Энергетический расчет электролизера

2.4 Энергетический расчет электролизера

 

Нормальную работу электролизера можно обеспечить только при условии теплового равновесия, когда расход тепла в единицу времени равняется его приходу.

Энергетический расчет заключается в определении составляющих прихода и расхода энергии в процессе электролиза и в составлении теплового баланса электролизера на основании этих составляющих:

Исходные данные:

сила тока - 155кА

η - 86%

глинозем - 1920кг/т

анодная масса - 530кг

часовая производительность - 44,49кг/ч

электрохимический эквивалент - 0,336

Часовая производительность определяется по формуле:

где А - производительность.

J - сила тока

η - выход по току.

0,336 - электрохимический эквивалент.

А = 0,336 * 155 * 0,86

А = 44,79кг/ч

Зная А, определяем

Приход тепла

Qприх = Qреак + Qан + Qэн

где Qреак - тепло обратной реакции.

Qан - тепло от сгорания анода.

Qэн - тепло от электроэнергии.

Тепловые эффекты реакций протекают при электролизе, получены при t⁰

25 (298⁰К)

Qприх = 2191799, 86 кДж/ч

Расходные коэффициенты

Таблица 5 - Показатели расходных коэффициентов

Наименование глинозема	Расход на 1т.	Расход на часов производительности
Глинозем	1,920	85,99
Анодная масса	0,530	23,74

1. От взаимодействия продуктов электролиза (или тепло обратной реакции)

Тепло обратной реакции определяем по формуле:

где - тепловой эффект реакции из Табл.№5 15681.

где - 0,86 - выход по току.

2. Использование тепла анодных газов СО₂ и СО при охлаждении от 960⁰ до 500⁰С где Р_со2 и Р_со - число молей в час данных газов.

где m = 0,6 (60%), доля СО₂ и СО в анодных газах.

Отсюда находим Qан * газов

где цифровые данные 24,886 и 15,238 из Табл.№5  и

3. Тепло от электроэнергии

Расход тепла

а) На электрохимическую реакцию

(на разложение глинозема)

б) На нагрев материалов

Температура окружающей среды 25⁰С - загружаем сырье и доводим до t⁰ процесса 960⁰C

где

где  - расход на часовую производите2ьность (табл.№5).

в) Тепло теряемое с отходящими газами СО₂ и СО

и - число молей в час данных газов (определены ранее).

г) Тепло, теряемое наружными поверхностями электролизера

При расчете приняты t⁰ окружающего воздуха 298⁰К (25⁰С), t⁰ поверхностей электролизера определяем замерами.

Тепло, теряемое, с рассчитываемых поверхностей, определяем как суммарные потери конвенций и излучение.

Расчеты ведутся по формуле:

где n - коэффициент разложения поверхности

En - степень черноты.

 - коэффициент излучении.

20,53 - коэффициент излучения абсолютно черного тела.

S - площадь поверхности.

 - в С⁰ поверхности воздуха.

 - t⁰ в К поверхности воздуха.

Значения тепловых потерь заносим в Таблицу № 6.

Таблица 6 - Показатели тепловых потерь

Наименование участка поверхности	Sм2		Е	t0C поверх.	t0C возд.	n	Потери тепла QкДж/ч
Катодный кожух - вертикальная поверх-ть. - горизонтальная поверх-ть. - днище кожуха	38,4 6,99 45,23	0,89 0,89 0,71	0,8 0,8 0,8	105 205 102	25 25 25	2,6 3,3 1,6	117271,88 64683,55 100854,75
Катодные стержни - вертикальные - горизонтальные	2,86 4,14	0,71 0,71	0,8 0,8	160 160	25 25	2,6 3,3	13884 21431
Корка электролита	4,1	1	0,6	250	25	3,3	49132,25
Поверхность анода - горизонтальная - вертикальная - вертикальная	23,2 8,95 26,86	0,89 0,89 0,89	0,8 0,8 0,8	145 71 185	25 25 25	3,3 3,3 3,3	121105,66 15946,42 197644,70
Поверхность анодных штырей	21,84	0,55	0,8	90	25	2,6	37273
Газосборных колокол - горизонтальная пов-ть. - наклоненная пов-ть.	2,6 7,14	0,8 0,8	0,8 0,8	320 320	25 25	3,3 2,95	51413 138132
Всего потери тепла с поверхности	928744

Всего потери тепла с поверхности Qпов = 928744кДж/ч

Определение площадей теплоотдавающих поверхностей

Катодный кожух

а) Sдн. = 9,940 * 4,550 = 45,23м².

б) Sгор. = 45,23 - (9,44 * 4,05) = 6,99 м².

в) Sвер. = (9,940 + 4,550) * 2 * 1,325 = 38,40 м².

Катодные стержни