Система механизации и автоматизации производственного процесса, его экономический расчет. Описание технологического процесса электролиза алюминия. Устройство электролизёра, его конструктивный расчет, материальный, электрический и энергетический баланс.
При низкой оригинальности работы "Цех электролитического получения алюминия, производительностью 250 000 тонн в год", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
В состав дипломного проекта входят: - пояснительная записка 98 с., 11 рис., 20 табл., 27 источников;Рост объемов производства и технических показателей достигнут за счет совершенствования технологии, внедрения новой техники, роста квалификации управленцев, инженеров, рабочих. Исключительно благоприятное сочетание потребительских характеристик, как показывает мировой опыт, обеспечивает алюминию огромные перспективы использования во всех сферах хозяйства. Алюминий не токсичен и способен образовывать со многими металлами сплавы с уникальными свойствами. Постоянно ведется работа по совершенствованию этого процесса, а так же автоматизация этого процесса. Главными критериями, которыми следует руководствоваться при выборе конструкции электролизера и места строительства вновь строящегося цеха, от которых зависят технико-экономические показатели работы предприятия являются: рельеф выбираемой местности, климатические особенности региона, удаленность этого района от источников сырья, электроэнергии, воды, газа, условия охраны труда и окружающей среды, стоимость электроэнергии в районе строительства, [6].Важную роль в выборе мощности и конструкции электролизера играют тип электролизера, конструкция катодного и анодного устройства и стоимость электроэнергии. Для расчета дипломного проекта выбираем электролизер с боковым токоподводом, рамного типа с днищем на силу тока равной 90 КА. Установлено, что с ростом мощности электролизера анодная плотность тока понижается, так как увеличивается размер анода. Однако увеличение силы тока сопровождается ухудшением некоторых технологических показателей электролиза и сокращением срока службы электролизеров. На рисунке 2.1.1 приведены кривые зависимости анодной плотности тока от силы тока, представляющие собой среднее арифметическое лучших показателей отечественных и зарубежных заводов, оснащенных электролизерами с боковым токоподводом.Анодная плотность тока выбирается с учетом достигнутых плотностей тока на алюминиевых заводах, в зависимости от силы тока.С увеличением мощности электролизеров, габаритные размеры увеличиваются, а, следовательно, увеличивается длина шинопровода и электролизных корпусов, т. е. стоимость сооружения серии и потери электроэнергии в шинопроводах возрастает.Межполюсное расстояние является одним из важнейших параметров, определяющих энергетические и технико-экономические показатели процесса электролиза. С ростом мощности электролизеров межполюсное расстояние необходимо повышать, так как повышается вероятность короткого замыкания анода с металлом, изза увеличения его перекоса.Из опыта работы отечественных заводов наибольший выход по току наблюдается при криолитовом отношении электролита 2,6-2,8.Решающее влияние на выход по току и скорости растворения глинозема в электролите оказывает температура процесса электролиза, она составляет 950 - 960°С. Электролизеры не могут работать экономично при повышенной температуре, поэтому ее снижают, вводя в электролит для улучшения его технологических свойств добавки различных фтористых солей ALF (3 - 6%), CAF (2 - 4%), иногда MGF до (5%), NACL (2 - 4%) и LIF до (5%).Снижение выхода по току объясняется растворением части металла, выделившегося на катоде, в электролите: реакцией между этими компонентами, металлом и анодными газами, а так же потерями тока: его утечки с анода на катод путем коротких замыканий через сгустки угольной пены или выступы (конусы) на подошве анода и при недостаточной электроизоляции. Выход по току 91,0 % обусловлен шириной анода 230 см., так как с одной стороны при такой ширине анода улучшается отвод анодных газов, более широкие электролизеры имеют меньшую теплоотдающую поверхность по сравнению с вытянутыми в длину, что при прочих равных условиях связано с необходимостью некоторого снижения плотности тока, снижается перегрев электролита и накопление угольной пены под центральной частью поверхности анода, снижается вероятность протекания побочных реакций и технологических нарушений в работе электролизера.В основе электролитического производства алюминия лежит электролиз криолит-глиноземных расплавов, основными компонентами которых являются криолит Na3ALF6, фтористый алюминий A1F3, глинозем А12О3. В промышленном электролите всегда присутствует фтористый кальций CAF , поступающий в электролит с исходным сырьем и специально вводимый для уменьшения температуры плавления. Для снижения температуры плавления, увеличения электропроводности и применения некоторых других физико-химических свойств электролита в качестве добавок применяют также MGF , LIF, MGCL , NACL. Процессы неполного разряда алюминия и разряда ионов натрия снижают выход по току, так как ток на этих процессах расходуется бесполезно. Выход по току - коэффициент полезного использования тока, определяется как отношение количества алюминия, выделявшегося в процессе электролиза, к количеству алюминия, которое должно было выделиться в соответствии с законами Фарадея.
План
Содержание
Введение
1. Обоснование выбора места строительства цеха
2. Выбор и обоснование конструкции электролизера и основных технологических параметров электролиза
2.1 Выбор мощности и конструкции электролизера
2.2 Выбор анодной плотности тока
2.3 Выбор ширины анода
2.4 Выбор межполюсного расстояния
2.5 Выбор состава электролита
2.6 Температура электролита
2.7 Выход по току
3. Теория процесса электролиза
4. Производство алюминия электролизный цех
4.1 Серия электролиза
5. Основное оборудование электролизного производства
5.1 Конструкция электролизера
5.1.1 Катодное устройство электролизера
5.1.2 Анодное устройство электролизера
5.1.3 Ошиновка электролизера
5.1.4 Металлоконструкции электролизера
5.1.5 Подъемный механизм
5.1.6 Шторы электролизера
6. Вспомогательное оборудование электролизного производства
6.1 Машинка по пробивке корки электролита
6.2 Машинка для заклинивания и расклинивания клинового контакта "шинка - штырь"
6.3 Машинка по правке штырей
6.4 Машинка по вытяжке штырей
6.5 Машинка по забивке штырей
6.6 Вакуум- ковш
6.7 Система АПГ
7. Конструктивный расчет электролизера
7.1 Определение размеров анода
7.2 Определение внутренних размеров шахты
7.3 Конструкция катода
7.4 Определение размеров кожуха электролизера
7.5 Расчет боковых футеровочных плит
7.6 Каркас ванны
7.7 Расчет токоведущих элементов
7.7.1 Стояки и анодные пакеты
7.7.2 Штыри
7.7.3 Токоведущие медные спуски
7.7.4 Катодные стержни
7.7.5 Алюминиевые соединительные шины
8. Расчет материального баланса электролизера
9. Электрический расчет электролизера
9.1 Баланс напряжения электролизера
9.2 Падение напряжения в анодном устройстве
9.3 Падение напряжения в электролите
9.4 Падение напряжения в катодном устройстве
9.5 Падение напряжения от анодных эффектов
9.6 Э.д.с. поляризации
9.7 Падение напряжения в общесерийной ошиновке
9.8 Расход электроэнергии
10. Тепловой баланс электролизера
10.1 Приход тепла
10.2 Расход тепла
11. Расчет основного оборудования электролизного цеха
