2 Расчётная часть

2.1 Материальный баланс

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

Расчет веду на основании заданных параметров:

- сила тока I = 177,7 кА

- анодная плотность тока d_а= 0,73 А/см²

- выход по току η =88,9 %

Расход сырья N, кг на получение 1 кг алюминия

- глинозем, N_Г= 1,928

- фтористый алюминий, N_Фа= 0,02

- фтористый кальций, N_Cа= 0,0013

- анодная масса, N_М= 0,530

- количество серии = 4

Проектируемый цех состоит из четырёх серий. Расчёт ведём на один час работы электролизёра.

2.1.1 Производительность электролизера

Производительность электролизера Р_А1, кг рассчитывается по закону Фарадея:

Р_А1 = j _* I _* τ _* η (2.1)

где j - электрохимический эквивалент алюминия 0,335 кг/(кА*ч);

I - сила тока, кА;

τ - время, час;

η - выход по току, д. е.

P_А1 = 0,335 * 177,7*1*0,882=52,55 кг

2.1.2 Расчёт прихода сырья в электролизёр

Приход материалов в электролизёр рассчитывают исходя из норм расхода на 1кг алюминия и производительности электролизёра в час. Затраты по сырью составят:

- глинозема, кг

R_Г = P_{Al *} N_Г (2.2)

R_Г = 1,928*52,55 =101,32 кг

- фтористых солей (А1F₃, СаF₂ ) кг

R_Ф =P_{Al *} (N_Фа+ N_Ca) (2.3)

R_Ф = 52,55*(0,02+0,0013)=1,12 кг

- анодной массы кг

R_м = P_{Al *} N_М (2.4)

R_м = 52,55*0,53=27,85 кг

2.1.3 Расчёт продуктов электролиза

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

При получении 51 кг алюминия выделится кислорода m₀, кг:

m_o (2.5)

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

m_o = 46,71

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

m_оco₂ = (2.6)

m₀co₂ = кг

в окись углерода свяжется кислорода кг:

m_оco = (2.7)

m_оco = кг

где 60 и 40 – процентное содержание оксида углерода (CO₂) и окиси углерода (СО) соответственно.

Отсюда можно рассчитать количество углерода связанного в двуокись кг:

m_cco₂ = (2.8)

m_cco₂ = кг

Количество углерода связанного в оксид углерода, , кг:

m_cco = (2.9)

m_cco = кг

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

Pco₂ = m_оco₂ + m_cco₂ (2.10)

Pco₂ = 35,03 + 13,14= 48,17 кг

Pco = m_оco + m_cco (2.11)

Pco = 11,68 + 8,76 =20,44 кг

Всего образуется анодных газов Ргаз, кг:

Ргаз = Pco₂ + Pco (2.12)

Ргаз = 48,17 + 20,44= 68,61 кг

2.1.4 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 составят:

G = P_{Al *} (Nг - 1,89) (2.13)

G =52,55 * (1,928 – 1,89)=2,06 кг

Потери углерод находят по разности прихода анодной массы и расхода углерода, связанного в окислы:

Rуг = R_м - (m_cco₂ + m_cco) (2.14)

Rуг =27,85 – (13,14 + 8,76)= 5,95 кг

Приход фторсолей в электролизёр принимаем равным их расходу.

Таблица 2.1 - Материальный баланс электролизера на силу тока 170кА

Приход	кг	%	Расход	кг	%
Глинозем	101,32	77,77	Алюминий	52,55	40,33
			СО2	48,17	36,97
			СО	20,44	15,69
Анодная масса	27,85	21,38	Потери:
			Глинозем	2,06	1,58
			Фтористые соли	1,12	0,86
Фтористые соли	1,12	0.86	Анодная масса	5,95	4,57
Всего	130,29	100	Всего	130,29	100