Химия

Рабочая поверхность катода

$S = \frac {\pi \cdot d \cdot l \cdot 150}{360} = 1,96 м^2= 196 дм^2$.

Сила тока, проходящего через электролизер

$l = 10 А/дм^2 \cdot 196 дм^2 = 1960 А$.

При таком токе на катоде за 1 ч выделяется

$m_1 = \frac{63,54}{2 \cdot 96500} \cdot 1960 \cdot 3600 = 2323$ г меди.

Масса $1 м^2$ листовой меди при толщине $0,1 \: мм = 10^{-2}$ см равна

$m_2 = 10^4 \cdot 10^{-2} \cdot 8,93 = 893$ г.

Производительность электролизера $2323 : 893 = 2,601 м^2$ жести в час; за это время барабан сделает

$\nu = \frac{2,601}{ \pi \cdot d \cdot l} = 0,552$ оборота,

т. е. 1 оборот барабан совершает за 1 ч 49 мин.

В $1 дм^3$ питающего раствора на входе в электролизер содержится

$m_3 = \frac{230 \cdot 63,54}{249,5} = 58,57$ г меди.

В $1 дм^3$ электролита на выходе из электролизера содержится

$m_4 = \frac{230 \cdot 63,54}{249,5} = 53,48$ г меди.

Минимальная подача питающего раствора в расчете на медь должна составлять

$v = \frac{2323}{58,57 - 53,48} = 456,4 дм^3/ч$.

В соответствии с уравнениями электродных процессов

на катоде: $Cu^{2+} + 2e = Cu$,
на аноде: $2H_2O - 4e = 4H^{+} + O_2$

раствор обладает кислой реакцией, сульфат-анион не претерпевает никаких превращений, и суммарное уравнение процесса электролиза выглядит следующим образом:

$2CuSO_4 + 2H_2O = 2Cu + 2H_2SO_4 + O_2$.

Количеству меди, выделившемуся из $1 дм^3$ электролита ($58,57 - 53,48 = 5,09$ г), соответствует образование в растворе

$m_5 = \frac{5,09 \cdot 98}{63,54} = 7,85 \: г \: H_2SO_4$.

Следовательно, в $1 дм^3$ раствора на выходе из электролизера содержится 210 г $CuSO_4 \cdot 5 H_2O$ и $7,92 \: г H_2SO_4$.

Для получения в электролизере $1000 м^2$ медного листа Потребуется

$t = \frac{1000}{2,601} = 384,5$ ч,

при этом расход электроэнергии составит

$U = \frac{1960 \cdot 8,4}{1000} \cdot 384,5 = 6330 кВт \cdot ч$.