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 |
Падение напряжения в общесерийной ошиновке
Падение напряжения в общесерийной ошиновке рассчитывается исходя из длины шинопроводов, проходящих по торцам корпусов, средним проездам внутри корпуса и между корпусами. По данным практики эксплуатации электролизных серий эта величина составляет (0,03 - 0,05)В на каждую ванну. Данные расчетов электрического баланса электролизера необходимо свести в таблицу: Таблица 3.2
Up = E + ΔUa + ΔUk + ΔUэл + ΔUo. э; Up = 1,596 + 0,348 + 0,403 + 1,506 + 0,428 = 4,281 В. Ucp = E + ΔUa + ΔUk + ΔUан. эф + ΔUэл + ΔUo. э + ΔUo.o, Ucp = 1,596 + 0,348 + 0,403 + 1,506 + 0,428 + 0,03 + 0,055 = 4,366 В. Paсход электроэнергии на производство 1 т. Al: W = Uср * 103/ j * ηт, кВт*ч/т; W = 4366/0,336 * 0,926 * 1000 = 14032,449 кВт*ч/т.
Энергетический баланс Основной частью полного расчета электролизера являются тепловые расчеты и балансы. Нормальную работу алюминиевого электролизера можно обеспечить только при условии теплового равновесия, когда расход тепла в единицу времени равняется его приходу. В зависимости от того, относится баланс к действующей или проектируемой ванне, составление его преследует различные цели. Для действующих электролизеров тепловой баланс позволяет выявить причины, вызывающие повышенный расход электроэнергии, и найти оптимальные межполюсные расстояния. При расчете новых электролизеров тепловые балансы дают возможность определить необходимую тепловую изоляцию электролизера, обеспечивающую сохранение теплового равновесия при принятых условиях процесса электролиза. Наряду с определением оптимальных условий работы электролизера, т.е. таких, при которых он бы работал с максимальной производительностью и минимальным расходом электроэнергии, большое значение имеют вопросы интенсификации процесса электролиза. Определение путей интенсификации возможно только на основе тепловых и энергетических балансов, которые являются основными методами изучения характеристик электролизеров и позволяют улучшить их конструкцию и технические показатели,
Уравнение теплового баланса Тепловой баланс электролизера характеризует материальный и энергетический обмен между электролизером и средой. Баланс базируется на первом начале термодинамики или, точнее, на термохимическом законе Гесса, который вытекает из первого начала и гласит, что тепловой эффект реакции зависит лишь от начального и конечного состояния системы. Таким образом, при составлении теплового баланса можно не интересоваться течением процессов, происходящих внутри электролизера, а важно знать, какие вещества и в каких количествах попадают в электролизер, какие конечные вещества и в каких количествах получаются, сколько тепла затрачивается на осуществление превращений, происходящих в электролизере, и теряется в окружающее пространство. Тепловой баланс составляют применительно к заранее принятой температуре, например к температуре электролиза, 0°, 25°С или к температуре окружающего воздуха. По этому вопросу имеются различные мнения, но конечные данные получаются одинаковыми независимо от принятой температуры. Обычно это 25°С или температура, при которой протекает процесс. Уравнения тепловых балансов имеют вид: 1. при температуре электролиза Qэл + Q/ан + Qис = Q/разл + Qнагр + Qп. 2. при 25°C (289ОК) или любой другой температуре ниже температуры плавления Qэл + Qан + Qтс = Qразл + Qмет + Qгаз + Qп. Как видно из приведенных уравнений, баланс при температуре электролиза учитывает: в приходной части: - тепло от электрической энергии Qэл = 3,598 * Uгр * I, кДж/ч (Uгр - греющее напряжение, В; 3,598 - тепловой эквивалент ватт-часа, кДж/Вт*ч); - тепловые эффекты процессов сгорания углерода Q/ан; - используемое тепло анодных газов Qис; в расходной части: - тепловой эффект реакции разложения Q/разл; - тепло, расходуемое на нагрев и плавление загружаемых материалов Qнагр; - тепловые потери Qп. Баланс при 25°С учитывает: в приходной части: - тепло от электрической энергии Qэл = 3,598 * Uгр * I; - тепловые эффекты процессов сгорания углерода Qан; - теплосодержание загружаемых материалов в интервале температур от 298°К до их фактической температуры Qтс;
в расходной части: - тепло, необходимое на разложение глинозема Qразл; - тепло, уносимое вылитым металлом Qмет; - тепло, уносимое отходящими газами Qгаз; - тепловые потери в окружающее пространство конструктивными элементами электролизера Qп. Сравнение этих двух балансов показывает следующее: 1. Баланс при температуре электролиза требует учета количества и состояния только исходных материалов; конечные продукты и отходы можно не учитывать. Баланс при 25°С должен учитывать тепло загружаемых исходных материалов, полученных продуктов и отходов. Поэтому при снятии тепловых балансов действующих ванн объем работы и количество расчетов для балансов, приведенных к температуре электролиза, могут заметно сократиться. Однако при этом требуется определять используемое тепло анодных газов, что вызывает необходимость измерять или рассчитывать их количество или температуру. 2. Баланс при температуре электролиза находится ближе к действительным процессам, так как все величины реальны. В балансе с другой температурой некоторые величины имеют условное значение (например, тепловой эффект реакции при 25°С). В ряде случаев можно пользоваться измеренными величинами, не пересчитывая их, согласно температуре баланса. 3. Баланс при температуре 25°С более логичен в отношении энерго-и массобмена электролизера со средой: тепло поступает с материалами и уносится с продуктами и отходами. Можно пользоваться таблицами стандартных тепловых эффектов, без пересчета. Тепловые балансы обоих видов остаются равноправными и выбор любого из них практически не влияет на конечный результат. В случае приведения баланса к температуре электролиза необходимо вводить данные о тепловых эффектах при температуре процесса, но это делает расчеты менее точными из-за отсутствия надежных сведений. В балансе при 25°С можно не учитывать изменение теплосодержание материалов, загружаемых в электролизер, в пределах температуры корпуса Тк – 298О К (температура баланса). Эти температуры близки между собой, следовательно, ими можно пренебречь.. Тепловой баланс, снятый с действующих электролизеров, считается удовлетворительным, если расхождение между расходной и приходной частями не превышает 5 – 8%. В проектируемых электролизерах дебаланс должен быть не более 1,5 - 2 %. При составлении теплового баланса используются данные конструктивного, материального и электрического расчетов. Термодинамические расчеты Уравнение теплового баланса алюминиевого электролизера представляем в следующем виде: Qэл + Qан = Qразл + Qмат + Qреак + Qме + Qгаз + Qп, где Qэл - приход тепла от электроэнергии, ккал/ч; Qан- приход тепла от сгорания анода, ккал/ч; Qразл - тепло необходимое для разложения глинозема, ккал/ч; Qмат - тепло необходимое для нагрева и плавления загружаемых материалов, ккал/ч; Qреак -расход тепла на реакцию, ккал/ч; Qме - тепло, уносимое с вылитым металлом, ккал/ч; Qгаз - тепло уносимое с анодными газами, ккал/ч, Qп - потери тепла в окружающее пространство, ккал/ч. I. ПРИХОД 1. Приход тепла от прохождения электрического тока определяем по уравнению: Qэл = 0,86 * I * Uгр, ккал/ч; Qэл = 0,86 * 220000 * 3,887 = 735420,4 ккал/ч,
где I - сала тока на электролизере, А; Uгр - греющее напряжение на электролизере, В; 0,86 - тепловой эквивалент ватт-часа, ккал/Вт*ч 2. приход тепла от сгорания угольного анода определяется зависимостью: Qан = PСО2 * ∆НСО2 + PСО * ∆НСО; где РСО2 и РСО - соответственно число киломолей в час СО иСО2; ∆НСО2 и ∆НСО - соответственно тепловые эффекты реакций образования СО и CО2 из углерода и кислорода, ккал/кмоль; Т1 - температура окружающей среды. Число киломолей РСО2 и РСО в час определяем из уравнений: РСО2 = 18,657*10-6 * I * ηт *[m/(1 + m)]; РCO = 18,657*10-6 * I * ηт *[1 - m/(1 + m)]; РСО2 = 18,657*10-6 * 220*103 * 0,926 * 0,375 = 1,425кмоль/ч; РCO = 18,657*10-6 * 220*103 * 0,926 * 0,25 = 0,950 кмоль/ч, где I - сила тока, А; ηт - выход до току, доли единицы; m - объемная доля CO2 в анодных газах, m= 0,6 (60%). Тепловые эффекты реакций образования окиси и двуокиси углерода при температуре равной 30°С (303OK) принимаем по справочным данным: HCO2 = 94050 ккал/кмоль; HCO = 26400 ккал/кмоль, Используя полученные данные рассчитываем приход тепла от сгорания анода: Qан = 1,425 * 94050 + 0,950 * 26400 = 159101,25 