Министерство образования Красноярского края

КГБПОУ «Красноярский индустриально – металлургический техникум»

Код специальности 22.02.02

Рабочая тетрадь

МДК.01.02. МЕТАЛЛУРГИЯ ЛЁГКИХ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

Тема 2.4 Металлургия алюминия

Преподаватель Г.Д. Баранова

Студент

Группа Мд –

Красноярск

Содержание

Расчёт и проектирование алюминиевого электролизёра 2

Введение 2

Материальный баланс электролизера 2

1 Расчёт производительности электролизера 2

2 Расчёт прихода сырья в электролизёр 2

3 Расчёт продуктов электролиза 3

4 Расчёт потерь сырья 4

Конструктивный расчет электролизера 4

1 Расчёт анодного устройства 4

1.1 Размеры анода 5

1.2 Расчет токоподводящих штырей 5

2 Расчёт катодного устройства 6

2.1 Размеры шахты электролизёра 6

2.2 Расчёт подины 6

2.3 Размеры катодного кожуха 7

Электрический расчёт электролизера 8

1 Падение напряжения в анодном устройстве 8

2 Падение напряжения в подине 9

3 Доля увеличения напряжения от анодных эффектов 9

4 Падение напряжения в электролите 10

5 Падение напряжения в ошиновке 10

Тепловой баланс электролизера 10

1 Приход тепла 11

2 Расход тепла 11

Расчет оборудования 12

1 Расчёт рабочего напряжения КПП 13

2 Число установленных электролизёров в серии 13

3 Число резервных электролизеров 13

4 Расчёт показателей СКЭ 14

Расчёт и проектирование алюминиевого электролизёра Введение

В процессе электролиза криолитоглинозёмного расплава расходуются глинозём и фтористые соли, а также сгорает угольный анод. При этом образуются расплавленный алюминий и газообразные окислы углерода. На основании опыта эксплуатации алюминиевых электролизёров С-8БМ с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом задаёмся параметрами для расчета:

- цех состоит из n серий ____

- сила тока серии, I = ______кА

- выход по току,  = ______ %

- анодная плотность тока d_а = _____ А/см²

Норму расхода 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

Расчёты ведём на один час работы электролизера.

Материальный баланс электролизера

Расчёт материального баланса электролизёра включает следующие этапы:

1. Расчёт производительности электролизера.

2. Расчёт прихода сырья в электролизёр.

3. Расчёт продуктов электролиза.

4. Расчёт потерь сырья.

1 Расчёт производительности электролизера

Производительность электролизера Р_А1, кг согласно закону Фарадея составит:

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.

Р_А1 =

2 Расчёт прихода сырья в электролизёр

Приход материалов в электролизёр рассчитывают по норме расхода сырья N, кг на 1 кг 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 =

- фтористых солей R_Ф, кг

R_Ф = P_Al * (N_Фа+ N_Ca), (3)

R_Ф =

- анодной массы R_М, кг

R_М = P_Al * N_М (4)

R_М =

3 Расчёт продуктов электролиза

3.1 Количество анодных газов рассчитывают, исходя из их состава и реакций, протекающих в электролизёре (написать реакции):

Для упрощения расчета принимают состав анодных газов, % (масс.): двуокиси углерода СO₂ - 60; окиси углерода СО - 40.

3.2 При получении P_Al алюминия выделится кислорода m_о, кг:

m_о = (5)

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

m_о = --------------

3.3 Из этого количества кислорода в двуокись углерода свяжется m_оco_2, кг:

m_оco₂ = , (6)

m_оco₂ = ---------------

в окись углерода свяжется кислорода m_оco, кг:

m_оco = (7)

где 60 и 40 – процентное содержание двуокиси углерода и окиси углерода соответственно.

m_оco = -------------------

3.4 Находим массу углерода связанного в двуокись m_cco₂, кг:

m_cco₂ = (8)

m_cco₂ = ----------------

и массу углерода связанного в окись m_cco, кг:

m_cco = (9)

m_cco = --------------

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

Pco₂ = m_оco₂ + m_cco₂ (10)

Pco₂ =

Pco = m_оco + m_cco (11)

Pco =

3.6 Всего образуется анодных газов Ргаз, кг:

Ргаз = Pco₂ + Pco (12)

Ргаз =