【摘要】：使用傳統(tǒng)的化學藥劑法對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)阻垢防垢會對水體造成二次污染,并且不能去除水中的成垢離子,不能從根本上解決循環(huán)冷卻水系的結垢問題。電化學除垢作為一種新興工藝具有高效、無污染、低成本等特點。本文針對電化學除垢工藝對循環(huán)冷卻水進行處理,通過構建電化學除垢動力學模型,揭示了運行條件對工藝運行效果的影響規(guī)律,并對模型進行了實驗室驗證性試驗研究及中試試驗研究,得出主要研究結論如下:(1)基于法拉第第一定律和電化學反應動力學方程構建了間歇反應器(CMB)電化學除垢模型Cca2+=C0·exp(61kα2J2t2/34L2/kαJλC0't/L)。設計單因素試驗對模型進行驗證,結果表明試驗數(shù)據(jù)與模型顯著相關。在間歇反應條件下,Ca2+濃度隨電流密度增大呈指數(shù)關系減小;動力學模型表明,反應器存在最優(yōu)間距L=2C/D使Ca2+濃度降至最低,并對各組試驗的2C/D進行數(shù)值求解,確定了電化學除垢工藝的最佳極板間距范圍為0.7～1.7cm,為便于設備加工和工藝調試,取最佳極板間距為1cm;Ca2+濃度與電解時間的延長呈指數(shù)關系減小;所建立的動力學模型能夠大致地反映Ca2+濃度隨HCO3-初始濃度的變化趨勢,隨著HCO3初始濃度的增加,Ca2+濃度不斷減小。通過SEM和XRD表征探明了陰極板水垢主要為質地堅硬的方解石,需要借助外力清除。(2)在CMB反應器電化學除垢模型基礎上,基于物料平衡方程構建了活塞流反應器(PFR)電化學除垢反應動力學模型η=[1-exp(61/34·61kα2Jx2/L2v2-kαJλC0'x/Lv)]×100%。設計單因素試驗加以驗證,結果表明試驗數(shù)據(jù)與模型顯著相關�；钊鳁l件下硬度去除率隨著極板高度的增加而增大,當h=17LvλC0'/61αJ時,硬度去除率達到最大值;隨著電流密度的增大硬度去除率不斷升高,但硬度去除率的增大趨勢漸趨平緩;硬度去除率隨著流速的降低持續(xù)減小;隨著HCO3初始濃度的增加,硬度去除率持續(xù)增大,并且硬度去除率增大的速率越來越低。(3)建立比能耗與運行條件相關關系模型3600·C0[1-exp(61/34·61kα2Jx2/L2v2-kαJλC0'x/Lv)]·A·v'對各組試驗的比能耗進行計算和整理,結果表明:比能耗隨著流速地減小而增大,擬合得出的電壓與實際電壓較為接近;比能耗隨著電流密度的增大而增大,并且增長速率不斷升高;隨著HCO3初始濃度的升高,比能耗不斷降低,并且比能耗降低的趨勢漸漸趨于平緩。(4)以某機場中央空調系統(tǒng)循環(huán)冷卻水為處理對象,進行了中試試驗。中試試驗條件下,由于鎂離子、阻垢劑和懸浮物等的干擾作用,硬度去除率電流密度呈近似的線性遞增關系;流速從4.17mm/s降至2.08mm/s的過程中,硬度增長速率較快,而流速低于2.08mm/s時,硬度除率的增長減緩。對電化學去除冷卻水硬度的比能耗研究結果表明,比能耗與電流密度呈近似的線性關系;比能耗隨流速的減小呈現(xiàn)先降低后增大的變化趨勢,當流速為2.08mm/s時比能耗最低。在此基礎上確定了最佳運行工況條件:停留時間為4min,電流密度為25.56A/m2。由XRD圖譜和SEM圖發(fā)現(xiàn)循環(huán)冷卻水中阻垢劑的存在導致陰極板上的水垢晶體發(fā)生畸變。通過上述研究揭示了運行條件對電化學除垢效果的影響規(guī)律,豐富了電化學除垢動力學理論體系。在循環(huán)水量為1000m3/h的中小型循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中,與傳統(tǒng)的化學藥劑法相比,采用電化學除垢設備可節(jié)約運行成本23.5萬元,具有可觀的經濟效益和良好的環(huán)境效益。
【學位授予單位】：濟南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TQ085.4
【圖文】：

106mm×29mm×113mm 、 106mm×49mm×113mm 、 5106mm×69mm×113mm 、106mm×89mm×113mm、106mm×109mm×113mm。電解槽的寬度減去壁厚和極板厚度后為試驗時的極板間距，如圖3.2所示，從左到右這5個電解槽試驗時極板間距分別為2cm、4cm、6cm、8cm、10cm。電解槽材料為有機玻璃，是一種絕緣材料，并不與模擬循環(huán)冷卻水成分及反應產物發(fā)生反應，不會對試驗結果造成干擾。（2）極板試驗所用的陽極板為鈦基銥釕氧化物涂層極板（DSA 電極），DSA 電極具有較高的標準電極電位，機械性能好，穩(wěn)定性強，耐腐蝕，在外電流的作用下一般不會發(fā)生氧化溶解。與傳統(tǒng)的石墨陽極和鉛陽極相比，銥釕氧化物涂層鈦基陽極的工作壽命較長，并且具有電催化活性，可以提高生產效率；尺寸穩(wěn)定，可以防止因為變形而引起的短路問題；具有低過電位的特性

不同放大倍數(shù)的陰極水垢SEM照片

圖 3.8 陰極水垢 XRD 圖譜一步研究和觀察水垢的微觀結構，使用 X 射線衍射（XRD如圖 3.8 所示。由圖 3.8 可以發(fā)現(xiàn)，水垢的成分只有方解石ite）兩種晶型，無其它種類晶型。并且陰極板上的 CaCO3水

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本文編號：2805355