電解槽陽極面積0.08平方米,設計電流密度 8A/d,電流 640A, 但廠裡整流器最大輸出只有 500A。如果把電流密度提高到 10A/d ,總電流 800A,需要兩臺整流器並聯,但電流密度過高會導致陽極極化嚴重,槽電壓飆升,電能大部分浪費在發熱上。
林言拿起計算尺,在草稿紙上寫下塔菲爾公式:η=a+blog i,過電位隨電流密度對數增長。
他算了兩個工況,電流密度從 8 提高到 10,過電位只增加0.01V,看起來不多,但槽電壓裡佔大頭的是歐姆壓降。
他重新核算了電解液電阻率和極間距,確認五百安培下單臺整流器可以穩定執行,只是氟氣產量會比設計值低20%。
而聽到林言的計算結果後,趙德海當即搖搖頭否決:
“不行的林工,這樣改的話,咱們產量肯定不夠。”
林言思索良久,隨後提議道:“那咱們就改電解液配方。”
說著,林言就在稿紙上各種套公式並幫他講解:“降低氟化氫活度可以減少陽極過電位,同時把電解溫度從55 度降到 50 度,揮發損失能壓下來,有效產率可以補回一部分。”
接著林言又算了算熱平衡。
輸入功率減去有效功率,剩下的廢熱如果不散掉,電解液每小時升溫近九度。他在工藝卡片上寫下冷卻水夾套的流量:每分鐘 0.09 升。
電解槽的問題剛解決,氟化爐的熱分佈又卡住了。
立式氟化爐爐膛直徑200 毫米,高度 400 毫米。鎳鉻電熱絲繞在爐殼外壁,熱量從外向內傳導。爐膛中心溫度比靠近爐壁的溫度低,徑向溫差能達到30 度以上。更麻煩的是,四氟化鈾和氟氣的反應是放熱反應,下部反應區溫度會比上部高,軸向溫差也會拉大。
林言算了半天,發現純靠導熱沒法把溫差壓到可接受範圍,只能想辦法用外部儀器進行彌補。
想了許久,林言提議道:“要不咱們在爐膛里加一個鎳制均熱筒如何?”
隨即他將圖紙畫出並解釋:“直徑160 毫米,壁厚 2 毫米。鎳的導熱係數比四氟化鈾壓塊高 180 倍,這樣就能將徑向溫差從 30 度降到 1 度以內。”
軸向溫差他用了另一個辦法:在爐膛上部加了一個銅管螺旋散熱環,通冷卻水帶走反應區上竄的多餘熱量。冷卻水流量定在每分鐘 0.07 升。
但熱分佈問題剛解決,冷凝收集的傳質又出了大問題。
六氟化鈾氣體從氟化爐出來,溫度350 度,經過兩米長的管道進入冷凝瓶。管道必須保溫在 65 度以上,防止六氟化鈾凝華堵塞。
可氣體進入冷凝瓶後,又需要在瓶壁上凝華收集。流速太快,停留時間不夠,來不及凝華就被帶進尾氣吸收塔;
流速太慢,管道內滯留時間長,溫度下降,會在管道里凝華堵死。
林言拿起計算尺,開始算冷凝瓶的傳質速率。
凝華速率由傳質方程決定:N = kgA (Cg - Cs),傳質通量取決於氣相傳質係數、傳質面積和濃度差。
他算了雷諾數和舍伍德數,確認當前氣體流速下傳質係數偏低,冷凝瓶的傳質面積也不夠,只能想其他的改進方法:
“把冷凝瓶換成蛇形管冷凝器,傳質面積擴大三倍。管道保溫用石棉繩纏三層,外裹鋁箔,表面溫度能控制在六十度以上。”
3各不同領域的難題,林言都給出自己的三個方案,並且將工藝卡片遞給趙德海。對他和聲吩咐:“麻煩趙師傅了,請您接下來的時間就按我說的這個方案改。”
聽著林言的構思以及各種資料講解,趙德海連連點頭,並毫不猶豫地答應:
“行,只要林工你把理論資料講清楚,我便能幾乎百分百的準確做出來,儘量避免任何差錯。”
林言點點頭,隨後又將目光投向其他組內,看著他們的工作進度。








