5 Падение напряжения в ошиновке

Падение напряжения в ошиновке электролизёра принимаем на основании замеров на промышленных электролизерах, U_О = 0,25 В.

Падение напряжения в обще серийной ошиновке принимаем на основании практических данных, U_ОО = 0,016 В.

Данные расчётов сводим в таблицу 2.

Таблица 2 - Электрический баланс электролизера на силу тока _____ кА

Падение напряжения на участке (В)	Ucp	Up	Uгр
Ер –Напряжение разложения глинозема
UА –В теле анода
UП – В падине
UЭЛ –В жлектролите
ΔUАЭ –Увеличение напряжения от анодных эффектов		—
UО –В ошиновке электролизеа
UОО –В общесерийной ошиновке		—	—
Итого

При расчёте электрического баланса получают значения напряжений (дать определение):

Ucp -

Uгp

Upаб.

Тепловой баланс электролизера

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

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 от электролизёра.

1 Приход тепла

1.1 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, один час.

Q эл =

1.2 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 исходя из формул (10 и 11):

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

∆H²⁹⁸_СО2 = 394 070 кДж/кмоль

∆H²⁹⁸_СО = 110 616 кДж/кмоль

Р¹_СО2 = (41)

Р¹_СО2 = ----------

Р¹_СО = (42)

Р¹_СО = ---------

Qан =

2 Расход тепла

2.1 На разложение глинозема расходуется тепла Q_Г, кДж:

Q_Г = R¹_Г * ∆H^T_Г (43)

где R¹_Г - расход глинозёма, кмоль, (формула 44)

∆H^T_Г - 1676000 кДж/кмоль, тепловой эффект образования оксида алюминия при 25˚С (298 К)

R¹_Г = (44)

R¹_Г = ---------------

Q_Г =

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

Тогда 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);

∆H^T1_Al - энтальпия алюминия при температуре 960°С составляет 43982 кДж/кмоль;

∆H^T2_Al - энтальпия алюминия при температуре 25 °С равна 6716 кДж/кмоль.

Р¹_Al = (46)

Р¹_Al = ------------------

Q_Al =

2.3 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 * (ΔH^T1_CO - ΔH^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

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

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

Q_газ =

2.4 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, то для упрощения расчетов, потери тепла конструктивными элементами электролизёра Q_П, кДж определяются по разности между приходом тепла и расходом по рассчитанным статьям:

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

Qп =

Результаты расчета представлены в таблице 3

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		100,00	ИТОГО		100,00