Диссертация (1095047), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Расстояние между мембраной и катодом минимальновозможное, определяется толщиной резиновой прокладки, не более 3 мм. Температура от 40 до80С (поддерживается примерно в середине диапазона, при 60С), напряжение на ячейке от 2,7до 3,5 В в зависимости от температуры и расстояния между электродами.Размеры электродов и сила тока (табл. 2.3) выбираются для обеспечения плотности токадо 1600 А/м2, обеспечивающей заданную производительность по хлору (до 25 кг/сут) припланируемом выходе по току (не менее 83%).При использовании 20% щелочи можно использовать катод из углеродистой стали, чтоснижает перенапряжение на катоде (снижает напряжение и энергозатраты), увеличивает срокслужбы мембраны.70Контролируется сила тока, напряжение, дозирование раствора соли и воды дляподдержания концентрации и производительности на постоянном уровне.Концентрация хлора в растворе контролируется по остаточному хлору в воде и косвеннопо концентрации производимой щелочи.
Производительность по хлору регулируетсяувеличением/уменьшениемсилытокасоответственнозаданномухлоропотребелению.Хлоропотребление контролируется датчиком остаточного хлора в воде, по уставке адаптивноизменяетсясилатокаипроизводительностьпохлоруприсуточныхизмененияхводопотребления и хлоропотребления.Пропорционально производительности по хлору меняется производительность пощелочи, она поддерживается постоянной за счет изменения количества качков насосов вминуту.Уровень рабочих растворов (анолита и католита) в хлораторе контролируется уровнем всепараторах хлора и водорода, уровень рабочих растворов в растворных баках – с водой, ссолью и в баке с продуктом – щелочью.В процессе реакции разложения соли на аноде выделяется хлор, а на катоде приразложении воды выделяется водород.
Устанавливаются датчики контроля хлора и водородана газоотводящие трубопроводы, а также их наличия в воздухе в помещении хлораторной:хлора на полу, водорода на потолке.Как типичный режим работы хлораторов, принятый на водоканале, выбираетсяобеспечивающийполучение 20% щелочи, которая около30Симеетминимальноеэлектросопротивление и является бесплатным сырьем, используемым в модуле дляпроизводства феррата при данной концентрации и температуре.На основании выполненных расчетов выбраны оптимальные конструктивные итехнологические параметры для ферратора.Электросопротивление щелочи имеет минимум при 20% при температуре до 30С.Температура процесса от 20 до 40 С.
Выбор этого режима привел к снижениюпроизводительности на 3-5% по сравнению с 35% щелочью, но позволил использоватьтипичный режим работы хлораторов, принятый на водоканале, обеспечивающий использованиекатодов из углеродистой стали вместо нержавеющей в хлораторе, снижение перенапряжения накатоде, падения напряжения и энергопотребления в хлораторе, и точно также снижениянапряжения и энергопотребления в ферраторе, повысил долговечность мембраны в хлораторе иферраторе. Щелочи с концентрацией 20% как сырья для производства феррата получаетсябольше, так как она разбавляется большим количеством воды.71Расстояние между мембраной и анодом (катодом) минимально возможное, определяетсятолщиной гайки крепления зажимов для электродов (0,8-1,1 см).Размеры электродов и сила тока в ферраторе (табл.
2.5) выбираются для обеспеченияплотности тока до 500 А/м2, обеспечивающей заданную производительность по феррату (до 10кг/сут) при планируемом выходе по току (на менее 54%).Контролируется ток, напряжение, дозирование раствора щелочи для поддержанияконцентрации и производительности на постоянном уровне. Осуществляется рециркуляцияраствора из катодного пространства с повышенным содержанием щелочи в анодное спониженным содержанием.Концентрация феррата в растворе контролируется проточным датчиком феррата врастворе. Количество феррата, необходимое для обеззараживания стоков, контролируется 2раза в сутки лабораторным анализом и в ручном режиме производительность по ферратурегулируется увеличением/уменьшением силы тока соответственно заданному потреблению.Изменение производительности по феррату контролируется по уставке, по которой адаптивноизменяется сила тока и производительность по феррату при суточных измененияхводоотведения.Верхний уровень рабочих растворов в ферраторе (анолита и католита) контролируетсядатчиками уровня на трубопроводах вывода анолита и католита из ферратора, нижний – накамерах электролизера на уровне верхнего края мембраны, уровень рабочих растворов в баке сощелочью.
При изменении концентрации феррата по уставке адаптивно изменяется сила тока ипроизводительность по феррату при суточных изменениях водопотребления и соответственноводоотведения.Пропорционально производительности по феррату меняется производительностьнасосов, концентрация поддерживается постоянной за счет изменения количества качковнасосов в минуту.В процессе реакции разложения стального анода в щелочи на аноде выделяетсякислород, а на катоде при разложении воды выделяется водород. Для предотвращения ихсмешивания и образования взрывоопасных смесей устанавливаются датчики контролякислорода и водорода на газоотводящие трубопроводы, а также имеется датчик наличияводорода в воздухе в помещении хлораторной.722.4 Выводы1.
Разработано и обосновано концептуальное решение КЭА, на первом этапепозволяющего получать мембранным электролизом анолит, содержащий растворенныйгазообразный хлор, для обеззараживания воды с пролонгированным действием дезинфектанта,а на втором из побочного продута первого процесса – концентрированной щелочи NaOH ижелезосодержащего расходуемого электрода также мембранным электролизом получать ферратнатрия для обеззараживания стоков.2.Выполнены расчеты производительности и энергопотребления модулей дляполучения анолита и ферратов в зависимости от следующих параметров процесса электролиза:концентрация окислителя, напряжение на ячейке, сила тока, плотность тока, температура, времяработы.3. На основании теоретического и экспериментального исследования параметровпроцесса электролиза анолита и ферратов определены такие параметры, как концентрациящелочи, температура электролиза, напряжение на хлораторе и ферраторе, выход по токуанолита и щелочи (модуль 1) и феррата натрия (модуль 2), а также энергопотреблениепроцессов.733.
Обоснование схемных и конструктивных решений КЭА назаданную производительность и его системы управления дляпромышленного производства анолита и феррата на водоканале3.1 Технологическая и принципиальная схемы КЭА, его основныеуправляемые параметры3.1.1 Технологическая схема КЭАТехнологическая схема КЭА для получения анолита и ферратов приведена на рисунке3.1. Схема включает в себя два модуля: хлоратор и ферратор.В модуле для производства анолита (хлораторе) для приготовления исходного солевогораствора используется вода питьевая водопроводная (ГОСТ Р 51232-98 и СанПиН 2.1.4.559 96) и соль пищевая по ГОСТ 13830-84. Поваренная соль высыпается в растворный солевой бак.Приготовление раствора поваренной соли производится в растворном баке.
Растворный бакоборудован поплавковым датчиком, при достижении верхнего уровня прекращается подачаводы в бак. Полученный солевой раствор должен быть насыщенным при температуреэксплуатации и иметь концентрацию не менее 300-330 г/л, его температура должна быть неменее 5 °С. Для получения запланированного количества хлора, равного 1042 г/ч (см. табл.2.2)в соотвествии с уранениями материального баланса [128] в анодную камеру подается растворхлорида натрия объемом 7,35 л с массовой концентрацией NaCl 315 г/л (2316,4 г NaCl и 6430,0г H2O). Под действием тока происходит разложение хлорида натрия с образованием 1042 г Cl2,52 г О2 и 675 г натрия. Хлор и кислород поступают в сепаратор.
Одновременно с ними уносится1221 г влаги и 2,7 л анолита с массовой концентрацией NaCl – 200 г/л. Натрий через мембранупереносится в катодное пространство, где образуется 1174 г NaOH и 35 г водорода. Вместе снатрием через мембрану переносится вода (с 1 атомом натрия переносится 5 молей воды). Сводородом из катодной камеры уносится 25 г воды.
С целью получения в катодной камере 20 %раствора NaOH в нее подается 2,62 л воды. Объем раствора NaOH требуемой концентрации(20%) с плотностью ρ=1,2191 кг/м3, получаемого в катодной камере, составляет 4,81 л или 5864г (1174 г NaOH и 4690 г Н2О).При работе хлоратора рассол смешивается с циркулирующим в системе анолитом ипоступает в емкость с солевым раствором Б1, откуда по трубам попадает в анодную камеруячеек хлоратора, затем в сепаратор анолита.74Рисунок 3.1 – Технологическая схема КЭА для получения анолита и ферратов75Свежийэлектролитдлякатодныхпространствэлектролизераобразуетсявциркуляционной католитной системе при смешивании циркулирующего католита с умягченнойводой, очищенной от солей кальция, магния и железа. Католит из нижнего коллектора подаетсяв катодные пространства ячеек электролизера. Водород, выделяющийся в сепараторе католита,отводится в атмосферу.Из сепаратора анолита избыток последнего с хлором и воздухом отсасываетсяэжектором.
В эжекторе хлор поглощается водой из водопровода с образованием хлорной воды.Анолит подается в трубопроводы подачи воды. Эжектор осуществляет подачу хлора втрубопровод хлорной воды.Электролитическая щелочь (гидроксид натрия) с концентрацией 20%, образующаяся впроцессе электролиза, из сепаратора католита самотеком отводится в емкость-накопительщелочи.Водород от сепаратора католита отводится трубой в атмосферу за пределы здания.Основным целевым конечным продуктом модуля для производства анолита являетсяводный 0,1%-ный раствор смеси оксидантов (хлора, диоксида хлора и др.), количество которогосоставляет примерно 25 кг активного хлора в сутки.Основными управляемыми параметрами процесса получения анолита являютсянапряжение, сила тока, расход воды, время обработки, производительность, энергопотребление.В зависимости от расстояния между электродами (0,15-1,5 мм) изменяется напряжение наэлектролизной ячейке, которое должно находиться в интервале 2,5-4 В.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
