Расчет электролизера для получения алюминия - Курсовая работа

Алюминий уже давно является промышленным металлом, так как он обладает рядом свойств, которые выгодно отличают его от других металлов. В металлургической промышленности алюминий применяют в качестве восстановителя при получении ряда металлов (хрома, кальция и пр.) алюмотермическими способами, для сварки стальных деталей. Конструкции из алюминия требуют более низких затрат в течение срока службы и практически не требуют ремонта.Для получения алюминия - сырца в электролизер загружают глинозем, анодную массу и фторсоли. В результате испарения и пылеуноса отходящими газами из процесса постоянно выбывают некоторые количества фтористых соединений и глинозема.В процессе электролиза криолитоглиноземного расплава расходуется глинозем, фтористые соли и угольный анод. При этом образуется расплавленный алюминий и газообразные оксиды углерода. Расчет веду на основании заданных параметров: - сила тока I = 157 КА выход по току ? =88.3 % = 0.883 Производительность электролизера РА1, кг рассчитывается по закону Фарадея: РА1 = j * I * ? * ?,(1) где :j - электрохимический эквивалент алюминия, 0,335 кг/(КА*час);Приход материалов в электролизер рассчитывают исходя из норм расхода на 1кг алюминия и производительности электролизера в час PAL. Затраты по сырью составятПри получении 46,4 алюминия выделится кислорода m0, кг: (5) где 48 и 54 - молярная масса соответственно кислорода и алюминия в глиноземе. кг Из этого количества в двуокись углерода свяжется кислорода m0co2, кг: (6) кг в окись углерода свяжется кислорода m0co, кг: (7) где 60 и 40 - процентное содержание оксида углерода (CO2) и окиси углерода (СО) соответственно. кгТеоретический 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) Потери углерода Rуг, кг находят по разности прихода анодной массы Rm и расхода углерода, связанного в окислы: Rуг = Rm - (mcco2 mcco)(14)В задачу конструктивного расчета входит определение основных размеров электролизера. Площадь сечения анода Sa определяется по формуле: ,(15) где I - сила тока, А; Ширина анода Ва, см, для электролизера С8БМ, принимаем 285 см. Расчет штырей, с помощью которых ток подводится к телу анода, осуществляется по силе тока и плотности тока в стальной части штыря принимаю равной dш = 0,19 А/мм2. Площадь сечения всех штырей SO., мм2 определяются: (17) мм2Катодное устройство электролизера предназначено для создания необходимых условий для протекания процесса электролиза в криолитоглиноземном расплаве. Катодное устройство состоит из стального сварного кожуха, теплоизоляционного слоя и углеродистой футеровки, образующей шахту электролизера. Внутренние размеры шахты электролизера рассчитывают исходя из длины анода (формула 16) и принятых расстояний от анода до стенок боковой футеровки (Рисунок 1). Тогда длина Lш, см и ширина Вш, см шахты определяются: Lш =La 2*в;(21) Отечественная промышленность выпускает катодные блоки высотой hб = 40 см , шириной bб = 50 см, и длиной l б от 110 до 400 см.Внутренние размеры катодного кожуха определяются из рассчитанных ранее размеров шахты электролизера (формулы 21, 22) и толщины слоя теплоизоляционных материалов. 3,5 - толщина теплоизоляционной засыпки в торцах электролизера, см. 5 - толщина теплоизоляционной засыпки в продольных сторонах электролизера, см. Футеровка днища катодного кожуха выполняется следующим образом (снизу - вверх): - теплоизоляционная засыпка 3 см; Принимаем катодный кожух контрфорсного типа с днищем.Электрический расчет электролизера заключается в определении всех составляющих падения напряжения на электролизере, включая напряжение разложения глинозема и долю падения напряжения при анодных эффектах.Падение напряжения в анодном устройстве состоит из суммы падений напряжения в ошиновке, контактах и теле анода. Для определения падения напряжения в теле анода с верхним токоподводом пользуются уравнением, предложенным М.А. Коробовым.Падение напряжения в подине, смонтированной из прошивных блоков, определяется по уравнению М.А. Цыплакова: (32) где lпр - приведенная длина пути тока-28,4 см; ?бл - удельное сопротивление прошивных блоков принимаем 3,72 * 10-3 Ом *см.; a - ширина настыли, равна расстоянию от продольной стороны анода до боковой футеровки, 65 см; Приведенную длину пути тока по блоку lпр, см определяем по уравнению: (33) где hбл - высота катодного блока;Величину падения напряжения от анодных эффектов ?UАЭ, В определяем по формуле: (36) где UАЭ - напряжение в момент анодного эффекта, принимаем 30 В;Падение напряжения в ошиновке электролизера принимаем на основании замеров на промышленных электролизерах: ?UO = 0,3 ВНормальная работа электролизера возможна только при соблюдении теплового равновесия, когда приход и расход тепла в единицу времени при установившемся режиме электролиза становятся равными, т.е. Приход тепла в электролизер осуществляется от прохождения постоянного электрического тока и от сгорани

Содержание

Введение

1. Расчетная часть

1.1 Материальный баланс

1.1.1 Расчет прихода сырья в электролизер

1.1.2 Расчет продуктов электролиза

1.1.3 Расчет потерь сырья

1.2 Конструктивный расчет

1.2.1 Расчет анодного устройства

1.2.2 Расчет катодного устройства

1.2.3 Размеры катодного кожуха

1.3 Электрический баланс электролизера

1.3.1 Падение напряжения в анодном устройстве

1.3.2 Падение напряжения в подине

1.3.3 Доля падения напряжения от анодных эффектов

1.3.4 Падение напряжения в ошиновке электролизера

1.4 Тепловой баланс электролизера

1.4.1 Расчет приход тепла

1.4.2 Расход тепла

1.5 Расчет цеха

2. Описательная часть

2.1 Поведение примесей при электролизе

2.2 Атомно-эмиссионный спектральный анализ

2.3 Безопасность труда

3. Организационно - экономическая часть

3.1 Организационная структура проектируемого цеха

3.2 Расчет производственной программы

Список использованных источников

Насчитывается более 250 минералов алюминия, которые преимущественно сосредоточены вблизи поверхности земли, и более 40 % из них относится к алюмосиликатам.

Алюминий уже давно является промышленным металлом, так как он обладает рядом свойств, которые выгодно отличают его от других металлов. Для него характерны: небольшая плотность; хорошая пластичность и достаточная механическая прочность; высокая тепло- и электропроводность, коррозионная устойчивость.

Важнейшие потребители алюминия и его сплавов - авиационная и автомобильная промышленность, железнодорожный и водный транспорт, машиностроение, электротехническая, химическая, металлургическая и пищевая промышленности, промышленное и гражданское строительство.

В металлургической промышленности алюминий применяют в качестве восстановителя при получении ряда металлов (хрома, кальция и пр.) алюмотермическими способами, для сварки стальных деталей.

Конструкции из алюминия требуют более низких затрат в течение срока службы и практически не требуют ремонта. Обладая хорошей гибкостью, алюминиевые конструкции эффективно несут нагрузки и значительно снижают затраты на сооружение фундаментов и опор.

Алюминий способен образовывать сплавы со многими металлами. Алюминиевые сплавы делятся на две группы: литейные сплавы, которые применяются для фасонного литья, и деформируемые сплавы, идущие на производство проката и штампованных изделий. Из литейных сплавов наиболее распространены сплавы алюминия с кремнием, называемые силуминами.