4.3Падение напряжения в ошиновке

4.3.1. Падение напряжения в катодной ошиновке

Падение напряжения в катодной ошиновке электролизера при ее длине, равной 8,8м, площади поперечного сечения:

и удельном электросопротивлении при средней температуре ошиновки 50⁰С, равном 0,032 будет равной:

Падение напряжения в сварных контактах ΔU_к:

• пакет алюминиевых лент – катодный стержень

и

• пакет алюминиевых лент – катодная ошиновка

принимаем по данным практики, соответственно, 0,006 и 0,004 В, следовательно:

ΔU_к=0,006+0,004=0,01В

4.3.2. Падение напряжения в анодной ошиновке

Падение напряжения в ошиновке рассчитывают по отдельным элементам ошиновки и складывается с падением напряжения в контактах.

Падение напряжения в анодной ошиновке, состоящей из стояков длиной 3,0м и анодных пакетов длиной 8,0м одинакового сечения:

,

определяется как

Для определения электросопротивления анодной ошиновки r_а.о. необходимо найти удельное сопротивление алюминия при средней температуре работы анодной ошиновки, равной 50⁰С.

Принимаем удельное электросопротивление алюминия при температуре 20⁰С, равное 0,029 ,α=0,004.

Тогда

.

Отсюда электросопротивление в анодной ошиновке будет равно:

,

где l=L_ст+L_пак

Таким образом:

Следовательно, падение напряжения в анодной ошиновке:

Падение напряжения в различних контактах принимается на основании практических данных, В:

• подина…………………………………………….0,32

• шина – штанга……………………………………0,01

• шина – ниппель………………………………….0,015

• ниппель – уголь………………………………….0,105

Таким образом, падение напряжения в контактах анодного узла будет:

0,32+0,01+0,015+,0,105=0,45В

Следовательно, падение напряжения в ошиновке будет равно:

ΔU_ош=0,048+0,45=0,498В

4.4Падение напряжения за счет анодных эффектов

Падение напряжения за счет анодных эффектов может быть вычислено следующим образом:

,

где U_а.э. – среднее напряжение анодного эффекта, В;

U_р – величина рабочего напряжения, В;

τ_а.э – продолжительность анодного эффекта, мин;

k – количество анодных эффектов на один электролизёр в сутки, шт.;

1440 – количество минут в сутках.

Принимаем k = 1,5; τ_а.э. = 2мин и U_а.э.=40В.

Тогда падение напряжения за счет анодных эффектов:

4.5Падение напряжения в общесерийной ошиновке

По данным практики эксплуатации электролизных серий падение напряжения в общесерийной ошиновке составляет 0,3 – 0,5 В на каждую ванну.

Принимаем ΔU_c=0,03В.

Итого среднее напряжение

3,135

5 Тепловой баланс

5.1Приход тепла

5.1.1. Приход тепла от прохождения электрического тока

Приход тепла от прохождения электрического тока составляет:

, кДж/ч,

где 3,6 – тепловой эквивалент ватт-часа, кДж/ Вт*ч;

U_гр – греющее напряжение, В.

, кДж/ч

5.1.2Приход тепла от сгорания анода

От сгорания угольного анода приход тепла определяется следующей зависимостью:

кДж/ч,

где , - соответственно число молей в час СО₂ и СО;

, - соответственно тепловые эффекты реакции образования СО₂ и СО, кДж/моль;

Т₁ – температура при которой составляется тепловой баланс, К.

кмоль/ч;

кмоль/ч.

В справочнике находим эффекты реакций образования диоксида и оксида углерода при t = 25⁰C:

;

Таким образом:

кДж/моль.

Итого приход тепла составит:

кДж/ч.

5.2. Расход тепла

5.2.1Расход тепло на разложение глинозема

Расход тепла на разложение глинозема определяется следующей формулой:

кДж/ч,

где - расход глинозема на электрическое разложение, кмоль.

,

где F – число Фарадея, равное 26,8 .

- тепловой эффект реакции Al₂O₃↔2Al+1,5O₂ при t = 25⁰C, равный 1676000кДж/моль.

Таким образом:

5.2.2. Потери тепла с выливаемым из ванны алюминием

Потери тепла с выливаемым из ванны металлом рассчитываются, исходя из условия, что количество выливаемого алюминия соответствует количеству наработанного в то же время металла:

, кДж/ч,

где

При температуре выливаемого металла 960˚С энтальпия алюминия составляет =43982 кДж/кмоль, при 25 ˚С - =23849,6 кДж/кмоль, отсюда потери тепла с выливаемым металлом составят:

кДж/ч

5.2.3. Расход тепла, с уносимыми анодными газами

При расчете тепла с газами, принимаем, что разбавление газов за счет подсоса воздуха в систему отсутствует. Поэтому расчет производится на основные компоненты анодных газов, т.е. на двуокись и окись углерода.

Температуру отходящих газов по данным практики принимаем 550˚С, энтальпию газов находим в справочнике и определяем потери тепла с газами:

кДж/ч

5.2.4Расход тепла с конструктивных элементов электролизера

В ходе нормальной работы электролизера при установившемся тепловом потоке потери тепла теплопроводностью Q_т, равные сумме потерь конвекцией Q_к и лучеиспусканием Q_л:

Q_т=Q_к+Q_л

Таким образом, расчет тепловых потерь производится по уравнениям конвективного теплообмена и теплового излучения:

;

,

где α_к – коэффициент теплоотдачи конвекцией от стенки газу и наоборот, ;

t_п, T_п – температура поверхности, соответственно ⁰С, К;

t_в, T_в – температура воздуха, соответственно ⁰С, К;

F – площадь теплоотдающей поверхности, м²;

ε – степень черноты тела;

С₀ – коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, 20,5 ;

φ – угловой коэффициент взаимного облучения данной излучающей поверхности с соседними поверхностями.