных вод от шестивалентного хрома методом восстановления. / Всес. н.-и. и консрукт.-технол. ин-т труб. пром-ти. – Днепроетровск, 1988. Деп.ВИНИТИ №4760-88, -12 с.

7. Бучило Э. Очистка сточных вод травильных и гальванических отделений. М., Металлургия, 1974, 200 с.

8. Колесников В.А. Экология и ресурсосбережение электрохимических производств. Учебное пособие по курсу «Основы электрохимической технологии». М., МХТИ, 1989, - 68 с.

9. Запольский А.К., Баран А.А. Коагулянты и флокуллиты в процессах очистки воды: Свойства. Получение. Применение. – П.: Химия, 1987. – 208 с.

10. Велинская В.С. Состояние и перспективы развития очистки сточных вод электрохимическими методами //Отчет о научно-исследовательской работе. ВНИИГПЭ, М., 1В.251, № гос. регистрации 81050158, 1985.

11. Селицкий Г.А. Электрокоагуляционный метод очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. – М., 1978, - 24 с. – (Охрана окружающей среды: Обзор. информ. //ЦНИИцветмет экономики и информации; Вып.2)

12. Бунин Н.И. Электрофлотокоагуляционные установки для очистки сточных вод предприятий АПК //Междунар. агропром. ж. – 1989. – № 6. – с. 125-130.

13. Мамаков А.А. Разделение жидких неоднородных систем электролитической флотацией //Электронная обработка материалов. – 1977. - №5. – с. 41-49.

14. Морозов А.Ф., Глебов Ю.М., Морозова В.П. Электрофлотационный аппарат для очистки сточных вод от взвесей. //Электронная обработка материалов. – 1986. - №1. – с. 57-59.

15. Матов Б.М. Электрофлотационная очистка сточных вод. – Кишинев: Картя Малдовеняскэ, 1982. – 170 с.

16. Амирханова Н.А., Шарипова Л.П., Шарипова С.Н., Саянова В.В. Регенерация Cr (VI) в ваннах электрохимических станков. //Экологические проблемы в области гальванотехники. Тез. докл. Межреспубл. научно-техн. конф. 22-26 апр. 1991. Киев.1991.

17. Чикин Г.А., Мягкой О.Н. Ионообменные методы очистки веществ. Воронеж. Изд-во БГУ, 1984, 870с.

18. Гарбер Ю.М. О механизме сорбции хроматов анионитом АБ-17. // Ж. неорг. химия. т.30 №8 1985. с. 2163-2165.

19. Салдадзе Г.К., Кариман Л.П., Барсукова Н.В. и др. Разработка сорбционной технологии селективного извлечения хрома (VI) из кислых промывных вод ГПЗ-2 с оборотом очищенной воды. //Подшипниковая промышленность передовой производственный опыт, рекомендуемый для внедрения. – 1991, №2, с. 29-34.

20. Колесников В.А., Кокарев Г.А., Вараксин С.О. и др. Электрофлотация с нерастворимыми анодами в процессах водоочистки и регенерации ценных компонентов из жидких стоков. //ХIV Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. Рефераты докл. и сообщ. №2, М.: «Наука», 1989, с. 438.

21. Колесников В.А., Вараксин С.О., Громова Е.В. Некоторые закономерности электрофлотационного извлечения ионов никеля, меди, цинка из промывных и сточных вод гальванических производств. // Сбор. науч. трудов МХТИ. Очистка сточных вод и регенерация ценных компонентов, м.: 1990, с. 12-124.

22. Колесников В.А., Ааринола П.К. Очитска сточных вод оксидов никеля в цехах гальванического производства методом электрофлотации. //Гальванические покрытия для товаров народного потребления. Матер. науч. семинара. 14-15 апр. 1992. С-Петербург.

23. Запольский А.К., Образцов В.В. Комплексная переработка сточных вод гальванического производства. – М. МДНТП. 1988

24. Бучило, Очистка сточных вод гальванического производства.

25. Родионов А.И., Кузнецов Ю.П., Зенков В.В., Соловьев Г.С. Оборудования, сооружения, основы проектирования химико-технологических процессов защиты биосферы от промышленных выбросов. Учебное пособие для ВУЗов. – М., Химия, 1985. – 352 с.

26. Виноградов С.С. Экологически безопасное гальваническое производство. Прилож. к журналу «Гальванотехника и обработка поверхности», М. «Глобус», 1998г. – 302 с.

27. Колесников В.А., Вараксин С.О., Громова Е.В. Некоторые закономерности электрофлотационного извлечения ионов никеля, меди, цинка из промывных и сточных вод гальванических производств // Сбор. науч. трудов МХТИ. Очистка сточных вод и регенерация ценных компонентов, М.: 1990, с. 120-124.

28. Ротиян А.Л., Тихонов К.И., Шошина И.А. Теоретическая электрохимия. Л. «Химия», 1981г, с. 161-167.

29. Фиошин М.Я., Кокарев Г.А., Новиков В.Т. Методические указания к дипломному проекту. Раздел «Электролиз без выделения металлов», МХТИ, М., 1980, 48с.

30. Белан Ф.И. Сборник задач. М., Химия, 1974г.