і зводяться в таблицю табл.2.
Таблиця 2. Матеріальний баланс електролізера.
Приходкг/час%Расходкг/час%Глинозем89,72775,83Алюминий46,73339,49Фториды2,4302,05Анодные гази61,97052,38Анодная маса (або обпалені аноди) 26,17022,12Потері глінозема1,4481,22Потері фторідов2,4302,05Потері анодної маси (обпалених анодів) 5,7344,85Невязка + 0,0120,01Ітого118,327100,00Ітого118,327100, 00
Енергетичний розрахунок електролізера
Енергетичний розрахунок фактично є розрахунком теплового балансу. Електролізер можна уявити, як систему, яка забезпечується теплом за рахунок проходження струму (Q ел) і згоряння анода Q aн). Система витрачає тепло на розкладання глинозему (Q paзл), втрачає його з вилитим металом (Q мeт) і з газами (Q гaз), а також витрачає тепло на втрати в навколишній простір (Q n). Таким чином, рівняння теплового балансу може бути записано як Q ел + Q aн=Q paзл + Q мeт + Q гaз + Q n
Усі вхідні в це рівняння величини розраховуються стосовно одній годині роботи електролізера.
Прихід тепла.
Прихід тепла від проходження електричного струму визначається, кДж:
Q ел=3,6? I? U гр,
де I - сила струму, А; U гр - гріє напруга, В. Ця напруга складається з падінь напруги на аноді, на подині, в електроліті, від анодних ефектів, а також напруги розкладання. Точне визначення його важко.
За практичним даним можна прийняти для всіх типів електролізерів U гр=0,89? U cp=3,757 В, Q ел=3,6? 155 € 10 3 ? 3,757=2096406 кДж
Прихід тепла від окислення вуглецю анода визначається, кДж:
Q aн=Р? зі ?? Н? 298 (зі) + Р? со2 ?? Н? 298 (СО2),
де Р? зі і Р? со2 відповідно числа молей СО і СО 2, що утворилися за 1:00 роботи, знаходяться за формулами:
Р? зі=Р зі 10 Березня/М (СО)=808,579, Р? со2=Р со2 10 3/м (СО 2)=893,795.
? Н? 298 (зі) і? Н? 298 (со2) теплові ефекти реакцій утворення оксиду і моноксиду вуглецю, кДж/моль. Ці дані є в багатьох довідниках, наприклад, в [2].
Q aн=808,579? 110,5 + 893,795? 393,51=441076,3 кДж.
Витрата тепла. Витрата тепла на розкладання глинозему визначається, кДж:
Q paзл=Р? Al2O3 (теор)? ? Н? 298 (Al2O3),
де
Р? Al2O3 (теор)=865,48 кількість молей Al 2 O 3, що витрачається на отримання Р кг алюмінію; ? Н? 298 (Al2O3) - тепловий ефект реакції утворення оксиду алюмінію, кДж/моль (його також визначають за довідниками, наприклад, по [2]).
Q paзл=865,48? 1675=1449679 кДж.
Витрата тепла з вилитим металом
Ця стаття розраховується виходячи з умови, що кількість вилитого алюмінію відповідає кількості напрацьованого в той же час металу. Температура виливається алюмінію складає 950-960 ° С. Відомо, що для алюмінію різниця ентальпій (? Н? Т -? Н? 298), кал/моль, дорівнює при 1200 ° К +8730, а при 1300 ° К 9430. При розрахунку необхідно, задавшись температурою виливається алюмінію, визначити різницю ентальпій в звичної розмірності (кДж/моль).
Вибираємо Т=950 ° С=+1223 ° К. Тоді (9430-8730)/(1300-1200)=7, 7? (1223-1200)=161, 8730 + 161=8 891 кал/моль.
Вирішимо пропорцію, знайдемо різницю ентальпій
, 891 ккал/моль - х,
ккал/моль - 4,1868 кДж/моль
х=37,225 кДж/моль.
Витрата тепла визначається, кДж:
Q мeт=(Н? Т - Н? 298) Al? Р ',
де Р '= Р10 3/М (Al2O3)=1730,852 - кількість молей алюмінію, напрацьованих за 1:00, тоді Q мeт=64430,966 кДж.
Витрата тепла та відходять анодними газами
За практичним даним температура відхідних газів дорівнює 550-600 ° С. Значення температури задається. Також приймається, що підсмоктування повітря відсутній і, отже, відходять гази складаються тільки з діоксиду і моноксиду вуглецю. Різниця ентальпій цих газів при заданій температурі і температурі навколишнього середовища визначається з рівняння теплоємності С? р=а + bт + с?/Т 2, коефіцієнти якого наведені нижче (табл.3) [2].
Таблиця 3. Коефіцієнти рівняння теплоємності, Дж/(моль-град)
Веществоаb? 1О 3 з '? 10 - 5 СО28,414,10-0,46СО 2 44,149,04-8,53
Різниця ентальпій визначається:
Н? Т - Н? 298== a (T - 298) + b/2 (Т2 - +2982) + з '[(1/298) - (1/T)] ...
