
- •Курсовой проект
- •Пояснительная записка
- •1Теоретическая часть.
- •1.1Общие сведения.
- •1.2Свойства и строение электролита.
- •1.3 Температура плавления.
- •1.4 Плотность.
- •1.5 Вязкость.
- •1.6 Поверхностное натяжение.
- •1.7 Удельная электропроводность расплавов.
- •1.8 Термодинамика основных процессов.
- •1.9 Разложение глинозема.
- •1.10 Разложение фторидов.
- •1.11 Основные электродные реакции, протекающие на электродах.
- •1.12 Выход по току.
- •1.13 Состав анодных газов и расход углерода.
- •1.14 Анодный эффект.
- •1.15 Температура.
- •1.16 Плотность тока.
- •1.17 Межполюсное расстояние.
- •1.18 Состав электролита и криолитовое отношение.
- •2 Конструктивный расчет алюминиевого электролизера
- •2.1Расчет анодов
- •2.2. Внутренние размеры шахты
- •2.3. Конструкция подины
- •2.4 Внутренние размеры катодного кожуха
- •2.5 Расчет ошиновки
- •3 Расчет материального баланса
- •3.1. Приход материалов
- •3.2 Расход материалов
- •4 Электрический баланс электролизера
- •4.1. Напряжение поляризации
- •4.2Падение напряжения в обожженном аноде
- •4.2.1. Падение напряжения в угольной части анода
- •4.2.2. Падение напряжения в контакте ниппель-анод
- •4.2.3. Падение напряжения в контактах кронштейн – ниппель и штанга – кронштейн
- •4.2.4 Падение напряжения в ниппеле
- •4.2.5Падение напряжения в кронштейне
- •4.2.6Падение напряжения в алюминиевой штанге
- •4.2.7Падение напряжения в электролите
- •4.2.8Падение напряжения в катодном устройстве
- •4.2.9 Падение напряжения в выступающих из подины участках катодных стержней
- •4.2.10 Падение напряжения в алюминиевых соединительных лентах
- •4.3Падение напряжения в ошиновке
- •4.3.1. Падение напряжения в катодной ошиновке
- •4.3.2. Падение напряжения в анодной ошиновке
- •4.4Падение напряжения за счет анодных эффектов
- •5 Тепловой баланс
- •5.2.4.1. Потери тепла с поверхности анодов
- •5.2.4.2. Потери тепла с открытой поверхности электролита
- •5.2.4.3. Потери тепла с поверхности глиноземной засыпки
- •5.2.4.4Потери тепла с обортовочного листа
- •5.2.4.5. Потери тепла с катодного кожуха
1.15 Температура.
Обычно средняя температура расплава при электролизе составляет 950 - 960 . С повышением температуры выход по току падает (рис.5) вследствие взаимодействия выделившегося на катоде алюминия с газовой фазой, образовавшейся на аноде. С понижением температуры увеличивается вязкость электролита, что приводит к запутыванию в нем металла, а значит к затруднению разряда ионов алюминия на катоде и увеличении его циркуляции.
Рис.5. Зависимость выхода по току от температуры расплава.
1.16 Плотность тока.
С
увеличением плотности тока увеличивается
выход по току (рис.6). Так как в электролите
имеются катионы двух металлов -
,
то при определенной плотности тока
возможен разряд ионов
на катоде, и тогда выход по току алюминия
начинает падать.
Рис.6. Влияние плотности тока на выход по току.
1.17 Межполюсное расстояние.
Влияние расстояния между электродами
на выход по току вполне объясним с точки
зрения растворимости металлов в
расплавленных солях. С увеличением
междуполюсного расстояния перенос
растворенного металла от катода к аноду
диффузией и конвекцией затруднен
вследствие увеличения пути прохождения
металла. Благодаря увеличению
междуполюсного расстояния потери
уменьшаются, и выход по току увеличивается,
но и увеличивается падение напряжения
в электролите, а также удельный расход
электроэнергии (рис.11). Снижение
межполюсного расстояния приводит к
уменьшению количества электролита,
вследствие чего скорость циркуляции
возрастает, что вызывает рост потерь
металла и снижение выхода по току.
Рис.7. Зависимость выхода по току от межполюсного расстояния.
Но следует учесть, что напряжение на ванне прямо пропорционально междуполюсному расстоянию:
где
-
напряжение на ванне, В
- напряжение разложения, В
- удельное сопротивление электролита,
- плотность тока,
- междуполюсное расстояние, см
и, следовательно, будет расти с увеличением его, а это приведет к большому расходу электроэнергии. В современной алюминиевой промышленности междуполюсное расстояние составляет 4,5 - 5,5 см.
1.18 Состав электролита и криолитовое отношение.
При больших к.о. (2,6-2,7) решающую роль играет реакция образования натрия:
При малых к.о. (2,2-2,3) - образование субфторида алюминия:
Таким образом, с уменьшением к.о. до 2,2 - 2,3 выход по току увеличивается (рис. 8).
Рис.8. Зависимость выхода по току от криолитового отношения.
Зависимость выхода по току от различных факторов выражает формула Г.А.Абрамова, предложенная им в 1936 г:
где D - среднегеометрическая плотность тока,
причем
и
- соответственно анодная и катодная
плотность тока;
1 - междуполюсное расстояние, см;
К - константа, зависящая от температуры электролита.
2 Конструктивный расчет алюминиевого электролизера
2.1Расчет анодов
Зная силу тока (55кА) и анодную плотность тока (0,9 А/см2) по данным практики, определим площадь анода, см2:
В качестве анода
принимаем обожженный анодный блок
размером
.
Для такого электролизера рассчитывается необходимое количество анодов:
,
где Lб – длина анодного блока, см;
Bб –ширина анодного блока, см.
К установке принимаем 14 анодов по 7 штук в ряду.
Расстояние между блоками по продольной стороне составляет а = 50мм, а между рядами блоков b = 100мм.
Тогда длина анодного массива составляет, мм:
,
а ширина: