1.3.3 Доля падения напряжения от анодных эффектов

Величину падения напряжения от анодных эффектов ∆U_АЭ, В определяем по формуле:

(36)

где U_АЭ – напряжение в момент анодного эффекта, принимаем 30 В;

n - длительность анодного эффекта, принимаем 2 мин;

k - частота анодного эффекта в сутки, принимаем 1;

1440 - число минут в сутках.

=0,02 В

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

(37)

где I - сила тока, А;

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

l - междуполюсное расстояние, по практическим данным принимаем 5,5 см;

Sа - площадь анода, см²;

2 (La + Вa) - периметр анода, см.

=1,91 В

1.3.4 Падение напряжения в ошиновке электролизёра

Падение напряжения в ошиновке электролизёра принимаем на основании замеров на промышленных электролизерах: ∆U_О = 0,3 В

Падение напряжения в общесерийной ошиновке принимаем на основании практических данных: ∆U_ОО = 0,016 В

Таблица 2 - Электрический баланс электролизера на силу тока 175 кА

Размеры в Вольтах

Наименование участков	Ucp	Up	Uгр
Ер	1,5	1,5	1,5
UА	0,461	0,461	0,461
UП	0,252	0,252	0,252
UЭЛ	1,91	1,91	1,91
UАЭ	0,02	--	0,02
UО	0,3	0,3	0,3
UОО	0,016	--	--
Итого:	4,459	4,423	4,443

1.4 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, (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.

1.4.1 Расчет приход тепла

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

Q эл = 3600 * I * U_гр * τ (39)

где 3600 – тепловой эквивалент 1 кВт_*ч, кДж;

I – сила тока, кА;

U_гр – греющее напряжение, В (из таблицы 2);

τ – время, часы.

Q эл = 3600 * 175 * 4,443 * 1 = 2799090 кДж

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 по материальному балансу исходя из формул (10 и 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

(41)

=1,07 кмоль

(42)

=0,71

Qан = 1,07* 394070 + 0,71∙* 110616=500192,26 кДж