Процесс электролитического производства алюминия

Оглавление

Введение. 5

Часть 1. Характеристика аппаратуры и процесса. 6

1.1 Теоретические сведения процесса электролиза. 6

1.2 Конструктивный расчет электролизера. 12

1.2.1 Исходные данные, принятые по материалам практики. 12

1.2.2 Выбор конструкции электролизера и его электрических параметров. 13

1.2.3 Внутренние размеры шахты электролизера. 15

1.2.4 Конструкция катода. 15

1.2.5 Размеры катодного кожуха. 16

Глава 2. Статический материальный и тепловой балансы.. 18

2.1 Статический материальный баланс. 18

2.2 Статический тепловой (энергетический) баланс. 22

2.2.1 Приходные статьи теплового баланса. 24

2.2.2 Расходные статьи теплового баланса. 25

2.2.3 Тепловые потери конструкционными элементами электролизера. 28

2.2.3.1 Потери тепла от электролита через боковые

стенки шахты электролизера. 28

2.2.3.2 Потери тепла от металла через боковые

стенки шахты электролизера. 31

2.2.3.3 Потери тепла подиной электролизера. 34

2.2.3.4 Потери тепла от электролита к аноду. 36

2.2.3.5 Потери тепла с поверхности корки и с открытого электролита. 38

Глава 3. Специальная часть. 43

3.1 Краткие теоретические сведения об имитационном моделировании. 43

3.2 Постановка задачи управления. 45

3.3 Динамический материальный баланс. 48

3.4 Динамический тепловой баланс. 49

3.5. Уравнение привода анода. 51

3.6. Уравнение измерений. 52

3.7 Математическая модель и работа подсистемы управления. 53

Глава 4. Экономическая часть. 55

Глава 5. Экологическая часть. 57

Заключение. 58

Список используемой литературы.. 59

Приложения. 61

Введение

Процесс электролитического производства алюминия составляет основу современной электрометаллургии алюминия и заключается в электролизе глинозема, растворенного в расплавленном криолите.

Криолит как расплавленная среда для электролиза глинозема достаточно полно удовлетворяет основным условиям, необходимым для осуществления этого процесса.

Неоднократные попытки заменить криолит другими расплавленными средами для электролиза в них не привели к положительным результатам. Поэтому в современной алюминиевой промышленности расплавленный криолит является единственным растворителем глинозема для его электролиза.

В данной работе  рассматривается имитационное моделирование подсистемы управления электролизной ванной с ОА.

На основе математического обеспечения выполнена модель подсистемы управления электролизной ванной в пакете Matlab c использованием инструмента визуального моделирования Simulink. Модель показывает как  изменяются во времни основные показатели процесса, такие как межполюсное расстояние, концентрация глинозема в расплаве, температура расплава, приведенное напряжение на электролизере.

Малый объем автоматического контроля за ходом процесса, не позволяющий эффективно и оперативно получать информацию об управляемых технологических показателях, является характерной особенностью управления процессом электролиза алюминия. Поэтому главные направления совершенствования систем управления в алгоритмическом аспекте сводятся к более тонкой и совершенной математической обработке текущей измерительной информации, а в техническом аспекте – к более эффективному и надежному метрологическому обеспечению каналов измерений аналоговых сигналов.

Часть 1. Характеристика аппаратуры и процесса

1.1 Теоретические сведения процесса электролиза

Промышленный способ получения алюминия заключается в электролизе расплава электролита, основными компонентами которого являются криолит , фтористый алюминий  и глинозем. Концентрация глинозема в электролите при периодической обработке ванны изменяется от 6,0 после обработки до 1,5–2,0 % перед очередной обработкой и загрузкой глинозема. Промышленный электролит отличается от криолита некоторым избытком фтористого алюминия, что обычно характеризуется криолитовым отношением (КО) – молярным отношением . Для криолита КО = 3, и электролит с таким соотношением фтористых солей натрия и алюминия называется нейтральным. Электролит промышленных электролизеров имеет КО обычно < З, и такие электролиты называют кислыми в отличие от щелочных, у которых КО > З и в которых имеется избыток NaF против нормального состава криолита. На практике КО электролитов поддерживается в пределах 2,6 – 2,8, что обеспечивается избытком фтористого алюминия в количестве 2,5 – 5,0 %.

Для поддержания непрерывного процесса электролиза алюминия необходимо подавать в электролизную ванну глинозем, обновлять угольный анод, отбирать образующийся жидкий алюминий и поддерживать требуемые технологические показатели.