ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Падение напряжения в электролите



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, см;

Sа - площадь анода, см2;

2 (La + Вa) - периметр анода, см.

Uэл =

Падение напряжения в ошиновке электролизёра

Падение напряжения в ошиновке электролизёра принимаем на основании замеров на промышленных электролизерах: UО = 0,3 В. Падение напряжения в общесерийной ошиновке принимаем на основании практических данных: UОО= 0,016 В

Таблица 2 - Электрический баланс электролизера на силу тока кА

Размеры в вольтах

Наименование участков Ucp Up Uгр
Ер      
UА      
UП      
UЭЛ      
∆UАЭ      
UО      
UОО      
Итого      

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 = QГ + Q Al + Qгаз + Qп (38)

где Qэл - приход тепла от электроэнергии;

Qан - приход тепла от сгорания анода;

QГ - расход тепла на разложение глинозёма;

Q Al - тепло, уносимое с вылитым металлом;

Qгаз - тепло, уносимое отходящими газами;

Qп - потери тепла в окружающее пространство.

Расчет прихода тепла

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

Q эл = 3600 * I * Uгр * τ (39)

где 3600 – тепловой эквивалент одного кВт*ч, кДж;

I – сила тока, кА;

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

τ – время, часы.

Q эл =

Приход тепла от сгорания угольного анода Qан, кДж определяется:

Qан = Р1СО2 * ∆HTCO2 + Р1СО * HTCO (40)

где Р1СО2 и Р1СО – число киломолей оксидов углерода; определяется по материальному балансу исходя из формул (10 и 11);

∆НТСО2 и ∆НТСО – тепловые эффекты реакций образования СО2 и СО из углерода и кислорода при 25°С (298 К):

∆H298СО2 = 394070 кДж/кмоль

∆H298СО = 110616 кДж/кмоль

(41)

(42)

Р1СО =

Qан =

Расчёт расхода тепла

На разложение глинозема расходуется тепла QГ, кДж:

QГ = R1Г * ∆HTГ (43)

где ∆HTГ - тепловой эффект образования оксида алюминия при 25˚С (298 К), равный 1676000 кДж/кмоль.

(44)

R1Г =

QГ =

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

При температуре выливаемого алюминия 960°С энтальпия алюминия ∆HT1Al составляет 43982 кДж/кмоль, а при 25°С энтальпия алюминия ∆HT2Al равна 6716 кДж/кмоль. Отсюда, потери тепла QAl, кДж с выливаемым алюминием составят:

QAl = Р1Al * (∆HT1Al - ∆HT2Al) (45)

где Р1Al - количество наработанного алюминия, кмоль определяемое по формуле:

(46)

Р1Al =

QAl =

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 Qгаз, кДж будет равен:

Qгаз = Р1СО * ( HT1CO - HT2CO) + Р1СО2 * (HT1CO2 - HT2CO2), (47)

где Р1СО и Р1СО2 – количество CO и CO2, кмоль

HT1CO – энтальпия СО при температуре 550 °С, равна 24860 кДж/кмоль

HT2CO – энтальпия СО при температуре 25 °С, равна 8816 кДж/кмоль

HT1CO2 – энтальпия СО2 при температуре 550 °С, равна 40488 кДж/кмоль

HT2CO2 – энтальпия СО2 при температуре 25°С соответственно, 16446 кДж/кмоль

HT2CO2 – энтальпия СО2 при температуре 25°С соответственно, 16446 кДж/кмоль

Qгаз =

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

Qп = (Q эл + Qан) - (QГ + QAl + Qгаз) (48)

Qп =

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     Итого    

 

Расчёт цеха

 

В расчёт цеха входит определение числа рабочих электролизёров в серии, число резервных электролизёров, общее число устанавливаемых электролизёров, годовой выпуск алюминия-сырца одной серией и цехом, а также удельный расход электроэнергии.

Расчёт числа рабочих электролизёров определяется величиной среднего напряжения на электролизёре и напряжением выпрямительных агрегатов, питающих серию электролизёра.

КПП обеспечивает серию электролизёров напряжением 850 В. Учитывается резерв напряжения 1% на колебание во внешности сети, потери напряжения в шинопроводах и т.д.

Для подстанции на 850 В рабочее напряжение серии U, В составит:

U = 850 - (U1 + U2 + U3) (49)

U =

Число рабочих электролизеров N в серии составит:

(50)

где U - напряжение серии U, В

UСР - среднее напряжение на электролизере, В (из таблицы 2);

UАЭ- доля увеличения напряжения от анодных эффектов, В (по формуле 36)

 

Количество установленных электролизеров в серии должно быть кратно четырем, поэтому в данной серии можно установить электролизеров.

Для максимального использования возможностей преобразовательной подстанции и обеспечения постоянства производительности серии, число установленных в ней электролизеров NУ должно быть больше, чем работающих, на число резервных электролизеров.

Количество резервных ванн NР рассчитывается исходя из необходимости капитального ремонта электролизеров по формуле:

(51)

где N – число рабочих электролизёров в серии;

t длительность простоя ванн в ремонте, по практическим данным 7 дней;

Т срок службы электролизёра, 4 года;

365 – дней в году.

 

Принимаем 1 резервный электролизёр на серию, тогда в серии рабочих электролизеров N шт. будет:

(52)

где N - число установленных электролизеров;

NР - число резервных электролизеров

В сериях будет корпуса, в них установленных электролизёров, NУСТ:

NУСТ = NУ * n (53)

Годовая производительность серии Pс, т рассчитывается по формуле:

Pс = 0,335 * I * η * 8760 * N * 10-3 (54)

где 0,335 - электрохимический эквивалент, кг/(кА*ч);

I - сила тока, кА;

η - выход по току, д. е.;

8760 - часов в год;

N - число работающих ванн в серии.

РС =

Годовая производительность цеха Рц, т будет:

Рц = Рс * n (55)

Рц =

 

Удельный расход электроэнергии W, кВт*ч/т рассчитывается по формуле:

(56)

 

Выход по энергии г/кВт*ч

(57)

 





Последнее изменение этой страницы: 2017-02-10; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.238.190.82 (0.011 с.)