Размещено на http://www.allbest.ru/

КАМЧАТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ОХРАНЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ

Проект установки для очистки сточных вод геотермальных электрических станций с однопоточным электрокоагулятором

Дипломный проект

320600.01ДП91.183ПЗ

Оценка ГАК ___________

Председатель ГАК

_____________Бортин Н. Н.

«__» __________2006 г.

ПЕТРОПАВЛОВСК - КАМЧАТСКИЙ

2006 г.

Камчатский государственный технический университет

Технологический факультет

Кафедра комплексного использования и охраны водных ресурсов

Согласовано: Утверждаю:

Руководитель проекта Заведующий кафедрой КИ

д.т.н., профессор, д.т.н., профессор,

__________ Потапов В.В. ____________Потапов В.В.

«___» __________2006г. «___» _________2006г.

Задание

на дипломный проект

студент________________

1. Тема: «Проект установки для очистки сточных вод геотермальных электрических станций с однопоточным электрокоагулятором»

Утверждена приказом по университету

От «____» ________ 2006 г., № 183

2. Сроки сдачи студентом законченной работы

«26» мая 2006 г.

3. Основание для разработки: задание на проектирование

4. Цель разработки: Проект установки для очистки сточных вод геотермальных электрических станций с однопоточным электрокоагулятором

5. Источники разработки:

5.1. Документация:

5.1.1 СНиП 2.04.03-85 КАНАЛИЗАЦИЯ. НАРУЖНЫЕ СЕТИ И СООРУЖЕНИЯ. Госстрой СССР.- М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989. - 110 с.

5.1.2 СНиП 2.04.02-84 ВОДОСНАБЖЕНИЕ НАРУЖНЫЕ СЕТИ И СООРУЖЕНИЯ. Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. - 122с.

5.2. Литература:

5.2.1 Потапов В. В. Коллоидный кремнезем в высокотемпературном гидротермальном растворе. - Владивосток: Дальнаука, 2003. - 216 с.

5.2.2 Кульский Л. А., Строкач П. П., Слипченко В. А., Сайгак Е. И. Очистка воды электрокоагуляцией / К.: Будiвельник , 1978. - 110 с.

5.2.3 Кульский Л. А., Гребенюк В. Д., Савлук О. С. Электрохимия в процессах очистки воды / К.: Технiка. - 1987. -220 с.

5.2.4 Потапов В. В. Электрохимическая обработка гидротермального теплоносителя перед обратной закачкой. Теплоэнергетика, 2000, №1.

6. Требования к разработке: внедрение результатов ВКР должно обеспечить очистку гидротермального теплоносителя от кремнезема

7. Ожидаемые результаты внедрения: Повышение рентабельности использования геотермальных ресурсов за счет производства дополнительной электрической (до 12 %) в бинарных установках с низкокипящим рабочим телом и тепловой энергии, а также реализации аморфного кремнезема.

8. Перечень текстового и графического материала:

8.1. Пояснительная записка

8.2. Графическая часть

8.2.1 Технологическая схема ГеоЭС

8.2.2 Конструкция геотермальной скважины

8.2.3 Бинарный цикл теплоносителя

8.2.4 Технологическая схема очистки теплоносителя

8.2.5 Однопоточный электрокоагулятор

8.2.6 Осветлитель

8.2.7 Фильтр механический

8.2.8 Насос центробежный

8.2.9 График зависимости удельной электропроводности от температуры

8.2.10 Монтажная схема

9. Консультанты по дипломному проекту.

Раздел	Консультант	Подпись
Экономика	Илюшко Л. А.
Нормоконтроль	Потапов В. В.
БЖД	Бондаренко Ю.Д.
КИОВР	Ивашкевич Г. В.

10. Дата выдачи задания: «__» «____________» 2006 г.

Задание принял к исполнению студент ____________ Хорошман А. В.

РЕФЕРАТ

Дипломного проекта по специальности «Комплексное использование и охрана водных ресурсов» по теме «Проект установки для очистки сточных вод геотермальных электрических станций с однопоточным электрокоагулятором».

Дипломный проект содержит: пояснительная записка - с., рисунков, таблиц, список литературы из источников; графическая часть представлена чертежами и таблицей.

КОЛЛОДНЫЙ КРЕМНЕЗЕМ, АТМОСФЕРНЫЙ РАСШИРИТЕЛЬ, СЕПАРАТОР, ЭЛЕКТРОКОАГУЛЯТОР, БИНАРНЫЙ ЭНЕРГОБЛОК, электрокоагуляция, ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ, СЕПАРАТ, АНОД, ионизация, гидротермальный теплоноситель, реинжекционные скважины.

Целью настоящего дипломного проекта является проект установки для осаждения (извлечения) кремнезема из гидротермального теплоносителя с помощью электрокоагулятора.

Задачи дипломного проекта - проанализировать причины низкой эффективности использования теплоносителя на Верхне-Мутновской ГеоЭС и разработать технологические предложения направленные на повышение эффективности использования теплоносителя. Предоставить экономическую оценку проекта.

При дипломном проектировании были изучены основные физико-химические процессы протекающие в аппаратах промышленной установки, выбран метод осаждения кремнезема, рассчитаны основные параметры аппаратов промышленной установки, произведены расчеты потребляемых мощностей. Рассчитаны основные технико-экономические показатели проекта.

Разработанный проект установки для извлечения кремнезема с однопоточным электрокоагулятором из потока гидротермального теплоносителя, рекомендуется для внедрения на предприятие геотермальной энергетики Камчатки ОАО «Геотерм», в частности на Верхне-Мутновскую ГеоЭС мощностью 12 МВт.

Содержание

Введение

1. Характеристики теплоносителя Мутновского месторождения1

2. Конструкция геотермальных скважин ГеоЭС

2.1 Конструкции добычных и реижекционных скважин

2.2 Оборудование устьев скважин

3. Очистка сточных вод от кремнезема методом электокоагуляции

3.1 Электрохимическая коагуляция

3.2 Конструкции электрокоагуляторов

3.3 Обескремнивание воды

4. Выбор технологической схемы очистки теплоносителя от кремнезема

5. Расчет танка для старения сепарата

6. Технологический расчет электрокоагулятора

6.1 Расход дозы анодного алюминия на извлечение заданного количества кремнезема

6.2 Расчет годового расхода анодного алюминия

6.3 Расчет длительности электрообработки

6.4 Расчет удельных затрат электроэнергии на обработку кг сепарата

6.5 Расчет средних затрат электроэнергии на извлечение кг кремнезема

6.5.1 Расчет удельных затрат электроэнергии

6.5.2 Расчет среднегодовых затрат количества электроэнергии на осаждение кремнезема

6.6 Расчет габаритов электрокоагулятора

7. Расчет коридорного осветлителя со взвешенным осадком с вертикальным осадкоуплотнителем

8. Расчет насоса

8.1 Выбор типа насоса

8.2 Расчет количества насосов

8.3 Расчет расхода электроэнергии на обеспечение работы насосов

9. Расчет механического фильтра

10. Технико-экономическое обоснование проекта

10.1 Расчет затрат на листовой алюминий

10.2 Расчет затрат на электроэнергию

10.2.1 Затраты электроэнергии на работу электрокоагулятора

10.2.2 Затраты электроэнергии на работу насосов

10.3 Расчет фонда заработной платы и суммы единого социального страхования

10.4 Расчет прибыли от продажи кремнезема

10.5 Расчет прибыли от продажи дополнительной электрической энергии, производимой бинарным энергоблоком

10.6 Прибыль от продажи дополнительной электроэнергии получаемой за счет ликвидации простоев ГеоЭС

10.7 Экономия средств за счет устранения затрат на бурение скважин обратной закачки

10.8 Расчет потенциальной прибыли после года эксплуатации установки

10.9 Расчет окупаемости установки

11. БЖД

11.1 Техника безопасности и охрана труда при строительстве

11.1.1 Общие положения

11.1.2 Границы опасных зон по действию опасных факторов

11.1.3 Требования безопасности при ручной сварке

11.2 Организация производственных территорий, участков работ и рабочих мест

11.2.1 Общие требования

11.2.2 Требования безопасности к обустройству и содержанию производственных территорий, участков работ и рабочих мест

11.3 Техника безопасности и охрана труда при эксплуатации оборудования

11.3.1 Обеспечение электробезопасности

11.3.2 Обеспечение пожаробезопасности

Заключение

Список использованных источников

Введение

В настоящее время гидротермальные системы и связанные с ними гидротермальные месторождения можно рассматривать как альтернативный источник электрической и тепловой энергии.

Гидротермальная система занимает участки в верхних частях земной коры, где наблюдаются аномально высокие величины температуры и теплового потока. Тепловой источник системы представляет собой интрузию магматического расплава с различной степенью кристаллизации. Породы, окружающие интрузию, имеют проницаемость достаточно высокую для возникновения свободной конвекции пароводяного теплоносителя, основным источником которого являются метеорные воды. Высокотемпературные жидкофазные гидротермальные системы характеризуются тем, что теплоноситель в нижних частях системы на глубине 1-3.5 км находится при температуре 250-300?С и более и давлении, превышающем давление насыщенного пара. Химический состав гидротермального раствора определяется взаимодействием воды с алюмосиликатными минералами пород при температуре 250-300?С[10].

В течение последних десятилетий основная часть проектов по геотермальной инженерии относилась к использованию энергетической составляющей геотермальных ресурсов. При этом значительные успехи были достигнуты и в области извлечения из гидротермального теплоносителя химических соединений и их промышленного использования. Однако существует ряд взаимосвязанных технических проблем, ограничивающих масштабы использования, как геотермальной энергии, так и химического потенциала высокотемпературных геотермальных ресурсов.

Образование твердых отложений представляет одну из самых сложных технических проблем при эксплуатации геотермальных ресурсов. Отложения кремнезема представляют наибольшую проблему, которая проявляется практически на всех гидротермальных месторождениях, особенно, высокотемпературных с преобладанием жидкой фазы[3].

Использование энергетического и минерального потенциала высокотемпературных гидротермальных теплоносителей отличается низкой эффективностью. Это связано с повышенной минерализацией теплоносителей, которая составляет от 1,0-2,5 до 20-30 г/кг, а для суперминерализованных теплоносителей - до 100-300 г/кг. Одно из следствий этого - образование твердых отложений кремнезема из потока жидкой фазы теплоносителя (гидротермального сепарата) в технологических аппаратах, скважинах, трубопроводах и теплооборудовании при производстве энергии или извлечении химических соединений. Для повышения эффективности использования теплоносителей необходимо комбинирование производства энергии на геотермальных электрических (ГеоЭС) и теплоэлектрических станциях (ГеоТЭС) с химическим производством по извлечению и утилизации кремнезема, которое сочетается с контролем за скоростью роста твердых отложений.

Для снижения скорости роста твердых отложений кремнезема в аппаратах, теплооборудовании и скважинах обратной закачки (реинжекция отработанного сепарата в породы гидротермального резервуара) проводится при повышенной температуре 140-160?С. Такие требования вызваны отсутствием технических разработок по извлечению кремнезема из потока гидротермального теплоносителя.

Высокая температура реинжекции существенно снижает мощность ГеоЭС по выработке электроэнергии.

Целью настоящего дипломного проекта является разработка технологической схемы очистки жидкой фазы гидротермального теплоносителя расходом 50 - 60 кг/с на Верхне-Мутновской ГеоЭС от кремнезема методом электрокоагуляции.

Выбранная тема представляет особую актуальность. Разработка схемы осаждения кремнезема из гидротермального раствора с однопоточным электрокоагулятором позволит контролируемым образом извлекать из потока сепарата кремнезем с заданными физико-химическими свойствами. При использовании данной технологии повысится эффективность использования теплоносителя за счет следующих факторов:

устранение простоев ГеоЭС, необходимых для удаления твердых отложений аморфного кремнезема из скважин и теплообрудовани;

устранение расходов на бурение и строительство новых реинжекционных скважин в случае заполнения скважин отложениями и потери пропускной способности;

получение дополнительного количества электрической (до 12 % к проектной мощности станции) и тепловой энергии за счет снижения температуры реинжекции сепарата и дальнейшего использования сепарата в бинарном или комбинированном (прямой плюс бинарный) цикле с низкокипящим органическим рабочим телом;

получение минерального продукта в виде аморфного кремнезема с заданными физико-химическими характеристиками;

извлечение из сепарата других ценных химических соединений (Li, B, As и др.), которое невозможно без удаления кремнезема из-за засорения поверхности ионных селективных материалов.

Задачи дипломного проекта:

анализ технологической схемы работы геотермальной электростанции;

рассмотрение существующих методов осаждения кремнезема из потока гидротермального теплоносителя;

выбор технологической схемы осаждения кремнезема и ееобоснование;

технологический расчет аппаратов технологической схемы очистки;

технико-экономическое обоснование проекта.

1 ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ МУТНОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Осаждение кремнезема планируется проводить из гидротермального сепарата продуктивных скважин Верхне-Мутновской ГеоЭС, имеющего сходные характеристики с сепаратом скважин 014, 4Э, 5Э, А2, а также других скважин Мутновского месторождения. Показатель pH раствора при 200С 7.0 - 9.4, общая минерализация - 1.0 - 2.5 г/кг, ионная сила раствора - 10 - 20 ммоль/кг. Общее содержание кремнезема в 650 - 820 мг/кг.

Продуктивные скважины 048, 049, 055 Верхне-Мутновской ГеоЭС выводят на поверхность теплоноситель в виде пароводяной смеси (ПВС) с массовым паросодержанием 0.2-0.3. Устьевая обвязка продуктивных скважин объединена в один общий коллектор, в котором происходит смешение трех потоков теплоносителя. В сепараторах первой и второй линии при давлении 0.8 МПа и температуре 170.40С ПВС разделяется на паровую фазу, которая подается на турбины, и жидкую фазу (сепарат) с расходом 50-60 кг/с. Сепарат поступает в расширитель, давление в котором равно около 0.4 МПа, а температура - порядка 143.60С. Из расширителя сепарат при давлении 0.4 бар закачивается через две реинжекционные скважины обратно в породы гидротермального месторождения. Пробоотборник сепарата установлен на трубопроводе обратной закачки ГеоЭС.

Полный анион-катионный состав проб исходного гидротермального сепарата, отбираемый с линии обратной закачки станции перед обработкой, приведен в таблице 1.1. Для сравнения в таблице 1.2 приведены данные по химическому составу конденсата острого пара. Раствор сепарата Мутновского месторождения относится к хлоридно-сульфатно-натриево-калиевому типу термальных вод. Формула химического состава воды, отражающая процентный состав анионов и катионов в миллиграмм-эквивалентах, такова: Cl47.66 SO434.09/ Na88.04 K9.08.

Зависимость ионной силы Is (моль/кг) гидротермального раствора скважин Мутновского месторождения от минерализации Mh (мг/кг) выражается уравнением:

Is = AI 10-6 Mh, (1.1)

где AI - коэффициент, равный для сепарата - (7.35 - 8.68) моль/мг, для конденсата пара - 17.34 моль/мг.

Данные о концентрации кремнекислоты, катионов натрия Na+, калия K+ и кальция Ca2+ в сепарате (табл. 1.1) используются для расчета температуры жидкого теплоносителя в гидротермальном резервуаре в зонах дренирования продуктивных скважин 048, 049 и 055. Расчеты выполнены по уравнениям для кварцевого (SiO2)-геотермометра, а также для натрий-калиевого (Na-K) и натрий-калий-кальциевого (Na-K-Ca)- геотермометров.

Если известны температура, при которой происходит взаимодействие вода - порода на глубине, и тип пород, то с помощью моделирования химического равновесия можно найти концентрацию основных катионов (Na+, K+) и анионов (Cl-, SO42-, HCO3-, CO32-), ионную силу Is, показатель pH при различных температуре и давлении в теплооборудовании. Ионная сила и показатель pH раствора - характеристики, влияющие на кинетику полимеризации, коагуляции и осаждения кремнезема.

Вычисление температуры по кварцевому SiO2-геотермометру основано на том, что концентрация кремнезема в водном растворе определяется растворимостью кварца при температуре взаимодействия вода-порода. Общее содержание кремнезема в растворе является, таким образом, функцией температуры. Для аппроксимации этой функциональной зависимости предлагались различные уравнения, которые получены на основе математической обработки лабораторных экспериментальных данных и данных измерения температуры и концентраций соединений в водном растворе геотермальных скважин.

Для SiO2-геотермометра широко используются уравнение Фурнье:

ts = 1309/(5.19 - lgCt) - 273, (0 - 2500С) (1.2)

и уравнение Римстидта:

lg(Ct/60000) = 1.881 - 2.028 0.001 (ts + 273) - 1560/(ts + 273), (1.3)

где Ct - общее содержание кремнезема в растворе, выраженное по SiO2, мг/кг, ts - температура раствора, выраженная в градусах Цельсия, 0С.

Na-K-геотермометры основаны на том, что отношение концентраций катионов натрия Na+ и калия K+ в водном растворе является функцией температуры, при которой происходило взаимодействие воды c щелочным алюмосиликатом, например, альбитом. Для вычисления температуры по Na-K-геотермометрам используют уравнение Уайта-Эллиса:

ts = 855.6/(lg(CNa/CK) + 0.8573) - 273, (0 - 2450С) (1.4)

Определение температуры по Na-K геотермометру проводится также с помощью уравнения Арнорссона:

ts = 933/(lg(CNa/CK) + 0.933) - 273 , (25 - 2500С) (1.5)

В уравнениях (4) и (5) CNa, CK - концентрация катионов натрия Na+, калия K+ в растворе, мг/л.

В некоторых случаях применяется натрий-калий-кальциевый (Na-K-Ca) геотермометр, диапазон применения которого шире, чем натрий-калиевого. Для этого геотермометра используется дополнительное отношение концентраций катионов кальция Ca2+ и катионов натрия Na+ в водном растворе. Вычисление температуры по Na-K-Ca-геотермометру сделано нами на основе уравнения Фурнье-Трусделла:

ts = 1647/(lg(CNa/CK) + CN lg((CCa)0.5/CNa) + 2.24) - 273 , (4 - 3400С) (1.6)

CNa, CK, CCa- концентрации соответственно катионов натрия, калия, кальция, выраженные в моль/л, ?CN - коэффициент, значения которого равны:

CN = 1/3, если (CCa)0.5/CNa 1 и ts 1000C, (1.7-1)

CN = 4/3, если (CCa)0.5/CNa 1 и ts 1000C (1.7-2)

Теплоноситель продуктивных скважин Верхне-Мутновской ГеоЭС имеет сходный химический состав, близкие паросодержания и температуру. Поэтому вычисленные значения температуры по приведенным геотермометрам следует рассматривать как обобщенную характеристику той зоны, которая дренируется скважинами.

Концентрация кремнезема SiO2 в пробе сепарата (табл. 1.2) составляет 643.8 мг/кг, концентрация катионов Na+ - 239.4 мг/л = 10.413?10-3 моль/л, концентрация катионов K+ - 42.0 мг/л = 1.074?10-3 моль/л, и концентрация катионов Ca2+ - 0.0399?10-3 моль/л. Подстановка этих значений в уравнения (1.2)-(1.7) дает следующие результаты: температура на забое по Na-K-геотермометру (1.4) Уайта-Эллиса - 269.30С, температура по Na-K-геотермометру Арнарссона (1.5) - 257.40С, температура по Na-K-Ca-геотермометру Фурнье-Трусделла (1.6) - 249.10С.

Температуру, вычисленную по геотермометру Фурнье-Трусделла, следует рассматривать как нижний предел температуры в области гидротермального резервуара, дренируемой продуктивными скважинами Верхне-Мутновской ГеоЭС - 246-2490С. Температуру, вычисленную по геотермометру Арнарссона, следует рассматривать как верхний предел значений реальной температуры в зоне дренирования на момент отбора проб - 279-2840С. Для пробы сепарата, химический состав которой указан в табл. 1.1, при максимально возможной температуре на забое скважин 279.40С концентрация кремнезема SiO2 до выпаривания согласно уравнению (1.3) была 519.1 мг/кг, а после выпаривания - 643.8 мг/кг. Таким образом, минимально возможное паросодержание в потоке теплоносителя составляло 519.1/643.8 = 0.20.

Физико-химические характеристики теплоносителя Мутновского месторождения:

Общее содержание SiO2 Ct=300-1500 мг/кг.

Средний радиус коллоидных частиц кремнезема R=3,0-16,0 нм и удельная площадь поверхности частиц As=500-2000 см2/см3 (30-300 м2/г).

Плотность поверхностного электрического заряда частиц ?s = 10,62-23,92 мкКл/см2.

Естественный pH от 9,4 до 7,0.

Минерализация Mh=1000-2500 мг/кг.

Ионная сила раствора Is=10-20 ммоль/кг.

Соотношение между концентрациями основных катионов (Na+/K+) и анионов (Cl-/SO42-).

Удельная электропроводность раствора ?=(0,5-1,5)?10-3 См?см-1 (200 C).

По величине удельной электропроводности гидротермальный раствор Мутновского месторождения относится к разбавленным электролитам, по типу зависимости от температуры - к проводникам второго рода [4].

2. КОНСТРУКЦИИИ ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ СКВАЖИН ГеоЭС

2.1 Оборудование устьев скважин

Устьевое оборудование является неотъемлемой частью конструкции скважины как при ее строительстве, так и особенно при эксплуатации. Оно предназначено для обвязки всех спущенных в скважину обсадных колонн (кроме фильтровой колонны) с целью организации контроля за состоянием межтрубного пространства и регулирования режима эксплуатации.

Конструкция устьевого оборудования скважины учитывает следующие специфические факторы:

объем добываемого геотермального флюида,

пластовые и рабочие давления,

температуру флюида,

вероятность выпадения солей,

коррозионное воздействие флюидов,

соединение с трубопроводами иных диаметров.

Наземное устьевое оборудование позволяет удобно и безопасно эксплуатировать скважины, проводить исследовательские работы, включая отбор проб флюида, конструкция оборудования обеспечивает возможность проведения замеров температуры, давления и дебита флюида как на устье скважины, так и при спуске в нее глубинных приборов.

Герметизация затрубного пространства обсадных колонн согласно российским требованиям производится путем установки колонных головок, трубного (эксплуатационной колонны) - фонтанной арматурой (елкой).

Все оголовки скважин имеют укрытия, обеспечивающие круглогодичный доступ эксплуатационного и ремонтного персонала.

3. ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОКОАГУЛЯЦИИ

3.1 Электрохимическая коагуляция

Для очистки сточных вод от различных растворимых и диспергированных примесей применяют процессы анодного окисления и катодного восстановления, электрокоагуляции, электрофлокуляции и электродиализа. Все эти процессы протекают на электродах при пропускании через сточную воду постоянного электрического тока. Электрохимические методы позволяют извлекать из сточных вод ценные продукты при относительно простой автоматизированной технологической схеме очистки, без использования химических реагентов. Очистку сточных вод электрохимическими методами можно проводить периодически или непрерывно[2].

При прохождении сточной воды через межэлектродное пространство электролизера происходит электролиз воды, поляризация частиц, электрофорез, окислительно-восстановительные процессы, взаимодействие продуктов электролиза друг с другом.

При использовании нерастворимых электродов коагуляция может происходить в результате электрофоретических явлений и разряда заряженных частиц на электродах, образования в растворе веществ (хлор, кислород), разрушающих сольватные соли на поверхности частиц. Такой процесс можно использовать для очистки вод при невысоком содержании коллоидных частиц и низкой устойчивости загрязнений.

Для очистки промышленных сточных вод, содержащих высокоустойчивые загрязнения, проводят электролиз с использованием растворимых стальных или алюминиевых анодов. Под действием тока происходит растворение металла, в результате чего в воду переходят катионы железа или алюминия, которые, встречаясь с гидроксидными группами, образуют гидроксиды металлов в виде хлопьев. Наступает интенсивная коагуляция.

На процесс электрокоагуляции оказывает влияние материал электродов, расстояние между ними, скорость движения сточной воды между электродами, ее температура и состав, напряжение и плотность тока. С повышением концентрации взвешенных веществ более 100 мг/л эффективность электрокоагуляции снижается. С уменьшением расстояния между электродами расход энергии на анодное растворение металла уменьшается. Теоретический расход электроэнергии для растворения 1 г железа составляет 2,9 Вт-ч, а 1 г алюминия--12 Вт-ч. Электрокоагуляцию рекомендуют проводить в нейтральной или слабощелочной среде при плотности тока не более 10 А/м2, расстоянии между электродами не более 20 мм и скорости движения воды не менее 0,5 м/с.

Достоинства метода электрокоагуляции:

компактность установок и простота управления;

отсутствие потребности в реагентах;

малая чувствительность к изменениям условий проведения процесса очистки (температура, рН среды, присутствие токсичных веществ);

получение шлама с хорошими структурно-механическими свойствами. Электрокоагуляция находит применение в пищевой, химической и целлюлозно-бумажной промышленности, а также для очистки природных вод от кремнезема.

3.2 Конструкции электрокоагуляторов

Большинство устройств для очистки воды электрокоагуляцией представляет собой безнапорные пластинчатые электролизеры горизонтального или вертикального типа. Пластины металла располагаются вертикально на расстоянии 3--20 мм одна от другой и удерживаются изолирующими вставками, электрический ток подводится к каждой пластине.

С целью упрощения монтажа электрокоагуляторов и уменьшения потребляемой силы тока применяется биполярное подключение электродов, т. е. подвод тока не к каждой, а через несколько пластин. Промежуточные пластины растворяются вследствие поляризации в возникающем электрическом поле.

Пластинчатые электролизеры в зависимости от расположения электродов и направляющих перегородок могут работать как многопоточные и как однопоточные (рис 4.1). При многопоточной схеме движения вода проходит одновременно через все промежутки между электродами (параллельное соединение каналов). Этот тип электролизера конструктивно наиболее прост, но скорость движения воды мала. Для борьбы с пассивацией электродов некоторые исследователи рекомендуют применять однопоточную схему, при которой вода проходит по лабиринту, образуемому электродами (последовательное соединение каналов). При этом скорость движения воды относительно электродов в n -- 1 раз больше, чем при многопоточной схеме (n -- число электродных пластин).

рис.4.1 Многопоточная (а) и однопоточная (б) схемы движения воды в электрокоагуляторе: 1 - поступление исходной воды; 2 - анод; 3 - катод; 4 - выход обработанной воды; 5 - винипластовые перегородки.

Кроме того, есть ряд конструкций электролизеров, в которых предусматривается механическая, пневмо-гидравлическая или эрозионная (образивным материалом) очистка электродов от образующихся на них в процессе работы осадков. Так, для очистки воды от взвешенных и растворенных в ней примесей с целью увеличения эффективности очистки воды электроды укреплены на вращающемся валу, установленном в корпусе. Засорение межэлектродного пространства в устройстве предотвращается расположенной внутри корпуса гребенкой, между зубцами которой проходят электроды.

Для осветления, обесцвечивания и умягчения питьевых и технических вод разработан реактор-электрокоагулятор. Вода через трубу подается в эжектор и циркулирует в пространстве между электродами, охватывающими эжектор. Обработанная вода выходит из аппарата по трубе, установленной тангенциально по отношению к его корпусу. Особенности конструкции электролизера позволяют уменьшить поляризацию электродов, снизить расходы электроэнергии, улучшить гидравлические и физико-химические условия формирования хлопьев коагулянта и осуществить очистку при помощи периодической подачи воздуха.

На практике наиболее широко используют безнапорные пластинчатые электрокоагуляторы, направление движения жидкости в которых может быть горизонтальным и вертикальным. Они могут быть однопоточными, многопоточными и смешанными.

3.3 Обескремнивание воды

Кремний присутствует в воде в виде взвеси SiO2, коллоидного кремнезема, ионов SiO2 и др. Форма в которой находится кремний, зависит от pH среды.

Для удаления из воды соединений кремния используют магнезиальное обескремнивание методами осаждения и фильтрования, анионитовое обескремнивание, а также обработку известью, солями железа и алюминия. Применение существующих методов обескремнивання воды ограничивается, с одной стороны, громоздкостью сооружений, трудностью их эксплуатации и недостаточной глубиной обескремнивания, с другой -- высокой стоимостью реагентов и анионитов[5].

Обработка гидротермального раствора электрокоагулцией проводилась в режиме постоянного электрического тока с применением электродов из растворимого металла. Большая часть экспериментов по электрокоагуляции выполнена с сепаратом скважины 014 Мутновского месторождения[6].

В гидротермальный раствор кремний поступает в виде отдельных молекул ортокремниевой кислоты H4SiO4 (мономерный кремнезем) в результате химического взаимодействия воды с алюмосиликатными минералами пород на глубине при повышенных температуре (250-350?С) и давлении (4,0-16,5 МПа и более). При подъеме на поверхность в продуктивных скважинах ГеоЭС из-за снижения давления, температуры и разделения на паровую и жидкую фазы раствор становится пересыщенным относительно растворимости аморфного кремнезема, что приводит к нуклеации и полимеризации молекул кремнекислоты и образованию коллоидных частиц кремнезема с размерами от 3 до 30 нм (коллоидный кремнезем).

Концентрация SiO2 в гидротермальном растворе после выхода на поверхность достигает 1000 мг/кг.

Электрическая схема экспериментов включает источник постоянного тока, вольтметр и электрокоагулятор. Величина напряжения U между пластинами электродов варьировала в пределах 4-30 В, сила тока- 0.1-3.0 А, плотность тока j=I/Sel - 10-300 А/м2, напряженность электрического поля E=U/hel - 400-1100 В/м, длительность электрообработки tet - 0-70 мин, расстояние между электродами hel - 5-20 мм, температуру раствора ts - от 20 до 130?С [3,6]. Применяются электроды из алюминия, нержавеющей стали, стали с цинковым покрытием и меди.

В ходе электрохимической обработки в растворе наблюдается ряд процессов: изменение цвета и мутности, повышение температуры воды, образование хлопьев, анодное пузырение, свободная конвекция, электрофлотация и формирование пенистой массы хлопьев на поверхности раствора. Пенистая масса хлопьев распределяется неоднородно по поверхности раствора во время обработки, слой пены вокруг анода был толще. После окончания обработки хлопья оседают на дно сосуда, затем их отделяют грубым фильтром. В аликвотах обработанного раствора определяют остаточные концентрации кремнезема, катионов-коагулянтов Al3+ или Fe3+, Fe 2+ и pH.

Цвет обработанного раствора и осадка зависит от материала электродов. После применения электродов из оцинкованной стали, цвет раствора становится желтым, коричневым или зеленым в зависимости от длительности использования электродов. Применение электродов из нержавеющей стали приводит к черной окраске раствора. Обработка на электродах из меди сопровождается появлением зелено-голубого цвета. Обработка на алюминиевых электродах не изменяет цвет воды.

В таблице 3.1 приведены результаты электрообработки раствора на железных электродах при различной силе тока I от 0.5 до 3.0 А и фиксированной продолжительности 30 мин, в таблице 6.2 - результаты обработки в тех же режимах на алюминиевых электродах (Qc - электрический заряд, прошедший через раствор при электрообработке, Ct - остаточное содержание кремнезема, Cs - концентрация мономерного кремнезема).

Остаточная концентрация в большинстве случаев после обработки на алюминиевых электродах ниже, чем на железных (табл. 3.1, 3.2). Например, в ходе обработки на алюминиевых электродах при силе тока I =1.5 А в течение 30 мин остаточное общее содержание Ct кремнезема в растворе составляет 3.1 мг/кг, а в растворе, обработанном на стальных электродах, - 81 мг/кг (табл. 3.1, 3.2). Эффективность осаждения кремнезема наибольшая в экспериментах с использованием алюминиевых электродов. Это подтверждает более высокую коагуляционную способность катионов алюминия и поликатионных коллоидных комплексов гидратированного алюминия по сравнению с коагуляционными структурами катионов Fe3+ и Cu2+.

Зависимость концентрации Ct(tet) от длительности обработки имеет три участка, соответствующих трем стадиям процесса осаждения: 1-ый участок (1-я, начальная стадия), на котором концентрация практически не снижается (например, при I = 1.5 А tet = 0.0-5.0 мин); 2-ой участок наиболее важный с точки зрения техники извлечения кремнезема, на котором концентрация достаточно быстро уменьшается с увеличением длительности обработки tet (при I = 1.5 А, tet = 5-15 мин); 3-ий участок (заключительная стадия), на котором концентрация становится меньше растворимости Сe аморфного кремнезема при температуре обработки и медленно уменьшается с увеличением длительности обработки. Такой характер зависимости концентрации кремнезема от длительности обработки имели кривые при всех испытанных значениях силы и плотности тока

На 1-ой стадии происходит накопление коагуляционных структур в растворе - катионов алюминия и его поликатионных гидратированных комплексов, концентрация алюминия увеличивается. На 1-ой стадии раствор приобретает мутность, но осаждения кремнезема и гидратированного алюминия не происходит. Угол наклона относительно оси абсцисс на графиках зависимости Ct(tet) на 1-ом участке мал. 1-я стадия продолжается до тех пор, пока в раствор не поступит критическое количество катионов алюминия Al3+ порядка 20-30 мг/кг. После этого концентрация и коагуляционная способность алюминия и его комплексов станет достатчно высокой, чтобы началась активная агрегация и осаждение коллоидных частиц кремнезема, то есть 2-я стадия процесса.

На 2-ой стадии начинается и развивается коагуляция коллоидного кремнезема. Катионы алюминия и его положительно заряженные поликатионные гидратированные комплексы сорбируются поверхностью коллоидных частиц кремнезема. Происходит нейтрализация отрицательного заряда частиц кремнезема, образование связей между частицами с участием катионов алюминия и осаждение частиц кремнезема и алюминия. На 2-ой стадии скорость осаждения алюминия из раствора близка к скорости его поступления в раствор за счет растворения электродов. Угол наклона кривой Ct(tet) относительно оси абсцисс на 2-ой стадии максимальный.

На 3-ей стадии скорость осаждения кремнезема снижается, так как после окончания 2-ой стадии общее содержание Ct значительно уменьшается. Угол наклона кривой Ct(tet) на 3-ей стадии, также как и на 1-ой стадии, мал.

Таким образом, эксперименты по электрокоагуляции выявляют две особенности этого типа обработки. Во-первых, при электрокоагуляции коллоидный и мономерный кремнезем осаждаются одновременно. Во-вторых, снижение общего содержания кремнезема Ct происходит постепенно в отличие от обработки дисперсными коагулянтами типа извести, солей алюминия и железа. Ввод дисперсных коагулянтов в количестве, превышающем критический расход, обеспечивает полное осаждение практически всего коллоидного кремнезема. Электрокоагуляция позволяет проводить более регулируемое снижение концентрации кремнезема, чем обработка дисперсными коагулянтами.

4. ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ОЧИСТКИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ ОТ КРЕМНЕЗЕМА

Осаждение кремнезема из гидротермального раствора проводится различными способами:

обработка дисперсными коагулянтами;

обработка электрокоагуляцией на электродах из растворимого металла;

вымораживание диспергированного раствора.

Основным способом осаждения кремнезема, который кроме минерального сырья обеспечит получение дополнительной электрической и тепловой энергии, представляется обработка раствора осадителями: дисперсными коагулянтами и электрокоагуляцией. Осаждение кремнезема вымораживанием может применяться как вторичный способ для обработки части потока сепарата: до 1-2 % массового расхода.

Метод электрохимической коагуляции (электрокоагуляции) достаточно широко применяется в технологии очистки природных и сточных вод. Использование этого метода заключается в обработке воды в электролизерах с растворимыми электродами [2]. При прохождении электрического тока материал электродов растворяется в воде электрохимическим и химическим способом, образуя в растворе соединения, которые могут коагулировать коллоидные и мелкодисперсные примеси. Электрокоагуляция приводит также к удалению из раствора некоторых веществ, находящихся в молекулярном и ионном состоянии. Электрокоагуляция используется для удаления из природных и сточных вод мелкодисперсных примесей, микроорганизмов, соединений железа, кремния, кислорода, поверхностно активных и радиоактивных веществ, снижения мутности и цветности воды [5]. Применение электрокоагуляции основано на том, что коагулянт, поступивший в раствор в результате ионизации и растворения металлических электродов при прохождении электрического тока, обладает большей коагуляционной способностью,чем дисперсный коагулянт типа солей алюминия, железа, введенный химическим растворением.

Преимущества электрокоагуляции перед реагентными методами очистки таковы:

более быстрое растворение реагента-коагулянта;

большая активность и меньший расход реагента;

меньшие габариты установки;

лучшая контролируемость и управляемость процессом;

возможность автоматизации;

высокое качество очистки.

В данном проекте предложено применить метод электрокоагуляции для осаждения кремнезема из жидкой фазы гидротермального теплоносителя. Особенности этой задачи заключаются в том, что в отличие от природных и сточных вод, которые являются традиционным объектом электрообработки, гидротермальный сепарат имеет повышенную минерализацию от 1000-2500 мг/кг и более, высокое содержание кремнезема SiO2 от 400 до 1000 мг/кг и повышенную температуру от 40-160?C и расход QSEP от 50 до 60 кг/с.

Технологическая схема выбрана следующая:

Поток двухфазного гидротермального теплоносителя разделяется в сепараторе на пар и жидкость (гидротермальный сепарат).

Сепарат поступает в теплообменник нагрева низкокипящего рабочего тела, далее в танк для старения.

Из танка для старения сепарат самотеком поступает в однопоточный электрокоагулятор где, под действием постоянного тока, происходит полимеризация кремнезема.

Затем раствор поступает в осветлитель, снабженный концентрической вставкой с расширяющейся конусообразной нижней частью.

В осветлителе отделяются хлопья осадка, которые накапливаются в донной части.

Часть шлама кремнезема возвращается в смеситель через рециркуляционную линию для получения более чистого материала.

Доочистка сепарата производится при помощи механического фильтра, загруженного дробленым керамзитом.

Для компенсации потери напора на фильтре используется центробежный насос.

Затем раствор через реинжекционные скважины - возвращается обратно в породы гидротермального резервуара.

5. РАСЧЕТ ТАНКА ДЛЯ СТАРЕНИЯ СЕПАРАТА

Согласно результатам исследования процесса полимеризации оптимальная продолжительность стадии старения, необходимая для полимеризации большей части мономерного кремнезема в гидротермальном растворе, при температуре 100?С, должна быть не менее 30 - 40 мин. Принимаем 30 мин. Зная расход сепарата 50 - 60 кг/с рассчитываем объем танка.

, м3, (5.1)

где tст - продолжительность стадии старения, ч; q - расход сепарата, м3/ч.

Зная пропорции танка L - 3,5 B - 1 H - 1,25 Lper - 0,8 и его объем высчитываем коэффициент перевода по формуле:

(5.2)

Рассчитываем линейные размеры танка для старения:

L = 10,15 м

B = 2,9 м

H = 3,625 м

Внутри танка 5 перегородок, примыкающих с чередованием к противоположным стенкам танка для придания движения сепарата S-образной формы.

Длина перегородок Lпер = 2,32 м

Высота перегородок совпадает с высотой танка Hпер = 3,625 м.

6. Технологический расчет электрокоагулятора

6.1 Расчет дозы анодного алюминия на извлечение заданного количества кремнезема

Расход анодного алюминия вычисляется по формуле (5.1):

(5.1)

где СSiO2 - масса осаждаемого кремнезема из кг воды, г/кг; mAl - удельный расход анодного алюминия (мг/г SiO2).

Расход алюминия зависит от количества извлекаемого кремнезема и удельного расхода. Расчет выполнен на 4 заданных величины количества извлекаемого кремнезема, при различной силе и плотности тока, при различной температуре.

Удельный расход анодного алюминия mAl (мг/г SiO2) на единицу массы осажденного кремнезема при различной температуре раствора, согласно экспериментальным данным [6] представлен таблице 5.1.

При количестве извлекаемого кремнезема = 0.3 г/кг

При плотности тока j = 37.59 А/м2

- При температуре раствора t = 20 С

DAl = 0.3 186.67 1000 = 56 г/м3

- При температуре раствора t = 70 С

DAl = 0.3 246.65 1000 = 75.9 г/м3

- При температуре раствора t = 100 С

DAl = 0.3 229.72 1000 = 68.9 г/м3

При плотности тока j = 75.18 А/м2

- При температуре раствора t = 20 ?С

DAl = 0.3 155.18 1000 = 46.5 г/м3

- При температуре раствора t = 70 ?С

DAl = 0.3 147.81 1000 = 44,3 г/м3

- При температуре раствора t = 100 ?С

DAl = 0.3 124.09 1000 = 37.2 г/м3

При плотности тока j = 112.78 А/м2

- При температуре раствора t = 20 С

DAl = 0.3 161.36 1000 = 48.4 г/м3

- При температуре раствора t = 70 С

DAl = 0.3 126.81 1000 = 38 г/м3

- При температуре раствора t = 100 С

DAl = 0.3 100.21 1000 = 30 г/м3

При количестве извлекаемого кремнезема = 0.4 г/кг

При плотности тока j = 37.59 А/м2

- При температуре раствора t = 20 С

DAl = 0.4 186.67 1000 = 74.7 г/м3

- При температуре раствора t = 70 С

DAl = 0.4 246.65 1000 = 98,7 г/м3

- При температуре раствора t = 100 С

DAl = 0.4 229.72 1000 = 91.9 г/м3

При плотности тока j = 75.18 А/м2

- При температуре раствора t = 20 С

DAl = 0.4 155.18 1000 = 62.1 г/м3

- При температуре раствора t = 70 С

DAl = 0.4 147.81 1000 = 59.1 г/м3

- При температуре раствора t = 100 С

DAl = 0.4 124.09 1000 = 49.1 г/м3

При плотности тока j = 112.78 А/м2

- При температуре раствора t = 20 С

DAl = 0.4 161.36 1000 = 64.5 г/м3

- При температуре раствора t = 70 С

DAl = 0.4 126.81 1000 = 50.7 г/м3

- При температуре раствора t = 100 С

DAl = 0.4 100.21 1000 = 40.1 г/м3

При количестве извлекаемого кремнезема = 0.5 г/кг

При плотности тока j = 37.59 А/м2

- При температуре раствора t = 20 С

DAl = 0.5 186.67 1000 = 93.3 г/м3

- При температуре раствора t = 70 С

DAl = 0.5 246.65 1000 = 123.3 г/м3

- При температуре раствора t = 100 С

DAl = 0.5 229.72 1000 = 114,86 г/м3

При плотности тока j = 75.18 А/м2

- При температуре раствора t = 20 С

DAl = 0.5 155.18 1000 = 77.6 г/м3

- При температуре раствора t = 70 С

DAl = 0.5 147.81 1000 = 73,9 г/м3

- При температуре раствора t = 110 ?С

DAl = 0.5 124.09 1000 = 62 г/м3

При плотности тока j = 112.78 А/м2

- При температуре раствора t = 20 С

DAl = 0.5 161.36 1000 = 80.7 г/м3

- При температуре раствора t = 70 С

DAl = 0.5 126.81 1000 = 63.4 г/м3

- При температуре раствора t = 100 С

DAl = 0.5 100.21 1000 = 50.1 г/м3

При количестве извлекаемого кремнезема = 0.6 г/кг

При плотности тока j = 37.59 А/м2

- При температуре раствора t = 20 С

DAl = 0.6 186.67 1000 = 112 г/м3

- При температуре раствора t = 70 С

DAl = 0.6 246.65 1000 = 148 г/м3

- При температуре раствора t = 100 С

DAl = 0.6 229.72 1000 = 137.8 г/м3

При плотности тока j = 75.18 А/м2

- При температуре раствора t = 20 С

DAl = 0.6 155.18 1000 = 93.1 г/м3

- При температуре раствора t = 70 С

DAl = 0.6 147.81 1000 = 88,7 г/м3

- При температуре раствора t = 110 С

DAl = 0.6 124.09 1000 = 74.5 г/м3

При плотности тока j = 112.78 А/м2

- При температуре раствора t = 20 С

DAl = 0.6 161.36 1000 = 96,9 г/м3

- При температуре раствора t = 70 С

DAl = 0.6 126.81 1000 = 76 г/м3

- При температуре раствора t = 110 С

DAl = 0.6 100.21 1000 = 60.1 г/м3

6.2 Расчет годового расхода анодного алюминия

Расчет годового расхода алюминия обработку раствора сделан в зависимости от расхода и температуры сепарата, расхода анодного алюминия на г/м3 раствора и от количества извлекаемого кремнезема.

Годовой расход анодного алюминия QAl (т/год) находится по формуле(6.3.1):

QAl = (QSEP DAl)/106, (6.3.1)

Где QSEP - расход сепарата м3/с; DAl - доза алюминия, г/м3; ? - количество секунд в году.

QSEP = 0.05 м3/с; = 3.1536 107 c.

1. Количество извлекаемого кремнезема = 300 мг/кг

При плотности тока j = 37.59 А/м2

Температура сепарата t = 20 С

QAl = (56 0.5 3.1536 107)/106 = 88.3 т/год;

Температура сепарата t = 70 С

QAl = (75.9 0.5 3.1536 107)/106 =119.68 т/год;

Температура сепарата t = 100 С

QAl = (68.9 0.5 3.1536 107)/106 = 108.64 т/год;

При плотности тока j = 75.18 А/м2

Температура сепарата t = 20 С

QAl = (46.5 0.5 3.1536 107)/106 = 73.3 т/год;

Температура сепарата t = 70 С

QAl = (44.3 0.5 3.1536 107)/106 = 69.85 т/год;

Температура сепарата t = 100 С

QAl =(37.2 0.5 3.1536 107)/106 = 58.66 т/год;

При плотности тока j = 112.78 А/м2

Температура сепарата t = 20 С

QAl = (48.4 0.5 3.1536 107)/106 = 76.32 т/год;

Температура сепарата t = 70 С

QAl = (38 0.5 3.1536 107)/106 = 59.92 т/год;

Температура сепарата t = 100 С

QAl = (30 0.5 3.1536 107)/106 = 47.3 т/год;

2. Количество извлекаемого кремнезема = 400 мг/кг

При плотности тока j = 37.59 А/м2

Температура сепарата t = 20 С

QAl = (74.7 0.5 3.1536 107)/106 = 117.79 т/год;

Температура сепарата t = 70 С

QAl = (98.7 0.5 3.1536 107)/106 = 155.63 т/год;

Температура сепарата t = 100 С

QAl = (91.9 0.5 3.1536 107)/106 = 144.91 т/год;

При плотности тока j = 75.18 А/м2

Температура сепарата t = 20 С

QAl = (62.1 0.5 3.1536 107)/106 = 97.92 т/год;

Температура сепарата t = 70 С

QAl = (59.1 0.5 3.1536 107)/106 = 93.18 т/год;

Температура сепарата t = 100 С

QAl = (49.1 0.5 3.1536 107)/106 = 77.42 т/год;

При плотности тока j = 112.78 А/м2

Температура сепарата t = 20 С

QAl = (64.5 0.5 3.1536 107)/106 = 101.7 т/год;

Температура сепарата t = 70 С

QAl = (50.7 0.5 3.1536 107)/106 = 79.94 т/год;

Температура сепарата t = 100 С

QAl = (40.1 0.5 3.1536 107)/106 = 63.22 т/год;

3. Количество извлекаемого кремнезема = 500 мг/кг

При плотности тока j = 37.59 А/м2

Температура сепарата t = 20 С

QAl = (93.3 0.5 3.1536 107)/106 = 147.12 т/год;

Температура сепарата t = 70 С

QAl = (123.3 0.5 3.1536 107)/106 = 194.42 т/год;

Температура сепарата t = 100 С

QAl = (114.86 0.5 3.1536 107)/106 = 181.11 т/год;

При плотности тока j = 75.18 А/м2

Температура сепарата t = 20 С

QAl = (77.6 0.53.1536 107)/106 = 122.36 т/год;

Температура сепарата t = 70 С

QAl = (73.9 0.5 3.1536 107)/106 = 116.52 т/год;

Температура сепарата t = 100 С

QAl = (62 0.5 3.1536 107)/106 = 97.76 т/год;

При плотности тока j = 112.78 А/м2

Температура сепарата t = 20 С

QAl = (80.7 0.5 3.1536 107)/106 = 127.25 т/год;

Температура сепарата t = 70 С

QAl = (63.4 0.5 3.1536 107)/106 = 99.97 т/год;

Температура сепарата t = 100 С

QAl = (50.1 0.5 3.1536 107)/106 = 79 т/год;

4. Количество извлекаемого кремнезема = 600 мг/кг

При плотности тока j = 37.59 А/м2

Температура сепарата t = 20 С

QAl = (112 0.5 3.1536 107)/106 = 176.60 т/год;

Температура сепарата t = 70 С

QAl = (148 0.5 3.1536 107)/106 = 233.37 т/год;

Температура сепарата t = 100 С

QAl = (137.8 0.5 3.1536 107)/106 = 217.28 т/год;

При плотности тока j = 75.18 А/м2

Температура сепарата t = 20 С

QAl = (93.1 0.5 3.1536 107)/106 = 146.8 т/год;

Температура сепарата t = 70 С

QAl = (88.7 0.5 3.1536 107)/106 = 139.86 т/год;

Температура сепарата t = 100 С

QAl = (74.5 0.5 3.1536 107)/106 = 117.47 т/год;

При плотности тока j = 112.78 А/м2

Температура сепарата t = 20 ?С

QAl = (96.9 0.5 3.1536 107)/106 = 152.79 т/год;

Температура сепарата t = 70 С

QAl = (76 0.5 3.1536 107)/106 = 119.84 т/год;

Температура сепарата t = 100 С

QAl = (60.1 0.5 3.1536 107)/106 = 94.77 т/год;

При QSEP = 0.06 м3/с

1. Количество извлекаемого кремнезема = 300 мг/кг

При плотности тока j = 37.59 А/м2

Температура сепарата t = 20 С

QAl = (56 0.06 3.1536 107)/106 = 105.96 т/год;

Температура сепарата t = 70 С

QAl = (75.9 0.06 3.1536 107)/106 = 143.61 т/год;

Температура сепарата t = 100 С

QAl = (68.9 0.06 3.1536 107)/106 = 130.37 т/год;

При плотности тока j = 75.18 А/м2

Температура сепарата t = 20 С

QAl = (46.5 0.06 3.1536 107)/106 = 87.99 т/год;

Температура сепарата t = 70 С

QAl = (44.3 0.06 3.1536 107)/106 = 83.82 т/год;

Температура сепарата t = 100 С

QAl = (37.2 0.06 3.1536 107)/106 = 70.36 т/год;

При плотности тока j = 112.78 А/м2

Температура сепарата t = 20 С

QAl = (48.4 0.06 3.1536 107)/106 = 91.58 т/год;

Температура сепарата t = 70 С

QAl = (38 0.06 3.1536 107)/106 = 71.9 т/год;

Температура сепарата t = 100 ?С

QAl = (30 0.6 3.1536 107)/106 = 56.76 т/год;

2. Количество извлекаемого кремнезема = 400 мг/кг

При плотности тока j = 37.59 А/м2

Температура сепарата t = 20 С

QAl = (74.7 0.6 3.1536 107)/106 = 141.34 т/год;

Температура сепарата t = 70 С

QAl = (98.7 0.6 3.1536 107)/106 = 186.76 т/год;

Температура сепарата t = 100 С

QAl = (91.9 0.6 3.1536 107)/106 = 173.89 т/год;

При плотности тока j = 75.18 А/м2

Температура сепарата t = 20 С

QAl = (62.1 0.6 3.1536 107)/106 = 117.5 т/год;

Температура сепарата t = 70 С

QAl = (59.1 0.6 3.1536 107)/106 = 111.82 т/год;

Температура сепарата t = 100 С

QAl = (49.1 0.6 3.1536 107)/106 = 92.91 т/год;

При плотности тока j = 112.78 А/м2

Температура сепарата t = 20 С

QAl = (64.5 0.6 3.1536 107)/106 = 122.04 т/год;

Температура сепарата t = 70 С

QAl = (50.7 0.6 3.1536 107)/106 = 95.93 т/год;

Температура сепарата t = 100 С

QAl = (40.1 0.6 3.1536 107)/106 = 75.86 т/год;

3. Количество извлекаемого кремнезема = 500 мг/кг

При плотности тока j = 37.59 А/м2

Температура сепарата t = 20 С

QAl = (93.3 0.6 3.1536 107)/106 = 176.54 т/год;

Температура сепарата t = 70 С

QAl = (123.3 0.6 3.1536 107)/106 = 233.3 т/год;

Температура сепарата t = 100 С

QAl = (114.86 0.6 3.1536 107)/106 = 217.03 т/год;

При плотности тока j = 75.18 А/м2

Температура сепарата t = 20 С

QAl = (77.6 0.6 3.1536 107)/106 = 146.83 т/год;

Температура сепарата t = 70 С

QAl = (73.9 0.6 3.1536 107)/106 = 139.83 т/год;

Температура сепарата t = 100 С

QAl = (62 0.6 3.1536 107)/106 = 117.31 т/год;

При плотности тока j = 112.78 А/м2

Температура сепарата t = 20 С

QAl = (80.7 0.6 3.1536 107)/106 = 152.70 т/год;

Температура сепарата t = 70 С

QAl = (63.4 0.6 3.1536 107)/106 = 119.96 т/год;

Температура сепарата t = 100 С

QAl = (50.1 0.6 3.1536 107)/106 = 94.8 т/год;

Количество извлекаемого кремнезема = 600 мг/кг

При плотности тока j = 37.59 А/м2

Температура сепарата t = 20 С

QAl = (112 0.6 3.1536 107)/106 = 211.92 т/год;

Температура сепарата t = 70 С

QAl = (148 0.6 3.1536 107)/106 = 280.04 т/год;

Температура сепарата t = 100 С

QAl = (137.8 0.6 3.1536 107)/106 = 260.74 т/год;

При плотности тока j = 75.18 А/м2

Температура сепарата t = 20 С

QAl = (93.1 0.6 3.1536 107)/106 = 176.16 т/год;

Температура сепарата t = 70 С

QAl = (88.7 0.6 3.1536 107)/106 = 167.83 т/год;

Температура сепарата t = 100 С

QAl = (74.5 0.6 3.1536 107)/106 = 140.97 т/год;

При плотности тока j = 112.78 А/м2

Температура сепарата t = 20 С

QAl = (96.9 0.6 3.1536 107)/106 = 183.35 т/год;

Температура сепарата t = 70 С

QAl = (76 0.6 3.1536 107)/106 = 143.80 т/год;

Температура сепарата t = 100 С

QAl = (60.1 0.6 3.1536 107)/106 = 113.72 т/год;

6.3 Расчет длительности электрообработки

очистка сточный вода электрокоагуляция

Длительность tet (в минутах) электрообработки раствора при 20?С, необходимую для уменьшения концентрации кремнезема SiO2 до заданного значения Ct(мг/кг), можно определить с точностью до 15-20% по уравнению(6.3.1):

...