Электролизер для получения алюминия с самообжигающимся анодом на силу тока 74000А (стр. 8 из 9)

где t из практических данных 60 ° С

ρt AI = 2,8 (1 + 0,0038 · 60) · 10-6 = 3,44 · 10-6 Ом · см

a – из практических данных 265 см

Определяем падение напряжения в анодных шинах.

Общее сечение анодных шин

SОб= SОб ст = nШ · SПР = 8 · (43 · 6,5) = 2236 см2

Удельное сопротивление АI шин при t = 80 ° С

ρt AI = 2,8 (1 + 0,0038 · 80) · 10-6 = 3,65 · 10-6 Ом · см

Длина анодных шин принимается равная длине кожуха + 100 см

LА.Ш. = LКОЖ + 100см = 607,77 + 100 = 707,77 см

Падение напряжения в анодных шинах

Определяем количество рабочих штырей

,

где:

2 – количество рабочих рядов, шт

Р – периметр анода, см

Р = 2 · (LА + ВА) = 2 · (210 + 451,77) = 1323,54 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

ρt 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

Определяем падение напряжения в самообжигающемся аноде.

Определяется по формуле

Где:

ВА – ширина анода, см

SА – площадь анода, см2

К- количество штырей, шт

lСР – среднее расстояние от токоведущих штырей до подошвы анода - 45см

ρt – удельное электро сопротивление анода 0,007 Ом · см

dА – анодная плотность тока – 0,78 А/см2

D – длина забитой части штыря – 85 см

Определяем падение напряжения в контактах анодного узла.

Принимается по практическим данным:

Анодная шина – анодный стояк

Анодный стояк – катодная шина

Анодная шина – анодный спуск

Принимаем по 0,005 в на каждом участке, тогда

ΔUКОНТ = 0,005 · 3 = 0,015 в

В контакте шинка – штырь 0,007 в, тогда общее падение напряжения в контактах составляет

ΔUКОНТ АН. = 0,022 в

Падение напряжений в анодном устройстве определяется суммой всех падений напряжения в аноде.

ΔUАН УСТР = ΔUСТ + ΔUА. Ш. + ΔUА. СП. + ΔUА + ΔUКОНТ АН = =0,03 + 0,085 + 0,043 + 0,255 + 0,022 = 0,435 в

Падение напряжения в электролите.

Рассчитывается по формуле

,

где:

I – сила тока 74000 А

ρt – удельное сопротивление электролита 0,5 Ом · см

l – межполюсное расстояние 4-5 см

SА – площадь анода, см2

LА – длина анода 451,77 см

ВА – ширина анода 210 см

Падение напряжения в катодном устройстве.

Падение напряжения в подине.

где lПР – 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

ρt – 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

SСТ – площадь поперечного сечения катодного стержня с учетом чугунной заливки 338 см2

dА – 0,78 А/мм2

Падение напряжения в стержнях не заделанных в подину.

где :

L – длина стержня 50 см

S – суммарная площадь поперечных сечений катодных стержней

S = 23 · 11,5 · 18 = 4761 см2

ρFe – удельное сопротивление стержней при t = 150 ° С

ρt = 13 · (1 + 0,004 · 150) · 10-6 = 2,08 · 10-5 Ом · см

Падение напряжения в катодных спусках.

где:

L – длина спусков 60 см

ρСu – удельное сопротивление катодных спусков при t = 150 ° С

ρt = 1,82 · (1 + 0,004 · 150) · 10-6 = 2,912 · 10-6 Ом · см

SЭ.В. - экономически выгодная площадь поперечного сечения спусков

Число лент в пакете катодных спусков приходящихся на 1 штырь

Площадь поперечного сечения лент

Падение напряжения

Падение напряжения в катодных шинах.

где:

ρAI - удельное сопротивление АI шин при t = 150 ° С

ρt AI = 2,8 (1 + 0,0038 · 150) · 10-6 = 4,396 · 10-6 Ом · см

L - длина катодных шин

L = LK + 100 см = 607,77 + 100 = 707,77 см

SК.Ш. – площадь сечения катодных шин

Площадь сечения 1-ой шины 43 · 6,5 = 279,5 см2

Количество шин

S – экономически выгодная площадь сечения катодных шин

S = 279,5 · 8 = 2380 см2

Падение напряжения

Падение напряжения в контактах.

1) Катодный стержень – спуск.

2) Спуск – катодная шина.

Составляют по 0,005 в на каждом участке, поэтому в сумме 0,01 в.

Падение напряжения в катодном устройстве.

Определяется как сумма всех потерь

Падение напряжения за счет анодных эффектов.

где:

UА.Э. – напряжение анодного эффекта до 40 в

К – количество анодных эффектов в сутки 1 шт

UРАБ – принимаем 4,25 в

τ – продолжительность анодного эффекта, принимаем 2 мин.

Греющее напряжение.

ΔUГР = ΔUА + ΔUПОД + ΔUЭЛ + ΔUАЭ +UРАЗЛ= 0,255 +0,32 + 1,6+ + 0,0496 + 1,65 = 3,8746 в

Рабочее напряжение.

ΔUРАБ = ΔUЭЛ + UРАЗЛ + ΔUКАТ. УСТР.+ ΔUАН. УСТР.+ +ΔUОБЩЕСЕР. == 1,6 + 1,65 + 0,461 + 0,435 + 0,05 = 4,196 в

Среднее напряжение.

ΔUСР = ΔUРАБ + ΔUА.Э.

где ΔUОБЩЕСЕР – падение напряжения в общесерийной ошиновке, принимаем 0,05в

ΔUРАБ = 4,196 + 0,0496 = 4,2456 в

Данные из расчета сводим в таблицу

Определяем основные показатели.

Выход по энергии

где :

ηi – выход по току, принимаем 0,9

с – электрохимический эквивалент 0,336 г/А·ч

Удельный расход электроэнергии

2.4 Тепловой расчет

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

QЭЛ + QСГОР. АНОДА = QРАЗЛ + QМЕТ + QГАЗ + QПОТ

Приход.

Тепло от электроэнергии.

I – сила тока 74 кА

UГР – напряжение греющее 3,87 в

QЭЛ = 3,6 · 103 · I · UГР = 3,6 · 103 · 74 · 3,87 =1030968 кДж/ч

Тепло от сгорания анода.

QСГОР. АНОДА = PCO · ΔНCO + PCO2 · ΔНCO2

где: ΔНСО2 и ΔНСО - тепловой эффект образования реакции СО2 и СО.

По справочнику:

ΔНсо2 = 394070 кДж./кМоль

ΔНсо = 110616 кДж.кМоль

PCO и PCO2 количества СО иСО2 в кило молях

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

QСГОР. АНОДА = 0,310 · 110616 + 0,466 · 394070 =

= 34290,96 + 183636,62 = 217927,58 кДж/ч

Суммарный приход тепла.

QПРИХ = QСГОР. АНОДА + QЭЛ = 217927,58 + 1030968 = 1248895,58 кДж/ч

Расход тепла

На разложение глинозема.

QРАЗЛ = РАI2О3 · НТАL2О3

где : НТАI2О3 - тепловой эффект образования реакции глинозема при температуре 25 ˚С.

По справочнику:

НТАI2О3 = 1676000 кДж./кМоль

РАI2О3 - расход глинозема на электрическое разложение

где: F – число Фарадея 26,8 А·ч

QРАЗЛ = 0,4 · 1676000 = 670400 кДж/ч

С выливкой металла.

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

QМЕТ = РAI · (ΔН960 - ΔН25)

где :