Расчет электролизера для получения алюминия
Курсовой проект - Разное
Другие курсовые по предмету Разное
приход тепла
Приход тепла от прохождения электрического тока Qэл, кДж определяется по уравнению:
эл = 3600 * I * Uгр * ? (39)
где 3600 - тепловой эквивалент 1 кВт*ч, кДж; I - сила тока, кА;
Uгр - греющее напряжение, В (из таблицы 2); ? - время, часы.
эл = 3600 * 157 * 4,309 * 1 = 2435446.8 кДж
Приход тепла от сгорания угольного анода Qан, кДж определяется:
ан = Р1СО2 * ?HTCO2 + Р1СО * HTCO (40)
где Р1СО2 и Р1СО - число киломолей оксидов углерода; определяется по материальному балансу исходя из формул (10 и 11);
?НТСО2 и ?НТСО - тепловые эффекты реакций образования СО2 и СО из углерода и кислорода при 25 ?С (298 К):
?H298СО2 = 394 070 кДж/кмоль
?H298СО = 110 616 кДж/кмоль
(41)
кмоль
(42)
Qан = 0.97* 394070 + 0,64•* 110616=453042.1 кДж
1.4.2 Расход тепла
На разложение глинозема расходуется тепла QГ, кДж:
Г = R1Г * ?HTГ (43)
?HTГ - тепловой эффект образования оксида алюминия при 25 ?С (298 К), равный 1676000 кДж/кмоль.
(44)
кмоль
кДж
Потери тепла с выливаемым из ванны алюминием рассчитываются, исходя из условия, что количество вылитого алюминия соответствует количеству наработанного за то же время.
При температуре выливаемого алюминия 960 С энтальпия алюминия ?HT1Al составляет 43982 кДж/кмоль, а при 25 С энтальпия алюминия ?HT2Al равна 6716 кДж/кмоль. Отсюда потери тепла QAl, кДж с выливаемым алюминием составят:
QAl = Р1Al * (?HT1Al - ?HT2Al) (45)
где Р1Al - количество наработанного алюминия, кмоль определяемое по формуле:
(46)
кмоль
кДж
Унос тепла с газами при колокольной системе газоотсоса рассчитываем, принимая, что разбавление газов за счет подсоса воздуха в систему отсутствует. В этом случае ведем расчет на основные компоненты анодных газов - оксид и диоксид углерода. Тогда унос тепла с газами Qгаз, кДж будет равен:
газ = Р1СО * ( HT1CO - HT2CO) + Р1СО2 * (HT1CO2 - HT2CO2), (47)
где Р1СО и Р1СО2 - количество CO и CO2, кмоль
HT1CO - энтальпия СО при температуре 550 С, равна 24860 кДж/кмоль
HT2CO - энтальпия СО при температуре 25 С, равна 8816 кДж/кмоль
HT1CO2 - энтальпия СО2 при температуре 550 С, равна 40488 кДж/кмоль
HT2CO2 - энтальпия СО2 при температуре 25С соответственно, 16446 кДж/кмоль
HT2CO2 - энтальпия СО2 при температуре 25С соответственно, 16446 кДж/кмоль
газ = кДж
Потери тепла в окружающую среду определяются на основании законов теплоотдачи конвекцией, излучением и теплопроводностью. Так как электролизер представляет собой сложную систему, изготовленную из различных материалов, для упрощения расчетов, потери тепла конструктивными элементами электролизёра QП, кДж определяются по разности между приходом тепла и расходом по рассчитанным статьям:
п = (Q эл + Qан) - (QГ + QAl + Qгаз) (48)
кДж
Таблица 3 - Тепловой баланс электролизера на силу тока 157кА
Приход теплакДж%Расход теплакДж%От прохождения электроэнергии2435446,884,32На разложение глинозёма147488051,06С вылитым металлом64097,52,22От сгорания угольного анода453042,115,68С отходящими газами33588,91,16Конструктивными элементами и с поверхности электролизёра1315922,545,56ИТОГО2888488,9100ИТОГО2888488,9100
.5 Расчёт цеха
В расчёт цеха входит определение числа рабочих электролизёров в серии, число резервных электролизёров, общее число устанавливаемых электролизёров, годовой выпуск алюминия-сырца одной серией и тремя сериями и удельный расход электроэнергии.
Расчёт числа рабочих электролизёров определяется величиной среднего напряжения на электролизёре и напряжением выпрямительных агрегатов, питающих серию электролизёра. КПП обеспечивает серию электролизёров, напряжением 850 В. Учитывается резерв напряжения 1% на колебание во внешности сети, потери напряжения в шинопроводах и т.д.
Для подстанции на 850 В рабочее напряжение серии U, В составит:
U = 850 - (U1 + U2 + U3) (49)
U = В
Число рабочих электролизеров N в серии составит:
, (50)
где U - напряжение серии U, В
UСР - среднее напряжение на электролизере, В (из таблицы 2);
UАЭ- доля увеличения напряжения от анодных эффектов, В (по формуле 36)
Для максимального использования возможностей преобразовательной подстанции и обеспечения постоянства производительности серии, число установленных в ней электролизеров NУ должно быть больше, чем работающих, на число резервных электролизеров.
Количество резервных ванн NР рассчитывается исходя из необходимости капитального ремонта электролизеров по формуле:
, (51)
где N - число рабочих электролизёров в серии; t - длительность простоя ванн в ремонте, по практическим данным 6 дней; Т - срок службы электролизёра, 4 года; 365 - дней в году.
Принимаем 1 резервный электролизёр на серию, тогда в серии будет установлено электролизеров Nу шт.:
у = N + NР,(52)
где N - число установленных электролизеров;
NР - число резервных электролизеров
у = 187 +1 = 188
В 3 сериях будет 6 корпусов, в них установленных электролизёров, NУСТ:
УСТ = NУ * n(53)
NУСТ = 188 * 3 = 564
Годовая производительность серии Pс, т рассчитывается по формуле:
Pс = 0,335 * I * ? * 8760 * N * 10-3 (54)
где 0,335 - электрохимический эквивалент, кг/(кА*ч);- сила тока, кА;
? - выход по току, д. е.;
- часов в год;
N - число работающих ванн в серии.
РС = 0,335 * 157000* 0,883 * 8760 * 187 = 76076,56 т
Годовая производительность цеха Рц, т будет:
Рц = Рс * n (55)
Рц = 76076,56 * 3 = 228229,68 т
Удельный расход электроэнергии W, кВт*ч/т рассчитывается п