Виробництво алюмінію 2

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.


Нажми чтобы узнать.
скачати

Зміст
Введення
1 Технологічна частина
2 Розрахункова частина
2.1 Конструктивний розрахунок
2.2 Матеріальний розрахунок
2.3 Електричний розрахунок
2.4 Енергетичний розрахунок
Список літератури

Введення
Основоположниками електричного способу виробництва алюмінію є Поль Еру у Франції і Чарльз Холл в США.
23 квітня 1886 Поль Еру і 9 липня того ж року Чарльз Холл заявили, незалежно один від одного аналогічні патенти на спосіб отримання алюмінію електролізом глинозему, розчиненого в розплавленому кріоліті. Ці дати можна вважати початком виникнення алюмінієвої промисловості. У наступні роки електролітичне виробництва алюмінію стало розвиватися надзвичайно інтенсивно.
До початку поточного сторіччя виробництво алюмінію існувало в шести країнах: Швейцарії, Франції, США, Німеччини, Англії та Австрії. В даний час виробництво алюмінію здійснюється на понад сто електролізних і глиноземних заводів світу.
Алюмінієва промисловість, створена в нашій країні, займає одне з провідних місць у світі, як за обсягами виробництва, так і з технічної оснащеності. У серпні 1929 року уряд прийняв рішення про будівництво першого в СРСР алюмінієвих заводів.
Найбільший розвиток, алюмінієва промисловість, отримала з введенням в дію потужних алюмінієвих заводів, обладнаними електролізерами з верхнім струмовідводом і, особливо, таких гігантів кольорової металургії як Братський і Красноярський алюмінієві заводи. На базі електроенергії гідроелектростанцій річок Сибіру і Волги були пущені заводи: Волгоградський (1959г.), Іркутський (1962г.), Красноярський (1964р.), Братський (1966р.) і д.р.
В даний час істотно змінюється технологічна оснащеність алюмінієвих заводів, характерні не тільки високі темпи зростання виробництва металу, але й прагнення до максимальної механізації трудомістких процесів уловлення та регенерації солей, фтору, переходу від випуску чушкового металу до виробництва напівфабрикатів, широкого використання систем управління, максимальної раціоналізації процесу електролізера.
Технологічне переозброєння алюмінієвих заводів висуває їх до числа найбільш досконалих у світовій алюмінієвій промисловості.

1. Технологічна частина
Електроліз алюмінію є матеріаломістким процесом. В якості основної сировини для виробництва алюмінію використовується глинозем. Глинозем повинен бути чистим, містити мінімальну кількість вологи, добре розчинятися в електроліті, не давати опадів у електролізері на подині і мати низьку ступінь пилення.
Основним середовищем, в якій протікає процес електролізу, є електроліт. Основними компонентами є кріоліт (Na 3 Al F 6), фтористий алюміній (Al F 3) і глинозем (Al 2 О 3). Електроліт промислових електролізерів відрізняється від кріоліту деяким надлишком фтористого алюмінію, що характеризується кріолітовим ставленням електроліту (К.О.), молекулярним відношенням NaF: Al F 3.
Крім основних компонентів, електроліт містить в невеликих кількостях деякі інші речовини, що утворюються за рахунок домішок, що вносяться з сировиною або вводяться спеціально для поліпшення фізико-хімічних властивостей розплаву СаF 2, MgF 2, NaCe, LiF.
Для чистого кріоліту К.О. = 3, електроліт з таким К.О. вважається нейтральним. Електроліти, що містять надлишок NaF і К.О. > 3 - називаються лужними, а електроліти, що мають надлишок AI F 3 та К.О. <3 називаються кислотними.
На практиці К.О. електролітів підтримується 2,6 - 2,8. Це забезпечується надлишком NaF в електроліті в кількості 2,5 - 5%. На передових заводах експлуатують електролізери з обпаленими анодами, електроліти ще більш кислі - К.О. підтримують 2,2 - 2,4.
Склад електроліту
Na 3 Al F 6 (кріоліт) 70 - 90%;
Al 2 О 3 (оксид алюмінію) 1 - 10%;
СаF 2, MgF 2 від 6 - 9%.
Процес електролізу алюмінію проводять при t 0955 - 965 0 C .
Нормальна робота алюмінієвих електролізних ванн характеризується параметрами енергетичного і технологічного режиму, розрахованими при проектуванні в залежності від конструктивних особливостей електролізера. До цих параметрів відносяться:
Сила струму - встановлюється в залежності від розмірів, конструкції і технологічного стану електролізерів.
Середня напруга - обчислюється за показаннями серійних лічильників вольт / годин.
Робоча напруга - контролюється за показаннями вольтметрів і підтримується в межах, що визначаються робочими технологічними інструкціями.
Середня напруга - складається з робочої напруги, напруги анодних ефектів і перепаду напруги в ошиновці між електролізерами.
Кількість технологічного алюмінію - у електролізері характеризується висотою стовпа (рівня) металу в шахті ванни. Рівень металу в силу висотою теплопровідності алюмінію дозволяє регулювати тепловіддачу електролізера.
Кількість електроліту - теж характеризується його рівнем у шахті ванни. Практика показує, що оптимальний рівень електроліту знаходиться в межах 150 - 180мм., Для самообжігающіхся анодів.
Анодні ефекти - підрозділяють на тьмяні (менше 10В.), Середні (менше 25В.), Ясні (більш 25В.). Анодні ефекти справляють істотний вплив на тепловий режим електролізера.
Форма робочого простору - нормально працюючого електролізера характеризується обов'язковою наявністю захисного гарнісажем в зоні електроліту, круто падаючої настилу в зоні металу і відсутністю осаду і Настя на подині під анодом.
Перепад напруги - в подині електролізера багато в чому залежить від форми робочого простору ванни і визначається шляхом вимірювання приладами, складає 0,3 - 0,4 В.
Основними технологічними параметрами, що визначають правильність формування самообжігающегося анода, є висота конуса стікання, рівень і температура рідкої анодної маси.
Для конструкції з верхнім токоподвода - мінімальна відстань від штирів до підошви анода, число горизонтів, на яких встановлені штирі, висота виступаючих частин конструкцій, які застосовуються для охолодження рідкої частини анода.

2. Розрахункова частина
2.1 Конструктивний розрахунок електролізера
Сила струму (J) 155 кА;
Анодна щільність (d a) 0,68 А / см 2;
Ширина анода (У a) 2750мм.;
Висота конуса спікання (h к) 1300мм.;
Висота рівня рідкої анодної маси (h ж) 350мм.;
Рівень електроліту (h е.) 180мм.;
Рівень металу (h м) 300мм.;
Товщина кірки електроліту (h ч)-50мм.
При конструктивному розрахунку визначаються основні розміри електролізера.
Визначення розмірів анода
За заданою силі струму J = 155кА, і анодної щільності струму d a = 0,68, визначеної за залежності струму d a = 0,68, визначеної за залежно анодної щільності від Алли струму, визначаємо площу перерізу анода:

Прийнявши ширину анода = 2750мм., Знаходимо довжину анода:


Висота анода , Складається з висоти рівня рідкої анодної маси:

і висоти конуса спікання:



Внутрішні розміри шахти
Їх визначають з урахуванням знайдених розмірів анода і вибраного відстані анода від бічної і торцевою стінок бортовий футеровки кожуха.
Відстань від поздовжньої боку анода до бічної футеровки
до торцевої футеровки
1. Внутрішня сторона шахти ванни

2. Внутрішня довжина шахти ванни

3. Глибина шахти ванни
Визначаємо рівнем технологічного

рівнем електроліту

товщиною кірки електроліту з глиноземом


Розрахунок анодних штирів
Довжина сталевої частини штиря 1950мм.
Діаметр верхньої частини 138мм.
Діаметр нижньої частини 100мм.
Довжина конусної частини 1080мм.
Довжина штиря зі штангою 2700мм.
Довжина алюмінієвої частини 750мм.
Визначаємо середній діаметр штиря:

Середнє значення штиря:

Загальне перетин гачків у аноді:

Щільність струму в сталевої частини штирів:

Середня струмова навантаження на 1 штир, приймається 2160А (max 2200A).

Конструкція катода
Основні розміри конструктивних елементів сборноблочного катодного пристрою визначається знайденими геометричними розмірами випускаються промисловістю прошивних вугільних блоків і сталевих струмопровідних стрижнів.
Розміри подових блоків вибираємо:
400 х 500 х 2000
де
Подові секції укладають у подину з шириною шва
Кількість катодних секцій

тому що відстань між катодними секціями, буде за таких даних занадто мало, приймаємо
Відстань між катодними блоками і бічний футеровкой шахти:

Відстань між катодними блоками і бічними блоками в торцях шахти

Размет катодного кожуха залежать від геометричних розмірів шахти ванни і товщини шару футеровочних і теплоізоляційних матеріалів.
азбестовий лист, товщина ;
шамотна крупка засипка на дні 50мм.
боку борту 50мм.
Цегляна футеровка включає Р рядів шамотної і Q рядів легковісного шамотної цегли, лише 4-6 рядів.
Вуглецева подушка з подової маси

Розрахунок внутрішнього розміру кожуха
Внутрішні розміри визначаються внутрішніми розмірами шахти ванни і товщиною шару теплоізоляційних матеріалів. За умови застосування як бічний футеровки вугільних плит товщиною 200мм. і теплоізоляційного шару завтовшки 50мм., а для подини шахти ванни, крім катодних блоків висотою 400мм. теплоізоляційного шару з 5 рядів цегли по 65мм.
Внутрішні розміри катодного кожуха складуть:
довжина


ширина


висота



Розрахунок щільності струму в одному катодному стрижні
Вибираємо катодні стрижні розміром 115 х 230 х 2590, катодні блоки 30 штук.

Отримані дані оформляємо в зведену таблицю № 1.
Таблиця 1 - Зведені дані
Найменування показників
Од. вимірювання
Значення
Сила струму
кА
155
Вихід по струму
%
86
Анодна щільність струму
а / см 2
0,68
Кількість катодних блоків
шт.
30
Розмір анодного масиву
мм.
8440 х 2750
Розмір шахти
мм.
9440 х 4050
Глибина шахти
мм.
550
Кількість штирів
шт.
72
2.2 Матеріальний розрахунок електролізера
При виробництві алюмінію в процесі електролізу кріалітно-глиноземного розплаву витрачається глинозем і вугільний анод з утворенням газоподібних оксидів і двоокису вуглецю. Крім того, в результаті випаровування електроліту і розкладання його складових хімічними сполуками, які надходять у вигляді домішок, а також у результаті пилеуноса вентиляційними газами з процесу постійно вибуває деяка кількість фтористих солей і глинозему. У разі застосування самообжігающегося анода, частина анодної маси вибуває з процесу у вигляді летких складових її коксування.
При матеріальному розрахунку визначають продуктивність електролізера і витрата сировини на виробництво алюмінію.
продуктивність електролізера (Р), при силі струму J = 155А і прийнятому виході за струмом = 86% становить:

де 0,3354 - електрохімічний еквівалент для ;
- Сила струму;
- Вихід за струмом.

Р = 44,79 кг / м - така кількість сирцю потрібно для ведення технологічного процесу.
Витратні коефіцієнти
Таблиця 2 - Витратні коефіцієнти
Найменування
Значення
Глинозем
1915-1920кг / м.
Кріоліт свіжий
2кг / ч.
Фтористий алюміній
26-28кг.
Кріоліт флотаційний
45-47кг.
Анодна маса
525-530кг.
Зміст газів, що відходять СО 2
СО
60%
40%
Зміст вуглецю в анодному масі
96%
Зміст сполучний ванн масі
30%
Вихід вугільної піни
30 кг / ч.
Зміст фторсолей у вугільній піні
70%
Вихід піни з анодної маси
6%
ККД підлогового укриття по фтору
80%
На отримання сирцю - 44,79 кг / год, необхідно витратити:
глинозему
1,920 * 44,79 = 85,99 кг / ч.
свіжого кріоліту
0,002 * 44,79 = 0,0896 кг / ч.
фтористого алюмінію
0,028 * 44,79 = 1,25 кг / год
кріоліту вторинного
0,047 * 44,79 = 2,1 кг / ч.
анодної маси
0,530 * 44,79 = 23,74 кг / ч.
Разом: 113,17 кг / ч.
При отриманні сирцю, Р = 44,79 кг / год, виділяється кисень. 48; де 48 і 54 кількість молей і в глиноземі.
44,79 / 54 * 48 = 39,8 кг.
З цієї кількості кисню перейде до складу і .
Витрата кількості вуглецю, який окислюється киснем, що виділяються в результаті електрохімічного розкладу глинозему, приймаємо складу анодних газів.
= 60%;
= 40%.
= 39,8 * 60 * 2 / (2 * 60 + 40) = 29,9 кг / ч.
= 39,8 * 40 / (2 * 60 + 40) = 9,95 кг / год
Втрати глинозему складають:
(1,92 - 1,89) * 44,79 = 1,34 кг / год
де 1,89 - теоретичний витрата глинозему.
Звідси відлічуємо кількість вуглецю пов'язаного двоокис вуглецю (Вуглецевий) газ.

в окис вуглецю СО (чадний газ)

де 16; 12 - молекулярна маса і .
Таким чином при отриманні 44,79 кг / ч. сирцю виділяється:
= 29,9 + 11,21 = 41,1 кг / ч.
= 9,95 + 7,46 = 17,4 кг / ч.
Втрати анодної маси з летючими при коксуванні
0,530 * 44,79 * 0,3 * (1 - 0,8) = 1,42 кг / год
з вугільною піною:
0,530 * 44,79 * 0,06 = 1.42кг / ч.
з домішками: (зола і т.д.)
0,530 * 44,79 - (1,42 + 1,42)] * (1 - 0,96) = 0,89 кг / год
Втрати фторсолей на просочення вугільної подини      
ширина подини; ВШ 4050
ширина анода; L ш 9440
питома просочення подини 230
коефіцієнт перерахунку Fu кріоліту 1,842
термін служби електролізера 4 * 365 * 24

Втрати фтору з вугільної піни
0,060 * 44,79 * 0,7 = 1,88 кг / год
де 0,060 - вихід піни з анодної маси;
0,7 - вміст фторсолей у вугільній піні.
Втрати фтору в атмосферу корпусу електролізера
фтористий алюміній 1,25
свіжий кріоліт 0,09
витрата кріоліту вторинного 2,1
(0,09 + 1.25 + 2,1) - (0,4 + 1,88) * 0,2 = 0,23
де 0,40 - втрати на просочення вугільної подини;
1,88 - втрати F з вугільної піни;
0,2 - коефіцієнт газів що йдуть в атмосферу.
Втрати фтору в газоочистку
(0,09 + 1,25 + 2,1) - (0,41 + 1,88) * 0,8 = 1,6 кг / ч.
де 0,8 - 80% ККД початкового укриття по фтору.
За проведеними розрахунками складаємо матеріальний баланс процесу електролізу на один електролізер.

Таблиця 3 - Матеріальний баланс електролізера на силу струму 155000А
Прихід
Найменування
кг / год
%
Глинозем
85,99
76
Свіжий кріоліт
0,0896
0,079
Фтористий алюміній
1,25
1,10
Кріоліт вторинний
2,1
1,86
Анодна маса
23,74
21
Разом:
113
100
Витрата
Найменування
кг / год
%
Алюміній
44,79
39,9
Анодні гази


41,1
17,4
36,6
15,4
Втрати глинозему
1,34
1,2
Втрати анодної маси
- З летючими
з вугільною піною
з домішками
1,42
1,42
0,89
1,3
1,3
0,74
Втрати фторсолей на просочення подини
0,46
0,40
Втрати фтору
- З вугільною піною
- В корпус
- На газоочистку
1,88
0,23
1,6
1,7
0,21
1,43
Разом:
112,5
100
2.3 Електричний розрахунок електролізера
Електричний розрахунок електролізера виконується з метою визначення гріє, середнього і робочої напруги.
Вихідні дані:
Сила струму 155кА
Вихід за струмом 86%
Розмір анода 2750 х 8440мм.
Площа анода 227941
Висота стовпа анода 1600мм.
Кількість штирів 72шт.
Анодна щільність струму 0,68 А / см 2
Розмір шахти 4050 х 9440мм.
Глибина шахти 550мм.
Відстань від анода до поздовжньої
стінки шахти 650мм.
до торцевої стінки 550мм.
Кількість подових секцій 15 х 2 = 30шт.
Перетин катодних стрижнів 115 х 230мм.
Ошиновка електролізера. Анодна ошиновка
Визначаємо загальне перетин шин стояків, при цьому приймаємо щільність струму в шіноподводе 0,4

Приймає алюмінієві шини перерізу 430 х 60мм, тоді число шин у стояках дорівнюватиме:
П = 387 500 / (430 * 60) = 15 шт.
Катодна ошиновка
Катодна частина ошиновки складається з гнучких лістпусков відвідних струм від катодних стрижнів подшін до катодних шинам. Перетин стрічок у пакеті 1.5 х 200мм.

де 0,7 - щільність струму в стрічках А / мм;
30 - кількість пакетів
Тоді кількість стрічок в одному пакеті

Падіння напруги в анодному ошиновці
Падіння напруги в анодному ошиновці складається із стояків L ст - 3,0 м. і анодних пакетів 9,9 м. (Розміри визначаються конструкцією електролізера).
Перетин анодної ошиновки визначено 387500 по яких протікає струм J = 155 кА

де ча.о. - Електроопір анодної ошиновки
Для визначення електроопору анодної ошиновки - ча.о., необхідно знайти питомий опір , При середній t 0 50 0 C.
Приймаються питомий електроопір при t 0 20 0 C.

d = 0,004


Звідси електроопір в анодному ошиновці дорівнюватиме:



Падіння напруги в аноді
При орієнтованих розрахунках визначення падіння напруги в аноді використовуємо рівняння:

Знаходимо площу перерізу анода
Sa = 275 * 844 = 232 100 мм 2
де к - кількість штирів 72шт.;
- Середньо відстань від торців всіх струмоведучих штирів до підошви;
- Анодна щільність струму приймаємо 0,7;
- Шкідливіше питомий електроопір 0,008 ом.см.
Середня відстань від торців штирів до підошви анода ( ) Може бути визначено з виразу:

де - Мінімальна відстань від торця штиря до підошви анода 25см.;
n ч - число горизонтів установки штирів приймаємо 2;
- Крок між горизонтами 20.

Підставляємо у формулу М.А. Коробова знайдені значення:

Ua = 0,565 B
Бере з практичних даних, що падіння напруги штир-штанга U шт - 0,01 В падіння напруги у контактах U конт - 0,01 В.
Падіння напруги в анодному вузлі
Складається з суми падінь напруги в аноді і контактах.

Падіння напруги в електроліті
Де сила струму 15000А.
Р - питомий опір електроліту, 0,500 ом.см. при К.О. 2,5;
- Межполюсного відстань 5,5 см.
Sa - 232100см 2
2 * (А + В) - периметр
(844 + 275) * 2 = 2238см.



Падіння напруги в катодному пристрої
Складається з напруги в подині, в частинах катодних стрижнів, у сполучних пакетах, в контактах сполук стрижень-пакет-ошиновка.

де - Приведена довжина струму по катодному блоку.
- Питомий опір прошивних блоків, приймаємо за даними ВАМН 3,72 * 10 -3.
Вш - половина ширини шахти ванни.
а - ширина бортовий настил шахти ванни, за умови оптимальної її форми і становить 60см.
- Ширина катодного блоку з урахуванням набивочного шва 55 + 4 = 59см.
S ст - площа перерізу катодного стрижня 115 х 230 = 365см 2.
ia - анодна щільність струму 0.7А/см.
Наведену довжину шляху струму ( ) По катодному блоку, обчислюємо за рівнянням:

де Н - висота катодного блоку 40см.
і в - відповідно ширина і висота катодного стрижня з урахуванням чавунної заливки = 13см. в = 26см.
Тоді

У формулу Коробова підставляємо отримані значення:


Падіння напруги на ділянках катодних стрижнів на виступаючих з подини ділянок катодних стрижнів.
Визначаємо виходячи з наступних даних:
Загальна площа катодних стрижнів:
S к = 115 * 230 * 30 = 793500мм 2
де 30 - кількість стрижнів.
Довжина виступаючої частини катодних стрижнів з конструктивного розрахунку


При цій температурі питомий електроопір сталі складає
Опір сталевих стрижнів

Виходячи з отриманих даних, визначаємо падіння напруги на ділянках катодних стрижнів.


Падіння напруги в алюмінієвих з'єднувальних стрічках Δ U л
Визначаємо площу перерізу алюмінієвих стрічок:

Конструктивна довжина алюмінієвих стрічок:

Питомий опір алюмінію при середній t 0 стрічок 80 0 C
.
Знаходимо загальний опір у сполучних стрічках

Падіння напруги в них складе:


Приймаються з практичних даних катодні контакти 0,01 В
Падіння напруги в катодному вузлі
Складається з падіння напруги на подині, катодних контактів, падіння напруги на алюмінієвих стрічках і ділянках катодних стрижнів.


Напруга розкладу
Для електролізерів з напівсухими анодами з верхнім токоподвода напруги розкладання розраховується за формулою:

де


Падіння напруги від анодних ефектів
Визначаємо за формулою:

де - Перевищення напруги в електролізері під час анодних ефектів.
t - Тривалість анодного ефекту.
n - кількість спалахів.
24; 60 - кількість хвилин в добі.
Частота анодних ефектів від 0,5 - 1; вибираємо 1 анодний ефект.
Напруга від анодних ефектів від 35 - 50В; вибираємо 35В.
Тривалість анодних ефектів 2 - 3хв.; Вибираємо 2 хвилини.


Розрахунок падіння напруги в ошиновці
Падіння напруги в катодного ошиновці при її довжині , Площі поперечного перерізу і питомому опорі складе:



Гріє напруга
Визначаємо за формулою:

де U О.У. - падіння напруги в анодному вузлі.
U К.У. - падіння напруги в катодному вузлі.
U ел. - Падіння напруги в електроліті.
U н.р. - напрямок розкладання.
U ан.еф. - падіння напруги від анодного ефекту.


Підсумовуючи всі складові знаходимо середня напруга:

Падіння напруги в общесерійной ошиновці приймаємо по практичним даним 0,04 В.


Звідси

Питома витрата електроенергії

де J - сила струму.
A - годинна продуктивність.
24 - кількість годин у добі



Баланс напруги електролізу
Таблиця 4 - Баланс напруги електролізу
Статті падіння напруги
Падіння напруги
U гр
U раб
U ср
Всього
У
%
Анодні контакти
Анод
+
+
+
+
+
+
0,02
0,565
0,45
12,7
Разом в анодному пристрої
+
+
+
0,585
13,1
Електроліт
Напруга розкладу
+
+
+
+
+
+
1,70
1,38
38,2
31
Разом в електроліті
+
+
+
3,08
69,2
Подина
Контакти катодного вузла
Катодний стрижень
Катодні алюмінієві стрічки
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
0,35
0,01
0,013
0,020
7,86
0,22
0,29
0,45
Разом в катодному пристрої
+
+
+
0,393
8,83
Продовження Таблиці 4
Статті падіння напруги
Падіння напруги
U гр
U раб
U ср
Всього
У
%
Анодна ошиновка
Катодна ошиновка
-
-
+
+
+
+
0,18
0,13
4,04
2,9
Разом в ошиновці
-
+
+
0,31
6,97
Падіння напруги
від анодного ефекту
общесерійная ошиновка
+
-
-
+
+
+
0,048
0,04
1,1
0,90
Усього:
4,1
4,4
4,45
4,45
100
2 .4 Енергетичний розрахунок електролізера
Нормальну роботу електролізера можна забезпечити тільки за умови теплового рівноваги, коли витрата тепла в одиницю часу дорівнює його приходу.
Енергетичний розрахунок полягає у визначенні складових приходу і витрати енергії в процесі електролізу і в складанні теплового балансу електролізера на підставі цих складових:

Вихідні дані:
сила струму - 155кА
η - 86%
глинозем - 1920кг / т
анодна маса - 530кг
годинна продуктивність - 44,49 кг / год
електрохімічний еквівалент - 0,336
Годинна продуктивність визначається за формулою:

де А - продуктивність.
J - сила струму
η - вихід за струмом.
0,336 - електрохімічний еквівалент.
А = 0,336 * 155 * 0,86
А = 44,79 кг / год
Знаючи А, визначаємо

Прихід тепла
Qпріх = Qреак + Qан + Qен
де Qреак - тепло зворотної реакції.
Qан - тепло від згоряння анода.
Qен - тепло від електроенергії.
Теплові ефекти реакцій протікають при електролізі, отримані при t 0
25 (298 0 К)
Q прих = 2191799, 86 кДж / год

Витратні коефіцієнти
Таблиця 5 - Показники видаткових коефіцієнтів
Найменування глинозему
Витрата на 1т.
Витрата на годин продуктивності
Глинозем
1,920
85,99
Анодна маса
0,530
23,74
1. Від взаємодії продуктів електролізу (або тепло зворотної реакції)

Тепло зворотної реакції визначаємо за формулою:

де - Тепловий ефект реакції з Табл. № 5 15681.

де - 0,86 - вихід по току.
2. Використання тепла анодних газів СО 2 і СО при охолодженні від 960 0 до 500 0 С де Р со2 і Р з - число молей на годину даних газів.

де m = 0,6 (60%), частка СО 2 і СО у анодних газах.

Звідси знаходимо Qан * газів


де цифрові дані 24,886 і 15,238 з Табл. № 5 і
3. Тепло від електроенергії


Витрата тепла

а) На електрохімічну реакцію

(На розкладання глинозему)



б) На нагрівання матеріалів
Температура навколишнього середовища 25 0 С - завантажуємо сировину і доводимо до t 0 процесу 960 0 C

де

де - Витрата на годинну проізводіте2ьность (табл. № 5).


в) тепла втрачається з газами, СО 2 і СО


і - Число молей на годину даних газів (визначені раніше).


г) Тепло, що втрачається зовнішніми поверхнями електролізера
При розрахунку прийняті t 0 навколишнього повітря 298 0 До (25 0 С), t 0 поверхонь електролізера визначаємо вимірами.
Тепло, що втрачається, з розраховуються поверхонь, визначаємо як сумарні втрати конвенцій і випромінювання.
Розрахунки здійснюються за формулою:

де n - коефіцієнт розкладання поверхні
En - ступінь чорноти.
- Коефіцієнт випромінюванні.
20,53 - коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла.
S - площа поверхні.
- У С 0 поверхні повітря.
- T 0 у До поверхні повітря.
Значення теплових втрат заносимо в Таблицю № 6.
Таблиця 6 - Показники теплових втрат
Найменування ділянки поверхні
S м 2

Е
t 0 C
поверх.
t 0 C
пов.
n
Втрати тепла Q кДж / год
Катодний кожух
- Вертикальна поверх-ть.
- Горизонтальна поверх-ть.
- Днище кожуха
38,4
6,99
45,23
0,89
0,89
0,71
0,8
0,8
0,8
105
205
102
25
25
25
2,6
3,3
1,6
117271,88
64683,55
100854,75
Катодні стрижні
- Вертикальні
- Горизонтальні
2,86
4,14
0,71
0,71
0,8
0,8
160
160
25
25
2,6
3,3
13884
21431
Кірка електроліту
4,1
1
0,6
250
25
3,3
49132,25
Поверхня анода
- Горизонтальна
- Вертикальна
- Вертикальна
23,2
8,95
26,86
0,89
0,89
0,89
0,8
0,8
0,8
145
71
185
25
25
25
3,3
3,3
3,3
121105,66
15946,42
197644,70
Поверхня анодних штирів
21,84
0,55
0,8
90
25
2,6
37273
Газозбірних дзвін
- Горизонтальна пов-ть.
- Нахилена пов-ть.
2,6
7,14
0,8
0,8
0,8
0,8
320
320
25
25
3,3
2,95
51413
138132
Усього втрати тепла з поверхні
928744
Усього втрати тепла з поверхні Q пов = 928744 кДж / год

