Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Основные показатели процесса электролиза
Основными показателями электролиза являются выход по току, удельный расход электроэнергии, и расход углерода на получение алюминия. Выход по току. Между количеством прошедшего через раствор электричества и количеством выделяющегося элемента существует строго определенное соотношение. Это связано с тем, что ионы имеют разные заряды. Например, для восстановления иона водорода требуется один электрон, а для иона алюминия - три электрона: Н+ + е → Н; А13+ + 3е → А1 Фарадей установил, что количество выделенного при электролизе вещества прямо пропорционально силе тока Iи времени его прохождения τ, т.е. прямопропорционально количеству прошедшего электричества: М = I * τ, Это первый закон Фарадея. Фарадей определил также, что при прохождении через растворы электролитов одинакового количества электричества масса выделившегося вещества пропорциональна его химическому эквиваленту. Это второй закон Фарадея. Для получения одного химического эквивалента вещества, выраженного в граммах, требуется пропустить 96500 кулон электричества. Это количество электричества называют числом Фарадея или сокращенно "фарадеем". Количество вещества в граммах, получающееся в результате деления атомной массы элемента на валентность, называется грамм-эквивалентом. Например для алюминия, атомная масса которого равна 27, а валентность 3, грамм-эквивалент равен 27 / 3 = 9г. Ели поделить грамм-эквивалент на 96500 к, то получаем электрохимический эквивалент данного вещества. Для алюминия он составляет: j = 9/ 96500 = 0,0000933 г/к. Практически чаще пользуются электрохимическим эквивалентом, выраженным в граммах на один ампер-час. 1 ампер-час равен 3600 кулонам. Следовательно, один фарадей содержит: 96500 / 3600 = 26,8 а-ч. Тогда электрохимический эквивалент алюминия, выраженный в г/А-ч, будет равен: 9 / 26,8 = 0,336 г/А-ч. Таким образом, при прохождении тока силой 1A в течении 1 сек выделяется 0,336 г алюминия. Зная законы Фарадея, можно подсчитать теоретическое количество вещества М, которое должно выделиться при электролизе в течении определенного времени: M= j * I * τ, где I - сила тока,А; j - электрохимический эквивалент, г/А-ч; τ - время электролиза, час. Но на практике количество вещества выделяется меньше, чем по закону Фарадея. Отношение количества практически полученного вещества к количеству теоретическому называется ВЫХОДОМ ПО ТОКУ.
Следовательно, выход по току определяется по формуле: ηT = Mпракт/Мтеор = Мпрак/ [j * I * τ]. Наличие рассмотренных выше побочных процессов приводит к потере части электроэнергии, подаваемой на электролизер, и снижает выход по току. Поэтому на алюминиевых электролизерах выход по току составляет 85 – 90%. Рассмотрим условия, которые могут повышать и снижать выход по току. Температура электролита. Повышение температуры приводит к снижению выхода по току, так как в этом случае увеличивается растворение алюминия в электролите, возрастает циркуляция металла и электролита, увеличивается скорость окисления алюминия анодными газами. Практические данные показывают, что при повышении температуры на 1°С выход по току снижается на 0,2 - 0,3%. Поэтому процесс электролиза необходимо вести при возможно низкой температуре. Плотность тока существенно влияет на выход по току. Это связано с тем, что с повышением плотности тока увеличивается выделение металла на катоде, т.е. повышается производительность электролизера, а потери, связанные с протеканием побочных процессов, остаются примерно на прежнем уровне. Поэтому относительные потери металла уменьшаются. Кроме того, при низкой плотности тока возможен частичный разряд ионов алюминия: Аl3+ + 2е = А1+ Такое частичное восстановление алюминия приводит к дополнительным потерям тока. Практически установлено, что повышение плотности тока на 0,1A/см2 при сохранении температуры электролиза на одном уровне приводит к увеличению выхода по току примерно на 2%. Межполюсное расстояние. С увеличением МПР выход по току повышается, так как затрудняется перенос растворенного алюминия от катода к аноду и его окисление, установлено, что уменьшение межполюсного расстояния на I см приводит к снижению выхода по току примерно на 3%. Таким образом, на электролизере для достижения высокого выхода по току необходимо увеличивать плотность тока и МПР. Но эти параметры можно повышать только до определенного значения, чтобы не вызвать повышения температуры электролита и расхода электроэнергии. Поэтому анодную плотность тока, в зависимости от типа электролизера, поддерживают в пределах 0,6 - 1,1 А/см2, а МПР в пределах 4,2 - 5,5 см.
Состав электролита влияет на изменение температуры плавления электролита, которая уменьшается за счет добавок солей магния, кальция, лития и снижения криолитового отношения (NaF/AlF6).Поэтому добавки фторсолей следует вводить в электролит в пределах, предусмотренных технологической инструкцией. Высота слоя металла. Чем выше плотность тока при одинаковых конструктивных размерах электролизера, тем большим должен быть уровень металла. Высокий уровень металла способствует выравниванию теплового поля под анодом электролизера за счет высокой теплопроводности алюминия и отвода тепла через боковые стороны катодного устройства. Уменьшение уровня металла при прочих равных условиях приводит к снижению выхода по току. Влияние на выход по току таких факторов, как конструктивные особенности и геометрические размеры электролизера, способы его обслуживания, обусловлено влиянием этих факторов на анодную и (особенно) катодную плотность тока. Практика эксплуатации электролизеров с предварительно обожженными анодами показывает, что при прочих равных условиях выход по току при работе на электролизерах этой конструкции выше, чем на электролизерах с самообжигающимся анодом. Это объясняется лучшими условиями теплоотдачи и более равномерным температурным полем в междуэлектродной зоне. Большое влияние на величину выхода по току оказывают боковые настыли в шахте ванны, отсутствие которых приводит к утечкам тока, и, следовательно, к снижению выхода по току. Выход по энергии. На получение одной тонны алюминия расходуется 16000 - 17000кВт*ч. Расход электроэнергии на одну тонну алюминия (g, кВт*ч) может быть определен отношением количества затраченной энергии (А, кВт*ч) к полученному при этом количеству алюминия (Q,т). Если: А = I*U*τ *10-3; Q = 0,336*I*τ*ηT*10-3; то: g = I*U*τ*10-3/ [0,336*I*τ* ηT*10-3] = U*103/ [0,336* ηT], где I - сила тока, А; U- среднее напряжение, В; τ - время, ч; ηT - выход по току, %. Hа практике часто пользуются показателем расхода электроэнергии называемым выходом по энергии. За выход по энергии принимают количество алюминия, полученное на каждый киловатт-час затраченной электроэнергии (ηэн г/кВт*ч): ηэн = Q/ A = 0,336*I*U*ηт/ [I*U*τ] = 0,336* ηт / U, т.е. выход по энергии прямопропорционален выходу по току, и обратно пропорционален среднему напряжению на ванне.
|
||||||
Последнее изменение этой страницы: 2021-07-18; просмотров: 1212; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.118.128.226 (0.012 с.) |