Схема промывочного комплекса показана на рис. 2.26.
Расчет также будет состоять из двух частей: определения расхода воды для достижения ПДК в последней ванне и ККК во всех ваннах комплекса.
1. Расчет расхода воды на промывку.
Расчет ведем для стационарного режима. Уравнение материального баланса промывных ванн можно записать, как
1-я ванна
Умножим обе части уравнения на 
Получаем
(2.56)
|
Рис.2.26. Схема противоточной каскадной промывки.
Аналогично для 2-й ванны
(2.57)
Для N-ной ванны
(2.58)
Перемножим левые и правые части уравнений (2.57)-(2.58):
При ККК в последней ванне промывного комплекса, равной ПДК, СN=Cп, можно записать:
Отсюда можно найти выражения для определения расхода воды на промывку
(2.59)
В этой формуле нам неизвестна концентрация контролируемого компонента в первой ванне. Чтобы ее определить, представим весь каскад как одну промывную ванну, рис.2.27. Уравнение материального баланса в этом случае можно записать, как
Отсюда
Поскольку СN=Cп<<Co,то
(2.60)
Подставим (2.60) в (2.59). Получаем:
 |
Рис.2.27. К определению ККК в первой ванне промывочного комплекса.
По условию концентрация в последней ванне равна предельно допустимой СN=CП. Отношение Со/Сп = Ко. Тогда
Так как js<<jz, полученное выражение можно упростить:
(2.61)
Таким образом, получено выражение, аналогичное расходу воды через одну ванну в прямоточной промывке.
Вывод. Расход воды в противоточном промывном комплексе из N ванн (2.61) равен протоку воды через одну промывную ванну в прямоточной промывке, состоящей из такого же количества ванн (2.55). Поскольку в прямоточной промывке общий расход воды равен сумме потоков через все промывочные ванны, то применение противотока позволяет сократить расход воды во столько раз, сколько ванн в промывном комплексе.
2. Определение концентрации контролируемого компонента в ваннах.
Для определения ККК в каждой ванне промывочного комплекса воспользуемся приемом, применяемым для определения концентрации в первой ванне. Для этого каскад ванн будем рассматривать в виде одной ванны. Например, определим ККК во второй ванне, рис.2.28.
Во вторую ванну загрузочное приспособление приходит из первой промывной ванны с концентрацией компонента С1. Уравнение материального баланса в этом случае будет выглядеть, как
Отсюда
 |
Рис.2.28. К определению ККК во второй ванне промывочного комплекса.
То есть, получено выражение аналогичное определению ККК в первой ванне 
.
Для любых других ванн можно записать
Окончательно имеем
Расчет числа ступеней промывки
Из формулы (2.60)
Прологарифмируем полученное выражение
Полученные формулы выведены для условия работы ванн промывочного комплекса в стационарных условиях. Проверим справедливость допущения о стационарности условий работы. Время выхода на стационарный режим можно рассчитать по формуле
(2.62)
где js = PSvуд, P - ритм выхода загрузочных приспособлений, S - площадь деталей, vуд - удельный вынос электролита.
Так, для ванны объемом V=1000 л, при количестве ванн в промывочном комплексе N=2, Vуд =0,2 л/м2, Р=10, jz=50 л/час и площади деталей S = 1м2 время выхода на стационарный режим составляет всего 30 часов, то есть около 4-х рабочих смен. Поскольку ванны промывки эксплуатируются непрерывно весь межремонтный период, можно считать, что они всегда работают в стационарном режиме.
2.8.4. Материальный расчет каскадной противоточной промывки с одной ванной улавливания [23]
Наиболее часто в цехах гальванопокрытий после гальванической ванны размещают ванну непроточной промывки (ванну улавливания) и две противоточные промывные ванны. Схема промывочного комплекса показана на рис.2.29. Целью расчета является определение расхода воды на промывку.
Исходные данные:
-ККК в последней третьей ванне промывочного комплекса равна предельно допустимой С3=Спдк.
-операционная ванна работает при повышенной температуре, объем электролита в ванне уменьшается за счет испарения. Поток испарения равен jисп.
- уменьшение объема в операционной ванне компенсируется за счет перекачивания раствора из ванны улавливания.
|
Рис.2.29. Схема противоточной промывки с ванной улавливания.
