Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Приборы и методы контроля и определения состава веществ

Диссертационная работа:

Щеников Ярослав Алексеевич. Метод и технические средства активного контроля параметров электрохимического процесса обработки воды ионами серебра : Дис. ... канд. техн. наук : 05.11.13 : Санкт-Петербург, 2003 163 c. РГБ ОД, 61:04-5/803

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 4

1. Современные способы и средства электрохимической обработки воды и
методы их исследований 9

  1. Способы и средства электрохимической обработки воды 9

  2. Классификация ионаторов серебра 15

  3. Выбор режима обработки воды электрическим током 20

  4. Схемы замещения электрохимической ячейки и параметры их элементов '. 25

2. Схемотехническое и математическое моделирование электрохимиче
ской ячейки ионатора 37

  1. Схемотехническая модель электрохимической ячейки 37

  2. Математические модели процессов в электрохимической ячейке при постоянном токе 45

  3. Математические модели процессов в электрохимической ячейке при импульсном токе 52

3. Анализ факторов, влияющих на точность получения заданной концен
трации ионов серебра

3.1. Построение отсеивающего эксперимента для выявления наиболее
значимых факторов 68

3.2. Построение и анализ регрессионной математической модели электро
химического растворения серебра 80

4. Разработка и реализация методов активного контроля параметров элек
трохимического процесса получения серебряной воды 95

  1. Классификационный анализ и выбор контролируемых параметров и методов контроля 95

  2. Метод активного контроля параметров электрохимического процесса на основе хронокондуктометрических измерений 107

5. Экспериментальные исследования и расчеты ионаторов серебра 126

  1. Методика расчета основных режимов и элементов ионатора 126

  2. Экспериментальные установки для серебрения воды 137

  3. Макеты приборов и приборы для получения серебряной воды 145

Заключение 153

Список использованных источников 155

Приложение 1 Акт внедрения ООО «МВС» 162

Приложение 2 Акт внедрения СПб КБ РАН 163

Введение к работе:

Интенсивные техногенные воздействия на природу вызвали значительное ухудшение химических и микробиологических показателей качества воды, которая становится непригодной для хозяйственных нужд и питья. Значения требуемых показателей качества воды заданы в нормативных документах (СанПиН 2.1,4.1074-01 "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества." и ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая"). Улучшают эти показатели за счет водоподготовки (кондиционирования воды), которую осуществляют различными способами и, в частности, с помощью электрохимической обработки воды ионами металлов, в процессе реализации которой может происходить ее очистка и /или обеззараживание [1-6].

Готовят водные растворы металлов в электролизере (электрохимической ячейке с электродами), обрабатывая воду электрическим током, при протекании которого ионы металла анода переходят в жидкость. В случае, когда растворяется анод из таких металлов как серебро, золото, медь в обработанной воде возникает эффект обеззараживания. Наиболее распространенным является обеззараживание воды с помощью ионов серебра. В зависимости от концентрации ионов серебра эта вода находит следующее применение:

для питья или для заполнения плавательных бассейнов как альтернатива хлорированию, фторированию и озонированию. Диапазон допустимых значений концентрации ионов серебра в этом случае составляет от 0,0025 до 0,5 мг/дм3. При этом дополнительное положительное свойство ионов серебра выражается в способности консервировать воду на срок 6...12 месяцев без ухудшения ее орга-нолептических и микробиологических показателей;

для приготовления антисептических растворов, используемых для санитарной обработки помещений, медицинского оборудования, инструмента. Вели-чина диапазона составляет 0,25...5 мг/дм . Выгодно отличается от хлорирования отсутствием неприятного запаха;

для приготовления высококонцентрированных лечебных препаратов ши-рокого спектра действия. Указанный диапазон составляет от 1 до 50 мг/дм .

Таким образом, видно, что диапазон требуемых значений концентрации ионов серебра в водных растворах является настолько широким, что его кратность превышает 104. Эти растворы находят все большее применение не только при во-доподготовке, но и в различных областях медицины, пищевой промышленности и т.п.

Актуальность проблемы получения и применения серебряной воды подтверждается многочисленными исследованиями, имеющими своей целью изучение свойств серебряной воды с дальнейшим расширением области ее применения, повышение эффективности электрохимического процесса растворения серебра, разработку приборов (ионаторов) для ее получения. Особо следует выделить фундаментальные исследования в области электрохимической водоподготовки, выполненные после 30-х годов XX века Кульским Л.А., результаты которых изложены в его монографиях и ряде статей и реализованы на уровне изобретений.

В то же время требования к точности получения заданной концентрации ионов серебра становятся все более жесткими. Это обусловлено, во-первых, необходимостью обеспечения качества продукта в виде медицинских препаратов. Во-вторых, значения концентрации ионов серебра в воде регламентируются стандартами и санитарно-гигиеническими нормами, например, при производстве экологически чистой питьевой воды. В-третьих, снижение расхода растворяемых электродов из драгоценных металлов (серебра, золота) может дать существенный экономический эффект.

Трудности получения заданной концентрации ионов в ходе электрохимического процесса обусловлены его протеканием в условиях воздействия дестабилизирующих факторов. Эти факторы определяются показателями качества исходной (обрабатываемой) воды, состоянием электродов и показателями, характеризующими заданный режим работы самого прибора, реализующего процесс растворения. Их влияние может стать причиной более чем 8... 10-кратного снижения получаемого значения концентрации ионов серебра в воде от ее задаваемого уровня, что соответствует недопустимо высокой погрешности, приближающейся к 100%.

В силу изложенного является актуальным проведение исследований для разработки метода и средств контроля параметров электрохимического процесса растворения серебра для реализации в приборах нового поколения, осуществляющих обработку воды и выполненных на современной элементной базе с микропроцессорным управлением. Указанные исследования основываются на математическом и схемотехническом моделировании электрохимического процесса обработки воды. Использование моделей позволит выявить наиболее значимые факторы с оценкой их влияния на точность получения задаваемой концентрации ионов, обеспечить требуемые условия для реализации активного контроля, выбрать режим обработки воды и при необходимости корректировать его для компенсации негативного влияния дестабилизирующих факторов. Результаты исследований реализуются в приборах с техническими средствами контроля, имеющих различную производительность по объему обрабатываемой воды, расширенный диапазон задаваемой концентрации ионов серебра с обеспечением требуемой точности ее получения за счет реализации активного контроля параметров процесса обработки воды в режиме реального времени.

Цель работы - исследование и разработка метода и технических средств активного контроля параметров электрохимического процесса обработки воды ионами серебра для улучшения метрологических и технических характеристик приборов-ионаторов серебра.

Для достижения указанной цели необходимо решение следующих задач:

  1. Проведение классификационного анализа и оценки влияния факторов на точность получения заданной концентрации ионов серебра в процессе электрохимического растворения.

  2. Разработка математических и схемотехнических моделей электрохимической ячейки для определения показателей электрохимического процесса обработки воды, необходимых и достаточных для реализации активного контроля его параметров.

  1. Разработка метода активного контроля параметров электрохимического процесса обработки воды для компенсации негативного влияния факторов на точность получения заданной концентрации ионов серебра.

  2. Создание макетов и образцов приборов с техническими средствами контроля, предназначенных для обработки воды ионами серебра и имеющих улучшенные метрологические и технические характеристики.

Краткое содержание диссертации.

В первой главе рассмотрены основные способы электрохимической обработки воды и, в частности, электрохимического обеззараживания воды ионами серебра и приборов для его реализации. Обоснованно выбран как наиболее перспективный процесс растворения серебра при пропускании импульсного тока через электродную ячейку. Проведен обзор схемотехнических и математических моделей процесса и методов нахождения параметров полученных моделей.

Вторая глава посвящена разработке схемы замещения электрохимической ячейки и математических моделей, описывающих процессы изменения напряжения на электродах ячейки в статическом и динамическом режимах для случаев постоянного и импульсного тока, проходящего через ячейку. Произведена оценка параметров, входящих в схемотехническую и математические модели. Оценена погрешность расчетов по полученным моделям.

Результаты классификационного анализа факторов, влияющих на точность получения заданной концентрации ионов серебра излагаются в третьей главе. С помощью предварительного отсеивающего эксперимента число факторов сокращено до пяти наиболее значимых. Для получения аналитического выражения, связывающего эти факторы с концентрацией ионов серебра, используется аппарат планирования и проведения факторного эксперимента. Выполнен анализ адекватности полученной регрессионной модели электрохимического процесса и показана ее пригодность для корректировки режимов электрохимического процесса обработки воды с различным химическим составом.

В четвертой главе особое внимание уделяется разработке метода и средств активного контроля параметров воды. Рассмотрены достоинства и недостатки

существующих методов контроля, применяемых в электрохимии. Раскрывается

суть предложенного метода контроля на базе хронокондуктометрических измерений скорости изменения проводимости воды между электродами. Доказана применимость этого метода для реализации активного контроля. На основе его результатов с помощью полученной аппроксимированной зависимости определяются корректирующие поправки режима электрохимического процесса растворения серебра для снижения погрешности получения задаваемой концентрации ионов серебра. Приведена структура ионатора со средствами контроля.

В пятой главе излагается предложенная методика расчета основных элементов и режимов работ ионаторов серебра, базирующаяся на результатах теоретических исследований. Там же описывается установка для проведения факторных экспериментов и определения параметров схемотехнической модели электрохимической ячейки, а также примеры практической реализации разработанных приборов для обеззараживания воды и приготовления лечебных препаратов.

Подобные работы
Жданов Денис Николаевич
Оптический метод и программно-аппаратное средство контроля биологической активности растворов ионного серебра при создании и практическом использовании лекарственных препаратов на их основе
Боднарь Олег Борисович
Методы и средства неразрушающего контроля параметров твердофазной диффузии
Колмаков Алексей Васильевич
Разработка методов и средств активного контроля геометрических параметров вкладышей подшипников скольжения
Савельев Сергей Николаевич
Метод и средство экспресс-контроля железобетонных конструкций по амплитудно-временным параметрам затухающих колебаний
Куроедов Александр Вениаминович
Методы и средства контроля и улучшения качества многосегментных PIN-фотодиодов с охранным кольцом
Данилов Юрий Валентинович
Исследование и разработка методов и средств контроля процессов гальванической металлизации печатных плат
Воронин Руслан Николаевич
Метод и средство контроля реологических характеристик хлебобулочных изделий с использованием моделей упруго-вязкой и вязко-пластической деформации
Бочаров Александр Александрович
Методы и средства контроля качества в технологических процессах изготовления элементов трения качения
Суворова Татьяна Владиславовна
Метод и средства контроля токсичности водных сред по реакции бактерий
Бирюков Владимир Георгиевич
Экспресс-методы и средства контроля природных сред и веществ на основе комбинированных оптических и ленгмюровских эффектов

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net