6.1. Приход тепла

От прохождения электрического тока приход тепла определяется по уравнению:

Q_эл = 0.86 ∙ I ∙ U_гр = 0.86 ∙ 130000 ∙ 4.3 = 480740 ккал / ч.

Число киломолей CO₂ и CO ,образующихся в час , определяем из выражения :

К_СО2 = 18,657 ∙ 10^-6 ∙130000 ∙ 0.89 ∙ (0.6 / 1+0.6) = 0.8003 кмоль /ч

К_СО = 18,657 ∙ 10^-6 ∙130000 ∙ 0.89 ∙ (1-0.6 / 1+0.6) = 0.5335 кмоль/ч.

Тепловые эффекты реакций образования СО и СО₂ при 25^о с / 298 К находим в справочнике :

ΔН^СО2 = 94050 ккал /кмоль ;

ΔН^СО = 26400 ккал/моль

Определяем приход тепла от сгорания угольного анода :

Q_ан = 0.8003 ∙ 94050 + 0.5335 ∙ 26400 = 89352 ккал /ч.

Всего приход тепла составляет :

Q_пр = Q_эл + Q_ан =480740 + 89352 = 570092 ккал/ ч.

6.2 Расход тепла.

На разложение глинозема при электролизе требуется :

Q_разл = Р_Al2O3 ∙ ΔН _T = ((130000 ∙ 0.89 ∙ 10^-3) / (6 ∙ 26.8 )) ∙ 400000 = 396000 ккал/ч.

Потери тепла с вылеванием из ванны алюминия рассчитываются , исходя из условия , что количество вылитого алюминия равно количеству наработанного в то же время металла. При рассчитанной ранее часовой производительности нашего электролизера , равной 38.76 кг алюминия , находим эту же производительность , выраженную в кмоль/ч :

Р_ч = 38.76 / 27 = 1.43 кмоль/ч.

При температуре выливаемого алюминия 960^о с энтальпия алюминия составляет 10497 ккал/кмоль , а при 25^о с – соответственно 1603 ккал / кмоль.

Отсюда потери тепла с выливаемым алюминием :

Q_мет = 1.43 ( 10497 – 1603 ) = 12718 ккал / ч.

Унос тепла с газами рассчитываем принимая, что разбавление газов за счет подсоса воздуха в систему отсутствует , т.е. анодные газы состоят только из СО и СО₂.

Температуру отходящих газов принимаем по данным практики равной 550^оС . Энтальпию СО и СО₂ при разных температурах находим в справочнике и определяем потери с газами по выражению :

Q_газ = K_CO2 (ΔН^CO2 ₅₅₀ - ΔН^CO2 ₅₅₀ ) + K_CO(ΔН^CO ₅₅₀ - ΔН^CO2 ₅₅₀ ) = 0.8003 (9663 – 3925) + 0.5335 ( 5933 – 2104) = 2549 ккал / ч.

Тепловые потери с поверхности электролизера рассчитывают на основе законов теплопередачи конвекцией и излучением. Однако с допустимой погрешностью эти потери можно определить по разности между приходной и расходной частями теплового баланса , исходя из выражения :

Q_пот = (Q_эл + Q_ан) – (Q_разл + Q_мет + Q_газ) = ( 480740 + 89352) – ( 396000 + 12718 + 2549 ) = 158825 ккал / ч.

Тепловой баланс электролизера на 130 кА.

Приход тепла	Ккал/ч	%	Расход тепла	Ккал/ч	%
От прохождения электрического тока	480740	84.32	На разложение глинозема с	396000	69.46
От сгорания угольного анода	89352	15.68	С отходящими газами	2549	0.44
			С поверхности электролизера	158825	27.85
			С вылитым алюминием	12718	2.25
Итого	570092	100	Итого	570092	100