Растворенное в электролите вещество выносится с раствором на поверхности загрузочного приспособления в непроточную ванну промывки (1), см. рис. 2.29. Часть растворенного вещества возвращается в операционную ванну с потоком раствора, компенсирующим уменьшение объема при испарении, часть – выносится на поверхности деталей в проточные ванны промывки и теряется со сточными водами. Поэтому материальный баланс ванны улавливания можно записать, для стационарных условий, как
(2.63)
Разделим обе части уравнения на jsCo
(2.64)
Отношение количества вещества, возвращаемого в операционную ванну jиоС1 к количеству вынесенного вещества jsСо называется степенью возврата. Степень возврата характеризует долю вещества, возвращающегося в операционную ванну из ванн промывочного комплекса:
(2.65)
Степень потери характеризует долю вещества, уносимого с промывной водой в коллектор сточных вод
(2.66)
Из приведенных формул (2.64), (2.65) и (2.66) видно, что
Понятия степени возврата и степени потерь можно определить и через величины объемных потоков испарения и выноса жидкости на поверхности загрузочного приспособления. Для этого необходимо знать величину концентрации в ванне улавливания. Она может быть определена из материального баланса ванны улавливания (2.63).
(2.67)
Подставим С1 из (2.67) в (2.65) и (2.66). Получаем
Из приведенных формул видно, что чем больше поток испарения из операционной ванны, тем больше степень возврата вещества. Из (2.67) можно определить связь между ККК в операционной ванне и ванне улавливания
(2.68)
Определим ККК во второй и третьей ваннах и расход воды.
Из материального баланса 2-й ванны:
(2.69)
Материальный баланс для 3-й ванны выглядит аналогично
Из баланса 3-й ванны также определим С2:
(2.70)
Приравняем (2.69) и (2.70). Примем, что С3=Сп. Приведем к общему знаменателю и преобразуем. Слагаемым 
пренебрежем, как малой величиной. С учетом (2.68) получаем
Проанализируем полученные формулы. По [14], при наличии одной ванны улавливания в промывочном комплексе, в которой концентрация С1 достигает 0,4 от концентрации вещества в операционной ванне С0, aпот составляет 0,4, при двух – 0,15, а при трех – 0,06. Это означает, что:
1. За счет наличия ванны улавливания расход воды на промывку сократился, по сравнению с противоточной промывкой, на величину (1-aв).
2. Из ванны улавливания достаточно концентрированный раствор возвращается в операционную ванну. При этом расход реактивов на выполнение производственной программы резко снижается.
3. Уменьшение выноса ионов тяжелых металлов в сточные воды, снижает затраты на доочистку воды и уменьшает экологическое загрязнение водоемов.
4. Эффективность работы ванны улавливания повышается при увеличении потока испарения из операционной ванны.
Примечание. Искусственное увеличение потока испарения из операционной ванны используется в перспективных системах локальной очистки. Это дает возможность резко сократить вынос вредных веществ, сократить расход воды и для доочистки воды использовать простые системы и аппараты.
5. С увеличением количества ванн улавливания, степень возврата компонентов повышается, а расход воды на промывку снижается.
2.8.5. Материальный расчет непроточной системы промывки [ 24 ]
Схема промывки показана на рис.2.30. Промывочные системы такого типа применяются при нанесении покрытий из драгоценных и редких металлов. Из операционной ванны идет вынос электролита на поверхности деталей js в первую, затем вторую и последующие промывные ванны. Из операционной ванны испаряется вода, объемный поток испарения jио. Для пополнения испаряющейся воды, в операционную ванну перекачивается раствор из первой промывной ванны. Пополнение раствора в первой промывной ванне происходит из второй, второй - из третьей и так далее. В последнюю промывную ванну доливают дистиллированную воду.
|
Рис.2.30. Схема непроточной промывки.
Целью расчета является:
- определение количества ванн в промывочном комплексе при условии, что ККК в последней ванне не должно превышать предельно допустимую концентрацию;
- изучение динамики изменения концентрации электролита в ваннах промывочного комплекса в процессе его работы.
1). Расчет количества ванн.
Составим материальный баланс комплекса, работающего в стационарном режиме. В этом случае приход вещества в ванну равен его уходу.
Для 1-й ванны:
Поскольку С2<<Co
Аналогично для 2-й ванны
Для любой m-й ванны
(2.71)
Из формулы (2.71) можно рассчитать количество ванн в промывочном комплексе. Разделим обе части уравнения на Со и прологарифмируем это выражение.
Отсюда определяем m. При условии, что Сm=Cп, m=N.
2). Расчет изменения во времени концентрации контролируемого компонента в промывных ваннах в пусковой период.
В момент начала работы промывочного комплекса ККК в ваннах промывки равна нулю. В процессе работы она увеличивается за счет переноса раствора на поверхности загрузочного приспособления. Изменение концентрации контролируемого компонента в ваннах промывочного комплекса в процессе его работы свидетельствует о
