Диссертация (1095047), страница 24
Текст из файла (страница 24)
На опорной конструкции установлен ферратор, а на обратнойее стороне закреплены два насоса для подачи и вывода из ферратора растворов NaOH иNa2FeO4 (рисунок 3.19, а и б). Над ферратором установлены трубопроводы для отвода водородаи кислорода соответственно из катодных и анодных камер. Из ферратора по трубопроводураствор феррата натрия поступает на обеззараживание (рисунок 3.19, а).В днище также расположены выводы для слива продуктов из анодных и катодных камер,выполненные из Х-ПВХ, на каждом из которых имеются вентили из Х-ПВХ для прекращенияслива анолита и католита из соответствующих камер в случае необходимости.Источник постоянного тока Flex Kraft 20V/300A расположен за ферратором и подключенк токосъемным разъемам на анодах и катодах питающими кабелями.
Он служит дляпреобразования переменного напряжения электросети в постоянный ток, необходимый дляподачи на электроды ферратора. Источник тока имеет вход для удаленного управления подачейтоковой нагрузки на электроды ферратора, благодаря чему осуществляется регулирование егопроизводительности.Для полной автономности работы хлорных и ферратного модулей и удобстварециркуляции в последнем использовался дополнительный промежуточный бак-накопительщелочи (красного цвета, рисунок 3.19, а), расположенный за ферратором, в который раствор сконцентрацией около 20% подавался из бака-накопителя электролизной щелочи хлораторов.В ферраторе под действием постоянного электрического тока в результате разложениястального анода в щелочном растворе происходит образование ферррата натрия (в аноднойкамере), побочными продуктами реакции являются кислород (в анодной) и водород (в катоднойкамере).Газообразныепродуктыраздельноотводятсязапределыздания.Камерыэлектролизера работают в проточном режиме.
Катодные и анодные камеры одновременнозаполняются раствором 20%-ной электролизной щелочи из промежуточного бака-накопителя.При включении режима рециркуляции из анодных камер образовавшийся в процессеэлектролизарастворферратанатриясамотекомвыводитсявпроточныйфотоколориметрический датчик контроля концентрации феррата, который показываетконцентрацию в г/л. Из фотоколориметра феррат поступает в промежуточную емкость длянакопления феррата, откуда дозируется на обеззараживание.
Из промежуточного бака анодныекамеры пополняются свежей щелочью, подаваемой анолитным насосом. За счет одностороннейпроводимости катионообменной мембраны ионы натрия, образующиеся в процессе разложения113щелочи в анодной камере, проникают в катодную камеру, где незначительно (примерно на 0,5%/ч) поднимается концентрация щелочи, в то время, как в анодной камере она падает. Изкатодных камер электролизера щелочь самотеком отводится на вход католитного насоса,который возвращает ее в промежуточный бак.
Такой режим рециркуляции позволяетподдерживать концентрацию щелочи в катодных и анодных камерах постоянной и выводитьрастворенный в католите газообразный водород.Температура щелочного электролита находится в диапазоне 20–40°C, расстояние междуэлектродами и мембраной составляет 8 мм. Рабочий диапазон токов до 75А на пару электродов,плотность тока на анодах, катодах и мембране до 500 А/м2, напряжение от 3 до 4 В. Размерэлектродов выбирается из расчета обеспечения плотности тока до 500 А/м2. Сила токаподбирается из условия обеспечения запланированного количества феррата в час иэнергопотребления не более 6 кВтч/кг продукта с учетом планируемого выхода по току неменее 54%.Производительность по феррату регулируется увеличением/уменьшением силы токасоответственно суточным изменениям водоотведения (соответствуют водопотреблению).Уровень рабочих растворов в ферраторе (анолита и католита) и на промежуточном баке сощелочью контролируется ультразвуковыми датчиками уровня.
Для контроля наличия водородана газоотводящий трубопровод ферратора устанавливается датчики контроля водорода. Такжеимеется датчик наличия водорода в воздухе в помещении. Температура электролиза измеряетсядатчиком температуры, размещенным на католитном трубопроводе на выходе из ферратора.Контроль за процессом электролиза и управление токовой нагрузкой в ферратореосуществляется системой автоматического управления (САУ), включающей модульныйконтроллер NI CompactRIO и панель управления оператора (рисунок 3.21).Интерфейс оператора САУ ферратора отражает состояние датчиков контроля наличия иуровня концентрации H2, уровня рабочих растворов в анодных и катодных камерах, давления всистеме отведения водорода, температуры в ферраторе, показания датчика концентрацииферрата в растворе.
В полуавтоматическом режиме работы САУ ферратора в интерфейсномокне задается сила тока, определяемая производительностью по феррату, скорость работынасосов для дозирования щелочи в катодные и анодные камеры для поддержания концентрациии производительности на заданном уровне, контролируется напряжение на электролизере итемпература католита.В автоматическом режиме работы САУ выработка феррата контролируется по уставке,по которой адаптивно изменяется сила тока и концентрация феррата в растворе при суточныхизменениях водоотведения (соответствуют водопотреблению, определяемому расходомером).114Рисунок 3.21 – Операторский интерфейс САУ ферратора.Полученный феррат натрия неустойчив, в нем идет реакция разложения с выделениемкислорода.
Поэтому его необходимо оперативно использовать для очистки и обеззараживанияводы.Основными преимуществами получения феррата натрия мембранным электролизом посравнению с неразделенной ячейкой являются значительное увеличение выхода по току инизкое энергопотребление, связанные с предотвращением разложения феррата на катоде ипроточной выработкой феррата с адаптивным изменением производительности, в отличие отэлектролиза в неразделенной ячейке, где используется непроточный режим при неизменнойтоковой нагрузке.Еще одним преимуществом мембранного электролиза для полученияферрата натрия является изоляция газообразного водорода, отводимого из катодной камеры, отгазообразного кислорода, выделяющегося при разложении феррата. Благодаря разделениюкамер опасность образования взрывоопасных смесей водорода и остаточного кислородасводится к минимуму и исключается необходимость в инертной газовой продувке, котораяпотребовалась бы в неразделенной ячейке.По зарубежным оценкам, технология производства ферратов на месте потребленияявляется наиболее дешевой по сравнению с производством гипохлорита (в том числе и на115месте) или обработкой ультрафиолетом и озоном как в плане капитальных затрат, так и в планеэксплуатации и технического обслуживания в ценах за 1 л реагента.
Использование втехнологическом процесс 20%-ной электролизной щелочи снижает стоимость щелочи впересчете на сухое вещество в 10-11 раз по сравнению с аналогами, работающими на 40-45%щелочи при сопоставимых энергозатратах.3.5 Выводы1. На основании выполненных расчетов производительности и энергопотребленияразработаны схемные и конструктивные решения модулей для производства анолита и ферратаи определены режимы их функционирования в составе КЭА.
Разработанные конструктивные итехнологические решения модулей для производства анолита и феррата обеспечиваютэкологическуюресурсосбережение,безопасность,удобствоэкономическуюмонтажаиэффективность,обслуживания,компактность,возможностьраздельногофункционирования хлораторов и ферратора.2. Разработан алгоритм работы КЭА, собрана и протестирована система управления егомодулями. Разработана и протестирована программа управления производительностью КЭА,обеспечивающая в ручном и автоматическом режимах пуск, остановку, поддержаниевыбранных режимов работы модулей (силы тока, напряжения, температуры, концентрациирабочих растворов, анолита и феррата).3. Разработан и изготовлен КЭА производительностью до 1040 г/ч хлора (до 25 кг/сутки)при энергозатратах до 3,0 кВтч/кг хлора и до 420 г/ч феррата (до 10 кг/сутки) приэнергозатратах до 6 кВтч/кг феррата, позволяющий обеззараживать до 300 м3/час питьевойводы (из расчета до 3,5 мг/л) и до 2100 м3/час сточных вод (из расчета до 0,2 мг/л).4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
