Расчет числа электролизеров и производительность серии. Материальный расчет электролиза

Расчетная часть

       Расчет числа электролизеров и производительность серии

Выбираем  расход электроэнергии , выход по току .

Первоначально определяется расчетная величина среднего напряжения, В:

Напряжение на подстанции задано .Тогда напряжение, которое определяет число устанавливаемых в серии электролизеров, составляет, В:

.

При работе в режимах, когда допускается один анодный эффект в сутки продолжительностью 1,5 мин с напряжением 35 В, составляющая часть от анодных эффектов в среднем напряжении электролизера будет равна, В:

.

Тогда число рабочих электролизеров в серии составит, шт.:

.

Фактическое число электролизеров в серии больше (с учетом числа резервных). Число резервных электролизеров в серии определяется продолжительностью межремонтной эксплуатации (принимается 3 года) и длительностью простоя на ремонте (принимается 18 суток). Тогда число резервных электролизеров составит, шт.:

.

Общее число устанавливаемых в серии электролизеров составит, шт.:

.

По заданию сила тока .

Годовая производительность серии определяется, т/год:

.

Конструктивный расчет электролиза

В этом расчете определяют основные размеры (габариты).

Определяем размеры анода. По графику на рис. 3 находим . В электролизере находится по одному самообжигающемуся аноду с верхним (ВТ) токоподводом. Площадь сечения анода, см²:

,

Рис. 4. Зависимость анодной плотности тока от силы тока: 1 – для электролизера ВТ; 2 – для электролизера ОА

Далее задаемся шириной анода () и определяется его длина, см:

Также принимаем высоту конуса спекания см и уровень жидкой анодной массы см. Высота анода равна, см:

.

Опытом эксплуатации электролизеров с самообжигающимися анодами установлено, что оптимальное расстояние от продольной стороны анода до боковой футеровки должно составлять см, а от поперечной стороны анода до торцевой футеровки см.

Тогда внутренние размеры шахты составят

Ширина, см:

.

Длина, см:

.

Принимаем высоту слоя алюминия см, высота слоя электролита  см, толщина корки застывшего электролита с глиноземом см, тогда глубина шахты ванны, см:

.

Основные размеры подины (катодного устройства) определяются найденными геометрическими размерами шахты ванны, а также стандартными размерами выпускаемых отечественной промышленностью угольных блоков. Они имеют высоту , ширину  и длину  от 60 до 240 см. Схема укладки блоков приведена на рис. 5.

Рис. 5. Схема укладки подовых блоков

Подину собирают из блоков 3 разной длины, а между ними набивают продольные и поперечные швы 4. Между бортовой футеровкой 1 и торцами блоков 3 набивают периферийные швы 2. Такие же периферийные швы набивают и с торцов. Ширина межблочных швов, как правило, составляет 4 см, а периферийных см.

Принимаем см – расстояние между блоками, равное ширине продольного шва. Исходя из этих соображений число блоков, необходимое для создания подины, шт.:

.

Рассчитаем длину блоков. Принимаем толщину периферийного шва см. Тогда длина двух блоков составит, см:

.

Выбираем один блок длиной 200 см, а другой 172 см.

Ширина периферийного торцевого шва, см:

.

После этого определяются внутренние размеры катодного кожуха. Они слагаются из геометрических размеров шахты и толщин слоев огнеупорных и теплоизоляционных материалов. Большинство отечественных электролизеров имеют боковую футеровку из угольных блоков толщиной 20 см и теплоизоляцию из шамотной крупки толщиной 5 см. Тогда длина и ширина катодного кожуха равны, см:

Длина .

Ширина .

Подина шахты ванны набирается из катодных блоков, угольной подушки, теплоизоляционного слоя из кирпича и шамотной засыпки. Выбираем толщину угольной подушки см, толщину слоя из пяти рядов кирпичей по 6,5 см каждый см, толщина слоя шамотной засыпки см. Исходя из этого высота кожуха составляет, см:

.

Материальный расчет электролиза

В этом разделе определяют приход материалов в электролизер и выход материалов из него (расход материалов).

Расчет прихода материалов.

Приход рассчитывается по расходу сырья на 1 кг алюминия и по производительности электролизеров за 1 час. В табл. 1 представлены данные по расходу сырья, полученные на основании опыта эксплуатации электролизеров.

Таблица 1

Расход сырья (кг/кг алюминия) для различных типов электролизеров

Материал	Электролизеры с обожженными анодами (ОА)	Электролизеры с самообжигающимися анодами
		Аноды с боковым токоподводом (БТ)	Аноды с верхним токоподводом (ВТ)
Глинозем
Аноды	0,560	-	-
Анодная масса	-	0,540	0,590
Фториды	0,052	0,045	0,090

В расход обожженных анодов включены огарки, удаляемые из электролизера. Увеличенный расход анодной массы и фторидов на электролизерах с верхним токоподводом объясняется низким качеством анодов.

Производительность электролизера, т. е. количество алюминия, образующегося за 1 час, рассчитывается, кг/час:

Зная производительность электролизера и задавшись расходом материалов (см. табл. 1), можно рассчитать приход материалов в ванну, кг/час:

;

;

.

Расчет расхода материалов

Выход материалов из электролизера состоит из следующих статей.

Алюминий. Количество полученного алюминия рассчитано ранее, кг/час: