Конструктивный расчет электролизера
Министерство образования Красноярского края
КГБПОУ «Красноярский индустриально – металлургический техникум»
Код специальности 22.02.02
Рабочая тетрадь
МДК.01.02. МЕТАЛЛУРГИЯ ЛЁГКИХ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
ТЕМА 2.4 МЕТАЛЛУРГИЯ АЛЮМИНИЯ
Расчёт и проектирование электролизёра для получения алюминия
Преподаватель Л.Н. Минакова
Студент
Группа Мд –
Красноярск
2019
Содержание
Введение. 2
1 Материальный баланс электролизера. 2
1.1 Расчёт производительности электролизера. 2
1.2 Расчёт прихода сырья в электролизёр. 2
1.3 Расчёт продуктов электролиза. 2
1.4 Расчёт потерь сырья. 3
2 Конструктивный расчет электролизера. 4
2.1 Расчёт анодного устройства. 4
2.2 Расчёт катодного устройства. 5
3 Электрический расчёт электролизера. 7
3.1 Падение напряжения в анодном устройстве. 7
3.2 Падение напряжения в подине. 8
3.3 Доля падения напряжения от анодных эффектов. 8
3.4 Падение напряжения в электролите. 8
3.5 Падение напряжения в ошиновке. 9
4 Тепловой баланс электролизера. 10
4.1 Приход тепла. 10
4.2 Расход тепла. 10
5 Расчет количества оборудования и ТЭП.. 12
5.1 Расчёт рабочего напряжения КПП.. 12
5.2 Число установленных электролизёров в серии. 12
5.3 Число резервных и рабочих электролизеров. 12
5.4 Расчёт технико-экономических показателей СКЭ.. 13
|
|
Введение
В процессе электролиза криолитоглинозёмного расплава расходуются глинозём и фтористые соли, а также сгорает угольный анод. При этом образуются расплавленный алюминий и газообразные окислы углерода. На основании опыта эксплуатации электролизёров С-8БМ с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом задаёмся параметрами для расчета:
- сила тока серии, I = _______кА
- выход по току, h = ______ %
- анодная плотность тока dа = _____ А/см2
- цех состоит из n = ____ серий
Норму расхода сырья N, кг на получение 1 кг алюминия принимаем по практическим данным:
- глинозем, NГ =_________ кг
- фтористый алюминий, NФа =_________ кг
- фтористый кальций, NCа =_________ кг
- анодная масса, NМ =_________ кг
Для упрощения, расчёты ведём на один час работы электролизера.
Материальный баланс электролизера
В материальном балансе рассчитывают количество сырья и продуктов электролиза в единицу времени. Это необходимо для планирования закупок глинозёма и фторсолей, для определения мощности газоочистных установок и количества оборудования литейного цеха.
Расчёт производительности электролизера
Производительность электролизера РА1, кг согласно закону Фарадея составит
|
|
РА1 = j * I * τ * h (1)
где j - электрохимический эквивалент алюминия, 0,335 кг/(кА*час);
I - сила тока, кА;
τ - время, час;
h - выход по току, доли единицы.
РА1 =
Расчёт прихода сырья в электролизёр
Приход материалов в электролизёр рассчитывают по нормам расхода сырья на 1 кг алюминия и производительности электролизёра в час PAl. Тогда приход сырья составит
- глинозема RГ, кг
RГ = PAl * NГ (2)
RГ =
- фтористых солей RФ, кг
RФ = PAl * (NФа+ NCa), (3)
RФ =
- анодной массы RМ, кг
RМ = PAl * NМ (4)
RМ =
Расчёт продуктов электролиза
Количество анодных газов рассчитывают, исходя из их состава и реакций, протекающих в электролизёре (написать реакции):
Для упрощения расчета принимают состав анодных газов, % (масс.): двуокиси углерода СO2 - 60; окиси углерода СО - 40.
|
|
1.3.1 При получении PAl = ______ кг алюминия выделится кислорода mо, кг:
mо = (5)
где 48 и 54 – молярная масса соответственно кислорода и алюминия в глиноземе.
mо = --------------
Из этого количества кислорода в двуокись углерода свяжется mоco2, кг:
mоco2 = , (6)
где 60 и 40 – процентное содержание двуокиси углерода и окиси углерода соответственно.
mоco2 = ---------------
в окись углерода свяжется кислорода mоco, кг:
mоco = (7)
mоco = -------------------
1.3.2 Находим массу углерода, связанного в двуокись mcco2, кг:
mcco2 = (8)
где 12 и 16 атомные массы углерода и кислорода соответственно.
mcco2 = ----------------
и массу углерода связанного в окись mcco, кг:
mcco = (9)
mcco = --------------
1.3.3 Таким образом, в час выделяется оксидов Pco2 и Pco, кг:
Pco2 = mоco2 + mcco2 (10)
Pco2 =
Pco = mоco + mcco (11)
Pco =
Всего образуется анодных газов Ргаз, кг:
|
|
Ргаз = Pco2 + Pco (12)
Ргаз =
Расчёт потерь сырья
1.4.1 Теоретический расход глинозема составляет 1,89 кг на 1 кг алюминия. Перерасход глинозема объясняется наличием в его составе примесей и механическими потерями. Тогда потери глинозема G, кг составят:
G = PAl * (Nг – 1,89) (13)
G =
1.4.2 Потери углерода Rуг, кг находят по разности прихода в электролизёр анодной массы Rм и расхода углерода, связанного в окислы:
Rуг = Rм – (mcco2 + mcco) (14)
Rуг =
1.4.3 Приход фторсолей в электролизёр принимаем равным расходу.
Результаты расчета материального баланса приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Материальный баланс электролизера на силу тока _______ кА
Приход | кг | % | Расход | кг | % |
Глинозем |
|
| Алюминий | ||
Pco2 | |||||
Pco | |||||
Потери сырья, в т.ч.: | |||||
глинозема | |||||
Фтористые соли | фтористых солей | ||||
Анодная масса | анодной массы | ||||
Итого | 100,00 | Итого | 100,00 |
Конструктивный расчет электролизера
Конструктивный расчет электролизера служит для определения основных размеров (габаритов) электролизера и размеров элементов его конструкции. Любой алюминиевый электролизер состоит из следующих основных частей:
- анодное устройство;
- катодное устройство;
- ошиновка:
- система автоматического питания ванн глинозёмом (АПГ).
Конструктивный расчёт начинают с определения размеров анодного устройства.
Расчёт анодного устройства
Анодное устройство электролизера предназначено для подвода электрического тока в зону протекания процесса электролиза. Анодное устройство состоит из несущей рамы с токоподводящей алюминиевой шиной, вертикально закреплённых на ней штырей, анодного кожуха, заполненного электродной массой и механизмов перемещения анода и анодного кожуха.
Размеры анода
Зная силу тока и анодную плотность тока определяют площадь анода Sa, см2
(15)
где I - сила тока, А
da - анодная плотность тока, А/см2
Sa = ---------------
Электролизёр С–8БМ имеет анод прямоугольного сечения шириной Ва = 285см. Тогда длина анода Lа, см равна:
(16)
где Sа – площадь анода, см2
Bа – ширина анода, см
La = ------------------
Дата добавления: 2019-03-09; просмотров: 372; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!