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 d_а = _____ А/см²   

- цех состоит из  n = ____ серий

Норму расхода сырья N, кг на получение 1 кг алюминия принимаем по практическим данным:

- глинозем, N_Г                            =_________ кг

- фтористый алюминий, N_Фа  =_________ кг

- фтористый кальций, N_Cа      =_________ кг

- анодная масса, N_М          =_________ 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 Р_А1, кг согласно закону Фарадея составит

Р_А1 = 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.

Р_А1 = 

Расчёт прихода сырья в электролизёр

Приход материалов в электролизёр рассчитывают по нормам расхода сырья на 1 кг алюминия и производительности электролизёра в час P_Al. Тогда приход сырья составит

- глинозема R_Г, кг

R_Г = P_Al * N_Г                                                               (2)

R_Г =                                        

- фтористых солей R_Ф, кг

R_Ф  = P_Al * (N_Фа+ N_Ca),                                                      (3)

R_Ф =                                       

- анодной массы R_М, кг

R_М = P_Al * N_М                                                                    (4)

R_М =                                                

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 P_Al = ______ кг алюминия выделится кислорода m_о, кг:

m_о =                                                            (5)

где 48 и 54 – молярная масса соответственно кислорода и алюминия в глиноземе.

m_о = --------------

Из этого количества кислорода в двуокись углерода свяжется  m_оco_2, кг:

m_оco₂ =  ,                                                   (6)

где 60 и 40 – процентное содержание двуокиси углерода и окиси углерода соответственно.

m_оco₂ = ---------------

в окись углерода свяжется кислорода m_оco, кг:

m_оco =                                    (7)

m_оco = -------------------

1.3.2 Находим массу углерода, связанного в двуокись m_cco₂, кг:

m_cco₂ =                                                   (8)

где 12 и 16 атомные массы углерода и кислорода соответственно.

m_cco₂ = ----------------

и массу углерода связанного в окись  m_cco, кг:

m_cco =                                                           (9)

                                                       m_cco = --------------

1.3.3 Таким образом, в час выделяется оксидов Pco₂ и Pco, кг:

Pco₂ = m_оco₂ + m_cco₂                                                 (10)

Pco₂ =

Pco = m_оco + m_cco                                                   (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 = P_Al * (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 – (m_cco₂ + m_cco)                                                (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

d_a - 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!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!