Курсовая работа: Расчет электролизера по заданным параметрам
Электропроводники
13,6
-
-
10,2 0,3
0,2
-
4,2 1,9 0,8 3,2 0,3 0,2
-
3,4
-
-
1,0 1,0 0,5
-
1,6
0,1
-
1,7 0,5
0,2
7,7
1,8
0.3
0,2
1,3
1,1
0,2
-
17,9
-
-
-
-
5,8
-
43,2
2,5
1,2
18,3
3,2
7,1
7,7
Всего...
24,3
10,6
5,9
11,8
5,9
23,7
1.3. Производство алюминия
Основным способом получения алюминия является электролиз криолитоглиноземных расплавов
Первые промышленные электролизеры были рассчитаны на силу тока до 0,6кА, и за последующие 100 лет используемая сила тока возросла до 300кА и более. Тем не менее, это не внесло существенных изменений в основы производственного процесса.
Общую схему производства алюминия можно представить в виде:
 |
Основным агрегатом в этой схеме является электролизер
Принципиальная схема электролизера с самообжигающимся анодом (Содерберга)
Электролит представляет собой расплав криолита с небольшим избытком фтористого алюминия, в котором растворен глинозем. Процесс протекает при переменных концентрациях глинозема от1% до 8%. Сверху в ванну опущен угольный анод, частично погруженный в электролит. Существует два основных типа расходуемых анодов самообжигающиеся и предварительно обожженные.
Самообжигающиеся аноды используют тепло электролиза для обжига анодной массы, состоящей из смеси кокса-наполнителя и связующего – пека. Сам угольный анод находится в стальной рубашке.
Обожженные аноды представляют собой предварительно обожженную смесь кокса и пекового связующего
К аноду подводится положительный полюс электрической цепи постоянного тока. Для самообжигающихся анодов - посредством запеченных в угольную часть анода стальных или сталь-алюминиевых токоподводов (штырей). Штыри посредством зажимов крепятся к анодной раме, подвешенной на домкратах. Домкраты перемещают анодную раму и весь анод.
Расплавленный алюминий при температуре электролиза 950-9600 С тяжелее электролита и находится на подине электролизера. К подине подводится отрицательный полюс цепи постоянного тока.
Криолитоглиноземные расплавы очень агрессивны, противостоять им могут углеродистые материалы или некоторые новые материалы. Из них и выполняется внутренняя футеровка электролизера. В нижнюю часть угольной футеровки заделаны стальные стержни, через которые производится токоподвод. Для поддержания тепла в электролизере за углеродистой футеровкой ванны располагается огнеупорная и теплоизоляционная футеровка. Вся футеровка размещается в стальном кожухе.
 |
Для преобразования переменного тока в постоянный применяются полупроводниковые выпрямители с напряжением 850В и коэффициентом преобразования 98,5%, установленные на кремниевой преобразовательной подстанции (КПП). Один агрегат дает ток силой до 63кА. Число таких агрегатов зависит от необходимой силы тока, т.к они включены параллельно.
Процесс, протекающий в электролизере, состоит в электролитическом разложении глинозема, растворенного в электролите.
Al 2 O 3 → 2 Al +3 +3О-2
Положительно заряженные катионы Al +3 присоединяют свободные электроны катода
Al +3 +3е- = Al ,
превращаются в нейтральные атомы и выделяются на жидком алюминиевом катоде. По мере накопления жидкого алюминия он выливается с помощью вакуум ковша. Вылитый металл направляется в литейное отделение для разливки в товарную продукцию.
Отрицательно заряженные анионы на положительно заряженном аноде превращаются в кислород:
О-2 -2е- →О2
Выделяющийся на угольном аноде кислород окисляет уголь до СО и СО2 , эти газы и выделяются из -под анода.
Электролизеры оборудуются укрытиями, отводящими выделяющиеся газы в систему газоочистки. В отходящих от электролизёров газах преобладает СО2 ( большая часть СО дожигается над электролитом либо в горелках), азот, кислород, газообразные и твердые фториды, частички глиноземной пыли. В системе газоочистки по определенной технологической схеме происходит очистка от вредных примесей и возврат фторидов в производство.
Суммарная реакция, происходящая в электролизере, может быть представлена уравнением
Al 2 O 3 + хС = 2 Al + (2х – 3) СО + (3-х) СО2
Таким образом, теоретически на производство алюминия расходуется глинозем, углерод анода, электроэнергия для разложения глинозема и поддержания рабочий температуры.
Практически - расходуются фтористые соли, которые испаряются и впитываются в футеровку.
Производство алюминия - одно из самых энергоемких производств, расход электроэнергии достигает 14500-1800кВт-час на получение 1т алюминия.
Для получения 1т алюминия расходуется :