Тепловой баланс электролизера

Поскольку электролиз расплавов идет при высокой темпе­ратуре, требуется рационально решить проблему поддержания необходимой температуры электролита. Источником тепла мо­жет быть либо внешний подогрев электролизера, либо джоулево тепло, выделяющееся в электролизере при прохождении тока. В настоящее время практически во всех промышленных электролизерах тепловой режим поддерживают постоянным током.

Тепловой баланс электролизера составляется по уравнению

Q_эл.эн + DН_п.э = Q_p + DН_газ + DН_Ме + DН_отр + Q_потерь (94).

Величина Q_{эл. эн} учитывает выделяющееся при прохожде­нии электрического тока тепло; W=IU вт (I - сила тока; U - падение напряжения на ванне). Чтобы вычислить количе­ство тепла в ккал, выделяющегося за 1 ч, используют выражение Q_эл.эн = [0,239^.3600^.IU]/1000 = 0,86IU. DН_п.э обозначает количество тепла, вносимое с расплавленным электролитом (если подпитка электролизера производится расплавом): DН_п.э = = r_п.э (DН_T - DН_To), где r_п.э - часовой расход питающего электролита; (DН_T - DН_T^o) - изменение теплосодержания элек­тролита в интервале: температура поступающего расплава Т - температура исходной соли Т_о.

Исходя из количества получаемого основного металла в час, можно подсчитать количество разлагающегося электроли­та. В этом случае мы пренебрегаем энергией, затрачиваемой на разложение примесей. Иногда приходится учитывать энер­гию на разложение образующихся в расплаве комплексов. Полная энергия разложения электролита Q_р = r_разлDH_разл, (r_разл - количество разлагающегося электролита; DH_разл - энтальпия реакции разложения). Энтальпия реакции разложения электролита равна энтальпии образования соеди­нения. Теоретически Q_р = r_разлI/n^.26,8, где n - валентность; 26,8 - количество ампер-часов, необходимых теоретически для разложения 1 г-экв вещества. DH_газ в уравнении теплового ба­ланса - это потери тепла с газами, уходящими из электро­лизера. Газы удаляются из электролизера при температуре электролиза

DH_газ = C_р (T_газ – T)r_газ

где r_газ - количество образующегося газа; С_р - теплоемкость; T_газ - температура газа; Т -температура окружающего воз­духа (298° К).

При расчете DH_газ необходимо учитывать, что при удалении анодных газов происходит подсос воздуха, который разбавляет выделяющийся газ и нагревается до температуры отходящих газов. Происходит также отсос воздуха из катодных ячеек, что также надо учитывать в тепловом балансе электролизера.

Другие величины в уравнении теплового баланса (94) элек­тролизера обозначают: DH_Me - потери тепла с извлекаемым металлом; DH_отр - потери тепла с отработанным электроли­том и шламом; Q_потерь - теплопотери в пространство (вычис­ляются по балансу).

При расчете теплопотерь с внешних поверхностей электро­лизера пользуются обычно выражениями для определения теп­лопередачи через стенки и теплопотери с поверхности. Для уменьшения тепловых потерь должна быть предусмотрена хоро­шая тепловая изоляция электролизера.

Важное значение имеет выбор конструкционных материа­лов для электролизера, так как загрязнения из футеровки ван­ны могут переходить в выделяемый металл. В некоторых слу­чаях наружную тепловую изоляцию электролизера подбирают так, чтобы на внутренней футеровке аппарата создавался не­большой слой гарниссажа (застывший слой электролита), ко­торый защищает футеровку от разрушения.

Таблица 44