ккал/ч. Итого. приход тепла составляет: Qприх = Qэл + Qан; Qприх = 735420,4 + 159101,25 = 894521,25 ккал/ч. II. РАСХОД 1. Расход тепла на разложение глинозема определяется следующей зависимостью: Qразл = РAl2O3 * ∆HAl2O3; где РAl2O3 - расход глинозема на электролитическое разложение, кмоль/ч; ∆HAl2O3 - тепловой эффект реакции образования окиси алюминия при температуре 30°С (303ОК) принимаем по справочным данным: ∆HAl2O3 = 400000 ккал/кмоль. РAl2O3 = 1/2РAl = I * ηт * 10-3/6F; где PAl - число киломолей в час алюминия, определяется из уравнения: PAl = I * ηт * 10-3/3F кмоль/ч, где I - сила тока, А; ηт - выход по току, доли единицы; F- число Фарадея, F=26,8 A*ч. РAl = 220000 * 0,926 * 10-3 / 3 * 26,8 = 2,534 кмоль/ч; РAl2O3 = 1/ 2 *2,534 = 1,267 кмоль/ч. Подставляя принятые и полученные значения в уравнение, определяем расход тепла на разложение глинозема, ккал/ч. Qразл = 1,267 * 400000 = 506800 ккал/ч. 2. Потери тепла с вылитым металлом определяем по уравнению: Qме = РAl (jAl – jAl) где - РAl число киломолей в час алюминия; jAl, jAl - теплосодержание алюминия при температуре 960 и 30°С, ккал/кмоль, принимаем по справочным данным: jAl =8967,8 ккал/кмоль; jAl =173,8 ккал/кмоль. Qме = 2,534 * (8967,8 – 173,8) = 22283,996 ккал/ч. 3. Потери тепла с отходящими газами определяем по уравнению: Qгаз = РСО2 * (jCO2 – jCO2) + PCO * (jCO – jCO),
где РСО2 и PCO - соответственно число киломолей в час СО2 и СО; jCO2, jCO -соответственно теплосодержание окиси и двуокиси углерода при температуре отходящих газов, принимаем равной 550°С; jCO2, jCO - соответственно теплосодержание CO2 и СО при температуре окружающей среды 30°С. На основании практических данных принимаем: jCO2 = 9665 ккал/кмоль, jCO = 5933 ккал/кмоль, jCO2= 3923 ккал/кмоль, jCO = 2104 ккал/кмоль. Число киломолей РСО2, и РСО рассчитывали при определении тепла от сгорания угольного анода. Подставляя принятые и рассчитанные значения в уравнение определяем потери тепла с отходящими газами. Qгаз = 1,425(9665 – 3923) + 0,950(5933 – 2104) = 11819,9 ккал/ч. 4. Тепло необходимое на нагрев в расплавление материалов, загружаемых в электролизер рассчитываем до уравнению: Qмат = Qгл + Qф.с., где Qгл - потери тепла на нагрев а разложение глинозема: Qгл = ∆Нг * РAl2O3; Qгл = 249 * 121,98 = 30373,02 ккал/ч, ∆Нг -по справочным данным теплоcодержание глинозема в пределах температур 30 - 950°С составляет ∆Нг=249 ккал/кг; РAl2O3 - расход глинозема, кг/кг алюминия (данные материального баланса). Qф.с. = ∆Нф.с. * Рф.с.; Qф.с. = 426 * 2,67 = 1137,42 ккал/ч, ∆Нф.с. - по справочным данным теплосодержание для фтористых солей в пределах температур 30 - 950°C составляет (включая температуру плавленая) ∆Нф.с. =426 ккал/кг; Рф.с. - расход фторсолей, кг/кг алюминия (данные материального баланса). Используя справочные и рассчитанные значения, определяем количество тепла необходимое на нагрев и расплавление материалов, загружаемых в электролизер. Qмат = 30373,02 + 1137,42 = 31510,44 ккал/ч. 5. Расход тепла на реакцию: nС +nСO2 = 2 nСО определяем по уравнению: Qреакц = 0,075 * n * I * H где I - сила тока, кА; H - тепловой эффект реакции; принимаем по справочным данным H = 3362,7 ккал/кг; n - количество углерода, расходуемого по реакции: n = 3 * ηт + 1,5х – 3 / (2 – х); n = 3 * 0,926 + 1,5 * 0,55 -3 / (2 – 0,55) = 0,416, где ηт - выход по току, доли единицы; х - состав анодных газов (х = 0,55). Подставляя все найденные значения, определяем расход тепла на реакцию. Qреакц = 0,075 * 0,416 * 220 * 3362,7 = 23081,573 ккал/ч. 6. Потери тепла в окружающее пространство конструктивными элементами электролизера составляют: Qпот = Qприх – (Qразл + Qме + Qгаз + Qмат + Qреакц); Qпот = 894521,65 – (506800 + 22283,996 + 11819,9 + 31510,44 + 23081,573) = = 299025,741 ккал/ч. Используя рассчитанные выше значения, определяем расход тепла вэлектролизере: Qрасх = Qразл + Qме + Qгаз + Qмат + Qреакц + Qпот; Qрасх = 506800 + 22283,996 + 11819,9 + 31510,44 + 23081,573 + 299025,741 = = 894521,65 ккал/ч. Полученные данные сводам в таблицу: Таблица 3.3
Расчет серии
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2021-07-18; просмотров: 90; 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 - 3.138.68.182 (0.053 с.) |