Расчёт продуктов электролиза

Введение

Насчитывается более 250 минералов алюминия, которые преимущественно сосредоточены вблизи поверхности земли, и более 40 % из них относится к алюмосиликатам.

Алюминий уже давно является промышленным металлом, так как он обладает рядом свойств, которые выгодно отличают его от других металлов. Для него характерны: небольшая плотность; хорошая пластичность и достаточная механическая прочность; высокая тепло- и электропроводность, коррозионная устойчивость.

Важнейшие потребители алюминия и его сплавов – авиационная и автомобильная промышленность, железнодорожный и водный транспорт, машиностроение, электротехническая, химическая, металлургическая и пищевая промышленности, промышленное и гражданское строительство.

В металлургической промышленности алюминий применяют в качестве восстановителя при получении ряда металлов (хрома, кальция и пр.) алюмотермическими способами, для сварки стальных деталей.

Конструкции из алюминия требуют более низких затрат в течение срока службы и практически не требуют ремонта. Обладая хорошей гибкостью, алюминиевые конструкции эффективно несут нагрузки и значительно снижают затраты на сооружение фундаментов и опор.

Алюминий способен образовывать сплавы со многими металлами. Алюминиевые сплавы делятся на две группы: литейные сплавы, которые применяются для фасонного литья, и деформируемые сплавы, идущие на производство проката и штампованных изделий. Из литейных сплавов наиболее распространены сплавы алюминия с кремнием, называемые силуминами.

Расчётная часть

Для получения алюминия - сырца в электролизёр загружают глинозём, анодную массу и фторсоли. В процессе электролиза образуются в основном окислы углерода. В результате испарения и пылеуноса отходящими газами из процесса постоянно выбывают некоторые количества фтористых соединений и глинозёма.

При применении самообжигающихся анодов в процессе электролиза часть анодной массы выбывает в виде летучих соединений при коксовании анода. Кроме того, анодная масса расходуется в виде пены снимаемой с поверхности электролита. Увеличенный расход анодной массы и фтористых солей на электролизёрах с верхним токоподводом объясняется низким качеством анодной массы и недостатками обслуживания электролизёра.

Материальный баланс

В процессе электролиза криолитоглинозёмного расплава расходуется глинозём, фтористые соли и угольный анод. При этом образуется расплавленный алюминий и газообразные оксиды углерода.

Расчет веду на основании заданных параметров:

- сила тока I=175 кА

- анодная плотность тока d_а = 0,71 А/см²

- выход по току h =88 %

Расход сырья N кг на получение 1 кг алюминия

- глинозем, N_Г = 1,926кг

- фтористый алюминий, N_Фа = 0,029кг

- фтористый кальций, N_Cа = 0,0014кг

- анодная масса, N_М = 0,546 кг

Проектируемый цех состоит из 3 серий..

Производительность электролизера

Производительность электролизера Р_А1, кг рассчитывается по закону Фарадея:

Р_А1 = j _* I _* τ _* h, (1)

где : j - электрохимический эквивалент алюминия, 0,335 кг/(кА_*час);

I - сила тока, кА;

τ - время, час;

 - выход по току, доли единицы.

P _А1 = 0,335 * 175 * 0,88 = 51,59 кг

Расчёт прихода сырья в электролизёр

Приход материалов в электролизёр рассчитывают исходя из норм расхода на 1кг алюминия и производительности электролизёра в час P_Al. Затраты по сырью составят

- глинозема R_Г, кг

R_Г = P_{Al *} N_Г (2)

R_Г = 51,59 * 1,926 = 99,36 кг

- фтористых солей (А1F₃,СаF₂ ) R_Ф, кг

R_Ф =P_{Al *} (N_Фа+ N_Ca) (3)

R_Ф = 51,59 * ( 0,029 + 0,0014) = 1,568 кг

- анодной массы R_м, кг

R_м = P_{Al *} N_оа (4)

R_м = 51,59 * 0,546 = 28,168 кг

Расчёт продуктов электролиза

Количество анодных газов рассчитывают исходя из их состава и реакций, протекающих в электролизёре. Для расчета принимаю состав анодных газов, % (масс.): СO₂ - 60; СО - 40.

При получении 46,4 алюминия выделится кислорода m₀, кг:

(5)

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

кг

Из этого количества в двуокись углерода свяжется кислорода m₀co_2, кг:

(6)

кг

в окись углерода свяжется кислорода m₀co, кг:

(7)

где 60 и 40 – процентное содержание оксида углерода (CO₂) и окиси углерода (СО) соответственно.

кг

Отсюда можно рассчитать количество углерода связанного в двуокись m_cco₂, кг:

(8)

кг

Количество углерода связанного в оксид углерода, m_cco, кг:

(9)

кг

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

Pco₂ = m₀co₂ + m_cco₂ (10)

Pco₂ = 34,392 + 12,897 = 47,289 кг

Pco = m₀co + m_cco (11)

Pco = 11,464 + 8,59 = 20,054

Всего образуется анодных газов Ргаз, кг:

Ргаз = Pco₂ + Pco (12)

Ргаз = 47,289 + 20,054 = 67,343 кг

Расчёт потерь сырья

Теоретический расход глинозема составляет 1,89 кг на 1 кг алюминия. Перерасход глинозема объясняется наличием в его составе примесей и механическими потерями. Тогда потери глинозема G, кг составят:

G = P_{Al *} (Nг - 1,89) (13)

G = 51,59* (1,926– 1,89 ) = 1,857

Потери углерода Rуг, кг находят по разности прихода анодной массы R_м и расхода углерода, связанного в окислы:

Rуг = R_м - (m_cco₂ + m_cco) (14)

Rуг =28,168– (12,897+8,59) =6,681 кг

Приход фторсолей в электролизёр принимаем равным их расходу.

Таблица 1-Материальный баланс электролизера на силу тока 175кА.

*С учетом образования анодных газов и механических потерь

Конструктивный расчет

В задачу конструктивного расчета входит определение основных размеров электролизера.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: