Проект серии электролиза, оборудованной электролизерами с

Проект серии электролиза, оборудованной электролизерами с обожженными анодами, на силу тока 150 к. А Выполнил: студент гр. Мэ 08 -09, Кучма Николай Владимирович

Свойства и применение алюминия n Алюминий − элемент третьей группы третьего периода периодической системы химических элементов. Относится к группе лёгких металлов. Наиболее распространённый металл и третий по распространённости химический элемент в земной коре (после кислорода и кремния). Плотность алюминия − 2, 7 г/см 3. Температура плавления − 660°С. Температура кипения − 2452°С. n Уникальные сочетания свойств алюминия – малая плотность, высокая тепло- и электропроводность, коррозионная стойкость, механическая прочность и высокая пластичность обеспечили широкое применение чистого металла и сплавов на его основе. Чистый алюминий широко используется в пищевой промышленности (упаковочные материалы) и в электротехнической промышленности (кабели, провода. Алюминиевые сплавы широко применяются в машиностроении, в первую очередь авиа- и автомобилестроении.

Теория электролиза n Единственным промышленным методом получения металлического алюминия из его оксида является электролиз его расплава. n Молярное соотношение Na. F/Al. F 3 называется криолитовым отношением. n Под воздействием электрического тока, положительно заряженные ионы, называемые катионами, разряжаются на катоде, а отрицательно заряженные, называемые анионами, разряжаются на угольном аноде. n Основным аппаратом в процессе получения алюминия является электролизер.

ЭЛЕКТРОЛИТ n Электролиты – это жидкие или твердые вещества и системы, в которых в сколько-нибудь заметной концентрации присутствуют ионы, обуславливающие прохождение электрического тока. n Основные компоненты электролита: n криолит 75 -90%; n глинозем 2 -10%; n Фтористый алюминий до 15%; n Добавки до 10%.

Влияние добавок на свойства электролита n Фтористый кальций. Уменьшает температуру кристаллизации электролита и соответственно температуру электролиза, увеличивая межфазовое натяжение на границе электролит-жидкий алюминий; снижает не только растворимость глинозема в электролите, но и скорость его растворения, возрастает плотность, снижая электропроводность.

n Фтористый магний. Действие фтористого магния во многом аналогично действию соли фтористого кальция, но проявляется оно сильнее.

n Фтористый алюминий. Избыток фтористого алюминия снижает растворимость в электролите алюминия, а это предотвращает окисление его анодными газами и способствует повышению выхода по току; добавка фтористого алюминия повышает межфазовое натяжение на границе металл-электролит, обеспечивая тем самым более надежное разделение двух жидких фаз; однако избыток фтористого алюминия в электролите имеет и заметное негативное влияние: в кислых электролитах снижается как абсолютная растворимость глинозема, так и скорость этого растворения.

Термическая устойчивость обожженных анодов в алюминиевых электролизерах n При установке в алюминиевый электролизер обожженный анод подвергается мощному тепловому воздействию, так как разница температур между ним и расплавленным электролитом составляет 950ºС. Результатом «термошока» является образование трех видов трещин: а) угловые; б) горизонтальные; в) вертикальные.

Анодный эффект На границе между электролитом и поверхностью погруженных в него анодов появляется тонкий слой искровых разрядов, напряжение мгновенно возрастает в несколько раз.

Автоматизация процесса n Задача автоматизации состоит в разработке, изготовлении и внедрении оборудования и программного обеспечения для управления процессом производства алюминия электрохимическим способом. n Основным элементом системы автоматизации процесса электролиза является система «ТРОЛЛЬ» .

Панель управления электролизером 1 - Клавиши выбора параметра отображения. 2 - Клавиши ручного управления АПГ. 3 – Трехцифровые светодиодные дисплеи. 4 - Клавиши ручного управления анодом. 5 - Клавиши включения режимов регламентных работ. 6 - Клавиши изменения параметров. 7 - Цифро-алфавитный индикатор. 5 4 1 3 2 7 6

Контроль состава электролита n Криолитовое отношение электролита является одним из важнейших параметров процесса получения алюминия. От величины криолитового отношения зависят такие показатели, как производительность электролизера, температура ликвидус электролита, удельный расход электроэнергии или фтористых солей. n Определение криолитового отношения на всех электролизерах осуществляется в химической лаборатории 6 раз в неделю. Определение содержания Ca. F 2 и Mg. F 2 на всех электролизерах осуществляется В химической лаборатории 2 раза в месяц. n Температура электролита периодически определяется с помощью переносного термоэлектрического термометра. Замеры температуры электролита производятся через «окна» , пробитые в корке электролита. Нормальная температура процесса 945 -960°С.

В ходе расчетов были выполнены: n Материальный расчет, в задачу которого входит определение производительности ванны, расхода сырья и материалов в соответствии с производительностью. Материальный баланс ванны Приход Расход Исходные продукты кг/ч % Конечные продукты кг/ч % глинозем 91, 00 77, 55 алюминий 47, 37 40, 56 криолит 0, 28 1, 21 анодные газы 61, 90 52, 99 фтористый алюминий 1, 42 0, 0, 24 огарки 4, 88 4, 18 аноды 24, 63 21. 00 потери фтористых солей 1, 7 1, 45 потери глинозема 0, 95 0, 813 Итого: 117, 33 100 Итого: 116, 8 100

n Электрический расчет, в задачу которого входит определение сечения и длины проводниковой электроцепи от анодной до катодной ошиновки, составление баланса напряжения, определение среднего и рабочего напряжений на ванне, определение выхода по энергии. Среднее напряжение на ванне составило 4, 472 В. Рабочее напряжение – 4, 343 В. Выход по энергии – 70, 62 г/к. Вт∙ч.

n. Энергетический расчет, в котором были составлены статьи прихода и расхода тепла. Тепловой баланс электролизера на силу тока 150 к. А Приход тепла Расход тепла Наименование к. Дж/ч % статей статей от прохождения на разложение электрического 2040120 67, 60 глинозема 1469627 48, 70 тока от сгорания с вылитым угольного анода 977474 32, 40 алюминием 60997 2, 02 с отходящими газами 65677 2, 18 с поверхности электролизера 1421293 47, 10 Итого: 3017594 100 Итого: 3017594 100

n Расчет количества электролизеров в серии. Число работающих в серии электролизеров составило 176 штук, а общее количество установленных электролизеров в серии с учетом капитального ремонта - 178 штук. Электролизеры в серии располагаются на расстоянии 2, 5 метра от стены. Расстояние между рядами электролизеров, где потоки грузов и обслуживающих машин движутся в обоих направлениях, составляет 6 метров. Для осуществления технологических операций и транспортирования грузов внутри каждого корпуса устанавливаются по два электромостовых крана.

n В экономической части проекта произведен расчет технико- экономических показателей: стоимость основных средств и начального капитала. Для этого применена стандартная методика. Основными средствами по проекту являются: здания и сооружения, электролизеры, краны мостовые, вакуумные ковши, комплектующее оборудование системы «ТРОЛЛЬ» и прочее вспомогательное оборудование. Произведен расчет численности основных категорий персонала по проектируемому производству и годовой фонд их заработной платы. Издержки производства рассчитаны по затратам проектируемого производства. Они включают в себя: сырье, материалы, электроэнергию, сжатый воздух, зарплату рабочих, социальные взносы, цеховые расходы и расходы на содержание и эксплуатацию оборудования.

Опасные и вредные производственные факторы: n повышенная температура поверхностей и материалов; n движущиеся машины и механизмы, подвижные части производственного оборудования; n повышенное значение тока в электрической цепи; n повышенная запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны; n другие потенциальные опасности (повышенный уровень шума на рабочем месте, повышенный уровень вибрации, повышенный уровень электромагнитных излучений, повышенная подвижность воздуха, острые кромки, заусенцы и шероховатости на поверхности инструмента и оборудования, работа стальным инструментом в сильном магнитном поле).

Средства защиты: n Коллективные (сигнализация, заземление и электроизоляция, ограждения и укрытия, вентиляция и аспирация). n Индивидуальные (спецодежда, спецобувь).

n Мероприятием по охране окружающей среды является система газоочистки. Назначение газоочистки – отделить вредные составляющие и пыль от основной массы газов.

Спасибо за внимание!!!