Расчет электролизера (стр. 3 из 7)
РAI=
= 55,32 кг/ч.В таблице 3 приведены данные по расходу сырья (кг/тAl), полученные на основании данных технической информации по ЭЛЦ-1 для электролизеров, оборудованных АПГ и “сухой” газоочисткой за июнь 2008г.
Таблица 3 - Расход сырья (кг/т Al)
| Материал | Показатели |
| Глинозем марки Г-000 (ГОСТ 0558-98) | 96.8 |
| Вторичный глинозем (содержание F: ~1,4%) | 1838.2 |
| Анодная масса | 521 |
| Фтористые соли: | |
| -криолит смешанный | 13,6 |
| -фтористый алюминий | 26,92 |
| -фтористый кальций | 0,39 |
| Выход по току, % | 89 |
Ркр.см.= РAI· pкр.см.= 55,32 · 0,0136 = 0,752 кг/ч;
РAlF3= РAI· pAlF3= 55,32 · 0,0255 = 1,489 кг/ч
РCaF2=РAI· рCaF2= 55,32 · 0,00039 = 0,022 кг/ч.
Зная производительность электролизёра и удельный расход сырья, рассчитываем приход материалов в электролизер:
Р(AI2O3-вторичный) = PAI· pг = 55,32 · 1,8382 = 101,69 кг/ч;
Р(AI2O3-первичный) = PAI· pг = 55,32 · 0,0968 = 5,35 кг/ч;
Ран. = РAI· pан. = 55,32 · 0,521 = 28,82 кг/ч;
Рфтор.сол.= РAI· рфтор.сол. = 55,32· (0,0136+0,02692+0,00039) = 2,263 кг/ч.
Выход материалов включает:
1. Алюминий. Количество полученного в результате электролиза алюминия определяется производительностью электролизёра РAI,кг/ч.
2. Анодные газы. Количество анодных газов рассчитывается из суммарной реакции:
AI2O3+xC = 2AI+(2x-3)CO+(3-x)CO2
протекающей в электролизёре, и из состава анодных газов.
Количество СО и СО2, кмоль/ч, определяется из уравнений:
; 
;где Nco и Nco2 - мольные доли СО и СО2 в анодных газах.
Согласно уравнению[19]:
%CO= [200G-2(%CE)-8]/G= [200*1.15-2(89)-8]/1.19= 43.7%
%CO2= 100- %CO= 100- 43.7= 56.3%
Таким образом,
= 0,563 и 
= 0,437 
кмоль/ч, 
кмоль/ч,Весовые количества СО и СО2, кг/ч:
Рсо = Мсо · 28 = 0,859 · 28 = 24.052 кг/ч;
Рсо2 = Мсо2 ·44 = 1,107 · 44 = 48.708 кг/ч;
где 28 и 44 - молекулярные веса СО и СО2.
3. Потери углерода. Определяются как разность между приходом анодной массы и количеством израсходованного с газами углерода.
Количество израсходованного с газами углерода рассчитывается по уравнению:
РС = 12· (МСО + МСО2);
PC = 12· (0,859 + 1,107) = 23.59 кг/ч;
D Рс = Ра-Рс = 28,82 – 23,59 = 5.23 кг/ч.
4. Потери глинозёма в виде пыли и механические потери принимаются как разность между приходом глинозёма в электролизёр и теоретическим расходом глинозёма.
Теоретический расход глинозёма определяется из уравнения:
Al2O3 = 2Al+1,5O2;
и составляет:
Р(Al2O3)теор. = 1,89 · PAl = 1,89 · 55,32 = 104,55 кг/ч;
DР(Al2O3 )= P(Al2O3) - P(Al2O3)теор .= 107,04 – 104,55 = 2,49 кг/ч.
5. Потери фтористых солей в виде возгонов и газов, удаляемых системами вентиляции, на пропитывание подины и с угольной пеной, если она снимается, принимают равными приходу фторсолей.
Таблица 4 - Материальный баланс
| Приход | кг/ч | % | Расход | кг/ч | % |
| Глинозём(вторичный) | 101,69 | 72,92 | Алюминий | 55,32 | 39,78 |
| Глинозем (свежий) | 5,35 | 3,84 | Потери глинозёма | 2,49 | 1,79 |
| Анодная масса | 28,82 | 20,66 | Потери углерода | 5,23 | 3,76 |
| Криолит смешанный | 0,752 | 0,54 | Газы: СО СО2 | 24,052 48,708 | 17,3 35,03 |
| Фторид алюминия | 1,489 | 2,04 | |||
| Фторид кальция | 0,022 | 0,01 | Потери фторсолей | 2,263 | 1,63 |
| Итого | 139,46 | 100 | Итого | 139,41 | 100 |
Конструкция ошиновки
должна удовлетворять следующим основным требованиям:
· возможность быстрого включения и отключения ванны в цепь без нарушения работы всей серии;
· плотность тока в шинах должна быть экономически выгодной, то есть такой, при которой сумма затрат энергии и стоимости ошиновки будет минимальна;
· обеспечение равномерного распределения электрического тока по аноду и катоду;
· минимизация волнений и искривления поверхности расплавленного алюминия, возникающих под действием электромагнитных сил и приводящих к снижению выхода по току и срока службы электролизера.