Визначення площ теплоотдавающіх поверхонь
Катодний кожух
а) Sдн. = 9,940 * 4,550 = 45,23 м 2.
б) Sгор. = 45,23 - (9,44 * 4,05) = 6,99 м 2 .
в) Sвер. = (9,940 + 4,550) * 2 * 1,325 = 38,40 м 2 .
Катодні стрижні
30 шт., Виступають на 0,3 м.
а) Sверт. = 30 * (0,23 * 0,155 + 2 * 0,300 * 0,115)
Sверт. = 2,86 м 2 .
б) Sгор. = Sгор. ст. + Sгор.ві. = 30 * 2 * (0,3 * 0,23)
Sгор = 4.14 м 2 .
Кірка електроліту
Газозбірні дзвін не доходить до кожуха на 1500м.
Sкор. = Р * 0,15
де Р - периметр внутрішньої поверхні катодного кожуха
Р = 2 * 9,44 + 2 * 4,05 = 26,98 м 2 .
Sкор = 26,98 * 0,15 = 4,1 м 2 .
Поверхня анода
а) Sгор. = 2,75 * 8,44 = 23,38 м 2 .
де Р - периметр анода.
б) Sв 1 = Р * = 22,38 * 0,4 = 8,95 м 2 .
в) Sв 2 = = 22,38 * 1,2 = 26,86 м 2 .
де - 0,400 мм.
- 1,200 мм.
Поверхня анодних штирів
dш = 1,38 на Н - 0,7 м. кількість 72 шт.
Sш = 72 * * D * Н = 72 * 3,14 * 0,138 * 0,7
Sш = 21,84 м 2 .
Поверхня газозбірного дзвони
а) Sнакл = 0,26 * Рнакл = 0,26 * 27,46 = 7,14 м 2 .
б) Sгор = 0,1 * Ргор = 0,1 * 25,82 = 2,6 м 2 .
Втрати тепла добувані металом визначаються за формулою:

де Q - Теплоємність .
Q - 1,11 кДж / ч / град.кг
А - продуктивність
Q ме = 1,11 * (960 - 25) * 44,7
Q ме = 46391,9 Дж / ​​год.
Витрата тепла
Опеределяем з отриманих даних:
Q расх = Q разл + Q нагр + Q газ + Q пов + Q ме
Q расх = 1060245 + 123992,4 + 32396 + 928774 + 46391,9
Q расх = 2191799,3 кДж / год
Таблиця 7 - Тепловий баланс
Прихід тепла
Стаття
кДж / год
%
Тепло реакції

Q реакції
114333,3
5,24
Тепло від анодних газів

32682,2
1.50
Тепло від підведеної енергії
Qел
2044783,86
93,25
Всього прихід
2191799,36
100
Витрата тепла
Стаття
кДж / год
%
Енергія реакції

Qразл
1060245
48,64
Нагрівання матеріалів
Qнагр
123992,4
5,7
Тепло з газів, що відходять
Qгаз
32396
1,49
Тепло з поверхні
Qпов
928774
42,1
Тепло з вилученими металом
Qме
46391,9
2,13
Усього витрат
2191799,36
100

Список літератури
1. Троїцький І.А., Железнов В.А. "Металургія алюмінію", 1977.
2. Терентьєв В.Г., Школярів Р.М., Грінберг І.С., Черних А.Є., Зельберг Б.І., Чалих В.І. "Виробництво алюмінію", 1998.
3. Янко Е.А., Лозівський Ю.Д., "Виробництво алюмінію в електролізерах з верхнім токоподвода", 1976.
4. Довідник металурга за кольоровим металам "Виробництво алюмінію".
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Диплом
192.2кб. | скачати


Схожі роботи:
Виробництво алюмінію
Виробництво алюмінію кольорових металів 3
Виробництво алюмінію кольорових металів 2
Виробництво алюмінію кольорових металів 4
Металургія алюмінію
Властивості алюмінію
Способи отримання алюмінію
Оксид сесквіоксід алюмінію
Властивості алюмінію та його сплавів
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru