Влияние различных факторов на удельный расход электроэнергии

30.01.2017

По формуле (19) удельного расхода электроэнергии видно, что он прямо пропорционален напряжению на электролизере и обратно пропорционален выходу по току. Следовательно, при прочих одинаковых условиях, вое факторы, определяющие высокий выход по току, соответственно снижают удельный расход электроэнергии.
Для выяснения влияния различных факторов на напряжение рассмотрим каждое из составляющих его значений в отдельности.
Полное напряжение на зажимах электролизера равно:
Влияние различных факторов на удельный расход электроэнергии

где V — напряжение на зажимах электролизера, в;
Vош — перепад напряжения в ошиновке и контактах, в;
Vа — то же в аноде, в;
Vк — то же в катоде, в;
Vэ — то же в электролите, в;
Vр — напряжение разложения, в.
Перепад напряжения в ошиновке определяется выражением
Влияние различных факторов на удельный расход электроэнергии

где Vош — перепад напряжения в ошиновке, в;
i1, i2...in — величина тока в соответственных участках ошиновки, а;
r1, r2...rn — сопротивление этих участков ошиновки, ом;
ΣVкoн — общая потеря напряжения в контактах, в.
Перепад напряжения в ошиновке и контактах зависит от сечения шин (проходной плотности тока), количества И состояния контактов, а также от плотности тока в контактах. Методы, которыми пользуются для сохранения минимального напряжения в ошиновке, описаны в главах о конструкции и работе электролизеров.
Перепад напряжения в аноде и катоде определяется выражениями:
Влияние различных факторов на удельный расход электроэнергии

где Vа и Vк — перепад напряжения в аноде и катоде, в;
ia и iк — величина тока, проходящего через анод и катод, а;
la и lк — путь тока в аноде и катоде, см;
Sa и Sк — поперечное сечение анода и катодной штанги, см2;
рa и рк — удельное сопротивление материала анода и катода.
Для получения минимальных перепадов напряжения в катоде и аноде принимают максимально возможное по конструктивным соображениям поперечное сечение, а также минимальную длину катодных штанг и графитовых брусьев анода. Одним из способов сокращения длины анода (пути тока в нем) является применение двухстороннего (бокового) ввода анодов в электролизер. Графит для анодов должен обладать по возможности низким удельным электросопротивлением.
Перепад напряжения в электролите определяется выражением
Влияние различных факторов на удельный расход электроэнергии

или же, принимая I/F = D, получим
Влияние различных факторов на удельный расход электроэнергии

где Vэ — перепад напряжения в электролите, в;
I — величина тока, проходящего через электролит, а,
L — расстояние между рабочими поверхностями анода и катода, см;
F — среднегеометрическая рабочая площадь электродов, см2;
D — среднегеометрическая плотность тока, а/см2;
н — удельная электропроводность, ом-1см-1.
Величину напряжения разложения MgCl2 в узком интервале температур и при данной средней концентрации всех компонентов электролита можно считать постоянной. Точно так же величины Vош, Vа и Vк при нормальной работе и правильной эксплуатации электролизера имеют некоторые средние постоянные значения для каждого электролизера в зависимости от его конструкции и мощности.
Таким образом, напряжение на электролизере зависит главным образом от величины падения напряжения в электролите. Поэтому, при прочих одинаковых условиях, удельный расход энергии тем ниже, чем ниже плотность тока и расстояние между электродами и чем выше электропроводность электролита Однако следует учитывать, что снижение плотности тока и особенно межэлектродного расстояния ниже определенных пределов приводит к снижению выхода по току. Кроме того, значительное снижение плотности тока влечет за собой увеличение размеров этектролизера и снижение его удельной производительности на единицу рабочего объема, что в конечном счете может оказаться экономически невыгодным.
Поэтому, как уже было указано выше, плотность тока и расстояние между электродами принимают с учетом их совокупного влияния на выход по току и на удельный расход электроэнергии.
Электропроводность электролита оказывает существенное влияние на удельный расход электроэнергии. С точки зрения влияния состава электролита на его электропроводность и, соответственно, на удельный расход электроэнергии, целесообразно применять электролит с повышенным содержанием NaCl и CaCl2 и с умеренным содержанием MgCl2. Следует учитывать при этом, что электропроводность электролита понижается с повышением его вязкости, поэтому содержание CaCl2 и NaCl не должно допускаться до предела, при котором отрицательное влияние вязкости становится заметным.