 |
На электролизерах С-8БМ анодная ошиновка каждой из сторон ванны состоит из двух пар металлически не связанных между собой анодных пакетов (I–II и III–IV), которые соединены с катодными блюмсами, выходящими на одну сторону ванны (рисунок 1).
Рисунок 1 – Развернутая схема ошиновки электролизеров С-8БМ
А, Б, В, Г – узлы соединения анодной ошиновки с 4-, 5-, 3- и 2-шинными
стояками. Соответственно I, II, III и IV – пакеты анодных шин
По проекту ошиновка выполнена из алюминиевых шин сечением 430×60 мм. На продольных сторонах катода расположено по семь шин, разбитых на четыре секции и подсоединенных к соответствующему узлу анодной ошиновки следующего по ходу тока электролизера. При этом пять шин катодной ошиновки, расположенные на правой (по ходу тока) стороне ванны, подключены к узлу Б анодной ошиновки следующего по ходу тока электролизера, а две обводные шины – к узлу Г. На левой стороне ванны четыре шины катодной ошиновки подсоединены к узлу А, а три обводные шины – к узлу В анодной ошиновки следующего по ходу тока электролизера. Таким образом, ток к аноду подводится четырьмя стояками: входные стояки состоят из пяти и четырех шин, а обводные — из двух и трех шин.
Однако, как следует из рисунка 1 и таблицы 5, к каждой катодной шине подсоединено разное количество блюмсов (от полутора до трех). При равномерном распределении тока по блюмсам плотность тока, по крайней мере в десяти шинах из 14, значительно превышает экономически выгодную, находящуюся для алюминиевых шин в пределах 0,20 – 0,35 А/мм2 [2].
Таблица 5 – Плотность тока в катодных шинах
| Сторона | Номер шины (от катодного кожуха) | Количество подключенных блюмсов, шт | Плотность тока, А/мм2 |
| Лицевая | 1 | 2 | 0,450 |
| 2 | 2 | 0,450 | |
| 3 | 3 | 0,674 | |
| 4 | 3 | 0,674 | |
| 5 | 1,5 | 0,337 | |
| 6 | 1,5 | 0,337 | |
| 7 | 2 | 0,450 | |
| Глухая | 1 | 2 | 0,450 |
| 2 | 2 | 0,450 | |
| 3 | 2,5 | 0,496 | |
| 4 | 2,5 | 0,496 | |
| 5 | 3 | 0,674 | |
| 6 | 1,5 | 0,337 | |
| 7 | 1,5 | 0,337 |
Анодная ошиновка электролизера состоит из четырех параллельных ветвей (I – IV), к каждой из которых подсоединяются по 18 анодных штырей. К каждой из ветвей анодной ошиновки подключено разное количество блюмсов. Если узлы А, Б, В и Г имеют надежный контакт, то количество блюмсов, подключенных к левой (ветви I и II) и правой (ветви III и IV) половинам анода, будет равно 15, это должно обеспечить равномерное распределение тока по аноду
Ошиновка электролизера выполнена 14 шинами, по 7 шин с каждой стороны, поперечное сечение шины 430×60 мм. Общее сечение шинопровода составляет:
,где S1ш – площадь поперечного сечения одной шины, мм2;
n – число шин.
Средняя плотность тока в шинах:
.Плотность тока в шинах превышает экономически выгодную практически в 2 раза.
Катодные стержни (блюмсы) сечением 230×115 мм изготавливают из стали марки Ст–3. Они соединяются с катодными шинами при помощи гибких пакетов из алюминиевых лент–спусков, приваренных к катодным стержням и шинам.
Сечение пакета из алюминиевых лент (спусков):
,где dэк – экономически выгодная плотность тока для алюминиевых спусков.
Число лент в пакете:
,где S1л – сечение одной ленты, 1,5×200 мм.
Ток к аноду подводится 72 сталеалюминиевыми штырями (ТУ 48-22-77-81), расположенными в 4 ряда. Общая длина штыря составляет 2850 мм, длина стальной части 2090 мм, наибольший диаметр конической части 138 мм, наименьший диаметр 100 мм, длина алюминиевой штанги 1150 мм, сечение штанги 80
50 мм. Среднее сечение анодного штыря Sср составляет: