4 Электрический баланс электролизера

4.1. Напряжение поляризации

Расчет напряжения поляризации для электролизеров с обожженными анодами проводится по эмпирическому уравнению:

, В

где – анодная плотность тока, А/см².

Для электролизеров с ОА величина напряжения поляризации на 0,15 – 0,20 В выше, чем для электролизеров с ВТ, что связано с менее развитой поверхностью обожженного анода, и, следовательно, высокой плотностью тока.

Таким образом, увеличив полученное значение на 0,15 В получим величину напряжения поляризации Е = 1,613 В

4.2Падение напряжения в обожженном аноде

Падение напряжения в обожженном аноде складывается из падения напряжения в угольной части, в контакте ниппель – анод, кронштейн – ниппель, штанга – кронштейн, в штанге, кронштейне и ниппеле.

4.2.1. Падение напряжения в угольной части анода

Падение напряжения в угольной части анода можно рассчитать по уравнению:

(В),

где - удельное электросопротивление анода, равное 0,005 Ом·см;

l_ср – среднее расстояние от подошвы анода до дна ниппельного гнезда, см;

S_а – общая площадь анода, см²;

Ф – форм-фактор электрического поля анода, который определяется размерами анода, размерами и числом ниппельных гнезд.

Расстояние от подошвы до дна ниппельного гнезда вычислим по формуле:

,

где H_б – высота анодного блока (53см);

h_н – глубина ниппельного гнезда(11см).

Общая площадь анода:

Форм-фактор электрического поля рассчитывается по выражению:

Ф=1+0,14·k,

где ;

,

где F_нб и F_нп - площадь боковой и полной поверхности ниппельного гнезда, соответственно;

ab – площадь подошвы анодного блока, см²;

n_н – число ниппелей в анодном блоке, шт.

Площадь подошвы анодного блока:

аb=84*55=4620см²

Площадь боковой поверхности ниппельного гнезда:

Площадь полной поверхности ниппельного гнезда:

,

где

Тогда:

Таким образом:

,

следовательно

Ф=1+0,14·9,79=2,37

Теперь мы можем найти падение напряжения в угольной части анода:

ΔU_уг=

4.2.2. Падение напряжения в контакте ниппель-анод

Падение напряжения в контакте ниппель - анод рассчитывается по уравнению:

Δ В,

где ρ_а - удельное электросопротивление анода, равное 0,005 Ом·см;

S – среднее сечение контакта, см²;

n_н – число ниппелей в одном блоке;

n_а – число блоков в анодном массиве.

Среднее сечение контакта определяется как среднеарифметическое между поверхностями ниппеля и ниппельного гнезда:

см²;

где

Тогда среднее сечение контакта:

Тогда напряжения в контакте ниппель – анод:

Δ В

4.2.3. Падение напряжения в контактах кронштейн – ниппель и штанга – кронштейн

Падение напряжения в контактах кронштейн – ниппель и штанга – кронштейн принимаются из опыта эксплуатации электролизеров:

ΔU_к-н+ΔU_ш-к=0,006В

4.2.4 Падение напряжения в ниппеле

Падение напряжения в ниппели рассчитываем по закону Ома:

,В

где ρ_н - удельное электросопротивление ниппеля, Ом·см;

1 - длина ниппеля, см;

S – площадь поперечного сечения ниппеля, см².

Удельное электросопротивление ниппеля определяется по формуле:

Ом·см,

где t – температура ниппеля, ˚С.

Ом·см.

Площадь поперечного сечения ниппеля:

Тогда падение напряжения в ниппели:

В