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理论计算《依50标方每小时的电解槽》

1. 确定关键参数

产氢量:50标方每小时(Nm³/h)。

产氧量:约为产氢量的一半,即25标方每小时。

设计电流密度:一般选择3000 A/m²,这是一个常用的电流密度。

2. 计算电解槽电流

根据设计电流密度和电解槽有效活性区域直径计算电解槽电流:

 I=i×S

其中,i为电流密度,SS为有效电解面积。

假设电解槽有效活性区域直径为200cm(即2m),

则: S=π×1=3.14 ㎡

I=3000 A/㎡×3.14 ㎡=9420 A

3. 计算电解小室数

根据电解槽电流和制氢量设计值计算电解小室数。首先需要计算制取1 Nm³氢气所需的电量:

Q=2 mol×96485 C/mol÷3600 s÷0.00224 m³/mol=2380A·h/Nm³H2

假设电解槽在9420 A的电流下运行1小时,那么单个小室的产氢量为: V=9420 A÷2380A·h/Nm³H2=3.95 Nm³/h

那么一台50 Nm³/h的碱性电解槽的小室数 N 为:

 N=50÷3.95≈12.66

实际设计中,一般小室数会取10%的余量,因此小室数为: 

N=12.66×1.1≈13.92

取整数,小室数为14个。

4. 计算电解槽总电压和总功率

在3000 A/m²的电流密度下,小室电压 E0取1.85V。电解槽采用“中间正,两边负”的接线方式,相当于7个小室串联,那么电解槽的总电压E为:

E总=7×1.85=12.95

电解槽总电流I总为:

 I总=9420×2=18840

电解槽总功率P为:

P总=E总×I总=12.95 V×9420×2A=244.0 kW

5. 耗水量计算

根据反应式的质量守恒,生成1molH₂需要消耗1mol水,那么生成1Nm³ H₂需要消耗的反应水的体积为0.8L。整体电解槽的反应水消耗量为:

50 Nm³/h×0.8 L/Nm³=40L/h

6. 电解槽尺寸和结构设计

电解槽的尺寸和结构要综合考虑密封性,和流体的流动特性。选择合适的极框宽度,通过相关核算计算合适的流道尺寸等。

6. 其他参数(仅供参考)

氢气纯度:≥99.8%。

工作压力:1.5~2.0MPa。

工作温度:95±5℃。

冷却水流量:根据实际需要进行计算和设计,一般为110~150m³/h。

冷却水温度:≤32℃。

冷却水压力:0.4~0.6MPa。

冷却水水质:≤6德国度。

通过以上步骤和参数,可以设计出一台50标方每小时的制氢电解槽。