Экология СПРАВОЧНИК

Электродиализ основан на электромиграции ионов солей через катионообменные и анионообменные мембраны с селективной проницаемостью, которая обеспечивает прохождение соответственно катионов Ме+ и анионов Ан . Селективность объясняется высокой электрической подвижностью противоионов (ионов, относящихся к ионообменному веществу мембраны — полимеру). Противоионы замещаются другими ионами с тем же знаком и затем перемещаются в постоянном электрическом поле к соответствующим электродам. Процесс сепарации ионов солей осуществляется в многокамерном мембранном аппарате (электродиализаторе) под действием постоянного электрического тока, направленного перпендикулярно к плоскости мембран.

Далее

Ионообменные селективные мембраны выпускает небольшое число предприятий и фирм СССР, Японии, США и других стран. Изготовляют мембраны трех типов: 1) гетерогенные; 2) гомогенные; 3) биполярные (последние в книге не рассматриваются).

Далее

Для достижения оптимальных характеристик процесса обработки воды электродиализом необходимо управлять следующими параметрами: плотностью тока на электродиализаторе и напряжением, от которого зависит плотность тока.

Далее

Плотность тока распределяется по длине ячейки в зависимости от солесодержания дилюата И рассола в соответствии с законом Ома.Как указывалось ранее, процесс электродиализа не может протекать при произвольном значении плотности тока, поскольку при определенных условиях может возникнуть концентрационная поляризация. Однако из экономических сорбражений целесообразно проводить процесс при значительных плотностях тока (это уменьшает площадь мембран), поэтому описание явления поляризации, рассмотренного в п. 3 гл. I, представляется важнейшей задачей теории процесса электродиализа.

Далее

Формула (37) описывает условия, при которых концентрация раствора в непосредственной близости к мембране равна нулю. Правая часть выражения (37) содержит два компонента, определяемых гидродинамикой процесса и, следовательно, зависящих от конструктивных и технологических условий, — коэффициент диффузии Эд и толщину диффузионного слоя 8£р. В целях упрощения полагаем коэффициент диффузии в пределах диффузионного слоя постоянным и равным коэффициенту молекулярной диффузии. Необходимость введения этого допущения возникает в связи с представлениями о структуре вязкого подслоя, носящего квазиламинарный характер [20, 21].

Далее

Рассмотрим изображенным на рис. 12 (см. ранее) единичный элемент лабиринтно-сетчатой прокладки, включающий участки «свободного» и «сжатого» сечений. Изображенный элемент прокладки содержит все участки, присущие пути потока, а гидравлические сопротивления на участках этого элемента обусловливают общее гидравлическое сопротивление потоку в ячейке без учета распределительной системы. На показанном элементе прокладки имеются гидравлические сопротивления четырех видов. Рассмотрим каждый из них в отдельности.

Далее

Для проведения исследований был изготовлен эксперт ментальный стенд (рис. 13), состоящий из электродиализной ячейки 4, бака с исследуемым раствором 3, дифманометра 5, термостата 1, насоса 2 и трубопроводов. Электрические параметры записывались приборами-самописцами. Концентрация исследуемого раствора • №С1 0,017 моль/л; температура --Н 18°С. Электродиализная ячейка состояла из двух нажимных плит, изготовленных из органического стекла, в корпус которых были вмонтированы электроды площадью 1,08 см2 с системой промывки приэлектродных камер, куда помещалась закладная сетка-сепаратор. Заподлицо с внутренней поверхностью нажимной плиты заделывалась калибровочная прокладка, определяющая рабочую площадь мембраны. Размер калиброванного отверстия не превышал 1 см2, что позволяло в большой мере избежать ошибки, вызываемой частичной деминерализацией раствора. Непосредственно к внутренним поверхностям нажимных плит примыкали мембраны (МКК и МАК), между которыми помещалась исследуемая выдвижная прокладка (рис. 14).

Далее

Путем статистической обработки экспериментальных данных получены константы в уравнениях (47) и (55): А= 101,2; А = 66,8, а также определено значение критического числа Рейнольдса ReKP = 7000.Некоторое отклонение эмпирических данных наблюдается в диапазоне чисел Re, близких к ReKplr 3.

Далее

Практика проектирования электродиализных установок как за рубежом, так и в нашей стране [26, 27 и др.] выявила несколько их схем, выбор которых не подчинен законам, дающим возможность определения точных границ использования той или иной схемы.

Далее

Чтобы распространить математическую модель ячейки на процесс деминерализации на установках с различными технологическими схемами, необходимо . выявить закономерности распределения концентраций дилюата и рассола по ступеням для прямоточной и во времени «для циркуляционной схемы электродиализных установок.

Далее

Так как параметр У определяется в основном характеристикой прокладки и колеблется в относительно узком диапазоне, для упрощения построения программ для ЭВМ целесообразно пользоваться формулой (92).

Далее

Поскольку метод математического моделирования позволяет определить однозначно все параметры процесса, анализ основных затрат сводится лишь к выявлению параметров, влияющих на их величины, а статистическая обработка данных дает возможность определить константы.

Далее

Результатом детального анализа стоимости стали следующие данные.Стоимость оборудования предварительной и окончательной обработки воды (по стандартной схеме, применяемой в типовых проектах установок типа ЭДУ) определяется общей пропускной способностью установки с учетом ее собственных нужд. Последние включают расходы воды на регенерацию, взрыхление и отмывку фильтров, учитываемые обычно в виде доли пропускной способности фильтров, и расход воды для рассольной системы, определяемый степенью концентрирования рассола.

Далее

Таким образом, на основании проведенного анализа выявлены зависимости основных затрат и себестоимости процесса деминерализации воды от ряда параметров электродиализных установок. Это позволяет довести решение любой задачи, связанной с выбором расчетных параметров ЭДУ, до значения себестоимости деминерализации. Тем самым получена возможность оценить влияние различных факторов на себестоимость процесса или его оптимизацию.

Далее

Значения оптимальной плотности тока, рассчитанные по формуле (130), приведены в табл. 6.Полученные результаты свидетельствуют, что значение оптимальной плотности тока в большинстве случаев значительно выше критического. Это обусловливает необходимость учета диапазона условий использования установок при оптимизации конструкций серийных образцов ЭДУ.

Далее

Значения оптимальной плотности тока, рассчитанные по формуле (136), приведены в табл. 7.В данном случае наблюдается картина, аналогичная полученной при определении оптимальной плотности тока из условия достижения минимальной себестоимости.

Далее

С, тыс. руд,• Сопр, коп.Опыт проектирования и создания опреснительных установок средней пропускной способности, а также практика их эксплуатации позволили оценить их конструкцию и приступить к разработке электродиализаторов пропускной способностью 2000 м/3сут и более. К оценке было принято два варианта аппаратов: с лабиринтно-сетчатой прокладкой с косыми перемычками (типа АЭ-25) и с корпусной рамкой-прокладкой (типа ЭДУ-50) с закладной сеткой. В табл. 9 приводится характеристика разрабатываемых электродиализаторов большой мощности. Такие аппараты позволят создавать опреснительные заводы на 50—100 тыс. м3/сут. С учетом масштабов заводов и необходимости в весьма надежной их работе выбрана хорошо отработанная конструкция электродиализаторов со стандартными деталями без каких бы то ни было особых новинок, требующих проведения больших экспериментальных и опытных работ.

Далее

Данные анализов воды, используемые в качестве документа для проектирования электродиализных опреснительных установок, обязательно должны включать в себя значения рассмотренных ниже показателей.Содержание взвешенных веществ. Концентрация взвешенных веществ в воде, поступающей на электродиализный аппарат, не должна превышать 1,5—2,0 мг/л, иначе требуется осветление воды одним из известных методов [33] (коагуляция с фильтрованием, медленные фильтры, патронные фильтры и др.). Даже при обработке профильтрованной воды в электродиализных дилюатных камерах осаждаются коллоидные частицы. Отрицательно заряженные коллоидные и взвешенные частицы мигрируют к поверхности анионитовой мембраны вследствие электрофореза, теряют здесь свой заряд и образуют гелеобразный слой («лакируют» мембрану), ухудшая работу установки.

Далее

Определение кратности деминерализации исходной воды.Принимается большая величина.В случае деминерализации пресной воды кратность обес-соливания определяется технологическими требованиями или экономическими соображениями.

Далее

Расчет ведем в определенной последовательности.Среднее солесодержание Сср = 1418 : 21,3 — 66,6 мг/ммоль.Аппарат АЭ-25 с пропускной способностью до 25 м3/ч имеет 300 катионитовых (анионитовых) мембран с F®p = 150 м2.

