Расчет электролизера для получения алюминия
Курсовой проект - Разное
Другие курсовые по предмету Разное
сного шамота или красного кирпича 2 6,5 см;
три ряда шамотного кирпича 3 6,5 см;
угольная подушка 3 см;
подовый блок 40 см.
Тогда высота катодного кожуха Нк, см будет:
Нк = 3 + 5* 6,5 + 3 + Нш + hб (29)
где: Нш - глубина шахты, см;
hб - высота подового блока, см.
Нк =3 + 5 * 6,5 + 3 + 56,5 +40 = 114см
Принимаем катодный кожух контрфорсного типа с днищем. Число контрфорсов равно 20, по 10 с каждой продольной стороны. Стенки катодного кожуха изготавливаются из листовой стали толщиной 10 мм, днище - 12мм.
Кожух снаружи укреплен поясами жесткости из двутавровых балок или швеллеров.
1.3 Электрический баланс электролизёра
Электрический расчёт электролизера заключается в определении всех составляющих падения напряжения на электролизёре, включая напряжение разложения глинозёма и долю падения напряжения при анодных эффектах.
Среднее напряжение UСР.,В на электролизёре определяет общий расход электроэнергии на производство алюминия и равно(В):
Uср = Ер + ?Uа + ?Uп + ?Uаэ + ?Uэл + ? Uо + ?Uоо,(30)
где ЕР - напряжение разложении глинозема (или ЭДС поляризации) 1,5;
?UА - падение напряжения в анодном устройстве,
?UП - падение напряжения в подине,
?UАЭ - доля увеличения напряжения при анодных эффектах,
?UЭЛ - падение напряжения в электролите,
?UО - падение напряжения в ошиновке электролизёра,
?UОО - падение напряжения в общесерийной ошиновке.
1.3.1 Падение напряжения в анодном устройстве
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.
,(31)
где Sa - площадь анода,241539 см2;
К - количество токоподводящих штырей- 74
Lср - среднее расстояние от подошвы анода до концов токоподводящих штырей, принимаем в пределах 30 см.a - анодная плотность тока, 0,65 А/см2;
?а - удельное электросопротивление анода в интервале температур 750 -950 С равно 8*10-3 Ом *см.
1.3.2 Падение напряжения в подине
Падение напряжения в подине, смонтированной из прошивных блоков, определяется по уравнению М.А. Коробова и А.М. Цыплакова:
(32)
где lпр - приведенная длина пути тока- 28,4 см;
?бл - удельное сопротивление прошивных блоков принимаем 3,72 * 10-3 Ом *см.;
Вш - половина ширины шахты ванны 207,5, см;
Вбл - ширина катодного блока-54, см;
a - ширина настыли, равна расстоянию от продольной стороны анода до боковой футеровки, 65 см;cт - площадь сечения блюмса -377см2;a - анодная плотность тока-0,65 А/см2.
Приведенную длину пути тока по блоку lпр, см определяем по уравнению:
(33)
где hбл - высота катодного блока;
hст - высота катодного стержня, 14,5 см;
Вст - ширина катодного стержня, 26 см
см
Ширина катодного блока с учетом набивного шва Вбл,см равна:
Вбл = bб + с,(34)
где bб - ширина подового блока;
с - ширина набивного шва между блоками.
Вбл = 50 + 4 = 54
Площадь сечения катодного стержня с учетом заделки равна:
Sст = hст * Вст (35)ст = 14,5 * 26 = 377см2
Тогда падение напряжения в подине ?UП, В составит (формула 32):
1.3.3 Доля падения напряжения от анодных эффектов
Величину падения напряжения от анодных эффектов ?UАЭ, В определяем по формуле:
(36)
где UАЭ - напряжение в момент анодного эффекта, принимаем 30 В;- длительность анодного эффекта, принимаем 2 мин;
k - частота анодного эффекта в сутки, принимаем 1;
- число минут в сутках.
В
Падение напряжения в электролите, Uэл, В определяется по формуле Форсблома и Машовца:
(37)
где I - сила тока, А; р - удельное электросопротивление электролита, равно 0,53 Ом * см; l - междуполюсное расстояние, по практическим данным принимаем 5,5 см; Sа - площадь анода, см2; 2 (La + Вa) - периметр анода, см.
В
1.3.4 Падение напряжения в ошиновке электролизёра
Падение напряжения в ошиновке электролизёра принимаем на основании замеров на промышленных электролизерах: ?UО = 0,3 В
Падение напряжения в общесерийной ошиновке
Падение напряжения в общесерийной ошиновке принимаем на основании практических данных: ?UОО = 0,016 В
Таблица 2 - Электрический баланс электролизера на силу тока 157 кА
Наименование участковUcpUpUгрЕр1,51,51,5UА0,4360,4360,436UП0,2920,2920,292UЭЛ1,761,761,76UАЭ0,021--0,021UО0,30,30,3UОО0,016----Итого:4,3254,2884,309
.4 Тепловой баланс электролизёра
Нормальная работа электролизёра возможна только при соблюдении теплового равновесия, когда приход и расход тепла в единицу времени при установившемся режиме электролиза становятся равными, т.е. Qпр = Qрасх
Приход тепла в электролизёр осуществляется от прохождения постоянного электрического тока и от сгорания анодной массы
Тепловой баланс составляют применительно к определённой температуре: окружающей среды или температуре протекания процесса. Обычно составляют баланс при температуре 25?С.
В этом случае уравнение теплового баланса можно представить в виде:
Qэл + Qан = QГ + Q Al + Qгаз + Qп,(38)
где Qэл - приход тепла от электроэнергии;
Qан - приход тепла от сгорания анода;
QГ - расход тепла на разложение глинозёма;
Q Al - тепло, уносимое с вылитым металлом;
Qгаз - тепло, уносимое отходящими газами;
Qп - потери тепла в окружающее пространство.
1.4.1 Расчет