2.3.3 Доля падения напряжения от анодных эффектов

Величина падения напряжения от анодных эффектов ∆U_АЭ, В определяется:

∆U_АЭ = (2.36)

где U_АЭ – напряжение в момент анодного эффекта, принимаем 32 В;

n - длительность анодного эффекта, принимаем 1,5 мин;

k - частота анодного эффекта в сутки, принимаем 0,7;

1440 - число минут в сутках.

∆U_АЭ = В

2.3.4 Падение напряжения в электролите

Падение напряжения в электролите, Uэл, В определяется по формуле Форсблома и Машовца:

(2.37)

где I - сила тока, А;

р - удельное электросопротивление электролита, равно 0,53 Ом _* см;

l - междуполюсное расстояние, см;

Sа - площадь анода, см²;

2 (La + Вa) - периметр анода, см.

Uэл = В

2.3.5 Падение напряжения в ошиновке электролизёра

Падение напряжения в ошиновке электролизёра принимаем на основании замеров на промышленных электролизерах: U_О = 0,25 В. Падение напряжения в общесерийной ошиновке принимаем на основании практических данных: U_ОО = 0,016 В

Таблица 2.2 - Электрический баланс электролизера на силу тока170 кА (В)

Падения напряжения на участках электролизера	Ucp	Up	Uгр
Напряжение разложения глинозема	1,5	1,5	1,5
В теле анода	0,549	0,549	0,549
В поддине	0,352	0,352	0,352
В электролите	1,99	1,99	1,99
Увеличение напряжения от анодных эффектов	0,026	--	0,026
Ошиновка электролизера	0,25	0,25	0,25
В общесерийной ошиновке	0,016	--	--
Итого	4,683	4,641	4,667

2.4 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 (2.38)

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.

2.4.1 Расчет прихода тепла

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

Q эл = 3 600 * I * U_гр * τ (2.39)

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 = 3 600 * 177,7 * 4,667* 1=2 985 573кДж

Приход тепла от сгорания угольного анода Qан, кДж определяется:

Qан = Р¹_{СО2 *} ∆H^T_CO2 + Р¹_{СО *} H^T_CO (2.40)

где Р¹_СО2 и Р¹_СО – число киломолей оксидов углерода; определяется по материальному балансу исходя из формул (2.10 и 2.11);

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

∆H²⁹⁸_СО2 = 394 070 кДж/кмоль

∆H²⁹⁸_СО = 110 616 кДж/кмоль

(2.41)

кмоль

(2.42)

кмоль

Qан = 1,09 * 394 070 + 0,73 * 110 616 = 510 286кДж