Ii. Texnolog

2.4. Issiqlik balansi.
Qurilmaning umumiy o'lchamlarini berilgan ishlab chiqarish quvvati asosida hisoblaymiz .
Q =75000 t/yil.
Qurilmani ta'mirlash uchun zarur bo'lgan vaqtni hisobga olgan holda yiliga 355 kun to'xtovsiz ishlaydi deb olamiz. Ishlash qiymatini kg/soat ga o’tkazamiz:

Elektrolizatorning 1 soatlik ish faoliyatini hisoblash formulasi:
Q_soat=I∙τ∙B_т∙q
bu erda:
i – tok kuchi;
τ-ish vaqti, (soat);
𝐵t-tok chiqishi, birlik fraktsiyalarida;
q-elektrokimyoviy ekvivalent, g/(a∙soat)
Moddaning elektrokimyoviy ekvivalentini topish uchun moddaning ekvivelent massasini Faradey soni= 96500 ga bo’lish kerak bo’ladi.
= = 2.18 g/(a∙soat)
( Q_soat=I∙τ∙B_т∙q) formuladan kelib chiqib, jarayonni amalga oshirish uchun zarur bo'lgan umumiy tok kuchini hisoblashimiz mumkin.


Oqim qiymatlarini bilish va 200 A/m2 oqim zichligi qiymatini olish orqali katodning umumiy ish maydonini quyidagi formula bo'yicha hisoblash mumkin.

=21.25 м²
Katod yuzasining 70% elektrolitga botiriladi. Bunga asoslanib, umumiy katodlarning maydoni:
=30.36m²
Baraban katodining kengligini bilib, uning diametrini aniqlash mumkin. Quyidagi formula bo'yicha baraban-katodning diametrini aniqlaymiz:
S_кат=2∙π∙r∙H=π∙D∙H;
= =6.04 m
Baraban katodining bunday diametri juda katta bo'lganligi sababli, biz jarayonni bir nechta qurilmalarga ajratishga qaror qilamiz. Diametri 2 m ga teng va bitta katodning sirt maydoni bo'ladi:
S_кат=π∙D∙H=3,14∙2∙1,6=10.05 м².
Qurilmalar soni formula bo'yicha hisoblanadi:
=3,02≈3 ta apparat.
Katodning ish maydonini hisoblang:
S_р.к.=10,05∙0,7=7.035 м².
1 ta qurilmaga qanday oqim etkazib berish kerakligini hisoblashimiz mumkin:
I=200∙7.035=1407 А.
Anod katod yuzasiga mos ravishda elektroliz vannasining pastki qismida joylashgan kemerli plastinka shaklida joylashtiriladi. Anodning maydoni formula bo'yicha hisoblanadi:
S=L∙H.
Katod va anod orasidagi masofa 20 mm, shuning uchun anod yoyi radiusi katod radiusidan 20 mm kattaroq va 1,52 m ga teng.
Yoy uzunligi formula bo'yicha hisoblanadi:

bu erda: r-yoy radiusi, m;
a-yoyning ichki burchagi.
S_(a)=π∙R∙H∙1,25=9,67 м².
Anodik oqim zichligini hisoblang:
= =146A/m²
Keyinchalik, anod qalinligi 10 mm bo'lgan 2 ta qo'rg'oshindan elektrod tayyorlanganligini hisobga olib, vannaning umumiy o'lchamlarini aniqlaymiz .
Jarayon elektrolitning mavjudligini faqat katod va anod orasidagi bo'shliqda talab qiladi, bu elektrolitlar oqimining pasayishi bilan bog'liq. Vannaning pastki qismi yumaloq shaklga ega bo'ladi, elektrodlarga koaksiyal bo'ladi.
Vannaning uzunligi katodning diametrini, elektrodlar orasidagi masofani, anodning qalinligini hisobga olgan holda hisoblanadi. Uzunligi 3060 mm.
Vannaning kengligi katodning diametri va katoddan vannaning devorlarigacha bo'lgan masofani hisobga olgan holda hisoblanadi, har tomondan 10 mm.
Hisoblash qulayligi uchun vannaning hajmi yuqori va pastki qismlarning hajmlari yig'indisidan hisoblanadi:
^Vобщ^=Vв.ч. ^{+ V}н.ч.
Yuqori qismi parallelepiped bo'lib, uning hajmi vannaning uzunligi, balandligi va kengligi mahsuloti sifatida formulaga muvofiq hisoblanadi:
V_в.ч.=a∙b∙c.
Yuqori qismning balandligi katod diametrining 30% ni tashkil qiladi.
V_в.ч.=3,06∙1,62∙⁽3∙0,3⁾=4,46 м³.

Vannaning umumiy balandligi 2450 mm, toshib ketmaslik uchun qo’shimchasi bilan 100 mm qo'shib olamiz.

Pastki qismning hajmi silindrning yarmini tashkil qiladi va formula bo'yicha hisoblanadi:
V_н.ч.=0,5∙π∙r²∙H=0,5∙3,14∙1,52²∙1,62=5,88 м³.
Elektrolitik membrananing normal ishlashi uchun issiqlik muvozanati barqaror elektroliz rejimida vaqt birligi uchun issiqlik iste'moliga teng bo'lganda issiqlik muvozanatini kuzatish kerak.
Elektrolizatorning issiqlik balansini hisoblash:
^{∑ Q}приход ^{= ∑ Q}расх
^QДж^{+ Q}эл-та^{= Q}г^{+ Q}отр^{+ Q}потерь
Joule issiqligini quyidagi formuladan foydalanib hisoblash mumkin:
Q_Дж = U_гр ∙ I ∙ τ
bu erda:
Uгр -isitish kuchlanishi (V);
τ - vaqt (s).
^Uгр^=Uvan ^{– E∙B}Т
U_гр = 1,118 – 0,337∙0,95 = 0,798 V
Q_Дж= 0,798 ∙ 1407 ∙ 3600 = 4042029.6 J.
Keyinchalik, elektrolitlar tomonidan kiritilgan issiqlikni aniqlaymiz. Elektroliz jarayoniga kiradigan elektrolitning harorati 55 ° C yoki 328 K.
_Qэ= C_pэ∙ m_э∙ T_вх
bu erda:
Cp – solishtirma issiqlik sig'imi, kJ/g∙°C;
m - dastlabki massa, kg;
T_вх - kiruvchi elektrolitning harorati, K.
Elektrolit komponentlarining o'ziga xos issiqlik sig'imi:
C_p(NaCl)=3.16KJ/g∙℃, C_p(NaCl)=3.28KJ/g∙℃ C_p(NaCl)=3.5KJ/g∙℃.
^Cpэ^{= ∑ Cp}комп ^∙ω.
C_pэ= 3.16∙0,0567+3.28∙0,1815+3.5∙0,7617=3,44 KJ/g℃.
^{Vazifa shartlariga ko'ra, elektrolitlar massasi 8800000 g.}
Q_э= 3,44∙ 8800000 ∙ 328 =9929216000 j
^{NaOH bilan olib ketilgan issiqlikni aniqlaymiz:
NaOHning o'ziga xos issiqlik sig'imi :}
C_p(NaOH) = 6660.4 J/g∙°С.
Q_Cu= 666.4 ∙ ⁽328 – 298⁾ ∙ 2380 = 47579532 J.
Keyinchalik, elektrodlarda hosil bo'lgan gazlar tomonidan olib boriladigan issiqlikni aniqlaymiz. Gazlarning o'ziga xos issiqlik sig'imlari:
C_p(Cl2)=124 Kj/g∙℃; C_p(H2)=3408 Kj/g∙℃.
Q_gaz=C_p∙(T_gaz – T_dast)∙m_gaz.
^{Xlor bilan olib ketilgan issiqlik :}
Q_Cl2 =124∙⁽358 – 328⁾∙2500=9300000 Kj.
^{Vodorod bilan olib ketilgan issiqlik:}
Q_H2=3408∙⁽358 – 328⁾∙70.5=7207920 Kj.
^{Gazlar bilan olib ketilgan umumiy issiqlik:}
Q_gaz = 9300000+7207920=16507920 Kj.
Malumotlarda taqdim etilgan shartlarga ko'ra, o'tkazuvchanlik harorati jarayonda 55°C yoki 328 K ni tashkil qiladi. Elektrolit eritmasi bilan olib ketilgan issiqlikni hisoblashimiz mumkin:
_Qотр= C_pотр∙ m_отр∙ T_отр
C_p(^отр)= ∑ C_p(^отр)∙ω
C_{p(отр)=3,44 j/g*C}
Q_отр = 3,44∙ 328 ∙8800000 = 9929216000 J.
Hujayraning devorlari va pastki qismidan issiqlik uzatish natijasida issiqlik yo'qotilishi:
Q_{issiqlik berish}= α ∙ ∆T ∙ F ∙ τ
bu yerda:
a – issiqlik uzatish koeffitsienti, Vt/m2∙°C;
∆T - elektrolit va atrof-muhit o'rtasidagi harorat farqi, K;
F - issiqlik uzatish sirtining maydoni, m2.
Issiqlik uzatish koeffitsienti 0,19 Vt / m2∙ ° C ni tashkil qiladi. Sirt maydoni
issiqlik uzatish barcha yuzalar, devorlar, pastki, katodning maydonlaridan iborat: F = 60 m2. Issiqlik yo'qotilishini hisoblang:
Q_yo’qotish = 0,19 ∙ 30 ∙ 60 ∙ 3600 = 1231200 J.
Umumiy issiqlik sarfini va issiqlik sarfini hisoblang:
Q_kel = 4042029.6 [phone] = 2767918240 J.
Q_sarf = 47579532+16507920 [phone]+1231200 = 9994534652 J.
Olingan ma'lumotlarga asoslanib, elektrolitni istalgan haroratgacha isitish uchun sarflanishi kerak bo'lgan issiqlikni hisoblashimiz mumkin.
^Qisit^{= Q}sarf ^{– Q}kel
Q_isit=9994534652-2767918240=7226616412 J.