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 dа = 0,71 А/см2
- выход по току h =88 %
Расход сырья N кг на получение 1 кг алюминия
- глинозем, NГ = 1,926кг
- фтористый алюминий, NФа = 0,029кг
- фтористый кальций, NCа = 0,0014кг
- анодная масса, NМ = 0,546 кг
Проектируемый цех состоит из 3 серий..
Производительность электролизера
Производительность электролизера РА1, кг рассчитывается по закону Фарадея:
РА1 = 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 PAl. Затраты по сырью составят
- глинозема RГ, кг
RГ = PAl * NГ (2)
RГ = 51,59 * 1,926 = 99,36 кг
- фтористых солей (А1F3,СаF2 ) RФ, кг
RФ =PAl * (NФа+ NCa) (3)
RФ = 51,59 * ( 0,029 + 0,0014) = 1,568 кг
- анодной массы Rм, кг
Rм = PAl * Nоа (4)
Rм = 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 m0co2, 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 mcco2, кг:
(8)
кг
Количество углерода связанного в оксид углерода, mcco, кг:
(9)
кг
Таким образом, в час выделяется оксидов Pco2 и Pco, кг:
Pco2 = m0co2 + mcco2 (10)
Pco2 = 34,392 + 12,897 = 47,289 кг
Pco = m0co + mcco (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 = PAl * (Nг - 1,89) (13)
G = 51,59* (1,926– 1,89 ) = 1,857
Потери углерода Rуг, кг находят по разности прихода анодной массы Rм и расхода углерода, связанного в окислы:
Rуг = Rм - (mcco2 + mcco) (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.
Приход
| кг
| %
| Расход
| кг
| %
| Глинозем
| 99,362
| 76,966
| Алюминий
| 51,59
|
| СО2
| 47,289
| 36,63
| СО
| 20,054
| 15,53
| Анодная масса
| 28,168
| 21,82
| Потери:
|
|
| Глинозем
| 1,857
| 1,44
| Фтористые соли
| 1,568
| 1,2
| Фтористые соли
| 1,568
| 1,214
| Анодная масса
| 6,74*
| 5,2
| ИТОГО:
| 129,098
|
| ИТОГО:
| 129,098
|
| *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:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|