Расчет диализатора

При проектировании электродиализных установок необходимо выполнить технологический расчет. Исходными данными для проектирования и расчета являются:

1) назначение установки;

2) полезная пропускная способность;

3) характеристика водоисточника;

4) полный физико-химический и бактериологический анализ исходной воды.

Основной задачей расчета электродиализной опреснительной установки является определение напряжения и силы тока, подводимого к электродам, а также площади мембран и их количества.

- солесодержание опресненной воды, -1000 мг/л

- коэффициент выхода по току, η = 0, 85-0, 98 - при деминерализации пресных вод; η = 0, 8-0, 85 - солоноватых; η = 0, 7 - при опреснении морской воды;

- оптимальная плотность тока, i = 0, 0085 А/см²;

- падение напряжения на электродах, Е = 4-6 В;

- стандартные размеры мембран (сухих), а х в х δ = 142 х 45 x 0, 03 см;

- коэффициент экранирования мембран в зависимости от типа корпусных рамок, К_э = 0, 60-0, 80;

- расстояние между мембранами (перемычками), d = 0, 08-0, 12см; коэффициент увеличения электрического сопротивления камеры в зависимости от типа сетки-сепаратора, К_у = 0, 34-0, 71;

- удельное электрическое сопротивление мембран, ρ _к= ρ _а= 30 Ом·см²;

- эквивалентное расстояние между мембранами d _э = 0, 08-0, 12см;

- ширина прохода воды в камере В ₁ = 360-470 см;

- площадь электрода f _эл = 0, 32 м²;

- мощность двигателей рабочих насосов N _д = 0, 73 кВт и их число N =2шт.

-

- Ионную силу раствора определяем по формуле

= 0, 5∑ C_i·Z_i ² (3.6.1.)

где

С _i - молярная концентрация иона, мг-экв/л,

z_i -заряд иона.

µ = [2(5, 5 + 10, 0 +15, 5) + 0, 5(17, 5 + 14, 5 + 3, 0)]·10^-3 =0, 079

Среднее солесодержание, мг/мг-экв:

(3.6.2)

где S _{к , а} - сумма катионов (или анионов), мг-экв/л

= 2230/33=67, 4 мг-экв/л

Коэффициент допустимого концентрирования солей в рассольных камерах

(3.6.3)

Количество солей, удаляемое за 1 час для снижения общего солесодержания воды, г-экв/ч:

) (3.6.4)

Sy= 10(33-(1000/67, 4))=168 г-экв/ч

Количество электричества, которое нужно пропустить через электродиализную установку для удаления из воды солей, А·ч

(3.6.5)

где I - сила тока, А;

t -время, ч.

It=(26, 8*168)/0, 87=5175 А·ч

Площадь мембраны, см²

(3.6.6)

где i - плотность тока, определяется в зависимости от стоимости мембран и электроэнергии, А/см²

= 5175/0, 0085=61*10 см²

Площадь одной мембраны (нетто), см²

F _н = К_э · а · в (3.6.7)

FH=0, 75*5000=3750 см²

Необходимое число парных мембран, шт

(3.6.8)

n=61*10 /3750=160 шт

Число камер, шт

(3.6.9)

где m - число параллельно действующих электролизеров

=160/1=160 шт

Принимается один электродиализный аппарат рамочного типа с закладной сеткой-турбулизатором.

Удельная электропроводность опресняемой воды в начале цикла, Ом^-1_·см-1

χ _H = S_k ^β /γ (3.6.10)

где β - показатель степени, зависит от отношения содержания сульфат-ионов к количеству анионов:

γ - коэффициент, зависящий от состава воды, определяется по известному значению удельной электропроводности исходной воды при t = 18 ° С; ориентировочно γ = 8300.

χ _H =33, 0^{0, 905} / 8300 = 0, 38·10^-2 Ом^-1·см^-1.

В конце цикла

χ _к =(^So)^β /γ (3.6.11)

E_c

χ _к = Ом^-1·см^-1

Для рассола при К_с, кратной его концентрации, удельная

электропроводность равна

χ _p = (S_K·K_C)^β /γ, (3.6.12)

χ _p = (33, 0 · 4, 5)^{0, 905} / 8300 = 0, 017 Ом^-1·см^-1.

Внутреннее электрическое сопротивление в начале цикла одной камеры электролизера (дилюатной и рассольной), Ом

R_H = (d (1 + K_y)/χ _H + d (1 + K_y)/χ _P + ρ _k + ρ _a) (3.6.13)

F_H

Ом

В конце цикла

R_K = (d (1 + K_y)/χ _H + d (1 + K_y)/χ _P + ρ _k + ρ _a) (3.6.14)

^FH

Ом

Среднее электрическое сопротивление одной камеры, Ом

Ом

Мембранный потенциал в начале, середине и конце цикла, В

(3.6.15)

где С _Р и С _Д - концентрация солей в рассоле и дилюате соответственно.

В начале цикла - E _M^ср

в середине – E _M^ср = 0, 1lg(2*45/1, 5)=0, 078 В

в конце цикла - E _M^к = 0, 1lg(2*4, 5/1)=0, 095 В

Напряжение на установке, необходимое для поддержания расчетной плотности тока, В

(3.6.16)

U=0, 0085*3, 75*1000*160*0, 34+4+2*160*0, 078=203 B

При этом напряжении плотность тока, А/см²

j = (3.6.17)

где Е M и R берутся в начале и конце цикла.

Плотность тока в начале цикла:

А/см²

в конце

А/см²

Тогда в среднем за цикл

А/см²

(3.6.18)

где В и p - параметры, зависящие от конструкции камеры, типа турбулизатора-сепаратора, соотношения коэффициентов диффузии растворенных в воде солей и ее температуры, принимаются равными 2, 5 и 0, 67 соответственно

С - средняя концентрация растворенных солей в опресняемой воде в конце цикла, г-экв/л.

Производительность циркуляционных насосов для перекачки опресняемой воды и рассола, м3/ч

ан= т ·п · d ·В 1 – vД (3.6.19)

ан =1*160*1, 2*10*0, 42*5, 6*10 м3/с=16, 2 м3/ч.

Расход тока на опреснение воды, кВт

(3.6.20)

кВт

Расход тока на перекачку дилюата и рассола, кВт WП=NД * N (3.6.21)

WП =0, 73·2 = 1, 46кВт

Общий расход тока на опреснение воды, кВт/м

(3.6.22)