Электролизер для получения алюминия с самообжигающимся анодом на силу тока 74000А (стр. 1 из 9)

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА НА ТЕМУ:

Электролизер для получения алюминия с самообжигающимся анодом на силу тока 74000А

Содержание

Объяснительная записка

Введение

1. ГОСТы на алюминий и сырье

1.1 Обоснование состава электролита

1.2 Обоснование технологических параметров

1.3 Описание конструкции

1.4 Обслуживание при нормальной работе

1.5 Неполадки, способы устранения

1.6 Вопросы БЖД

2 Расчетная часть.

2.1 Конструктивный расчет

2.2 Материальный расчет

2.3 Электрический расчет

2.4 Тепловой расчет

2.5 Расчет числа электролизеров в серии

Библиография

Введение

Алюминий – химический элемент третьей группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Его порядковый номер 13, атомная масса 26,98. Устойчивых изотопов алюминий не имеет.

Химические свойства.

Алюминий имеет электронную конфигурацию 1s22s22p63s23p1. На третьем внешнем энергетическом уровне атома алюминия находится три электрона, два на s подуровне и один на р подуровне. Так как один р электрон с ядром атома связан слабее, чем два спаренных s электрона, то в определенных условиях, теряя р электрон, атом алюминия становится одновалентным ионом, образуя соединения низшей валентности. Энергия ионизации первого 3p1 электрона составляет 574,5 кДж / моль, второго и третьего 3s2 электронов – соответственно 1800 и 2730 кДж / моль.

Алюминий химически активен. Уже в обычных условиях он взаимодействует с кислородом воздуха, покрываясь очень тонкой и прочной окиси AI2O3. Эта пленка защищает алюминий от дальнейшего окисления и обусловливает его довольно высокую коррозионную стойкость, а так же ослабляет металлический блеск. В присутствии примесей ртути, натрия, магния и некоторых других прочность окисной пленки и ее защитное действие сильно понижаются.

В мелкораздробленном состоянии при нагревании на воздухе алюминий воспламеняется и сгорает с выделением большого количества тепла. С серой алюминий реагирует так же при нагревании, образуя сульфид алюминия AI2S3. С хлором и жидким бромом он реагирует при обычной температуре, а с йодом при нагревании или в присутствии воды.

В атмосфере фтора при комнатной температуре алюминий покрывается пленкой AIF3, которая препятствует дальнейшей реакции.

С азотом алюминий реагирует при нагревании свыше 800°С, образуя нитрид алюминия AIN. Взаимодействие алюминия с углеродом начинается при 650°С, но протекает энергично при температуре около 1400°С с образованием карбида алюминия AI4C3.

Нормальный электродный потенциал алюминия в кислой среде 1,66в, а в щелочной 3,25в.

Будучи амфотерным алюминий растворяется в соляной кислоте и растворах щелочей. В серной кислоте и разбавленной азотной кислоте алюминий растворяется медленно. В концентрированной азотной кислоте в органических кислотах и воде алюминий устойчив.

Физические свойства.

Температура плавления алюминия технической чистоты 99,5% 658°С. С повышением степени чистоты температура плавления алюминия возрастает и для металла высокой чистоты 99,996% составляет 660,24°С. Скрытая теплота плавления алюминия около 0,93 кал/г, теплоемкость при 0°С 0,21 кал/(г·°С). При переходе из жидкого состояния в твердое объем его уменьшается на 6,6% для алюминия 99,75%. Кипит алюминий при температуре 2500°С.

Плотность алюминия меньше плотности железа в 2,9 раза, меди в 3,3 раза. В твердом состоянии для алюминия технической чистоты она составляет 2,703 г/см3, а для алюминия высокой чистоты 2,6989 г/см3.

В расплавленном состоянии алюминий жидкотекуч и хорошо заполняет формы при литье.

В твердом виде алюминий легко подвергается ковке, прокатке, резанью, волочению. Из него можно вытягивать тончайшую проволоку и катать фольгу. Пластичность алюминия возрастает по мере повышения его чистоты. Так предел прочности на разрыв литого алюминия технической чистоты составляет 9-12 кгс/мм2, прокатанного 18-28 кгс/мм2. Относительное удлинение соответственно равно 18-25 3-5%, а твердость по Бринеллю 24-32 и 45-60 кгс/мм2.

