Расчет электролизера для получения алюминия
Курсовой проект - Разное
Другие курсовые по предмету Разное
Содержание
Введение
1. Расчётная часть
.1 Материальный баланс
.1.1 Расчёт прихода сырья в электролизёр
.1.2 Расчёт продуктов электролиза
.1.3 Расчёт потерь сырья
.2 Конструктивный расчет
.2.1 Расчет анодного устройства
.2.2 Расчёт катодного устройства
.2.3 Размеры катодного кожуха
.3 Электрический баланс электролизёра
.3.1 Падение напряжения в анодном устройстве
.3.2 Падение напряжения в подине
.3.3 Доля падения напряжения от анодных эффектов
.3.4 Падение напряжения в ошиновке электролизёра
.4 Тепловой баланс электролизёра
.4.1 Расчет приход тепла
.4.2 Расход тепла
.5 Расчёт цеха
. Описательная часть
.1 Поведение примесей при электролизе
.2 Атомно-эмиссионный спектральный анализ
.3 Безопасность труда
3. Организационно - экономическая часть
.1 Организационная структура проектируемого цеха
.2 Расчет производственной программы
Список использованных источников
Введение
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.
1. Расчётная часть
Для получения алюминия - сырца в электролизёр загружают глинозём, анодную массу и фторсоли. В процессе электролиза образуются в основном окислы углерода. В результате испарения и пылеуноса отходящими газами из процесса постоянно выбывают некоторые количества фтористых соединений и глинозёма.
При применении самообжигающихся анодов в процессе электролиза часть анодной массы выбывает в виде летучих соединений при коксовании анода. Кроме того, анодная масса расходуется в виде пены снимаемой с поверхности электролита. Увеличенный расход анодной массы и фтористых солей на электролизёрах с верхним токоподводом объясняется низким качеством анодной массы и недостатками обслуживания электролизёра.
1.1 Материальный баланс
В процессе электролиза криолитоглинозёмного расплава расходуется глинозём, 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
анодная плотность тока dа = 0.65А/см2
- выход по току ? =88.3 % = 0.883
Расход сырья N кг на получение 1 кг алюминия
глинозем, NГ= 1,926кг
фтористый алюминий, NФа= 0,023кг
фтористый кальций, NCа = 0,0011кг
анодная масса, NМ = 0,536г
Проектируемый цех состоит из 3 серий.
1.1.1 Производительность электролизера
Производительность электролизера РА1, кг рассчитывается по закону Фарадея:
РА1 = j * I * ? * ?,(1)
где :j - электрохимический эквивалент алюминия, 0,335 кг/(кА*час);
I - сила тока, кА;
? - время, час;
? - выход по току, доли единицы.
А1 = 0,335 * 157000 * 0,883*0,001 = 46.4 кг
1.1.2 Расчёт прихода сырья в электролизёр
Приход материалов в электролизёр рассчитывают исходя из норм расхода на 1кг алюминия и производительности электролизёра в час PAl. Затраты по сырью составят
глинозема RГ, кг
электролизер анодный эмиссионный спектральный
RГ = PAl * NГ (2)
RГ = 46.4 * 1,926 = 89.4 кг
- фтористых солей (А1F3,СаF2 ) RФ, кг
Ф =PAl * (NФа+ NCa) (3)
RФ = 46.4 * ( 0,023 + 0,0011) = 1,1 кг
- анодной массы Rм, кг
Rм = PAl * Nоа (4)
Rм = 46.4 * 0,536 = 27.9 кг
1.1.3 Расчёт продуктов электролиза
Количество анодных газов рассчитывают исходя из их состава и реакций, протекающих в электролизёре. Для расчета принимаю состав анодных газов, % (масс.): СO2 - 60; СО - 40.
При 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.
кг
Отсюда можно рассчитать количество углерода связанного в двуокись mcco2, кг:
(