续表6-1
部位 电压组成 分解电压 工作电压总计 阳极效应 连接母线 平均电压总计 发热电压总计
电压降/mV 1550 4229.55 32.3 60 4314.14 发热电压/mV 1550 32.3 4021.2
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第七章 能量平衡
电解槽的能量平衡是指电解槽单位时间内由外部供给的能量与电解槽本身在同种环境进行物质交换与能量交换过程中所消耗的能量之间的平衡。
§7.1 计算方法与基础条件
(1) 计算方法
所谓计算体系，即计算对象的边界范围。计算体系可以任意选择，但必须包括生产设备的基本部分，否则所进行的计算就失去了实际意义。一般有两种计算体系:第一种是以槽底----槽壳----槽罩为其外部边界：另一种是以槽底----槽面----阳极为其计算体系边界。
(2) 计算基础条件
温度基础：取25℃作为计算基础； 时间：取1小时；
体系：槽底----槽壳----槽罩； 体系电压：V
槽底
+V
电解质
+V
阳极
+V
铁碳
+V
钢爪
+V
实际分压
+V
效应
=4021.2mV=4.0212V；
开罩时间：8min/次； 换阳极时间：6min/次； 电流强度：400kA；
阳极气体成分：CO2 75% CO 25%； 电流效率：94%； 排烟量：14400m3/h；
§7.2 能量平衡计算
§7.2.1 热量输入计算
(1) 电能收入
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1瓦电1秒产生0.239Cal热，则每小时产生0.86kCal
Q电=IV热=0.86×4.0212×400000=1383292.8kCal/h (7-1)
=5790463.66kJ/h
(2) 阳极反应所得热
每个电解槽每小时产铝量为：
P=0.3356Iηt=0.3356×400000×0.94×10-3=126.186kg/槽·h (7-2) =4.674kmol/槽·h
阳极气体中CO2占75% CO占25%，CO，CO2的生成量可按以下反应方程式计算：
Al2O3+12/7C→2Al+9/7CO2+3/7CO
则：
nCO2=nCO=
40674?9/7=3.0047kmol/槽?h2 4.674?3/7=1.0016kmol/槽?h2
电解温度为940℃~950℃。此时查的CO2和CO的生成热分别为94.49kCal/mol和27.05kCal/mol。
每个电解槽中：
CO2的生成热为：94.49×3.0047×103=283914.103kCal/h
CO的生成热为： 27.05×1.0016×103=27093.28kCal/h
则气体总生成热：
Q气=283914.103+27093.28=311007.383kCal/h
CO的燃烧热：
CO在火炎部分燃烧，使体系内空气温度升高，一般可认为燃烧50％，
CO+1/2O2=CO2
25℃时1kmolCO燃烧生成CO2，燃烧热为67630kCal， 则
QCO→CO2=67630×1.0016×50%=33869.104kCal/h=141776.07kJ/h §7.2.2 热量支出计算
1. Al2O3反应热
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Al2O3(s)→ 2Al(l)+1.5O2(g)
电解温度为950℃即1223K下查的Al2O3分解的自由能计算公尺为：
ΔFt=405760+3.75TlgT-92.22T
可得Al2O3的分解热为：
ΔFt=405760+3.75×1223×log1223-92.22×1223=292981.8kCal 每槽1h可分解Al2O3 238.36kg，即238.36/102=2.337mol
QAl2O3=2.337×292981.8=684698.47kCal/h=2866147.795kJ/h 2. 气体带走的热
电解槽气体流量：14600m3/h； 排烟管烟气温度 ：85℃；
气体(空气、CO、CO2等)平均比热：Cp=0.3kCal/m3·℃
Q气=Cp·V·Δt=0.3×14600×（85-25）=262800kCal/h=1100080.8kJ/h
3. 铝液带走的热量
电解温度：950℃ 铝的熔点：660℃
由物质的比热表可查得铝的熔化热：93kCal/kg 由物质的比热表可查的铝的比热：
298K~933K时 C0=4.96=0.00296T 933K~1273K时 Cp=7.00kCal/mol
则
Q933933 固=nAl?298C0dT=4.764?298(4.96+0.00296T)dT =20512.13kCal/h
Q熔=93.0×126.186=11735.298kCal/h
Q
固=nAl?1223933C933pdT=4.764?2987.00dT =9670.92kCal/h
所以QAl=Q固+Q熔+Q液=20516.13+11735.298+9670.92=41922.348kCal/h =175486.95kJ/h
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(7-3)
(7-4)
(7-5)
(7-6)
4. 残极带走的热 由
Al2O3+12/7→2Al+9/7CO2+3/7CO
知1mol氧化铝需12/7mol的碳，每块残极高度165mm，消耗375mm， 故
C残：C耗=165:375
则残极的量为：
C残=12/7?12nAl?16512/7?12?4.764?165==0.7985mol2?27?3752?27?375 (7-7)
由于残极损失时表面温度为450℃，电解质温度为950℃，故残极换出温度约为：
T残=450+950=700℃2
残极碳比热：Cp=4.01+1.02×10-3T-2.10×10-5T-2 故残极碳带走热量为： Q残=n残?973（4.10+1.02?10-3T-2.10?10-5T-2）dT 298 =2428.28kCal/h (7-8) 残极上覆盖有10mm的氧化铝，平均温度为500℃，带走热量1000kCal/h 残极总带走热量为：
2428.28+1000=3428.28kCal/h=14350.78kJ/h
5. 加热冰晶石、氟化铝
熔化冰晶石、氟化铝、氟化镁等需22W/kg-Al，则一小时需：
22×0.860×126.186=2387.44kCal/h=9993.82kJ/h
6. 散热损失
电解槽散热损失计算，采用传导计算法，在前人的基础上对角部采用分布场计算法，即槽底以下的面积采用几何平均面积，正对槽膛底的面积用等面积进行计算，角部用温度分布平均值进行计算。 侧部：
(由里向外)伸脚：平均厚度200mm；侧部炭块：125mm；钢壳：12mm
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