Проектирование электрокоагулятора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исходные данные

Покрытие, наносимое в линии	Технолог. спутник	Годовая программа, м2	Технологическая операция	Основные компоненты ванны и их концентрация, г/л	Отмываемый компонент	Ск, г/л
1. Цинкование	Подвеска	21000	Обезжиривание химическое	В пересчете на NaOH - 80
			Промывка		NaOH	0,8
			Обезжиривание электрохимическое	В пересчете на NaOH - 80
			Промывка двухступенчатая параллельная		NaOH	0,1
			Травление	HCl - 100
			Промывка двухступенчатая каскадная		H2SO4	0,05
			Снятие травильного шлама в щелочной ванне	В пересчете на NaOH - 80
			Промывка двухступенчатая параллельная		NaOH	0,1
			Активация	HCl - 100
			Промывка двухступенчатая каскадная		H2SO4	0,05
			Цинкование	ZnO - 10, NaOH - 120
			Непроточная промывка (улавливание)
			Промывка двухступенчатая каскадная		NaOH, Zn2+	0,1 0,01
			Пассивация (хроматирование)	CrO3 - 150
			Промывка двухступенчатая каскадная		Cr(VI)	0,01
			Сушка
2. Хромирование износостойкое	Подвеска	8000	Обезжиривание электрохимическое	В пересчете на NaOH - 80
			Промывка двухступенчатая параллельная		NaOH	0,1
			Активация	H2SO4 - 100
			Промывка двухступенчатая каскадная		H2SO4	0,1
			Хромирование	CrO3 - 180
			Непроточная промывка (улавливание)
			Промывка двухступенчатая каскадная		Cr(VI)	0,01
			Сушка
3. Анодирование защитно-декоративное	Подвеска	33000	Обезжиривание	В пересчете на NaOH - 25
			Промывка двухступенчатая параллельная		NaOH	0,8
			Травление	NaOH - 60
			Промывка двухступенчатая параллельная		NaOH	0,1
			Осветление	HNO3 - 400
			Промывка двухступенчатая каскадная		По H2SO4	0,1
			Анодирование	H2SO4 - 200
			Промывка двухступенчатая каскадная		H2SO4	0,01
			Наполнение в растворе хромпика	K2Cr2O7 - 55
			Промывка двухступенчатая каскадная		Cr(VI)	0,01
			Сушка

Расчетная часть

электрокоагулятор ток технология электродный

Определение объема СВ и определение концентрации шестивалентного хрома в них.

1) Часовая производственная программа F,

где Sгод - годовая программа, м2,

- количество рабочих часов в году при двухсменном режиме работы (по 8 часов каждый) 5 дней в неделю, по нормам проектирования равняется 3810 часов;

2) Концентрация Cr(VI), :

где - атомная масса Cr, г/моль,

М - молекулярная масса вещества, содержащего Cr, г/моль,

с - концентрация данного вещества, г/л;

3) Масса Cr(VI), :

где q - удельный унос, л/м2;

1) Цинкование:

Часовая производственная программа:

 ;

Концентрация Cr(VI):

асса Сr:

m= q0,2=85,95г/ч

2) Хромирование:

Часовая производственная программа:

;

Концентрация Cr(VI):

асса Сr:

m= q0,239,12г/ч

3) Анодирование:

Часовая производственная программа:

// 0,2 л/;

Концентрация Cr(VI):

асса Сr:

m= q0,2=33,68г/ч.

4)Общая масса Сr(VI)

ч.

Минимальный объем сточных вод:

1) Критерий промывки

где св - концентрация в ванне, г/л,

ск - конечная концентрация, г/л;

2)Минимальный объем сточных вод,л/ч:

Q=KnqF

Где К- коээфициент, учитывающий вид промывки;

n-число ступеней промывки;

??-коэффициент, учитывающий непроточную ванну улавливания;

F-часовая производственная программа;

Q-минимальный объем сточных вод.

1)Цинкование:

а) Промывка двухступенчатая параллельная:

Q=1•2•0,2в каждую ванну;

б) Промывка:

Q=1•1•0,2

в) Промывка двухступенчатая каскадная:

Q=1•2•0,2 по 31,66 в каждую ванну

г) Промывка двухступенчатая параллельная:

Q=1•1•0,2

д)Промывка двухступенчатая каскадная, после непроточной промывки (улавливание):



Q=1•1•0,2

Q=1•1•0,2

е) Промывка двухступенчатая каскадная:

Q=1•1•0,2

2)Хромирование

а) Промывка двухступенчатая параллельная:

Q=1•2•0,2 по 11,8л/ч в каждую ванну;

б) Промывка двухступенчатая каскадная;

Q=1•1•0,2

в) Промывка двухступенчатая каскадная, после непроточной промывки (улавливание):



Q=1•1•0,2

3)Анодирование

а) Промывка двухступенчатая параллельная:

Q=1•1•0,2 каждую ванну;

б)Промывка двухступенчатая параллельная

Q=1•1•0,2, по 42,4л/ч в каждую ванну;

в)Промывка двухступенчатая каскадная

400

Q=1•1•0,2

г)Промывка двухступенчатая каскадная

Q=1•1•0,2

д)Промывка двухступенчатая каскадная

Q=1•1•0,2

Выбор давления воды и диаметров штуцеров

Организовать подачу воды в соответствии с расчетом затруднительно, поэтому предлагается перед каждой ванной промывки вварить в подводящую воду трубу шайбу (которая входит в состав штуцера) с калиброванным отверстием. Такая шайба при определенном напоре пропускает определенное количество воды.

Для каждой технологической операции согласно табл.5 (Приложение А) выбираем диаметр штуцера при полученном значении Q и P=0,2 Мпа и сводим полученные результаты в таблицу.

		d,мм
57,1 57,1 11,2 31,66 31,66 57,1 24,14 19,75 97,3 11,8 11,8 13,21 25,53 9,7 9,7 42,4 42,48 96,6 244,94 76,38	83 83 53 53 53 83 53 53 119 53 53 53 53 53 53 53 53 119 269 83	2,5 2,5 2 2 2 2,5 2 2 3 2 2 2 2 2 2 2 2 3 4,5 2,5

Определение концентрации Cr(VI)

Электрохимические и конструктивные расчеты

Согласно уравнению

Fe2+ + Cr(VI) 3Fe3+ + Cr3+

на нейтрализацию одного моля Cr(VI) (52 г) необходимо затратить 3 моля ионов двухвалентного железа (167.5 г), что соответствует 3,22 г железа на 1 г хрома.

За 1 ч в электролизер поступает 486 граммов шестивалентного хрома, для нейтрализации которого требуется анодно растворить (в виде ионов) граммов железа. С учетом закона Фарадея минимально необходимый ток в электролизере должен быть

где масса , г/ч;

электрохимический эквивалент для перехода Fe Fe2+, г/(А ч);

1,042 г/(А ч);

время поступления хрома в электролизер, ч;

ф = 1ч;

выход по току для анодной реакции ( 0,7 т.к. преобладают кислые стоки).

В соответствии с табл. 3 (Приложение А) выбираем к установке выпрямительный агрегат ТВ1-800/12Т-ОУХЛ4, дающий номинальный постоянный ток 800А и номинальное постоянное напряжение 12 В (или реверсивный выпрямительный агрегат ТВР1-800/12Т-ОУХЛ4 с теми же характеристиками).

Выбор габаритов электролизной ванны

а) нахождение рабочей поверхности анода:

б) определение размера электродных пластин, их количество и определение габаритов электродной ванны. Рекомендуемые размеры пластин:

- высота (h) от 0,5 до 1,2 м или от 0,6 до 1м,

- ширина (b) от 0,2 до 0,8 или от 0,3 до 0,6 м,

Таким образом площадь одного анода одной стороны может быть в пределах от 0,1 до 0,96 м2.

Аноды и катоды изготавливаются из одного и того же материала, и обычно, число анодов равно числу катодов.

Общая рабочая поверхность анодов:

где na - общее число анодов (общее число катодов),

;

Т.к. тыльная сторона одного из крайних анодов не участвует в реакции, из удвоенного произведения вычитается единица.

где

где Lэк - длина электродной камеры;

b' - зазор между торцом электрода и стенкой электрокоагулятора =15мм.

Ширина электродной камеры:

где д - толщина анода (от 5 до 8мм или от 3 до 6 мм), в данном случае берём 4 мм;

l - межэлектродное расстояние (от 8 до 20 либо от 10 до 15 мм);

b'' - зазор между стенкой электрокоагулятора и крайним электродом (25 мм).

Для равномерного распределения сточных вод между электродами, желательно, чтобы Lэк и Вэк были примерно равны.

	, м2	,м	,мм	,мм	,мм	/
13	0,268	0,423	423	453	429	1,05

Берем число анодов = 13, т.к. Lэк Вэк, тогда Lэк=453мм, Вэк=429мм.

в) определение времени непрерывной работы анодов до их полной замены:

где k - коэффициент использования анода ;

с - плотность анода (для железа = 7,8г/cм3);

q - электрохимический эквивалент (для железа = 1,042 г/А·ч).

Множитель 2 учитывает, что анод растворяется с двух сторон, что уменьшает время его работы. Если производство работает не круглосуточно, то при двух сменной работе по 8 часов в смену электрокоагулятор будет работать:

г) определение общей массы всего анодов:

Масса одной анодной пластины:

д) Объем СВ в ЭК в начале работы (без учета зазоров b') равен:

е) определение времени пребывания сточных вод в электрокоагуляторе:

(допускается 30-300сек).

Расчет объема отсасываемого воздуха

При работе ЭК выделяется водород . Электрохимический эквивалент водорода (в объемных единицах) равен 0,418 л / (А· ч). Если, например, ток на ЭК равен 1000 А, то за 1 час выделится 418 л, или почти полкубометра водорода. При содержании водорода (по объему) в воздухе от 4 до 74 % образуется взрывоопасная смесь. Поэтому ЭК должен быть снабжен надежной системой вытяжной вентиляции. Она обеспечивает разбавление выделяющегося водорода воздухом до концентрации существенно меньше нижнего предела взрываемости, а именно 0,4 %. Объем водорода (м3/ч), выделяющегося за 1 час, равен

VН = 0,418·10-3 J

Отсюда минимальный объем воздуха, который необходимо отсасывать от ЭК за 1 час, равен

V = 250 VH = 0,105 J =475

По рассчитанной производительности V подбирается вентилятор. Само же устройство местного отсоса от ЭК может быть различным.

Результаты расчета электрокоагулятора

1. Рабочая сила тока 471 А.

2. Число анодных пластин 13 шт.

3. Длина электродной камеры 0,453 м.

4. Ширина электродной камеры 0,429 м.

5. Объем сточных вод в электрокоагуляторе 0,06 м3.

Библиографический список

Гибкие автоматизированные гальванические линии: Справочник / В.Л. Зубченко, В.И.Захаров, В.М.Рогов и др.; Под ред. В.Л.Зубченко. - М.: Машиностроение, 1989.- 672 с.

Яковлев С.В., Краснобородько И.Г., Рогов В.М. Технология электрохимической очистки воды. - Л.: Стройиздат, 1987. - 312 с.

Проектирование сооружений для очистки сточных вод. - М.: Стройиздат, 1990.- 192 с. (Справочное пособие к СниП 2.04.03-85 “Канализация. Наружные сети и сооружения”).

Виноградов С.С. Экологически безопасное гальваническое производство / Под ред. В.Н.Кудрявцева. - М.: Произв.-изд. предприятие “Глобус”, 1998.- 302 с.

Хранилов Ю.П., профессор кафедры ТЭП. Проектирование электрокоагулятора. Задания и методические указания для выполнения курсового проекта по дисциплине «Расчет и конструирование аппаратов очистки стоков» для студентов специальности 330 200 «Инженерная защита окружающей среды». - Киров: ВятГТУ, 2005. - 24 с.



Приложение А

Таблица 1. Типы и характеристики выпрямительных агрегатов

Тип агрегата	Номинальный постоянный ток. А	Номинальное постоянное напряжение, В
ТЕ1-100/12Т-ОУХЛ4 ТЕР1-100/12Т-ОУХЛ4	100	12
ТЕ1-400/12Т-ОУХЛ4 ТЕР1-400/12Т-ОУХЛ4	400	12
ТЕ1-400/24Т-ОУХЛ4 ТЕР1-400/24Т-ОУХЛ4	400	24
ТВ1-800/12Т-ОУХЛ4 ТВР1-800/12Т-ОУХЛ4	800	12
ТВ1-800/24Т-ОУХЛ4 ТВР1-800/24Т-ОУХЛ4	800	24
ТВ1-1600/12Т-ОУХЛ4 ТВР1-1600/12Т-ОУХЛ4	1600	12
ТВ1-1600/24Т-ОУХЛ4 ТВР1-1600/24Т-ОУХЛ4	1600	24
ТВ1-3150/12Т-ОУХЛ4 ТВР1-3150/12Т-ОУХЛ4	3200	12

Таблица 2. Значения выхода по току (доли ед.)

рН	2	3	4	5	6	7	8
ВТ	1,0	0,9	0,8	0,7	0,6	0,5	0,4

Таблица 3. Расчетные значения расхода воды (л/ч) через штуцер с диаметром d.

Давление воды в водопроводе, МПа	d, мм
	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0	4,5	5,0
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6	53 65 75 84 92	83 101 117 131 143	119 146 169 189 207	162 199 230 257 287	212 260 300 336 368	269 329 380 425 265	332 406 469 524 575

Размещено на Allbest.ru