Алюминий имеет высокую теплопроводность и электропроводность. При температуре 200°С теплопроводность алюминия составляет 0,531 кал/(см·с·°С) для алюминия 99,7% и 0,82 кал/(см·с·°С) для алюминия 99,9%. Электропроводность алюминия так же зависит от его чистоты. Для алюминия технической чистоты 99,5% она составляет 62,5% от электропроводности меди, а для алюминия высокой чистоты 99,997% составляет 65,45%. Различные примеси влияют на электропроводность алюминия, но в неодинаковой степени. Наиболее сильно снижают электропроводность примеси хрома, ванадия, и марганца.

Малая плотность, высокая электропроводность, низкая коррозионная стойкость, достаточно высокая механическая прочность, пластичность обеспечили высокое применение, как чистого металла, так и сплавов на его основе. К тому же алюминий, как известно, относится к числу наиболее распространенных элементов. Содержание его в земной коре достигает 7,45%, и по распространенности он занимает третье место после кислорода (49,3%) и кремния (26%).

Чистый алюминий применяется в электротехнической промышленности для изготовления проводов и кабеля, шинопроводов, конденсаторов, выпрямителей. В силу большой коррозионной стойкости он широко применяется в химическом машиностроении, для изготовления бытовых приборов, в пищевой промышленности для хранения пищевых продуктов (упаковочные материалы).

Алюминиевые сплавы – литейные и деформируемые – также находят широкое применение в различных областях техники, главным образом в авиастроении, автомобильной промышленности, транспортном машиностроении, в промышленном и гражданском строительстве.

Всё большое значение приобретают спечённые алюминиевые порошки (САП) и сплавы (САС). Помол порошка осуществляют с таким расчетом, чтобы получить на поверхности частиц требуемый слой оксида алюминия. Затем пудру брикетируют и спекают. Полученные заготовки также обрабатывают, как и металл. Однако, наличие дисперсных частиц оксида алюминия приводит к упрочнению САП и прочность сохраняется до температуры 500 градусов.

Широкое распространение получили алюминиевые сплавы с добавкой лития, обладающие пониженной плотностью и повышенной пластичностью, а также сплавы, полученные с применением высоких скоростей затвердевания.

В странах СНГ до 1992 года алюминий и его сплавы в строительстве и для упаковке применялись значительно меньше, чем в Европейских странах и США. В период с 1991 до 1997 годы потребление алюминия в странах СНГ резко сократилось – с 60% от выпускаемого первичного алюминия в 1991 году до 12% в 1997 году. Однако подобный спад следует расценивать как временное явление, поскольку опыт развития мировой экономики свидетельствует о существовании устойчивой тенденции повсеместного роста потребления алюминия. В народном хозяйстве алюминий в основном применяется для изготовления посуды.

В данное время получение алюминия в нашей стране осуществляют на электролизерах различных типов. В данном проекте рассматриваются вопросы получения алюминия на электролизерах с боковым токоподводом.

1. ГОСТы на алюминий и сырье

Глинозем металлургический ГОСТ 30558-98. По физико-химическим показателям глинозем должен соответствовать следующим нормам:

Примечание:

1) В глиноземе марки Г-1, выпускаемом из бокситового сырья, допускаемая массовая доля железа (111) не более 0,05%, сумма оксидов натрия и калия в пересчете на оксид натрия не более 0,5%.

2) При содержании в глиноземе фракции менее 45 мкм не более 25% к обозначению марки глинозема добавляют букву «К» (крупнозернистый): Г-00К.

Криолит искусственный, технический ГОСТ 10561-80. По физико-химическим показателям криолит должен соответствовать следующим нормам:

Алюминий фтористый, технический ГОСТ 19181-78.

Фтористый алюминий по физико-химическим показателям должен соответствовать нормам, указанным в таблице.

Фтористый натрий, технический ТУ 113-08-586-86.

Фтористый натрий по физико-химическим показателям должен соответствовать нормам, указанным в таблице.

Сода кальцинированная, техническая ГОСТ 5100-85.

По физико-химическим показателям техническая, кальцинированная сода должна соответствовать следующим нормам, указанным в таблице.

Магнезит ГОСТ 1216-87.

Порошки магнезитовые каустические. ПМК-90(ПМК-87) должны удовлетворять следующим требованиям:

Фтористый кальций(шпат плавиковый)ГОСТ 29219-91.

Фтористый кальций должен соответствовать следующим требованиям:

Криолит вторичный ТУ 48-5-130-85 Марки ВРК(Регенерационный криолит). Криолит должен соответствовать следующим требованиям:

Вторичный (регенерационный) криолит хранится в закрытом складе, а к электролизерам транспортируется в открытых кюбелях.

Анодная масса ТУ 48-5-80-86.

Анодная масса должна соответствовать следующим требованиям: