Расчет электрокоагулятора

По уравнению (3.2) рассчитываем суммарную рабочую поверхность  анодов (приняв рабочую плотность  тока 0,6 А/дм²):

 

S_a = 340 / 0,6 = 567 дм² = 5,67 м²

 

Задаемся толщиной анода δ = 4 мм и межэлектродным расстоянием l_a-k = 10 мм. Из конструктивных соображений примем, что высота анода примерно в 1,5 раза больше его ширины (h_a ≈1,5 b_a). Тогда s_a =1,5 b², а b_a = √ (s_a/1,5).

Задаемся различным числом анодов n_a и проводим вычисления s_a по уравнению (3.4), ширины анода b_a, длины электродной камеры L_ЭК по уравнению (3.7) и ширины электродной камеры В_ЭК по уравнению (3.8). Результаты вспомогательных расчетов сводим в таблицу 3.1.

 

Таблица 3.1 Результаты вспомогательных  расчетов для выбора числа анодов

Число анодов na	sa, м2	ba, м	LЭК, мм	ВЭК, мм	LЭК / ВЭК
10	0,298	0,446 ≈ 0,45	480	320	1,5
12	0,247	0,406 ≈ 0,41	440	376	1,17
13	0,227	0,389 ≈ 0,39	420	404	1,04
14	0,21	0,374 ≈ 0,37	400	432	0,926
16	0,183	0,349 ≈ 0,35	380	488	0,779

 

Наиболее близкое совпадение длины и ширины электродной камеры достигается при числе анодов 13, которое и принимаем в дальнейших расчетах. При этом числе анодов длина электродной камеры будет  равна 420 мм, а ширина камеры – 404 мм. Принимаем высоту анода равной 0,6 м. Уточненные значения s_a, S_a и i_a будут равны: s_a = 0,39 ^. 0.6 = 0,234 м²; S_a = 0,234 ^. 25 = 5,85 м²; i_a = 340 А / 585 дм² = 0,58 А/дм².

Задавшись коэффициентом  срабатывания анодов, равным 0,8, определим  по уравнению (3.3) время непрерывной  работы анодов до их замены:

 

t = 0,8 · 0,4 · 7,8 / (2 · 0,58 · 10^-2 · 1,04) = 207 ч

 

При двусменной работе по 8 ч  число полных рабочих дней до смены  анодов составит 207 / 16 = 13.

По уравнению (3.6) определим  общую массу всех анодов:

 

М = 13· 0,234· 0,004 · 7800 = 94,9 кг

 

При блочном монтаже анодов эту массу можно распределить на два блока. При индивидуальном монтаже электродов масса одной  пластины будет равна 89,9 / 13 = 7,3 кг, что  вполне приемлемо.

Объем СВ в ЭК определим  по уравнению (3.9):

 

V_СВ,ЭК = 0,234 · 0,01(2 · 13 – 1) = 0,0585 м³

 

Время пребывания СВ в ЭК будет равно 0,0585 м³ / 2 (м³ / ч) = 0,0292 ч = 105 с, что соответствует рекомендациям [4].

Объем отсасываемого воздуха  рассчитываем по формуле (3.12). Он должен быть не менее, чем V = 0,105 · 340 = 35,7 м³ / ч.

1.5Выпрямительные агрегаты.

В табл. 3.2 приведены технические характеристики выпускаемых промышленностью выпрямительных агрегатов, которые могут быть использованы для энергопитания электрокоагуляционных  установок.

Таблица 3.2 Типы и характеристики выпрямительных агрегатов [1]

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

 

В обозначениях агрегатов первая буква Т означает тиристорный, буква В – водяное  охлаждение, буква Е – естественное охлаждение, буква Р – реверсивный  режим работы, вторая буква Т –  трансформаторное подключение к  сети, ОУХЛ – общеклиматические  и умеренно холодные условия эксплуатации.

 

2.Указания к выполнению графической части курсового проекта

2.1 Общие сведения об устройстве электрокоагуляторов.

Рассмотрим общие сведения о конструкциях ЭК .

По способу подачи отрабатываемой жидкости в ЭК последние подразделяют на прямоточные и противоточные. В прямоточных аппаратах направление движения обрабатываемой жидкости совпадает с направлением осаждения примесей, в противоточных – направления движения обрабатываемой жидкости и осаждения примесей противоположны.

По конструктивному оформлению ЭК могут быть в виде электролизных прямоугольных ванн, а также емкостей цилиндрической, колонной, барабанной, конической, трубчатой и других форм с горизонтально, вертикально или наклонно расположенными электродами. Электроды могут быть пластинчатые, цилиндрические, кольцевые, стержневые, призменные, гофрированные, перфорированные, стружечные, гранулированные. Выбор типа электродов зависит от конструкции аппаратов, вида содержащихся в воде загрязнений, условий и характера хлопьеобразования, гидродинамической структуры потоков и других факторов.

В электролизных прямоугольных  ваннах параллельно друг другу расположены пластинчатые катоды и растворимые аноды. Эти аппараты бывают однокамерными (односекционными) и многокамерными (многосекционными). Такого рода ЭК наиболее широко применяются на практике.

Корпус аппарата изготавливается  из кислотостойкого материала, например, полипропилена, либо стальной футерованный. Однако существуют и конструкции  с нефутерованными корпусами (см. раздел 4.2). ЭК оборудуются вытяжным вентиляционным устройством для удаления водорода. У дна ЭК рекомендуется уклон (до 5⁰).

Движение потока СВ в ЭК осуществляется вдоль поверхности  электродных пластин в вертикальном направлении (снизу вверх или  сверху вниз) либо в горизонтальном направлении. Для равномерности  подвода и отвода воды в [3] рекомендуются  приемные и сборные камеры. Приемные камеры рекомендуется отделять от рабочего пространства ЭК дырчатыми перегородками  с соотношением площади отверстий  в них к общей площади перегородок  не менее 0,3.

Материал электродов –  низкоуглеродистая сталь Ст.3, Ст.4 и т.п. Начальное межэлектродное расстояние 6-8 мм [1, с.433] (по [3] – 5-10 мм, по [2] - не менее 8-10 мм).

Рекомендуется блочная конструкция  электродов (блок – набор стальных пластин, закрепленных на общей раме). Токоподводы к ним привариваются  или припаиваются. Для предотвращения коротких замыканий в 2-3 местах по высоте электродов устанавливаются прокладки  из диэлектрика (текстолит, винипласт). Анодный и катодный блоки электродных  пластин вставлены в пазы гребенки из диэлектрика (рис. 3.1). Согласно [3] масса  одного электродного блока не должна превышать 50 кг.

Электродные шины (по [3]) –  медные, латунные или алюминиевые  прутки или полосы, закрепленные на изоляторе на корпусе ЭК. Их сечение  рассчитывается по максимальному току. Однако при использовании шин  из указанных материалов затруднена приварка к ним электродных пластин, поэтому широко используются и стальные шины.

 

 

 

2.2 Описание базовой конструкции электрокоагулятора.

На рис. 4.1 представлен  эскиз одного из вариантов ЭК в  сборе. Данная конструкция успешно  эксплуатируется на заводе «Маяк» (г. Киров), хотя не вполне соответствует  рекомендациям [3]. Основу ЭК представляет корпус 1 из нержавеющей стали Х18Н10Т. Эта сталь пассивна в хромсодержащих стоках, поэтому утечки тока на корпус практически отсутствуют, хотя корпус и не футерован. Однако электроды  обязательно должны быть изолированы  от корпуса.

 

Рис. 4.1. Эскиз  электрокоагулятора в сборе. 1 –  корпус; 2 – электродные пластины; 3 – ввод СВ; 4 – выпуск очищенной  воды; 5 – слив; 6 – труба для  промывки ЭК; 7 – алюминиевые токоподводящие полосы; 8 - стойки

 

СВ подается в ЭК снизу  через приваренный ввод 3 в расширяющуюся  донную часть корпуса и распределяется между электродными пластинами 2. На виде справа пластины показаны упрощенно. Очищенная от хрома (VI) СВ вместе с хлопьями шлама выходит через выпуск 4. Часть шлама однако скапливается в нижней части корпуса и периодически удаляется из него через слив 5; при этом осадок смывается с помощью трубы 6. Ввод, выпуск, слив и труба также изготовлены из стали Х18Н10Т.

