1. Расчётная часть

Для получения алюминия - сырца в электролизёр загружают глинозём, анодную массу и фторсоли. В процессе электролиза образуются в основном окислы углерода. В результате испарения и пылеуноса отходящими газами из процесса постоянно выбывают некоторые количества фтористых соединений и глинозёма.

При применении самообжигающихся анодов в процессе электролиза часть анодной массы выбывает в виде летучих соединений при коксовании анода. Кроме того, анодная масса расходуется в виде пены снимаемой с поверхности электролита. Увеличенный расход анодной массы и фтористых солей на электролизёрах с верхним токоподводом объясняется низким качеством анодной массы и недостатками обслуживания электролизёра.

1.1. Материальный баланс

В процессе электролиза криолитоглинозёмного расплава расходуется глинозём, фтористые соли и угольный анод. При этом образуется расплавленный алюминий и газообразные окислы углерода.

На основании опыта эксплуатации алюминиевых электролизёров ОА задаёмся параметрами для расчета электролизера:

- сила тока I=_______ кА

- анодная плотность тока d_а = ______ А/см²

- выход по току  =______ %

Расход сырья N кг на получение 1 кг алюминия принимаем по практическим данным:

- глинозем, N_Г = ______ кг

- фтористый алюминий, N_Фа = ______ кг

- фтористый кальций, N_Cа = ______ кг

- анодная масса, N_М = ______ кг

Для упрощения расчетов материальный баланс рассчитывают на 1 час работы электролизера.

Производительность электролизера

Производительность электролизера Р_А1, кг рассчитывается по формуле:

Р_А1 = j _* I _* τ _* , (1)

где j - электрохимический эквивалент алюминия, 0,335 кг/(кА_*час);

I - сила тока, кА;

τ - время, час;

 - выход по току, доли единицы.

P _А1 = 0,335 * _______ * _______*___ = ______ кг

Расчёт прихода сырья в электролизёр

Приход материалов в электролизёр рассчитывают по расходу сырья N на 1кг алюминия и производительности электролизёра в час P_Al. Тогда приход сырья составит:

- глинозема R_Г, кг

R_Г = P_{Al *} N_Г (2)

R_Г = _______*_______=_______ кг

- фтористых солей (А1F₃,СаF₂ ) R_Ф, кг

R_Ф = P_{Al *} (N_Фа+ N_Ca) (3)

R_Ф = _______* ( ______ + ______) = ______ кг

- анодной массы R_м, кг

R_м = P_{Al *} N_оа (4)

R_м = _______ * _______ = _______ кг

Расчёт продуктов электролиза

1.1.3.1 Количество анодных газов рассчитывают исходя из их состава и реакций, протекающих в электролизёре. Для упрощения расчета принимают состав анодных газов, % (масс.): СO₂ - 60; СО - 40.

При получении P_Al алюминия выделится кислорода m₀, кг:

(5)

где 48 и 54 – молярная масса соответственно кислорода и алюминия в глиноземе.

кг

Из этого количества в двуокись углерода свяжется кислорода m₀co_2, кг:

(6)

кг

в окись углерода свяжется кислорода m₀co, кг:

(7)

Где 60 и 40 – процентное содержание двуокиси углерода (CO₂) и окиси углерода (СО) соответственно.

кг

Отсюда можно рассчитать количество углерода связанного в двуокись m_cco₂, кг:

(8)

кг

Количество углерода связанного в оксид углерода, m_cco, кг:

(9)

кг

Таким образом, в час выделяется оксидов Pco₂ и Pco, кг:

Pco₂ = m₀co₂ + m_cco₂ (10)

Pco₂ = ______ + ______ = _______ кг

Pco = m₀co + m_cco (11)

Pco = _______ + _______ = _______ кг

Всего образуется анодных газов Ргаз, кг:

Ргаз = Pco₂ + Pco (12)

Ргаз = ______ + _______ = _______ кг

Расчёт потерь сырья

Теоретический расход глинозема составляет 1,89 кг на 1 кг алюминия. Перерасход глинозема объясняется наличием в его составе примесей и механическими потерями. Тогда потери глинозема G, кг составят:

G = P_{Al *} (Nг - 1,89) (13)

G = ______ * (_______ – 1,89 ) = _______ кг

Потери углерода Rуг, кг находят по разности прихода анодной массы R_м и расхода углерода, связанного в окислы:

Rуг = R_м - (m_cco₂ + m_cco) (14)

Rуг = _____ – ( ______ + ______) = _______ кг

Приход фторсолей в электролизёр принимаем равным расходу.

Данные расчета материального баланса приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Материальный баланс на силу тока _______ кА

Приход	кг	%	Расход	кг	%
Глинозем			Алюминий
			СО2
			СО
Анодная масса			Потери:
			Глинозем
			Фтористые соли
Фтористые соли			Анодная масса
ИТОГО:		100	ИТОГО:		100