Разработка электродиализного аппарата с модернизированными прокладками-спейсерами и оценка экономической эффективности его применения в технологической схеме очистки промышленных растворов ТЭЦ
Автор: Лазарев С.И., Долгова О.В., Коновалов Д.Н., Антипова А.А., Полянский К.К., Шель Н.В.
Журнал: Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий @vestnik-vsuet
Рубрика: Химическая технология
Статья в выпуске: 2 (108) т.88, 2026 года.
Бесплатный доступ
Представлена разработка конструкции электродиализатора с модернизированными прокладками-спейсерами. В отличие от аналогов, включающих катионо- и анионообменные мембраны с гранулами смол и сетчатыми прокладками, а также прототипа с охлаждающими трубками, предложенная конструкция обеспечивает более полное использование объема камер за счет уменьшения количества направляющих-держателей. Это устраняет застойные зоны и увеличивает свободное пространство внутри прокладок-спейсеров. Также реализовано шахматное расположение охлаждающих трубок, что способствует более эффективному теплообмену и изменению направления потока раствора. Представлена технологическая схема очистки промышленных растворов с использованием разработанного электродиализатора. Проведён анализ эксплуатационных затрат, экономической эффективности внедрения и срока окупаемости данного технологического процесса. Предложенные конструктивные решения, реализованные в модернизированных прокладках-спейсерах, позволяют добиться более высокой производительности, улучшенного охлаждения и, как следствие, повышения качества разделяемых растворов.
Концентрирование, очистка, прокладки-спейсеры, разделение, электродиализ, аппарат
Короткий адрес: https://sciup.org/140315821
IDR: 140315821 | УДК: 66.023.2 | DOI: 10.20914/2310-1202-2026-2-305-314
Development of an electrodialysis apparatus with upgraded spacers and evaluation of its economic efficiency in the process scheme for purifying industrial solutions at a thermal power plant
This paper presents a design for an electrodialyzer with upgraded spacer gaskets. Unlike similar designs incorporating cation- and anion-exchange membranes with resin granules and mesh gaskets, as well as a prototype with cooling tubes, the proposed design ensures more complete utilization of the chamber volume by reducing the number of guide holders. This eliminates stagnant zones and increases free space within the spacer gaskets. A staggered arrangement of the cooling tubes also facilitates more efficient heat exchange and changes in the solution flow direction. A process flow diagram for purifying industrial solutions using the developed electrodialyzer is presented. An analysis of operating costs, the economic efficiency of implementation, and the payback period for this technological process are provided. The proposed design solutions, implemented in the upgraded spacer gaskets, enable higher productivity, improved cooling, and, consequently, improved quality of the separated solutions.
Текст научной статьи Разработка электродиализного аппарата с модернизированными прокладками-спейсерами и оценка экономической эффективности его применения в технологической схеме очистки промышленных растворов ТЭЦ
Электродиализ – эффективный метод очистки, разделения и концентрации растворов, широко применяемый в химической, нефтегазовой, пищевой и текстильной промышленности. В условиях современного производства важна модернизация оборудования для повышения эффективности и надежности. Новые электродиализаторы с модернизированными проклад-ками-спейсерами решают проблемы недостаточной турбулизации и охлаждения, улучшая качество продукта и долговечность мембран.
Аппарат направлен на очистку, разделение и концентрирование растворов с использованием электродиализа. Аналогами являются многокамерный электродиализатор глубокой деминерализации [1] и электродиализатор с прижимными плитами [2]. Оба имеют недостатки в виде слабой турбулизации и отсутствия охлаждения, что снижает качество продукта и подвергает мембраны температурной нагрузке.
В устройстве [3], улучшенном с точки зрения турбулизации и охлаждения разделяемого раствора, предусмотрены две прижимные пластины, входы для подачи концентрата, ди-люата и растворов для электродов, а также выходы для их удаления. Конструкция включает пакеты чередующихся мембран и прокладок с увеличенной толщиной последних, увеличенной площадью мембран и лабиринтной структурой свободного пространства прокладок для дилюата и концентрата, образованной двумя короткими и двумя длинными направляющими-держателями [4–7].
Охлаждение раствора осуществляется четырьмя прямыми охлаждающими трубками, размещенными в приэлектродных прокладках поперек направления сборки аппарата на расстоянии 16 мм друг от друга и симметрично относительно средней линии прокладки. Кроме того, в прокладках для дилюата и концентрата находятся две прямые трубки на расстоянии 12 мм друг от друга и изогнутые трубки в центральной части под углом 43–45 градусов (верхняя изогнута вверх, нижняя – вниз), расположенные на расстоянии 8 мм от прямых трубок. Толщина плит корпуса уменьшена, а входные и выходные каналы для подачи и выведения раствора размещены на их торцевой поверхности [8–12].
Устройство и принцип работы
На рисунке 1 и 2 представлен электродиализатор с модернизированными прокладками-спейсерами. Работа аппарата осуществляется следующим образом.
Рисунок 1. Электродиализатор с модернизированными прокладками-спейсерами в собранном состоянии в изометрии: 1 – плита с катодом; 2 – плита с анодом; 3 – металлическая пластина; 4 – пакет чередующихся мембран и прокладок-спейсеров; 5 – болт; 6 – упорная шайба; 7 – шайба; 8 – гайка
Figure 1. Electrodialyzer with upgraded spacer gaskets assembled in isometry: 1 – plate with cathode; 2 – plate with anode; 3 – metal plate; 4 – package of alternating membranes and spacer gaskets; 5 – bolt; 6 – thrust washer; 7 – washer; 8 – nut
Раздельными потоками через два штуцера 11 и два канала 10 для подачи разделяемого раствора – дилюата и через два штуцера 13 и два канала 12 для подачи разделяемого раствора – концентрата в плите корпуса 1 с анодом к ряду полных пакетов 4 чередующихся мембран и прокладок-спейсеров подается разделяемый раствор – дилюат и разделяемый раствор – концентрат соответственно.
Параллельно с потоком разделяемого раствора – дилюата в пакетах 4 чередующихся мембран и прокладок-спейсеров поток разделяемого раствора – концентрата движется через два отверстия 28 для протекания разделяемого раствора – концентрата в прианодной про-кладке-спейсере 24, два отверстия 46 для протекания разделяемого раствора – концентрата в нечетной анионообменной мембране 44, два отверстия 37 для протекания разделяемого раствора – концентрата в первой прокладке-спей-сере 32 для дилюата, два отверстия 49 для протекания разделяемого раствора – концентрата в нечетной катионообменной мембране 47 и через входные отверстия 41 разделяемый раствор – концентрат попадает в первую про-кладку-спейсер 38 для концентрата.
Рисунок 2. Вид спереди и вид сзади: 1 – плита с катодом; 2 – плита с анодом; 5 – болт; 6 – упорная шайба; 7 – шайба; 8 – гайка; 9 – шпилька; 10, 12, 14 – входные каналы; 16, 56, 58, 60, 62 – выходные каналы; 11, 13, 15, 17, 57, 59, 61, 63 – съемные штуцеры; 18 – подложка; 19 – электрод
Figure 2. Front and rear view: 1 – plate with cathode; 2 – plate with anode; 5 – bolt; 6 – thrust washer; 7 – washer; 8 – nut; 9 – stud; 10, 12, 14 – input channels; 16, 56, 58, 60, 62 – output channels; 11, 13, 15, 17, 57, 59, 61, 63 – removable fittings; 18 – substrate; 19 – electrode
Рисунок 3. Прианодная и прикатодная прокладки-спейсеры в изометрии: 24 – прианодная прокладка-спейсер; 25 – трубка охлаждения; 26 – направляющая-держатель; 27 – отверстие для протекания разделяемого раствора – дилюта; 28 – отверстие для протекания разделяемого раствора – концентрата; 29 – прикатодная прокладка-спейсер; 30 – отверстие для протекания разделяемого раствора – концентрата; 31 – отверстие для протекания разделяемого раствора – дилюата
Figure 3. Near-anode and near–cathode spacer gaskets in isometry: 24 – near–anode spacer gasket; 25 – cooling tube; 26 – guide holder; 27 – hole for flow of separable dilute solution; 28 – hole for flow of separable concentrate solution; 29 – cathode spacer gasket; 30 – hole for the flow of a separable solution – concentrate; 31 – a hole for the flow of a separable dilute solution
Рисунок 4. Прокладки-спейсеры для дилюата и концентрата в изометрии: 32 – прокладка-спейсер для дилюата; 33, 39 – трубка охлаждения; 34, 40 – направляющая-держатель; 35 – входное отверстие; 36 – выходное отверстие; 37 – отверстие для протекания разделяемого раствора – концентрата; 38 – прокладка-спейсер для концентрата; 41, 42 – входное и выходное отверстия для протекания разделяемого раствора – концентрата; 43 – отверстие для протекания разделяемого раствора – дилюата
Figure 4. Spacer gaskets for diluate and concentrate in isometry: 32 – spacer gasket for diluate; 33, 39 – cooling tube; 34, 40 – guide holder; 35 – inlet; 36 – outlet; 37 – opening for the flow of separable concentrate solution; 38 – gasketa spacer for the concentrate; 41, 42 – inlet and outlet openings for the flow of a separable concentrate solution; 43 – a hole for the flow of a separable dilute solution
Рисунок 5. Форма ионообменных мембран: 44 – нечетная анионообменная мембрана; 45, 48, 52, 55 – отверстия для протекания разделяемого раствора дилюата; 46, 49, 51, 54 – отверстия для протекания разделяемого раствора – концентрата; 47 – нечетная катионообменная мембрана; 50 – четная анионообменная мембрана; 53 – четная катионообменная мембрана
Figure 5. Shape of ion exchange membranes: 44 – odd anion exchange membrane; 45, 48, 52, 55 – holes for the flow of a separable dilute solution; 46, 49, 51, 54 – holes for the flow of a separable concentrate solution; 47 – odd cation exchange membrane; 50 – even anion exchange membrane; 53 – even cation exchange membrane
Разделяемый раствор – концентрат, двигаясь внутри первой прокладки-спейсера 38 для концентрата в левой части прокладки-спей-сера охлаждается, соприкасаясь с трубкой охлаждения 39, зафиксированной направляющей-держателем 40 с отверстиями под трубку охлаждения и меняет направление движения, при этом происходит интенсивное перемешивание раствора. После этого через выходные отверстия 42 в первой прокладке-спейсере 38 для концентрата, два отверстия 51 для протекания разделяемого раствора – дилюата в четной анионообменной мембране 50 и два отверстия 37 для протекания разделяемого раствора – концентрата во второй прокладке-спейсере 32 для ди-люата и отверстия 54 протекания разделяемого раствора – концентрата в четной катионообменной мембране 53 разделяемый раствор – концентрат выводится во вторую прокладку-спейсер 38 для концентрата, где через выходные отверстия 42, ставшие в каждой второй прокладке-спей-сере 38 для концентрата входными, начинает так же двигаться, интенсивно перемешиваясь и охлаждаясь в левой части прокладки-спейсера при обтекании трубки охлаждения 39, зафикси- рованной направляющей-держателем 40 с отверстиями под трубку охлаждения, и меняет направление движения, при этом происходит интенсивное перемешивание раствора в нижней части прокладки-спейсера. Далее разделяемый раствор – концентрат движется аналогичным образом через все полные пакеты 4 чередующихся мембран и прокладок-спейсеров вплоть до при-катодной прокладки-спейсера 29, где проходит через два отверстия 30 для протекания разделяемого раствора – дилюата, два выходных канала 54 и съемных штуцеров 55 для вывода разделяемого раствора – дилюата и выводится из аппарата [14, 15].
Одновременно с потоками разделяемого раствора – дилюата и разделяемого раствора – концентрата через входные каналы 14 и 60 и штуцеры 15 и 61 в электродиализатор с улучшенной турбулизацией и охлаждением разделяемого раствора в приэлектродные камеры поступают анолит и католит соответственно, образующиеся за счет миграции анионов и катионов через крайние нечетную анионообменную 44 и четную катионообменную 53 мембраны к электродам 19 (аноду и катоду соответственно). Выводятся анолит и католит из приэлектродных камер электродиализатора с модернизированными прокладками-спейсе-рами через выходные каналы 16 и 62 и штуцеры 17 и 63 [16, 17].
Изогнутые «змейкой» трубки охлаждения 25, 33 и 39, вставляемые в прианодную и прикатодную прокладки-спейсеры 24 и 29, прокладку-спейсер для дилюата 32, прокладку-спейсер для концентрата 37, имеют внешний диаметр 1 мм и толщину стенки 0,25 мм. В при-анодной и прикатодной прокладках-спейсерах 24 и 29 расположены изогнутые «змейкой» трубки охлаждения 25 с четырьмя изгибами радиусом 9,25 мм и расстоянием между соседними прямыми участками 17,5 мм, проходящие через направляющие-держатели 26. В про-кладке-спейсере для дилюата 32 и прокладке-спейсере для концентрата 38 соответственно расположены изогнутые «змейкой» трубки охлаждения 33 и 39 с девятью изгибами радиусом 4,5 мм и расстоянием между соседними прямыми участками 8 мм, проходящие соответственно через направляющие-держатели 34 и 40 с отверстиями под трубку охлаждения, фиксирующие их в соответствующих проклад-ках-спейсерах [18].
Две направляющие-держатели 26 с отверстиями под трубку охлаждения в прианодной и прикатодной прокладках-спейсерах 24 и 29
располагается на расстоянии 20 мм по обе стороны от вертикальной средней линии. Направляющая-держатель 34 с отверстиями под трубку охлаждения в прокладке-спейсере для дилюата 32 располагается на расстоянии 25 мм правее вертикальной средней линии про-кладок-спейсеров для дилюата 32. Направляющая-держатель 40 с отверстиями под трубку охлаждения в прокладке-спейсере для концентрата 38 располагаются на расстоянии 25 мм левее вертикальной средней линии прокладок-спейсеров для концентрата 38. Направляющие-держатели 26, 34 и 40 имеют ширину 2 мм с профилем толщиной 1 мм и утолщениями размером 4 х 2 мм в местах крепления трубки охлаждения.
За счет уменьшения количества направляющих достигнуто увеличение полезного объема камер обессоливания и концентрирования, более компактное расположение трубки охлаждения в прокладках-спейсерах позволило увеличить площадь поверхности контакта разделяемого раствора с охлаждающей жидкостью, оптимизация расположения отверстий в анионообменных и катионообменных мембранах и снижение их количества с шести до четырех привели к увеличению производительности электродиализатора за счет устранения застойных зон в местах перетекания разделяемого раствора – концентрата и разделяемого раствора – дилюата из предшествующей камеры разделения в последующую.
Сравнение характеристик предлагаемой конструкции и прототипа представлены в таблице 1.
Таблица 1.
Сравнительные характеристики.
Table 1.
Comparative characteristics
|
Параметр | Parameter |
Данный аппарат This device |
Прототип Prototype |
|
Габариты, см | Dimensions, cm |
164 х 2164 х 220,4 |
|
|
Ширина одной прижимной плиты, см | Width of one pressure plate, cm |
18 |
|
|
Общая ширина пакетов мембран и прокладок, см | Total width of membrane and gasket packages, cm |
122 |
|
|
Количество катионообменных мембран, шт. | Number of cation exchange membranes, units |
24 |
|
|
Количество анионообменных мембран, шт. | Number of anion exchange membranes, units |
24 |
|
|
Суммарная активная площадь анионообменных мембран, см2 | Total active area of anionmembranes, сm2 |
2080,72 |
1970,98 |
|
Суммарная активная площадь катионообменных мембран, см2 | Total active area of cationmembranes, сm2 |
2080,72 |
1970,98 |
|
Количество камер обессоливания, шт. | Number of desalination chambers, units |
24 |
|
|
Количество камер концентрирования, шт. | Number of concentration chambers, pcs. |
23 |
|
|
Общий полезный объем камер обессоливания, см3 | Total useful volume of desalination chambers, сm3 |
405,82 |
394,20 |
|
Общий полезный объем камер концентрирования, см3 | Total useful volume of chambers, сm3 |
388,91 |
377,77 |
|