Далее

Отечественные электродиализные аппараты выпускают двух типов: прокладочные и лабиринтные [41] (табл. 15).Аппараты прокладочного типа представляют собой фильтр-прессную конструкцию с горизонтальной осью электрического поля. Примером таких аппаратов является ЭХО-бОООХ Х200 (беспакетный), имеющий 200 пар мембран, две при-электродные камеры и две буферные, отделенные от приэлектродных инертными мембранами. В качестве сепаратора-турбулизатора в этом аппарате применена сетка, изготовляемая из полипропиленовой пленки. Максимальная пропускная способность аппарата 20 м3/ч.

Далее

Исходными параметрами являются конкретные местные условия, пропускная способность ЭДУ, солесодержание и качественный состав обрабатываемой воды, себестоимость электроэнергии, необходимость разработки новых электродиализаторов или возможность использования аппаратов, выпускаемых серийно промышленностью. Считается целесообразным для ЭДУ пропускной способностью более 300— 500 м3/сут (по обессоливаемой воде) принимать технологические схемы прямоточного типа.

Далее

При технологической прямоточной схеме электродиализной установки (рис. 44) исходная солоноватая вода прокачивается насосами через две параллельные нитки электродиализаторов и последовательно проходит по четырем ступеням деминерализации. Рассол подается на установку по противотоку с применением рециркуляции.

Далее

Многоканальная корпусная рамка (рис. 46) электродиализатора ЭДУ-50 с горизонтальным электрическим полем снабжена распределительными каналами с отходящими от них веерообразно щелями и сквозными отверстиями для ввода фиксирующих штырей (рис. 47) [42]. Имеется модификация корпусной рамки.

Далее

В электродиализных опреснительных установках в качестве основного конструкционного материала широкое применение нашли полимеры благодаря их высоким диэлектрическим показателям. Рамные плиты, между которыми сжаты пакеты чередующихся рамок-прокладок и ионитовых мембран, выполняют из капролона. Этот материал обладает необходимыми физико-механическими характеристиками (предел прочности при статическом изгибе не менее 120 МПа), достаточной твердостью, не хрупок, имеет высокую электро-изляционную способность и водопоглощение 6—7%.

Далее

Чтобы оценить ожидаемые величины этих утечек тока О. В. Евдокимовым построена эквивалентная электрическая схема электродиализного аппарата. Гидравлическая система распределения растворов по ячейкам представлена электрической схемой, подключенной параллельно соответствующим обессоливающим ячейкам.

Далее

Комплектно с технологическим оборудованием установок заводы осуществляют поставку необходимых средств КИПиА и электрооборудования. Комплекс этих средств позволяет вести процесс деминерализации в автоматическом режиме без вмешательства оператора. Предусматривается тйк>ке возможность управления со щита для целей наладки. На щите управления установлены все контрольно-измерительные приборы данного модуля.

Далее

В начале 70-х гг. нами было предложено комбинирование электродиализа с ионным обменом для подготовки глу-бокообессоленной воды на ТЭС. Результаты исследований, проводившихся в МИСИ им. В. В. Куйбышева, были опубликованы [44—46]. Почти одновременно появились публикации в зарубежной литературе [47]. В последующие годы были введены в эксплуатацию комбинированные (электродиализ — ионный обмен) водоподготовительные установки с электро-диализными аппаратами в Японии [48].

Далее

Дальнейшие исследования по обессоливанию воды с относительно малым содержанием растворенных солей методом электродиализа проводились П. Д. Щекотовым на существующей станции химводоочистки. Технологическая схема, созданная здесь, представляла собой сочетание электродиализатора ЭДУ-1,С 0р (с уменьшенным числом ячеек), установленного в начале схемы, и двухступенчатой ионообменной установки Н-ОН-ФСД пропускной способностью 4 м3/ч (рис. 54).

Далее

Головной образец опытной партии электродиализных аппаратов АЭ-25 (состоящий из двух модулей пропускной способностью по 12,5 м3/ч), а затем серийные аппараты, включенные в комбинированную схему водоподготовки, испытывались в 1976—1978 гг. на Новочеркасской ГРЭС [51].

Далее

Состав исходной воды, требования к степени ее обессоливания и пропускная способность обессоливающей установки считаются заданными.Удельные расходы и концентрации реагентов, используемых на регенерацию, являются параметрами оптимизации и определяются в процессе решения задачи для каждого типа воды, ионита, требуемой глубины очистки па каждой ступени схемы.

Далее