Расчёт и проектирование алюминиевого электролизёра

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 алюминиевых электролизёров С-8БМ с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом задаёмся параметрами для расчета:

- цех состоит из n серий ____

- сила тока серии, I = ______кА

- выход по току, h = ______ %

- анодная плотность тока dа = _____ А/см2

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

- глинозем, NГ =_________ кг

- фтористый алюминий, NФа =_________ кг

- фтористый кальций, N=_________ кг

- анодная масса, NМ =_________ кг

Расчёты ведём на один час работы электролизера.

Материальный баланс электролизера

Расчёт материального баланса электролизёра включает следующие этапы:

1 Расчёт производительности электролизера.

2 Расчёт прихода сырья в электролизёр.

3 Расчёт продуктов электролиза.

4 Расчёт потерь сырья.

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 норме расхода сырья N, кг 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

3.1 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.

3.2 При получении PAl алюминия выделится кислорода mо, кг:

mо = Расчёт и проектирование алюминиевого электролизёра - №1 - открытая онлайн библиотека (5)

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

mо = --------------

3.3 Из этого количества кислорода в двуокись углерода свяжется mоco2, кг:

mоco2 = Расчёт и проектирование алюминиевого электролизёра - №2 - открытая онлайн библиотека , (6)

mоco2 = ---------------

в окись углерода свяжется кислорода mоco, кг:

mоco = Расчёт и проектирование алюминиевого электролизёра - №3 - открытая онлайн библиотека (7)

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

mоco = -------------------

3.4 Находим массу углерода связанного в двуокись mcco2, кг:

mcco2 = Расчёт и проектирование алюминиевого электролизёра - №4 - открытая онлайн библиотека (8)

mcco2 = ----------------

и массу углерода связанного в окись mcco, кг:

mcco = Расчёт и проектирование алюминиевого электролизёра - №5 - открытая онлайн библиотека(9)

mcco = --------------

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

Pco2 = mоco2 +mcco2 Расчёт и проектирование алюминиевого электролизёра - №6 - открытая онлайн библиотека (10)

Pco2 =

Pco = mоco + mcco (11)

Pco =

3.6 Всего образуется анодных газов Ргаз, кг:

Ргаз = Pco2 + Pco (12)

Ргаз =

Расчёт потерь сырья

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 =

4.2 Потери углерода Rуг, кг находят по разности прихода в электролизёр анодной массы Rм и расхода углерода, связанного в оксиды:

Rуг = Rм – (mcco2 + mcco) (14)

Rуг =

4.3 Приход фторсолей в электролизёр принимаем равным расходу.

Данные расчета материального баланса приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Материальный баланс электролизера на силу тока _______ кА

Приход кг % Расход кг %
Глинозем     Алюминий    
СО2    
СO    
Потери сырья, в т.ч.:    
глинозем    
Фтористые соли     фтористые соли    
Анодная масса     анодная масса    
Итого   100,00 Итого   100,00