Корпус закреплен на четырех  стойках 8, изготовленных из уголка 50 х 50 х 4 из стали Ст.3. Высота стоек  около 1200-1300 мм.

Электроды каждого знака  монтируются с помощью болтов на соответствующей алюминиевой  полосе 7. Для фиксации электродов и  предотвращения коротких замыканий  между электродами и корпусом, а также между электродами  разного знака, имеются 4 гребенки с  пазами из диэлектрика (полиамид, винипласт, текстолит и т.п.). Две нижних гребенки смонтированы так, что пазы располагаются  горизонтально; в верхних гребенках  пазы расположены вертикально. На рис. 4.1 гребенки не показаны, их монтаж будет  описан позднее.

 

Рис. 4.2. Эскиз  корпуса ЭК: 1 – стенки; 2 – боковины; 3,4,4,6 – борта; 7 – перегородка; 8 –  днище; 9 – нижние опоры; 10 – верхние  опоры

 

Рассмотрим устройство корпуса (рис. 4.2). Как говорилось выше, он изготовлен из стали Х18Н10Т. Толщина стенок – 3-4 мм. Конструкция сварная. Предварительно изготавливают две стенки (поз.1), две боковины (поз.2), четыре борта (поз.3,4,5,6), перегородку (поз.7) и днище (поз.8). Высота перегородки 100 мм; она на 50 мм не доходит  до верха корпуса. Днище имеет  квадратную форму со стороной около 120 мм. Внутри корпуса приварены две  нижних опоры (поз.9) и две верхних  опоры (поз.10) для монтажа гребенок. Нижние опоры имеют вид скошенного уголка шириной 30 мм, к которому приварены  вертикально два штыря диаметром 8 мм и высотой 13 мм для посадки  гребенок из диэлектрика. Верхние опоры  имеют вид швеллера; к ним также  приварены, но уже горизонтально, штыри  для посадки гребенок. Высота швеллера 35 мм, ширина – 10 мм. Расстояние между  осями штырей на опорах 9 и 10 равно  расстоянию между осями соответствующих  углублений гребенки (рис. 4.4).

Эскиз электродной пластины (Ст.3, толщина 3-4 мм) с приваренным  токоподводом представлен на рис. 4.3. Габариты электрода (b_a, h_a) определяются расчетом (см. раздел 3). В верхней части сделан скос во избежание случайных коротких замыканий с токоподводами электродов противоположного знака.

 

Рис. 4.3. Эскиз  электродной пластины с токоподводом.

Размеры приведены  ориентировочные. * - высота токоподвода  должна быть такой, чтобы алюминиевая  полоса и болты, соединяющие ее с  токоподводом, не были погружены в  электролит

Число пазов на гребенке (рис. 4.4) определяется общим числом электродов (катодов и анодов). Ширина паза на 2 мм больше толщины электродной  пластины. Расстояние между осями  соседних электродных пластин равно  сумме толщины электрода δ и начального межэлектродного расстояния l_a-k.

При выполнении чертежа ЭК студент должен в качестве основного  чертежа представить чертеж корпуса  ЭК (три проекции) с указанием  необходимых размеров.

В качестве деталировочных чертежей выполняются:

• чертеж электродной пластины с токоподводом (с размерами);
• чертеж гребенки (с размерами).

Преподаватель дает необходимые  консультации в процессе выполнения графической части проекта.

 

Рис. 4.4. Эскиз гребенки из диэлектрика. Ширина паза П на 2 мм больше толщины анода. Ширина выступа В  на 2 мм меньше начального межэлектродного  расстояния. Диаметр посадочных углублений 10 мм, высота цилиндрической части углублений 20 мм. Габаритная длина гребенки зависит  от принятого в расчете числа  электродов и может быть рассчитана по уравнению L_ГР = 2 n_a(d + 2) + (2 n_a – 1) (l_a-k – 2) + 2^. 23.