Изчисляване на топлинния баланс на Electrolyzers

Технологични изчисления електрохимично устройство включват изчисляване на топлинния баланс. Изчисляване на резултатите на топлинния баланс може да се провери ефективността на съхраняване на термично равновесие при избраните условия на процеса или да избере отново очаква топлоизолация на клетката.

Като правило, целия обем на електролизера е около същата температура. В този случай, добро приближение е представянето на електрохимична апаратура като идеално смесване зона. В зависимост от процеса и неговите хардуер дизайн изчисляват стационарни или нестационарни топлинни баланси. За процеси с непрекъсната циркулация на електролита (например, хидрометалургия) на интерес изчисляване на температурата на електролита осъществява по който постоянна температура се поддържа в банята. Това води до стационарна термичен баланс. За покритие, с временни товаренето и разтоварването на части, че е важно да се проследи промяната в температурата време на електролита в електролитната клетка, това е, за да се изчисли преходно топлинния баланс.

4.1. Уравнението на основния топлинен баланс

Скоростта на изменение на топлина идеално смесване зона () се определя от разликата в топлина скорост вход на входящите потоци и скоростта на отвеждане на топлината от изтичащия поток плюс скоростта на промяна на топлина от източника на топлина вътре идеално смесване зона:

където V - обем на идеално смесване зона (обем на електролита в електрохимичната устройство); - специфичен топлинен капацитет на електролита, J / кг / °: Т - температура на електролита, 0 К; т - време, S; - общия интензитет на топлинния източник на идеално смесване зона J / сек.

Стойности с инсулти характеризират параметри стойност в входящи потоци без тирета - в изтичащия поток.

Плътност стойности (с), с обемна скорост () и концентрация на компонентите (XI) на входящи и изходящи потоци ще бъдат известни или изчислени материален баланс.

J = 1. п - номер на входящите потоци. За повечето хидрометалургични процеси входящ поток на един - се топлина, подадена към потока на кръвообращението. За галванични апарат трябва да се счита, най-малко два входящи потоци: топлината, въведена с подробностите и електролита, който се предлага на детайлите. Освен това, като се има предвид, когато топлинният поток, подадена от детайлите, е удобно да пиша:

където теглото на елементите, влизащи в електролитната клетка за единица време.

Известно е, че специфичният топлинен капацитет на електролита зависи от неговия състав и температура [22]

X = (X1, Х2 XI XK ..) - вектор, на стойности на концентрацията безразмерна (масова част) на всички к компоненти.

Специфичната топлина капацитет на електролита изчислява като сумата на специфичните топлини на отделните компоненти на тяхната безразмерна концентрация

при което - специфичната топлина на аз-ти компонент, взети от референтната [23], и Xi - масова фракция от и-ти компонент.

Промяната във времето на специфичната топлина на електролита се определя от уравнението

Едновременно разтвор на уравнения (4.1, 4.4 и 4.5) позволява да се открие промяна на температурата на капацитета на топлина и електролита във ваната по време на електролизата. За решаването на системата от диференциални уравнения, за да се определят началните условия, т.е. стойността на температурата на електролита в първоначалния път :.

Характеристики на входящите потоци, и стойността на общия интензитет на топлинния източник трябва да бъдат известни или предварително изчислени. Сложността на нестабилна топлинния баланс е, че стойността на QT, виж, S зависи от температурата на електролита в електролитната клетка, която варира във времето. неустойчив на топлина система уравнение баланс се решава чрез числено интегриране на стъпките от време, и QT стойност трябва да се изчислява при всяка стъпка, виж S.

числено интегриране на уравненията са:

Т п = Т п -1 + дТ п. (4.6)

т = п т п-1 + DT. (4.8)

където п - стъпка изчисление, DT на - определен интервал от време.

Загрява се балансира електрохимично устройство може да бъде оценена чрез промяна на температурата на електролита по време на интервала от време. Смята се, че количеството на електролита в клетката, както и способността му плътност и топлина за избрания времеви интервал е променен леко, след това уравнение (4.1) може да се запише в следната форма:

Промяната на температурата на електролита по време на интервала от време ще бъде:

С тази оценява изчисление се приема, че (трансфера на топлина през стените и дъното на клетката, с огледалата за електролит, и предаването на топлина по време на изпаряване) на интензитета топлина остане постоянна. Ако промяната на температурата ще бъде положителна стойност. електролита се загрява, и ако отрицателен - това се охлажда. Отопление на електролита не ще доведе до промяна в процес Режим на топлина, тъй като те ще се случи едновременно с увеличаването на загубата на топлина в резултат на обмен с околната среда. Когато е необходима значителна промяна в температура за осигуряване на загряване или охлаждане топлообменници, и да се повтаря изчисляването на термично равновесие.

Изчисляване на топлинния баланс е малко опростено ако отидем в стационарни условия. Стационарна баланс топлина позволява да се изчисли температурата и специфичната топлина на входящия поток (Т # 900;, ср # 900) се изисква да се осигури в електролитна клетка постоянна температура (Т, СР = конст). В уравнение (4.1) времето производни изчезват. Ако приемем, че един входящ поток (п = 1), уравнение (4.1) е:

Цялостна система от уравнения стационарен топлинен баланс е както следва:

4.2. Изчисляване на общия интензитет на топлинни източници

в идеален в зоната на смесване

Общата интензивност на топлинните източници, образувани от интензивността на топлина поради химическата (QT, см х) и електрохимичната (QT, см, а) реакции, проявяващи се в електролитната клетка, скоростта на промяна на топлина дължимата сума за транспортиране явления (чрез конвекция, чрез радиация, топлопроводимост и процеса масов транспорт) (QT, cm, п) и промени в интензитета на топлина по време на промяна на състоянието на агрегация средства (най-вероятно за водни разтвори е изпарението на водата) (QT, см, а):