Площадь охлаждающей поверхности в камерах обессоливания, см2 Cooling surface area in desalination chambers, сm2 |
374,64 |
325,72 |
|
Площадь охлаждающей поверхности в камерах концентрирования, см2 Cooling surface area in the concentration chambers, сm2 |
359,03 |
312,15 |
|
Масса, кг | Weight, kg |
≤4,5 |
|
Технический результат выражается в повышении производительности электродиализатора вследствие устранения застойных зон в местах перетекания разделяемого раствора – концентрата и разделяемого раствора – ди-люата из предшествующей камеры разделения в последующую и увеличения свободного пространства внутри прокладок-спейсеров за счет уменьшения количества направляющих-держателей и в повышении эффективности охлаждения разделяемого раствора и внутренних элементов аппарата вследствие увеличения площади контакта жидкости с охлаждающей поверхностью за счет более компактного размещения трубки охлаждения внутри прокладки-спейсера, шахматный порядок расположения трубок охлаждения в прокладках-спейсерах поочередно в правой и левой части аппарата приводит к изменению направления движения всего потока разделяемого раствора и обеспечивает более полное и длительное взаимодействие раствора с охлаждающей поверхностью при более интенсивной турбулизации.
Применение электродиализатора в технологической схеме
Электродиализатор с модернизированными прокладками-спейсерами предполагается использовать, в том числе для очистки сточных вод. На рисунке 6 представлена технологическая схема очистки сточных вод регенерации ионитов умягчения оборотной воды ТЭЦ.
Ёмкость 1 является накопителем щелочных элюатов – жидкостей, образующихся в результате извлечения из ионообменных смол анионов жёсткости. Представляют собой водный раствор гидроксида, хлорида и сульфата натрия, содержащих взвешенные вещества, захваченные в процессе регенерации частицы ионообменной смолы. В ёмкости 2 накапливаются жидкости, образующиеся при вытеснении катионов жёсткости из ионообменной смолы. Данные водные растворы состоят из хлоридов натрия, кальция, магния, железа и частичек ионообменной смолы.
Рисунок 6. Технологическая схема очистки сточных вод регенерации ионитов умягчения оборотной воды ТЭЦ: 1 – емкость сбора щелочного элюата; 2 – емкость сбора кислого элюата; 3 – насос; 4 – фильтр грубой очистки; 5 – емкость сбора уловленного ионита; 6 – фильтр-пресс с вертикальными плитами; 7 – электродиализатор; 8 – теплообменник; 9 – емкость сбора очищенной воды; 10 – емкость сбора очищенных загрязнений; 11 – выпарной аппарат; 12 – сушилка шнековая
Figure 6. Technological scheme of wastewater treatment for ionite regeneration and softening of recycled water at a CHPP: 1 – alkaline eluate collection tank; 2 – acid eluate collection tank; 3 – pump; 4 – coarse filter; 5 – trapped ionite collection tank; 6 – filter press with vertical plates; 7 – electrodialyzer; 8 – heat exchanger; 9 – purified water collection tank; 10 – purified pollution collection tank; 11 – evaporator; 12 – screw dryer
Представленная на рисунке 6 технологическая схема работает последовательно, очищаются сточные воды, содержащие или щелочные, или кислые элюаты.
Процесс очистки осуществляется следующим образом. Из ёмкости 1 кислые сточные воды с помощью насоса 3 подаются на фильтр грубой очистки 4, где происходит извлечение из жидкости крупных частиц ионита, захваченных в процессе регенерации. На следующем этапе из загрязнённой воды производится извлечения более мелких частиц ионита на фильтр-прессе с вертикальными плитами 6. Уловленная на стадии механической очистки в аппаратах 4 и 6 ионообменная смола направляется в сборную ёмкость 5, откуда после накопления может быть возвращена в колонну умягчения оборотной воды.
Далее очищенные от взвешенных частиц сточные воды направляются в аппарат электродиализной очистки 7. В данном аппарате раствор разделяется на чистую воду и концентрат с высоким содержанием ионов металлов. Процесс разделения раствора осуществляется под действием эклектического поля, что приводит к увеличению температуры раствора, как следствие падает скорость разделения и увеличивается время, необходимое для очистки сточной воды. Для предотвращения нагрева очищаемого раствора в аппарате предусмотрена система охлаждения. Охлаждающая вода подаётся внутрь по изолированным трубкам, охлаждая разделяемый раствор, а далее нагретая оборотная вода охлаждается в теплообменнике 8.
На выходе из электродиализатора образуются два раствора. Дилюат, очищенная вода, которая собирается в емкости 9 и по мере необходимости направляется в технологический цикл приготовления регенерирующего раствора. Концентрат, высококонцентрованный раствор содержащий ионы металлов, который по мере накопления в емкости 10, в предложенной технологической схеме подвергается обезвоживанию. Вода из раствора удаляется в выпарном аппарате 11, досушка с образованием порошка происходит в шнековой сушилке 12. Высушенный порошок может быть направлен в производство строительных материалов.
Очистка сточных вод, загрязнённых катионами жёсткости, проводится по такой же схеме.
Внедрение в работу ТЭЦ представленной технологической схемы потребует у предприятия инвестиций ориентировочно в размере 7 млн рублей. В эту стоимость включены следующие работы: разработка проектной и исполнительской документации, закупка аппаратов, комплектующих, сборка технологической схемы и вывод на рабочий режим. Срок службы установки 10 лет. Внедрение оборудования считается целесообразным, если период окупаемости менее половины от срока службы установки.
Экономическая оценка технологической схемы
Оценим затраты предприятия на эксплуатацию технологической схемы.
Потребность в электроэнергии. В схеме электроэнергию потребляют: шесть непрерывно работающих насосов (насосы от емкостей 1, 2 работают попеременно), электродиализатор (10 кВт⋅ч), и вспомогательная электроники на другом оборудовании 1 кВт⋅ч, режим работы восемь часов в день, двадцать два рабочих дня в месяц. Выпарной аппарат (50 кВт⋅ч), шнековая сушика (5 кВт⋅ч) и насос системы сушки работают периодически, по мере накопления концентрата, 4 рабочих дня в месяц.
П э = (6 ⋅ 4 + 1 ⋅ 10 + 1) ⋅ 8 ⋅ 22 +
+ (50 ⋅ 1 + 5 + 4) ⋅ 8 ⋅ 4 = 8048 кВт ⋅ ч. (1)
Стоимость электроэнергии – 5,34
руб/кВт ⋅ч, в Тамбовской области на 2025 г.
З эл.м = 8048 ⋅5,34 руб./кВт∙ч ≈ 42 977 р. (2)
Ежемесячные затраты на зарплату персонала с учетом всех положенных премий и отчислений, включая вредность производства, (лаборант зарплата в месяц – 35000 руб., технолог – 45000 руб., слесарь – 35000 руб.):
Ззп М = 1,315 . (35 + 45 + 35) - 1150 « 173909 р (3)
Ежемесячные затраты на амортизацию оборудования (срок службы оборудования – 10 лет):
З ам = 7 000 000 / 120 ≈ 58 333 руб. (4)
Ежемесячные затраты на техническое обслуживание (предварительная стоимость годового обслуживания оборудования 600 тыс. руб.):
З тех.р. = 600 000 / 12 = 50 000 руб. (5)
Суммарные ежемесячные затраты:
3=3 +3 +3+3 = м эл.м з.п.м ам. тех.р.
= 42977 + 173909 + 58334 + 50000 = 325220 р.
Суммарные затраты на очистку на 1 м3 раствора:
З м1 = З м /10 000 = 325 220/10 000 ≈ 32,5 р. (7)
Возможный экономический эффект внедрения технологической схемы с периодом использования 10 лет.
Экономия месячного восполнения воды в количестве, эквивалентном сброшенному в канализацию (стоимость холодной воды в Тамбовской области – 40,52 руб./м3):
Э вм = 10 000 ⋅ 0,8 ⋅ 40,52 = 324 160 руб. (8)
Месячная экономия на использовании выделенных из сточных вод порошков солей в строительстве при рыночной цене смеси в 2 руб./кг (исходная концентрация в стоках около 5% (50 кг/м3), экспериментально найденная средняя степень очистки исходного раствора от загрязнителей – 0,97, безвозвратные потери – 15% от исходного количества):
ЭвмМ = 10000 - 50 - 0,97 - (1 -0,15) - 2 = 824500 р (9)
Месячные затраты на восполнение безвозвратно потерянного в процессе очистки количества воды:
З в.м. = 10 000 ⋅ 0,2 ⋅ 40,52 = 81 040 р. (10)
Суммарная годовая экономия:
Э = ( Э + Э - З - З )-12 = сум . г . вм вмм м в . м
= ( 324160 + 824500 - 325 220 - 81040 ) - 12 =
= 8 908 800 руб .
На следующем этапе необходимо провести расчеты для определения денежного потока, индекса доходности, чистого дисконтированного дохода и периода окупаемости на основе минимальных полученных значений.
Денежный проток равен ежегодной прибыли:
ДП = 8 908 800 руб. (12)
Индекс доходности необходимо рассчитать по следующей формуле:
n
ИД =7 Е ДП 77-77 • (13)
K j = 1 ( 1 + E )
где K – инвестированные в проект денежные средства, E – норма дисконта (среднее значение равно 15%).
ИД = /17000000 1 + 0,15 j = 6,39.
Полученный индекс доходности > 1, поэтому проект внедрения технологической схемы можно считать рентабельным.
Чистый дисконтированный доход рассчитывали по формуле:
n
ЧД = Е ДП ( 1 + E ) - j - 44722176 р. (14)
j - 1
Период окупаемости рассчитывается следующим образом:
T OK = Е п,- Л + E) —j = 1,57 года ’(15)
Период окупаемости составил 1,57 года, с учетом срока службы оборудования, входящего в состав установки 10 лет, считается приемлемым.
Заключение
Выполненные исследования по аппаратурно-конструктивному оформлению применимости электродиализного аппарата в технологических процессах очистки промышленных растворов, позволяют сформулировать следующие выводы:
-
1 . Предложенный электродиализатор с модернизированными прокладками-спейсе-рами представляет собой значительное улучшение в области электродиализных технологий. Устранение застойных зон и увеличение свободного пространства внутри прокладок-спейсеров, достигнутые за счет оптимизации конструкции направляющих-держателей, позволяют существенно повысить производительность аппарата. Предложенные конструктивные решения, реализованные в модернизированных проклад-ках-спейсерах, позволяют добиться более высокой производительности, улучшенного охлаждения и, как следствие, повышения качества разделяемых растворов. Все это делает разработанный электродиализатор перспективным решением для широкого спектра применений
-
2 . Внедрение разработанного аппарата в технологические схемы очистки промышленных растворов позволяет получить два раствора. Дилюат, очищенная вода, которая собирается в емкости и направляется в технологический цикл приготовления регенерирующего раствора. Концентрат, высококонцентрованный раствор, очищаемый от ионов металлов, который по мере накопления в емкости по предложенной технологической схеме подвергается обезвоживанию. Вода из раствора удаляется в выпарном аппарате, досушка с образованием порошка происходит в шнековой сушилке. Высушенный порошок может быть направлен в производство строительных материалов.
-
3 . Внедрение в работу ТЭЦ разработанной технологической схемы потребует у предприятия инвестиций ориентировочно в размере 7 миллионов рублей. В эту стоимость включены следующие работы: разработка проектной и исполнительской документации, закупка аппаратов, комплектующих, сборка технологической схемы и вывод на рабочий режим. Срок службы установки 10 лет. Выполненный расчет показал, что период окупаемости составит 1,57 года, с учетом срока службы оборудования, входящего в состав установки 10 лет, что считается вполне приемлемым вариантом.
в различных отраслях промышленности, где требуется эффективная очистка, разделение и концентрирование растворов.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках проекта «Теоретические и экспериментальные исследования электрокинетических и структурных характеристик полимерных мембран посредством применения искусственных нейронных сетей в процессах электромембранной очистки промышленных растворов, содержащих ионы металлов» (FEMU-2024–0011).