Основы расчета алюминиевого электролизера

       F—число Фарадея, равное 26,8 А·ч.

Подставляя эти значения составляющих в уравнение, находим расход тепла  на разложение глинозема:

 

кДж

 

Потери тепла с выливаемым из ванны алюминием рассчитываются, исходя из условия, что количество вылитого алюминия соответствует количеству наработанного в то же время металла.

При температуре выливаемого алюминия 960 °С энтальпия алюминия составляет 43982 кДж/кмоль, а при 25 ºС—6716 кДж/кмоль. Отсюда потери тепла с выливаемым алюминием:

 

Q_мет = 1,0759 (43 982 - 6716) = 40 094 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.

Температуру отходящих газов принимаем по данным практики равной 550ºС.

Энтальпию составляющих отходящего газа находим в справочнике и определяем потери тепла с газами:

 

Q_газ =1,5734 (40488- 16416) +0,9316 (21 860 - 8816) = 50026,675 кДж,

 

где 1,5734 и 0,9316 — соответственно числа киломолей диоксида и оксида углерода, выделяющихся и течение часа;

      40488 и 16416—энтальпия диоксида углерода соответственно при 550 и 25 °С, кДж/кмоль;

       21860 и 8816—то же, для оксида углерода, кДж/кмоль.

Тепловые потери с поверхности электролизера определяют на основании законов теплопередачи конвекцией и излучением.

Для определения теплоотдачи конвекцией применяем зависимость:

 

Q_к=α_кS (t_п-t_в),                                                    (22)

 

где Q_к—отдача тепла конвекцией, кДж;

      α_к—коэффициент конвективной теплоотдачи, кДж(м²·ч·ºС);

      S—площадь теплоотдающей поверхности, м²;

      t_п—температура поверхности, °С;

       t_в—температура окружающей среды (воздуха), °С.

Теплоотдача излучением выражается зависимостью:

 

,                                 (23)

 

где Q_изл—отдача тепла излучением, кДж;

      С_о—коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, равный 20,53 кДж (м²·ч·К);

       ε_п—приведенная степень черноты, безразмерная величина;

       φ—угловой коэффициент или коэффициент облученности окружающего пространства;

       T_п и T_в—соответственно температуры теплоотдающей поверхности и окружающей среды, К.

Расхождение между приходной и расходной частями теплового баланса при правильном подборе величин, участвующих в расчете, не должно превышать 1,5—2,0 %. Исходя из этого, для упрощения расчета тепловые потери с поверхностей электролизера определяем по разности:

 

Q_п = (Q_эл + Q_aн) - (Q_разл + Q_мет + Q_газ) = (3874384 + 723079,6) - (2344106,96 +40094+50026,675) =2163235,95 кДж.

 

Данные расчета приведены в  таблице 2.5.1

 

Таблица 2.5.1 - Тепловой баланс электролизера на силу тока 260 кА

Приход тепла	кДж	%	Расход тепла	кДж	%
От происхождения электрического тока	3874384	84,27	На разложение глинозема	2344106,965	50,98
От сгорания угольного  анода	723079,6	15,73	С вылитым алюминием	40094	0,87
			С отходящими газами	50026,675	1,08

 

Продолжение таблицы 2.5.1

Приход тепла	кДж	%	Расход тепла	кДж	%
			С поверхности электролизера	2163235,95	47,07
ИТОГО	4597463,6	100	ИТОГО	4597463,6	100

 

Новая конструкция электролизера  обязательно проходит стадию испытаний  на группе опытных электролизеров. Во время этих испытаний уточняют конструктивные параметры электролизера и отрабатывают технологический режим.

На основании полученных в результате опытной проверки данных уточняют расчеты  алюминиевого электролизера по всем частям и составляют рекомендации по дальнейшему его использованию.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

В своем курсовом проекте  я провел расчеты электролизера  на 260 кА с самообжигающимся анодом и верхним токопроводом. А именно расчет числа электролизеров в серии, который определяется средним напряжением  и напряжением выпрямительных агрегатов; конструктивный расчет электролизера. При конструктивном расчете определил основные габариты электролизера: размеры анодного и катодного устройства. При материальном расчете я рассчитал производительность электролизера и расход сырья на производство алюминия. Выполняя электрический расчет, я составил электрический баланс напряжения, и определила сечение и длину токоподводящих проводников электролизера. Завершающим расчетом в моей работе является энергетический расчет. Он заключается в определении составляющих прихода и расхода энергии в процессе электролиза и в составлении теплового баланса на основании этих составляющих, что я и сделал. На основании полученных в результате опытной проверки данных, можно сделать вывод, что данная конструкция электролизера проходит стадию испытаний и рекомендована к дальнейшему использованию.

В заключении можно сделать  основной вывод, что электролизер данного  типа наиболее перспективный, так как  главное в конструкции таких  электролизеров – увеличение единичной мощности при резком сокращении вредных выделений в атмосферу, особенно канцерогенных веществ, образующихся в результате коксования самообжигающихся анодов, снижение расхода электроэнергии, улучшение условий труда, а при выборе той или иной конструкции для эксплуатации в промышленности в первую очередь учитываются выше сказанные факторы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

• Металлургия алюминия. Троицкий И.А., Железнов В.А. Москва, «Металлургия», 1977. 392с.
• Металлургическая теплотехника. Филимонов Ю.П., Старк С.Б., Морозов В.А. Москва, «Металлургия» 1974. 2 том.
• Интернет.