Расчет числа электролизеров и производительность серии. Материальный расчет электролиза, страница 2

.

Анодные газы. Они образуются при окислении углерода анода и состоят из двуокиси и моноокиси углерода. Содержание их в анодных газах в мольных долях составляют  и . Количества их, образующиеся за один час, определяются, кг/час:

,

.

Суммарная масса анодных газов, кг/час:

.

Потери анодной массы. Они определяются как разность между приходом анодной массы  и количеством израсходованного с анодными газами углерода.

Потери анодной массы, кг/час:

                                                                           Потери глинозема. Эти потери в виде пылеуноса и механические потери. Они определяются как разница между приходом глинозема  и теоретическим расходом глинозема, кг/час:

Потери глинозема, кг/час:

.

Потери фторидов. Это потери в виде возгонов, а также на пропитывание подины. Их принимают равными приходу фторидов .

Полученные данные сводятся в таблицу 2.

Таблица 2

Материальный баланс электролизера

Приход	кг/час	%	Расход	кг/час	%
Глинозем	66,724	73,95	Алюминий	34,572	38,31
Фториды	3,111	3,45	Анодные газы	45,318	50,22
Анодная масса (или обожженные аноды)	20,397	22,6	Потери глинозема	1,421	1,58
			Потери фторидов	3,111	3,45
			Потери анодной массы (обожженных анодов)	5,81	6,44
Итого	90,233	100,00	Итого	90,233	100,00

Энергетический расчет электролиза

Энергетический расчет фактически является расчетом теплового баланса. Электролизер можно представить как систему, которая снабжается теплом за счет прохождения тока () и сгорания анода (). Система расходует тепло на разложение глинозема (), теряет его с вылитым металлом () и с отходящими газами (), а также расходует тепло на потери в окружающее пространство (). Таким образом, уравнение теплового баланса может быть записано как .

Все входящие в это уравнение величины рассчитываются применительно к одному часу работы электролизера.

             Приход тепла

Приход тепла от прохождения электрического тока

Греющее напряжение слагается из падений напряжения в аноде, на подине, в электролите, от анодных эффектов, а также напряжения разложения. Точное определение его затруднительно. По практическим данным можно принять для всех типов электролизеров, В:

Приход тепла от прохождения электрического тока определяется, кДж:

.

Приход тепла от окисления углерода анода

Рассчитаем числа молей  и , образовавшиеся за один час работы:

Приход тепла от окисления углерода анода определяется, кДж:

.

Расход тепла

Расход тепла на разложение глинозема

Найдем количество молей , затрачиваемое на получение 34,572 кг алюминия;

Расход тепла на разложение глинозема определяется, кДж:

Расход тепла с вылитым металлом

Эта статья рассчитывается исходя из условия, что количество вылитого алюминия соответствует количеству наработанного в то же время металла. Температура выливаемого алюминия составляет 977°С (1250⁰К). Известно, что для алюминия разность энтальпий (), кал/моль, равна при 1200⁰К 8730, а при 1300⁰К 9430. Определяем разность энтальпий в привычной размерности (кДж/моль) при 1250⁰К:

         

Находим количество молей алюминия, нарабатываемых за один час:

Расход тепла определяется, кДж:

.

Расход тепла с отходящими анодными газами

По практическим данным температура отходящих газов равна 570°С. Также принимается, что подсос воздуха отсутствует и, следовательно, отходящие газы состоят только из диоксида и моноксида углерода. Разность энтальпий этих газов при заданной температуре и температуре окружающей среды определяется из уравнения теплоемкости , коэффициенты которого приведены ниже (табл. 3) [1].

Таблица 3

Коэффициенты уравнения теплоемкости,

Вещество
	28,41	4,10	-0,46
	44,14	9,04	-8,53

Разность энтальпий определяется для Т=843⁰К:

.

Расход тепла определяется, кДж

Потери тепла в окружающее пространство

Точный расчет этой статьи затруднен из-за сложной конфигурации теплоотдающих поверхностей электролизера, различными условиями движения воздуха вдоль его элементов. Поэтому часто для упрощения тепловые потери с поверхности электролизера в окружающее пространство определяют по разности, кДж:

Результаты расчета заносятся в таблицу, аналогичную таблице 4.

Таблица 4

Тепловой баланс электролизера

Приход тепла	кДж	%	Расход тепла	кДж	%
От прохождения электрического тока		84,15	На разложение глинозема		50,95
От сгорания анода		15,85	С вылитым алюминием		2,31
			С отходящими газами		1,24
			С поверхности электролизера		46,5
Итого	1995386	100,00	Итого	1995386	100,00