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: 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             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 = 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.

Расчет прихода тепла

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, часы.

Q эл =

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 = 394070 кДж/кмоль

∆ H²⁹⁸_СО = 110616 кДж/кмоль

                                                        (41)

 

                                               (42)

Р¹_СО  =

Qан  =

Расчёт расхода тепла

На разложение глинозема расходуется тепла Q_Г, кДж:

Q_Г = R¹_Г * ∆ H^T_Г                                                       (43)

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

                                                             (44)

R¹_Г = 

Q_Г =

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 ∆ H^T1 _Al составляет 43982 кДж/кмоль, а при 25°С энтальпия алюминия ∆ H^T2 _Al равна 6716 кДж/кмоль. Отсюда, 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)

Р¹_Al =

Q_Al  =

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 *} ( H^T1_CO - H^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

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

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

Q_газ = 

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:

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

Q_п =

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

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

 U_АЭ- 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 N_У должно быть больше, чем работающих, на число резервных электролизеров.

Количество резервных ванн N_Р 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       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;

N_Р - число резервных электролизеров

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

N_УСТ = N_{У *} 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.

Р_С =

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)

 

 

На основании расчётных данных производственная часть приведена таблице 4.

Таблица 4 Параметры и показатели работы цеха

Показатели, ед. изм.	Формула	Количество
Установленно электролизёров, шт.
Ванны подлежащие капитальному ремонту, шт.
Длительность простоя одной ванны в капитальном ремонте, дней
Длительность планового ремонта, дней
Число электролизёров в ремонте, шт.
Число рабочих электролизёров, шт.
Сила тока, А
Выход по току, %
Производительность электролизёра, т/сутки
Среднее напряжение на ванне, В
Удельный расход электроэнергии, кВт*ч/т
Производительность цеха, т/год

 

 

⇐ Предыдущая12345

Поделиться: