3.3. Замкнутый водооборот

Учет воды, расходуемой по реакции (3.1, 3.4) и содержащейся в шламе, позволяет получить важные исходные данные для разработки замкнутого водооборота (бессточная технология). В этом случае система очистки сточных вод потребуется лишь при периодической промывке станка, баков, трубопроводов и другого оборудования.

Для промывки деталей в заводских условиях нередко используют неоправданно большое количество воды. Эта вода после промывки деталей содержит раствор электролита (в том числе хромсодержащие анионы) и подлежит очистке в специальной системе очистки сточных вод. Если организовать промывку деталей таким образом, что масса промывных вод m_n сократится до значения массы m_к, то в этом случае постоянно действующая система очистки сточных вод не потребуется и будет обеспечен замкнутый водооборот.

Основные составляющие уравнения материального баланса по воде применительно к замкнутому водообороту:

m_n = m_к ,

. (3.13)

Более точный расчет требует учета массы воды, которая теряется с деталями и массы электролита, возвращаемого в рабочий бак с промывными водами. Однако эти поправки практически не влияют на результаты расчета.

Возможны разные варианты промывки, которые обеспечивают сокращение массы промывных вод m_n до m_к. Простейший вариант предусматривает не более двух промывочных баков, в которых промывают детали последовательно – сначала в одном баке (с большей концентрацией), а затем в другом. Промывные воды из первого бака возвращаются в рабочий бак или в бак для приготовления раствора электролита. Возможны варианты промывки с одним промывочным баком или с использованием рабочего бака.

4. Продолжительность обработки и сила тока

В этом разделе рассматриваются расчеты продолжительности обработки при заданной силе тока (нечетная группа заданий) или силы тока при заданной продолжительности (четная группа заданий). И тот, и другой варианты

встречаются на практике. При наличии выпрямителя сила тока определена его характеристиками, в этом случае рассчитывается продолжительность и скорость обработки. При проектировании новых участков производства в качестве исходных данных выбирается продолжительность (скорость) обработки, затем, исходя из нее, рассчитывают силу тока.

Расчет основан на законах Фарадея:

1. Количество вещества, прореагировавшего на электроде, прямо пропорционально количеству прошедшего электричества.

2. Количества прореагировавших на электродах веществ при одинаковом количестве прошедшего электричества относятся друг к другу как их химические эквиваленты.

Химическим эквивалентом называют массу вещества, которая соединяется с единицей массы водорода или замещает ее в соединениях. В реакции

Ме + n Н₂О = ⁿ/₂Н₂ + Ме(OH)_n.

Металл в количестве М/_n г вытесняет из воды 1 г водорода. Эта величина М/_n и есть моль-эквивалент металла (М·– молярная масса металла). Моль-эквивалент воды в данной реакции равен ее молярной массе (18 г), а моль-эквивалент гидроксида металла равен отношению М_Г /_n, где М_Г – молярная масса гидроксида металла.

Химический эквивалент и моль-эквивалент численно равны, но отличаются размерностью. Так, химический эквивалент никеля равен 58,7/2 = 29,35 углеродных единиц, а моль-эквивалент = 29,35 г.

В случае окислительно-восстановительных реакций, в том числе протекающих в электрохимических процессах, химический эквивалент относят к одному электрону. Таким образом, значения химических эквивалентов металлов и воды можно получить, если поделить, соответственно, молярные массы металлов и воды на число электронов, участвующих в окислительном и восстановительном процессе (см. реакции на электродах).

При расчетах используют термин «моль-эквивалент», который относят к одному грамму водорода или, в случае окислительно-восстановительных реакций, к одному Фарадею электричества 1F. Наряду с термином «моль-эквивалент» используются также термины «грамм-эквивалент» и «молярная масса эквивалента», которые имеют тот же смысл.

Электрохимическое преобразование одного моль-эквивалента реагента на электроде происходит при пропускании через него 96 500 Кл (А∙с). Это количество электричества называют Фарадеем электричества (F). Фарадей электричества равен заряду одного электрона, умноженному на число Авогадро.

1F = N_a·q_e = 6.022·10²³·1.6·10^-19 Кл = 96 500 Кл,

где N_a – число Авогадро, N_a = 6.022·10²³ моль^-1; q_e – заряд электрона, q_e = 1.6·10^-19 Кл.

В практических расчетах применяется также электрохимический эквивалент – масса реагента, отнесенная к одному Кл электричества, т.е. масса моль-эквивалента, деленная на число Фарадея.