Calculul echilibrului termic al Electrolizoare

Calcule tehnologice dispozitiv electrochimic includ un calcul al bilanțului termic. Rezultatele de calcul ale căldurii echilibru posibilă verificarea eficacității conservării echilibrului termic în condițiile de proces selectate sau de a alege izolarea termică din nou proiectată a celulei.

Ca regulă generală, întregul volum al electrolizorului este aproximativ aceeași temperatură. În acest caz, o bună aproximare este reprezentarea unui aparat electrochimice ca o zonă de amestecare ideală. În funcție de procesul și echilibrele sale de proiectare hardware calculate staționare sau nestaționare de căldură. Pentru procesele cu circulație continuă a electrolitului (de exemplu, hidrometalurgie) de calculare a dobânzii a temperaturii electrolitului care intra la care temperatură constantă va fi menținută în baie. Acest lucru conduce la un echilibru termic staționar. Pentru placare cu încărcarea și descărcarea pieselor periodice este important să urmeze schimbarea temperaturii timp a electrolitului în celula electrolitică, adică, pentru a calcula echilibrul termic tranzitoriu.

4.1. Ecuația echilibrului termic de bază

Rata de schimbare în zona de amestecare ideală a căldurii () este determinată de diferența de rată de intrare de căldură la fluxurile de intrare și viteza de îndepărtare a căldurii din efluent plus rata de schimbare a căldurii de la sursele de căldură în interiorul zonei de amestecare ideală:

unde V - volumul unei zone de amestecare ideală (volumul electrolitului în dispozitivul electrochimică); - capacitatea termică specifică a electrolitului, J / kg / deg; T - temperatura electrolit, 0 K; t - timp, s; - intensitatea totală a sursei de căldură într-o zonă de amestecare ideală J / s.

Valorile cu accidente vasculare cerebrale caracterizează parametrii de valoare în fluxurile de intrare fără liniuțe - în apa uzată.

Valorile densității (r), o viteză spațială () și concentrația componentelor (xi) ale fluxurilor de intrare și de ieșire vor fi cunoscute sau calculate de bilanț material.

j = 1. n - numărul de fluxuri de intrare. Pentru cele mai multe procese hidrometalurgice un flux de intrare de un singur - este adus la căldură fluxul de circulație. Pentru aparatele de galvanizare trebuie să fie luate în considerare, cel puțin două fluxuri de intrare: căldura introdusă de detaliile și electrolit, care vine pe detalii. Mai mult decât atât, atunci când se analizează fluxul de căldură adus de detalii, este convenabil să scrie:

în care greutatea elementelor care intră în celula electrolitică pe unitatea de timp.

Este cunoscut faptul că căldura specifică a electrolitului depinde de compoziția și temperatură [22] ei

X = (x1, x2 xk xi ..) - un vector de valori ale concentrației adimensional (fracțiunea de masă) a tuturor componentelor k.

Capacitatea termică specifică a electrolitului calculate ca suma căldurilor specifice ale componentelor individuale privind concentrația adimensionale

în care - căldura specifică a componentului i-lea, luată din referință [23], și xi - fracțiunea de masă a componentului i-lea.

Schimbarea în timp a căldurii specifice a electrolitului este determinată de ecuația

Soluție simultană a ecuațiilor (4.1, 4.4 și 4.5), permite găsirea modificarea temperaturii capacității de căldură și electrolit în baia în timpul electrolizei. Pentru a rezolva sistemul de ecuații diferențiale necesare pentru a stabili condițiile inițiale, și anume valoarea temperaturii electrolitului în timpul inițial :.

Caracteristicile fluxurilor de intrare, iar valoarea intensitatea totală a sursei de căldură trebuie să fie cunoscute sau calculate anterior. Complexitatea echilibrului termic inconstant este că valoarea QT, vezi, S depinde de temperatura electrolitului în celula de electroliză, care variază în timp. Sistemul inconstant ecuație echilibru termic este rezolvată prin integrarea numerică a etapelor de timp, iar valoarea QT trebuie calculată la fiecare pas, a se vedea, S.

integrarea numerică a ecuațiilor sunt:

T n = T n -1 + dT n. (4.6)

t n = t n-1 + dt. (4.8)

unde n - etapa de calcul, dt - intervalul de timp specificat.

echilibru de căldură dispozitivul electrochimică poate fi evaluată prin modificarea temperaturii electrolitului în timpul intervalului de timp. Se crede că cantitatea de electrolit în celulă precum și capacitatea sa de densitate și căldură pentru intervalul de timp selectat este schimbat ușor, atunci ecuația (4.1) poate fi scrisă sub forma:

Modificarea temperaturii electrolitului în timpul intervalului de timp va fi:

Cu acest calcul estimat se presupune că (transferul de căldură prin perete și partea de jos a celulei, cu oglinzile electroliți și transferul de căldură în timpul evaporării) Intensitatea căldurii rămâne constantă. În cazul în care schimbarea temperaturii va fi o valoare pozitivă. electrolitul este încălzit, iar dacă este negativ - este răcit. Încălzirea electrolitului nu va avea ca rezultat o modificare a procesului modul de încălzire, deoarece acestea vor avea loc simultan cu creșterea pierderilor de căldură care rezultă din schimbul cu mediul. Atunci când este necesară o modificare semnificativă a temperaturii pentru a asigura încălzirea sau răcirea schimbătoare de căldură și pentru a repeta calculul echilibrului termic.

Calculul echilibrului termic este oarecum simplificată, dacă vom merge la condiții staționare. echilibru termic staționar permite calcularea temperaturii și căldura specifică a fluxului de intrare (T # 900;, cp # 900;) este necesar pentru a furniza temperatura celulei electrolitice constantă (T, cp = const). În ecuația derivaților (4.1) timpul dispare. Presupunând că un flux de intrare (n = 1), ecuația (4.1) devine:

Un sistem complet de ecuații echilibru termic staționar este după cum urmează:

4.2. Calcularea intensității totale a surselor de căldură

în zona de amestecare ideală

Intensitatea totală a surselor de căldură formate din intensitatea căldurii datorate chimice (QT, cm, x) și electrochimice (QT, cm, eh) reacții care apar în celula electrolitică, rata de schimbare cantitatea de căldură din cauza transportului fenomene (prin convecție, prin radiație, conductivitate termică și procesul transport de masă) (QT, cm, n) și modificarea intensității căldurii în timpul schimbarea stării de agregare a agenților (cel mai probabil pentru soluții apoase este evaporarea apei) (QT, cm, a):