Удельный расход электроэнергии

Для экономической оценки процесса электролиза важен расход энергии на получение единицы продукции. Известно, что общий расход электроэнергии А, Вт*ч рассчитывается по закону Джоуля-Ленца

А = I² * R* τ (4.8)

где I – сила тока, А;

R –электросопротивление проводника, Ом;

τ – время, час.

На действующем электролизёре весьма сложно измерить сопротивление всех проводников тока: анодной массы, штырей, электролита, подины, поэтому, применяя закон Ома (I = U/R), откуда U = I * R, используют значение среднего напряжения на ванне, которое легко измерить. Тогда расход электроэнергии А при электролизе можно найти как

А = I * Uс * τ (А*В*ч или Вт*ч) (4.9)

где I – сила тока, А;

Uс – среднее напряжение на электролизёре, В;

τ – время, час.

Если расход энергии разделить на количество металла, полученного за то же время, можно определить удельный расход электроэнергии:

W = (4.10)

Подставив вместо А и m_пр их значения (4.9) и проведя сокращения в формуле, получим

W = = Вт*ч/г (4.11)

где I – сила тока, А;

Uс – среднее напряжение на электролизёре, В;

τ – время, ч.;

j – электрохимический эквивалент, г/(А*ч);

η – выход по току, д.е.;

Проведя соответствующие преобразования с единицами измерения, на производстве используют формулу

W = кВт*ч/т (4.12)

где Uс – среднее напряжение на электролизёре, В;

0,335 – электрохимический эквивалент алюминия, кг/(кА*ч)

η – выход по току, %;

Основные параметры электролиза (температура, сила тока, напряжение на ванне, состав электролита и др.) влияют только на изменение падения напряжения в электролите и соответственно на удельный расход энергии. Зависимость удельного расхода энергии от расстояния между электродами и плотности тока сложна, так как с их увеличением падение напряжения в электролите растет, что увеличивает расход энергии, но при этом также возрастает выход по току, что должно снижать расход энергии.

Выход по энергии

Под выходом по энергии обычно понимают степень использования электрической энергии при производстве данного продукта. На производстве принято оценивать использование электроэнергии величиной, обратной удельному расходу электроэнергии, называемой выходом по энергии

η_э = (4.13)

Подставляя значения W и производя соответствующие упрощения, получаем выражение выхода по электроэнергии

η_э = г/(кВт*ч) (4.14)

где 0,335 – электрохимический эквивалент алюминия, г/(А*ч)

η - выход по току, %;

Uc - среднее напряжение на ванне, В.

Эта величина выражает количество алюминия, полученного при затрате 1 кВт*ч электроэнергии постоянного тока. На промышленных электролизерах в зависимости от их конструктивных особенностей и условий технологического режима выход составляет от 60 до 70 г/(кВт*ч).

Из формул (4.12) и (4.14) видно, что чем выше выход по току и чем ниже среднее напряжение на электролизере, тем эффективнее расходуется электрическая энергия при производстве алюминия. Следовательно, на производстве на каждом электролизёре необходимо повышать выход по току и снижать напряжение на ванне.

Надо отметить, что по формулам (4.12) и (4.14) определяются затраты энергии непосредственно в ванне. Однако на самом деле энергии расходуется больше из-за перевода переменного тока, подаваемого электростанцией, в постоянный в трансформаторах и выпрямителях подстанции, а также расхода тока на собственные нужды подстанции.