Падение напряжения в ошиновке электролизёра

Падение напряжения в ошиновке электролизёра принимаем на основании замеров на промышленных электролизерах: U_О = 0,3 В. Падение напряжения в общесерийной ошиновке принимаем на основании практических данных: U_ОО = 0,016 В

Таблица 2 - Электрический баланс электролизера на силу тока             кА

                                                                                                     Размеры в вольтах

Наименование  участков	Ucp	Up	Uгр
Ер -
UА -
UП -
UЭЛ -
∆UАЭ -
UО -
UОО -
Итого

Тепловой баланс электролизёра

Нормальная работа электролизёра возможна только при соблюдении теплового равновесия, когда приход и расход тепла в единицу времени при установившемся режиме электролиза становятся равными, т.е. Qпр = Qрасх

Приход тепла в электролизёр осуществляется от прохождения постоянного электрического тока и от сгорания анодной массы

Тепловой баланс составляют применительно к определённой температуре: окружающей среды или температуре протекания процесса. Обычно составляют баланс при температуре 25°С. В этом случае уравнение теплового баланса можно представить в виде:

Qэл + Qан = Q_Г + Q _Al + Q_газ + Qп                                      (38)

где Qэл - приход тепла от электроэнергии;

 Qан - приход тепла от сгорания анода;

 Q_Г - расход тепла на разложение глинозёма;

 Q _Al - тепло, уносимое с вылитым металлом;

Q_газ - тепло, уносимое отходящими газами;

 Qп - потери тепла в окружающее пространство.

Расчет прихода тепла

Приход тепла от прохождения электрического тока Qэл, кДж определяется по уравнению:

Q эл = 3600 * I * U_гр * τ                                                 (39)

где 3600 – тепловой эквивалент одного кВт*ч, кДж;

I – сила тока, кА;

U_гр – греющее напряжение, В (из таблицы 2);

τ – время, часы.

Q эл =

Приход тепла от сгорания угольного анода Qан, кДж определяется:

Qан  = Р¹_СО2 * ∆H^T_CO2 + Р¹_СО * H^T_CO                                        (40)

где Р¹_СО2 и Р¹_СО – число киломолей оксидов углерода; определяется по формулам (10 и 11);

∆Н^Т_СО2 и ∆Н^Т_СО – тепловые эффекты реакций образования СО₂ и СО при 25°С (298 К):

∆H²⁹⁸_СО2 = 394070 кДж/кмоль

∆H²⁹⁸_СО = 110616 кДж/кмоль

                                                          (41)

 

                                                      (42)

Р¹_СО  =

Qан  =

Расчёт расхода тепла

На разложение глинозема расходуется тепла Q_Г, кДж:

Q_Г = R¹_Г * ∆H^T_Г                                                       (43)

где ∆H^T_Г - тепловой эффект образования Al₂O₃ при 25˚С (298 К), равный 1676000 кДж/кмоль.

                                                             (44)

R¹_Г = 

Q_Г =

Потери тепла с выливаемым из ванны алюминием рассчитываются, исходя из условия, что количество вылитого алюминия соответствует количеству наработанного за то же время.

При температуре выливаемого алюминия 960°С энтальпия алюминия ∆H^T1_Al составляет 43982 кДж/кмоль, а при 25°С энтальпия алюминия ∆H^T2_Al равна 6716 кДж/кмоль. Отсюда, потери тепла Q_Al, кДж с выливаемым алюминием составят:

Q_Al = Р¹_Al * (∆H^T1_Al - ∆H^T2_Al)                                       (45)

где Р¹_Al - количество наработанного алюминия, кмоль определяемое по формуле:

                                                        (46)

Р¹_Al =

Q_Al  =

Унос тепла с газами при колокольной системе газоотсоса рассчитываем, принимая, что разбавление газов за счет подсоса воздуха в систему отсутствует. В этом случае ведем расчет на основные компоненты анодных газов – оксид и диоксид углерода. Тогда унос тепла с газами Q_газ, кДж будет равен:

Q_газ = Р¹_{СО *} (H^T1_CO - H^T2_CO) + Р¹_{СО2 *} (H^T1_CO2 - H_T2^CO2),           (47)

где Р¹_СО и Р¹_СО2 – количество CO и CO₂, кмоль

H^T1_CO – энтальпия СО при температуре 550 °С, равна 24860 кДж/кмоль

H^T2_CO – энтальпия СО при температуре 25 °С, равна 8816 кДж/кмоль

H^T1_CO2 – энтальпия СО₂ при температуре 550 °С, равна 40488 кДж/кмоль

H^T2_CO2 – энтальпия СО₂ при температуре 25°С соответственно, 16446 кДж/кмоль

Q_газ = 

Потери тепла в окружающую среду определяются на основании законов теплоотдачи конвекцией, излучением и теплопроводностью. Так как электролизер представляет собой сложную систему, изготовленную из различных материалов, для упрощения расчетов, потери тепла конструктивными элементами электролизёра QП, кДж определяются по разности между приходом тепла и расходом по рассчитанным статьям:

Q_п = (Q эл + Qан) - (Q_Г + Q_Al + Q_газ)                                        (48)

Q_п =

Таблица 3 - Тепловой баланс электролизера на силу тока             кА

Приход тепла	кДж	%	Расход тепла	кДж	%
От прохождения электроэнергии			На разложение глинозёма
			С вылитым металлом
От сгорания угольного анода			С отходящими газами
			Конструктивными элементами и с поверхности электролизёра
Итого			Итого