На основании этих данных определяем размеры анода

Конструктивный расчет

 

Конструктивный расчет выполняется для определения размеров конструктивных элементов ванн, для этого необходимы следующие показатели: сила тока на ванне, анодная плотность тока. Анодную плотность тока принимаем 0, 78 А/см²

 

На основании этих данных определяем размеры анода

 

,

 

где: I - сила тока, А, d_A - плотность тока, А/см²

 

 

В_А - ширина анодного массива принимаем 210 см, тогда длина анодного массива будет:

 

 

Н_А - высота анодного массива:

 

Н_А= h_{конуса спекания} + h_{жидкой части} = 135 + 45 =180 см

Размеры шахты ванны

 

Внутренние размеры шахты ванны определяются исходя из размеров анодного массива и расстояния до боковой футеровки, которое составляет: по продольной стороне 55см, а по торцевой 50см.

Ширина шахты - В_Ш

 

В_Ш = В_А + 2 · 55 = 210 + 110= 320 см

 

Длина шахты - L_Ш

 

L_Ш = L_АМ + 2 · 50 = 427, 4 + 100 = 527, 4 см

 

Глубина шахты - Н_Ш

 

Н_Ш = h_МЕ + h_ЭЛ = 30 + 20 =50 см

 

Конструкция подины

 

Число блоков. В настоящее время длина катодных блоков 60 - 220 см, шириной 55 см, высотой 40 см, ширина угольной засыпки 4 см. Отсюда число катодных блоков в ряду будет равно:

 

 

а - размер набоечного шва в торцах

 

 

b - Размер набоечного шва по продольным сторонам

 

,

 

где L₁ и L₂ длина катодных блоков, см

 

Внутренние размеры катодного кожуха.

 

Определяются размерами шахты ванны с учетом теплоизоляции

Длина катодного кожуха L_КОЖ.

 

L_КОЖ. = L_Ш + 2 (20 + h_ТЕПЛ) = 527, 4 + 2 (20 + 8) = 583, 4 см

 

Ширина катодного кожуха В_КОЖ.

 

В_КОЖ. = В_Ш + 2 (20+8) = 320 + 56 = 376 см

 

Высота кожуха Н_КОЖ.

 

Н_КОЖ. = Н_Ш + Н_Б + 6, 5 + 5 = 50 + 40 + 11, 5 = 101, 5 см

 

Наружные размеры катодного кожуха

 

Наружная длина L_КОЖ.Н.

 

L_КОЖ.Н. = L_КОЖ. + (2 · 40) = 583, 4 + 80 = 663, 4 см

 

Наружная ширина кожуха В_КОЖ.Н.

 

В_КОЖ.Н. = В_КОЖ. + (2 · 40) = 376 + 80 = 456 см

Материальный расчет

 

Проводится для определения производительности электролизера и расхода сырья на производство алюминия. Исходными данными является сила тока, выход по току и расходные нормы по сырьевым материалам и анодной массе.

η _i - выход по току, принимаем 0, 9

I - сила тока 70000 А

Расходные нормы

 

AI₂O₃ - 1, 92 - 1, 93 т/т AI - Р_г

 

Анодная масса - 0, 5 т/т AI - Р_а

Фторсоли 0, 057 т/т AI - Р_ф 2.1 Приходная часть

Производительность электролизера определяется по формуле

Р AI = С · I · η _i · 10^-3, где С - электрохимический эквивалент, 0, 336 г/А·ч

 

Р AI = 0, 336 · 70000 · 0, 9 · 0, 001 = 21, 17 кг/ч

 

Определяем приход материалов в ванну

 

Р AI₂O₃ = Р AI · Р_г = 21, 17 · 1, 92 = 40, 65 кг

Р_АНОД = Р AI · Р_а = 21, 17 · 0, 5 = 10, 6 кг

Р_ФТОР = Р AI · Р_Ф = 21, 17 · 0, 057 = 1, 21 кг

Расходная часть

 

Анодные газы

Количество СО и СО₂.

N_СО и N_СО2 - мольные доли СО и СО₂ в анодных газах, N_СО - 0, 4, а N_СО2 - 0, 6.

 

 

Весовое количество СО и СО₂

 

Р_СО2 = М_СО2 · 44 = 0, 44 · 44 = 19, 36 кг

Р_СО = М_СО · 28 = 0, 29 · 28 = 8, 12 кг

 

Потери глинозема Δ Р AI₂O₃.

ПAI_{п, т} - практический и теоретический расход глинозема, т/т AI

 

Δ Р AI₂O₃ = Р AI (ПAI_п - ПAI_т) = 21, 17 · (1, 92 - 1, 89) = 0, 635 кг

 

Потери фторсолей Δ Р_ФТОР.

 

Δ Р_ФТОР = Р_ФТОР = 1, 21 кг

 

Потери углерода Р_С = (М_СО + М_СО2) · 12 = (0, 29 + 0, 44) · 12 = 8, 76 кг

 

Δ Р_С = Р_АНОД - Р_С = 10, 6 - 8, 76 = 1, 84 кг

 

Таблица материального баланса.

Электрический расчет

 

Цель: определение конструктивных размеров ошиновки, определение падения напряжения на всех участках цепи, составление баланса напряжений. Определение рабочего греющего и среднего напряжения. Определение выхода по энергии и удельного расхода по электроэнергии.

 

d_AI = 0, 415 A/мм² = 41, 5 A/см²

d_Cu = 0, 7 A/мм² = 70 A/см²

d_Fe = 0, 18 A/мм² = 18 A/см²

 

Определяем падение напряжения в анодном устройстве

 

Падение напряжения в стояках

 

,

 

где:

I - сила тока, А

ρ _t - удельное сопротивление проводника, Ом · см

а - длина участка шинопровода, см

S_Об - общее сечение проводника, см²

S_ЭК -экономически выгодное сечение стояка, см²

 

 

n_Ш - число алюминиевых шин, шт

 

,

 

где:

S_ПР - практическое сечение одной шины, см²

S_Об - общее сечение стояка, см²

 

S_Об = n_Ш · S_ПР = 6 · (43 · 6, 5) = 1677 см²

 

ρ _{t AI} - удельное сопротивление алюминиевых шин

 

ρ _{t AI} = 2, 8 (1 + 0, 0038 · t) · 10^-6 Ом · см,

 

где t из практических данных 60 ^° С

 

ρ _{t AI} = 2, 8 (1 + 0, 0038 · 60) · 10^-6 = 3, 44 · 10^-6 Ом · см

 

высота стояка а - из практических данных 265 см

 

 

Определяем падение напряжения в анодных шинах

Общее сечение анодных шин

 

S_Об= S_{Об ст} = n_Ш · S_ПР = 6 · (43 · 6, 5) = 1677 см²

 

Удельное сопротивление АI шин при t = 80 ^° С

 

ρ _{t AI} = 2, 8 (1 + 0, 0038 · 80) · 10^-6 = 3, 65 · 10^-6 Ом · см

 

Длина анодных шин принимается равная длине кожуха + 100 см

 

L_А.Ш. = L_КОЖ + 100см = 583, 4 + 100 = 683, 4 см

 

Падение напряжения в анодных шинах

 

 

Определяем количество рабочих штырей

 

_,

 

где:

2 - количество рабочих рядов, шт

Р - периметр анода, см

 

Р = 2 · (L_А + В_А) = 2 · (210 + 427, 4) = 1274, 8 см

 

Определяем среднее сечение штыря

 

 

Определяем средний диаметр штыря

 

 

Длина штыря 105см

 

Определяем падение напряжения в анодных спусках

Удельное сопротивление анодных спусков при t = 150 ^° С

 

ρ _{t Cu} = 1, 82 · (1 + 0, 004 · 150) · 10^-6 = 2, 9 · 10^-6 Ом · см

 

Сечение анодных спусков

 

 

При длине анодных спусков 210 см определяем падение напряжения

 

 

Определяем количество медных шинок приходящихся на 1 штырь, если сечение одной шинки 1см²

 

 

Падение напряжения в катодном устройстве

 

Падение напряжения в подине

 

 

где l_ПР - приведенная длина пути тока по блоку

 

,

 

где:

Н - высота катодного блока 40 см

h - высота катодного стержня с учетом чугунной заливки 13 см

в - ширина катодного стержня с учетом чугунной заливки 26см

 

 

ρ _t - удельное электро сопротивление угольного блока 0, 005 Ом · см

А - половина ширины шахты 320: 2 = 160 см

а - ширина бортовой настыли в шахте ванны 40-60 см

В - ширина блока с учетом шва 59 см

S_СТ - площадь поперечного сечения катодного стержня с учетом чугунной заливки 338 см²

d_А - 0, 78 А/мм²

 

 

Греющее напряжение

 

Δ U_ГР = Δ U_А + Δ U_ПОД + Δ U_ЭЛ + Δ U_А.Э. + U_РАЗЛ=

= 0, 254 + 0, 32 + 1, 6 + 0, 0496 + 1, 65 = 3, 8736 в

Рабочее напряжение

 

Δ U_РАБ = Δ U_ЭЛ + U_РАЗЛ + Δ U_{КАТ. УСТР.} + Δ U_{АН. УСТР.} + Δ U_{ОБЩЕСЕР.} =

= 1, 6 + 1, 65 + 0, 4839 + 0, 4546 + 0, 05 = 4, 2385 в

 

Среднее напряжение

 

Δ U_СР = Δ U_РАБ + Δ U_А.Э.

 

где Δ U_{ОБЩЕСЕР} - падение напряжения в общесерийной ошиновке, принимаем 0, 05в

 

Δ U_РАБ = 4, 2385 + 0, 0496 = 4, 2881 в

 

Данные из расчета сводим в таблицу

Тепловой расчет

 

Данный расчет составляется для t = 25 ^° С. При выполнении данного расчета учитывается уравнение теплового баланса.

 

Q_ЭЛ + Q_{СГОР. АНОДА} = Q_РАЗЛ + Q_МЕТ + Q_ГАЗ + Q_ПОТ

 

Приход

 

Тепло от электроэнергии

I - сила тока 70 кА

U_ГР - напряжение греющее 3, 87 в

 

Q_ЭЛ = 3, 6 · 10³ · I · U_ГР = 3, 6 · 10³ · 70 · 3, 87 =975240 кДж/ч

 

Тепло от сгорания анода

 

Q_{СГОР. АНОДА} = P_CO · Δ Н_CO + P_CO2 · Δ Н_CO2

 

где: Δ Н_СО2 и Δ Н_СО - тепловой эффект образования реакции СО₂ и СО.

По справочнику:

Δ Нсо₂ = 394070 кДж. /кМоль

Δ Нсо = 110616 кДж. кМоль

P_CO и P_CO2 количества СО иСО₂ в кило молях

 

,

 

где: m - объемная доля СО₂ в анодных газах, принимаем 0, 6 или 60%

 

Q_{СГОР. АНОДА} = 0, 294 · 110616 + 0, 440 · 394070 =

= 32521, 1 + 173390, 8 = 205911, 9 кДж/ч

 

Суммарный приход тепла

 

Q_ПРИХ = Q_{СГОР. АНОДА} + Q_ЭЛ = 205911, 9 + 975240 = 1181151, 9 кДж/ч

 

Расход тепла

 

На разложение глинозема

 

Q_РАЗЛ = Р_АI2О3 · Н_Т^АL2О3

 

где: Н_Т^АI2О3 - тепловой эффект образования реакции глинозема при температуре 25 ˚ С.

По справочнику:

 

Н_Т^АI2О3 = 1676000 кДж. /кМоль

 

Р_АI2О3 - расход глинозема на электрическое разложение

 

 

где: F - число Фарадея 26, 8 А·ч

 

Q_РАЗЛ = 0, 39 · 1676000 = 653640 кДж/ч

 

С выливкой металла

Определяется из условия равенства вылитого AI и наработанного за то же время

 

Q_МЕТ = Р_AI · (Δ Н⁹⁶⁰ - Δ Н²⁵)

где:

 

27 - атомная масса алюминия

Δ Н⁹⁶⁰ - теплосодержание алюминия при температуре 960 ˚ С - 43982 кДж/моль

Δ Н²⁵ - теплосодержание алюминия при температуре 20 ˚ С - 6716 кДж/моль

 

Q_МЕТ = 0, 78 · (43982 - 6716) = 29067, 5 кДж/ч

 

Унос тепла с газами

 

Q_ГАЗ = V · C · (t₂ - t₁)

 

где:

V - объем газов, принимаем 7600 м³/ч

С - теплоемкость анодных газов 1, 4 кДж/м³·°С

t₁, t₂ - температура газов 25 °С, 50 °С

 

Q_ГАЗ = 7600 · 1, 4 · (50 - 25) = 266000 кДж/ч

Конструктивный расчет

 

Конструктивный расчет выполняется для определения размеров конструктивных элементов ванн, для этого необходимы следующие показатели: сила тока на ванне, анодная плотность тока. Анодную плотность тока принимаем 0, 78 А/см²

 

На основании этих данных определяем размеры анода

 

,

 

где: I - сила тока, А, d_A - плотность тока, А/см²

 

 

В_А - ширина анодного массива принимаем 210 см, тогда длина анодного массива будет:

 

 

Н_А - высота анодного массива:

 

Н_А= h_{конуса спекания} + h_{жидкой части} = 135 + 45 =180 см

Размеры шахты ванны

 

Внутренние размеры шахты ванны определяются исходя из размеров анодного массива и расстояния до боковой футеровки, которое составляет: по продольной стороне 55см, а по торцевой 50см.

Ширина шахты - В_Ш

 

В_Ш = В_А + 2 · 55 = 210 + 110= 320 см

 

Длина шахты - L_Ш

 

L_Ш = L_АМ + 2 · 50 = 427, 4 + 100 = 527, 4 см

 

Глубина шахты - Н_Ш

 

Н_Ш = h_МЕ + h_ЭЛ = 30 + 20 =50 см

 

Конструкция подины

 

Число блоков. В настоящее время длина катодных блоков 60 - 220 см, шириной 55 см, высотой 40 см, ширина угольной засыпки 4 см. Отсюда число катодных блоков в ряду будет равно:

 

 

а - размер набоечного шва в торцах

 

 

b - Размер набоечного шва по продольным сторонам

 

,

 

где L₁ и L₂ длина катодных блоков, см

 

123Следующая ⇒

Поделиться: