Сделай Сам Свою Работу на 5

Министерство образования и науки Красноярского края





ПЕРЕЧЕНЬ ВАРИАНТОВ ДЛЯ РАСЧЕТНОЙ РАБОТЫ

Вариант №1

Вещество Состав, % по массе
MgCL2 KCL NaCL MgO Mg
Безводный карналлит 48.5 42.3 5.8 3.4 -
Отработанный электролит 4,6 73,0 22,12 0,28 -
Шлам 33,5 3,5
Возгон 31,6 25,4 - -
Магний-сырец 0,02 0,19 0,09 - 99,7

Вариант №2

Вещество Состав, % по массе
MgCL2 KCL NaCL MgO Mg
Безводный карналлит -
Отработанный электролит 4,5 19,3 0,2 -
Шлам
Возгон - -
Магний-сырец 0,01 0,26 0,15 - 99,58

 

Вариант №3

Вещество Состав, % по массе
MgCL2 KCL NaCL MgO Mg
Безводный карналлит -
Отработанный электролит 4,2 77,2 18,4 0,2 -
Шлам 8,5 15,5
Возгон - -
Магний-сырец 0,03 0,3 0,2 - 99,47

Вариант №4

Вещество Состав, % по массе
MgCL2 KCL NaCL MgO Mg
Безводный карналлит -
Отработанный электролит 5,3 14,5 0,2 -
Шлам
Возгон - -
Магний-сырец 0,01 0,3 0,09 - 99,6

 

Вариант №5

Вещество Состав, % по массе
MgCL2 KCL NaCL MgO Mg
Безводный карналлит -
Отработанный электролит 4,5 18,4 0,1 -
Шлам
Возгон - -
Магний-сырец 0,02 0,15 0,43 - 99,4

Вариант №6



Вещество Состав, % по массе
MgCL2 KCL NaCL MgO Mg
Безводный карналлит 51,0 42,0 6,0 1,0 -
Отработанный электролит 5,0 75,0 19,8 0,2 -
Шлам 8,0 54,0 15,0 20,0 3,0
Возгон 30,0 40,0 30,0 -  
Магний-сырец 0,02 0,28 0,10 - 99,6

Пример расчета.

 

Введение

При расчете магниевых электролизеров используются показатели промышленных данных. Ниже приведен пример расчета диафрагменного электролизера на 100 кА с верхним вводом анодов для электролиза безводного карналлита.

Исходные данные:

Таблица 1.1.

Параметры Ед. изм Значения
1. Сила тока кА
2. Плотность тока А/см2  
  Анодная Да   0,41
  Катодная Дк   0,50
  Проходная плотность тока в аноде в аноде Да/   5,2
  Проходная плотность тока в катоде Дк/  
3. Расстояние между электродами см
4. Ширина анода Ва см
5. Выход по току %
6. Выход на 1кг магния-сырца кг  
  Шлама   0,12
  Возгона   0,1
  Отработанного электролита   3,8
7. Отсос газа из катодных ячеек М3

 



Состав нагруженного в электролизер сырья и извлекаемых из него веществ:

 

Вариант №0 Таблица 1.2.

Вещество Состав, % по массе
MgCL2 KCL NaCL MgO Mg
Безводный карналлит 51,0 42,0 6,0 1,0 -
Отработанный электролит 5,0 75,0 19,8 0,2 -
Шлам 8,0 54,0 15,0 20,0 3,0
Возгон 30,0 40,0 30,0 - -
Магний-сырец 0,02 0,28 0,10 - 99,6

 


ВАРИАНТЫ ДЛЯ РАСЧЕТА

 

 

Вариант I,кА Да, А/см Дк, А/см2 Да, А/см2 Дк, А/см2 Nn Mg % Nn CI% Шлам, кг Возгон кг Отр. электролит, кг
0,4 0,52 5,1 25,6 0,15 0,1 3,9
0,41 0,51 5,0 24,0 0,12 0,2
0,42 0,50 4,7 24,3 0,14 0,3 3,92
0,43 0,53 4,8 25,1 0,11 0,15 3,8
0,39 0,50 5,2 23,7 0,15 0,25 3,85
0,38 0,48 4,9 25,8 0,12 0,2
0,37 0,43 5,2 25,2 0,13 0,3 3,95
0,39 0,52 4,8 24,5 0,12 0,12 3,9
0,42 0,49 4,7 24,8 0,15 0,1 3,9
0,40 0,47 5,0 24,9 0,12 0,2 3,93
0,38 0,49 5,1 24,5 0,14 0,3 3,95
0,41 0,51 4,8 25,5 0,11 0,15
0,37 0,50 5,1 24,4 0,15 0,25 3,85
0,42 0,53 4,7 25,6 0,12 0,2
0,43 0,52 5,2 24,3 0,13 0,3 3,85
0,39 0,48 4,9 25,8 0,12 0,12 3,87
0,41 0,49 4,8 25,3 0,15 0,1 3,9
0,37 0,48 5,0 24,1 0,12 0,2
0,38 0,50 5,1 23,8 0,14 0,3 3,92
0,37 0,52 5,2 25,5 0,11 0,15 3,94
0,42 0,54 4,9 24,9 0,15 0,25 3,96
0,40 0,53 4,7 24,1 0,12 0,3 3,99
0,43 0,51 4,8 25,0 0,13 0,12 3,8
0,39 0,49 4,7 25,3 0,12 0,1
0,50 5,0 24,9 0,13 0,2 3,85
                     

 



ПРИМЕР РАСЧЕТА МАГНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА
Материальный баланс 1.В расчет материального баланса входит определение количеств исходного сырья и продуктов, полученных в результате процесса электролиза. Производительность электролизера определяем согласна закону Фарадея: P=0.454*I*nt P- производительность электролизера (кг/ч) ) I-сила тока (А) nt-выход тока, (доли единиц) 0,454-электрохимический эквивалент магния, (г/А*ч) При электролизе за час работы электролизера выделяется магния: 1.В состав магния-сырца:   P=0,454*100*0,8=36,3 кг/ч   2.В состав шлама: 36,3*0,12*0,03=0,13 кг/ч Где 0,12-выход шлама (таблица 1.1) 0,03-содержания магния (таблица 1.2) Всего: 36,3+0,13=36,43 кг/ч   Извлекается из электролизера (кг/ч):   Магний-сырца 36,43:0,996=36,5 кг Где 0,996-содержание магния в магнии-сырце, (доли единиц)(таблица 1.2.) Шлама 36,5*0,12=4,38 Где 0,12-выход шлама (кг) (таблица 1.1.)   Возгона 36,5*0,10=3,65 кг Где 0,10-выход возгона (кг) (таблица 1.1)   Отработанного электролита 36,5*3,8=138,7 Где 3,8-выход отработанного электролита (кг) (таблица 1.1.) Хлора 100*1,323*0,8=105,84 Где 100-сила тока (кА) 1,323-электрохимический эквивалент хлора (г/А*ч) 0,8-выход по току, (доли единиц) Часовой расход безводного карналлита составляет: 36,5+4,38+3,65+138,7+105,84=289 кг     Расход безводного карналлита (51% MgCI2) на 1кг магния-сырца:   289KCI*MgCI2 36.5 Mg   Х кг 1 кг   289*1/36,5=7,93 кг   Результаты расчета сведены в таблицу.2 Материальный баланс магниевого электролизера на 100 кА  
Поступает в электролизер Извлекается из электролизера
Сырье На 1000кг сырья Кг/ч Продукты На 1000кг сырья Кг/ч
Безводный карналлит 51% MgCI2 Магний- сырец (99,6%Mg) 126,2 36,5
Отработанный электролит 481,5 138,7
Шлам 15,2 4,38
Возгон 12,6 3,65
Хлор (100%CI2) 264.5 105.84
Всего Всего:

 

Наряду с основными процессами происходит ряд побочных.

 

Например: в карналлитовом электролите частично хлорируется оксид магния.

За 1 час в электролизере поступает оксид магния в составе безводного карналлита.

 

289*0,01=2,89 кг

 

Где 0,01-содержания MgO в безводном карналлите, (доли единиц).(Таблица 1.2.)

За это же время из электролиза извлекаются оксид магния (в составе отработанного электролита и шлама) (Таблица 2 и таблица 1.2.)

138,7*0,002+4,38*0,2=1,25 кг

 

При хлорирование MgO расходуется некоторое количество хлора, что уменьшает его выход, и образуется дополнительное количество хлорида магния, используемого для электролиза.

Степень хлорирования оксида магния:

 

При хлорировании оксида магния получается хлорида магния:

(2,89-1,25)*2,36=3,76 кг/ч

 

Где 2,36-отношение молекулярных масс MgCI2 и МдО

 

Расходуется хлора:

 

Где 70,92 и 95,21-соответсвенно молекулярные массы хлора и хлорида магния

Материальный баланс 1.В расчет материального баланса входит определение количеств исходного сырья и продуктов, полученных в результате процесса электролиза. Производительность электролизера определяем согласна закону Фарадея: P=0.454*I*nt P- производительность электролизера (кг/ч) ) I-сила тока (А) nt-выход тока, (доли единиц 0,454-электрохимический эквивалент магния, (г/А*ч) При электролизе за час работы электролизера выделяется магния: 1.В состав магния-сырца:   P=   2.В состав шлама: = кг/ч     Всего:   Извлекается из электролизера (кг/ч):   Магний-сырца     Шлама     Возгона     Отработанного электролита   Хлора   Часовой расход безводного карналлита составляет:   Расход безводного карналлита (51% MgCI2) на 1кг магния-сырца:   KCI*MgCI2 Mg   Х кг 1 кг   Результаты расчета сведены в таблицу.2 Материальный баланс магниевого электролизера на кА  
Поступает в электролизер Извлекается из электролизера
Сырье На 1000кг сырья Кг/ч Продукты На 1000кг сырья Кг/ч
Безводный карналлит % MgCI2     Магний- сырец ( %Mg)    
Отработанный электролит    
Шлам    
Возгон    
Хлор ( 100 %CI2)    
Всего   Всего:  

 

Наряду с основными процессами происходит ряд побочных.

 

В карналлитовом электролите частично хлорируется оксид магния.

 

За 1 час в электролизере поступает оксид магния в составе безводного карналлита.

 

= кг

 

За это же время из электролиза извлекаются оксид магния (в составе отработанного электролита и шлама):

 

 

При хлорирование MgO расходуется некоторое количество хлора, что уменьшает его выход, и образуется дополнительное количество хлорида магния, используемого для электролиза.

Степень хлорирования оксида магния:

 

При хлорировании оксида магния получается хлорида магния:

 

 

Расходуется хлора:

 

 

2.Конструктивный расчет. А) расчет анодов. Площадь поверхности сечения всех анодов ровна S= I: Дa/ Где S-площадь поперечного сечения, см2 I-сила тока, (А) Дa! а-проходная плотность в аноде (А/см2)   S=100000/5.2=19250 cм2 Для изготовления анодов применяем графитовые брусья поперечным сечением 20х30 см. Определим расчетное число брусьев во всех анодах:   Принимаем 5 анодов по 7 брусьев в каждом. Фактическая плотность тока в аноде   Что соответствует принятой плотности тока. Принимая рабочую высоту анода На=90 см, определим величину рабочей поверхности анода: Sa=Ha*Ba Где Ва- ширина анода, (см) (20*7=210)   Sa=90*210=18900 см2     Б) Расчет Катодов Величина рабочей поверхности катода определяется соотношением анода и катодной плотностей тока: Где Да-анодная плотность тока, (А/см2) Дк- катодная плотность тока, (А/см2)   Найдем высоту катодного листа, учитывая. что ширина катода равна ширине анода: Нк=15500/210 =74 см   Число катодов больше в два раза числа анодов по особенности конструкции: 5*2=10 2.Конструктивный расчет. А) расчет анодов. Площадь поверхности сечения всех анодов ровна S= I: Дa/ Где S-площадь поперечного сечения, см2 I-сила тока, (А) Дa! а-проходная плотность в аноде (А/см2)   S= Для изготовления анодов применяем графитовые брусья поперечным сечением 20х30 см. Определим расчетное число брусьев во всех анодах:   m=   Фактическая плотность тока в аноде Да =   Принимая рабочую высоту анода На= см, определим величину рабочей поверхности анода: Sa=Ha*Ba     Sa= Б) Расчет Катодов Величина рабочей поверхности катода определяется соотношением анода и катодной плотностей тока: Где Да-анодная плотность тока, (А/см2) Дк- катодная плотность тока, (А/см2)   sk=   Найдем высоту катодного листа, учитывая, что ширина катода равна ширине анода: Нк=   Число катодов больше в два раза числа анодов по особенности конструкции:
3.Расчет напряжения. Баланс напряжения электролизера определяется равенством: (В) U=Va+Vk+Vэ+Vош+Е Где U-напряжения электролизера, Va-перепад напряжения в аноде Vk- перепад напряжения в катоде Vэ-перепад напряжения в электролите Vош- перепад напряжения в ошиновке Е-напряжения разложения   Перепад напряжения в аноде: Va=Д!а*Lа*pгр Где Д /а- проходная плотность тока в аноде ,(А/см2) Lа- путь тока по аноду, Lа=140 см pгр- удельное сопротивление искусственного графита,11,5х10-4 Ом*см   Va=4,76х140х11,5х10-4=0,77 В   Перепад напряжения в катоде: Vkk*lk*pст Где Дk-проходная плотность тока в катоде lk- пусть тока по катоду,170 см pст –удельное сопротивление стали при 5000 С ,(0,6*10-4 Ом*см)   Vk=25*170*0.6*10-4=0.26 B   Перепад напряжения в электролите вычисляем по формуле V=Д ср*L K*k Где Д ср= –плотность тока в среднем сечении электролита, (А/см2) L-расстояние между электродами, (см) (Таблица 1.1.) K-удельная электропроводимость электролита, К=1,83 0м-1 *см-1 K=коэффициент уменьшения электропроводимости электролита в следствии газонаполнения, К=0,93   Падение напряжения в ошиновке Vош принимаем. Согласно практическим данным=0,3В Напряжение разложения Е=2,8В   Напряжения на зажимах электролизеров.   U=0.77+0.26+1.85+0.3+2.8= 5,98 B 3.Расчет напряжения. Баланс напряжения электролизера определяется равенством: U=Va+Vk+Vэ+Vош+Е Где U-напряжения электролизера, (В) Va-перепад напряжения в аноде (В) Vk- перепад напряжения в катоде (В) Vэ-перепад напряжения в электролите Vош- перепад напряжения в ошиновке Е-напряжения разложения   Перепад напряжения в аноде: Va=Д!а*Lа*pгр Где Д /а- проходная плотность тока в аноде ,(А/см2) Lа- путь тока по аноду, Lа=140 см pгр- удельное сопротивление искусственного графита,11,5х10-4 Ом*см   Va=   Перепад напряжения в катоде: Vkk*lk*pст Где Дk-проходная плотность тока в катоде lk- пусть тока по катоду,170 см pст –удельное сопротивление стали при 5000 С ,(0,6*10-4 Ом*см)   Vk=   Перепад напряжения в электролите вычисляем по формуле V=Д ср*L K*k Где Д ср= –плотность тока в среднем сечении электролита, (А/см2) L-расстояние между электродами, (см) (Таблица 1.1.) K-удельная электропроводимость электролита, К=1,83 0м-1 *см-1 K=коэффициент уменьшения электропроводимости электролита в следствии газонаполнения, К=0,93   V=   Падение напряжения в ошиновке Vош принимаем. Согласно практическим данным=0,3В Напряжение разложения Е=2,8В   Напряжения на зажимах электролизеров .   U=  
4.Тепловой расчет. Тепловой расчет заключается в составлении теплового равновесия, т.е Qприхода = Qрасхода Расчет ведем, принимая температуру процесса 7000 С по уравниванию: I*V*860=Qр+Qн +Qи+Qпр+Qко +Qтп   Где I-сила тока.(кА) V- перепад напряжения между электродами, (В) Qр+Qн +Qи+Qпр – соответственно расход тепла на разложение хлористого магния, нагревание загруженных веществ, испарение электролита и разложение примесей, (ккал/час) Qко +Qтп– соответственно тепловые потери с газами катодного отсоса из поверхности электролизера, (ккал/час)   А) Приходная часть баланса.   Приход тепла от подведенной электроэнергии N= 860*I*Vа.к   Va.k =U - Vони   Va.k =5,98-0,3=5,68В   N=100*5.68*860=488480 ккал/ч   Б)Расходная часть баланса.   1.Расход тепла на разложение хлорида магния: Qp=a md*(H700+H700/)-ax*cx (tэ-tх)   Где - a md количество получаемого в составе магния-сырца и шлама маталлического магния, (кг\ч) Ах – количество хлора, (кг/ч) (таблица 2.) H700-удельная теплота образования MgCI2 при 7000C отнесенная к 1кг магния (ккал\кг) Н700/ -удельная теплота образования KCl*MgCl2 ghb 7000C CX – теплоемкость хлора, (ккал/кг град) (tэ-tх)-соответственно температуры хлора в момент выделения и на выходе (С)   Qp= 36.43*(5866+331)-105.84*0.1276*(700-300)=213491 ккал/ч   2.расход тепла на нагревание загруженного безводного карналлита.   Qh=ak*ck (tэ-tк) Где а- количество загружаемого безводного карналлита, (кг\ч) (таблица 2) ck- удельная теплоемкость жидкого безводного карналлита, (ккал/кг.град) (tэ-tк)- соответственно температура электролита и безводного карналлита.(С0)     QH=289*0.266(700-680)=1537 ккал/ч   3.Расход тепла на испарение электролита. Qu=∑Bqu Где В-количество соли в возгоне ,(кг/ч) qu- теплота испарения соли,(ккал/ч) Согласно материальному балансу, за 1 час получается 3,65 кг возгона, в том числе 1,10 кг MgCI2 1.46 кг KCI и 1.10 NACI (таблица 1.2.)   Qпр= 1.10*344+1.46*530+110*702=1924 ккал/ч     4.Расход тепла на разложение примесей. Согласно практическим данным, расход тепла по этой статье составляет в среднем 14,5 ккал на 1 кг безводного карналлита. Qпр=289*14,5=4191 ккал/ч   5.Потери тепла с воздухом, отсасываемым из катодного пространства,(м/ч) Qk.o=aв*cв(tг-tв)   Где ав - количество воздуха, отсасываемого из катодного пространства (м3 /ч) Cв - теплоемкость воздуха, (ккал/м3 град) (tв-tг) - соотвественно температура воздуха на входе в электролизер и на выходе из него, С0 Qk.o=1220*0,31(270-20)=93000 ккал/ч     6.Потери тепла с поверхности электролизера: Qт.п =N-∑Q   Qт.п=488480-(213491+1537+1924+4191+93000)=174337 ккал/ч   Результаты расчета сводим в таблицу
Приход тепла Количество Расход тепла Количество
кВт г/ч Ккал/ч % кВт г/ч Ккал/ч %
Электрическая энергия На разложение хлорида магния 248,8 43,8
        На нагревание карналлита безводного 1,8 0,3
        На испарение электролита 2,2 0,4
        На разложение примесей 5,2 0,9
        Тепловые потери: с газами катодного отсоса 19,0
        С поверхностью электролизера 35,6
  Всего:   Всего:

 

4.Тепловой расчет. Тепловой расчет заключается в составлении теплового равновесия, т.е Qприхода = Qрасхода Расчет ведем, принимая температуру процесса 0 С по уравниванию: I*V*860= Qр+Qн +Qи+Qпр+Qко +Qтп   Где I-сила тока.(кА) V- перепад напряжения между электродами, (В) Qр+Qн +Qи+Qпр – соответственно расход тепла на разложение хлористого магния, нагревание загруженных веществ, испарение электролита и разложение примесей, (ккал/час) Qко +Qтп– соответственно тепловые потери с газами катодного отсоса из поверхности электролизера, (ккал/час)   А) Приходная часть баланса.   Приход тепла от подведенной электроэнергии N=   Va.k =U - Vони   Va.k =   N=   Б)Расходная часть баланса.   1.Расход тепла на разложение хлорида магния: Qp=a md*(H700+H700/)-ax*cx (tэ-tх)   Где - a md количество получаемого в составе магния-сырца и шлама маталлического магния, (кг\ч) Ах – количество хлора, (кг/ч) (таблица 2.) H700-удельная теплота образования MgCI2 при 7000C отнесенная к 1кг магния (ккал\кг) Н700/ -удельная теплота образования KCl*MgCl2 ghb 7000C CX – теплоемкость хлора, (ккал/кг град) (tэ-tх)-соответственно температуры хлора в момент выделения и на выходе (С)   Qp=   2.расход тепла на нагревание загруженного безводного карналлита.   Qh=ak*ck (t-t) Где а- количество загружаемого безводного карналлита, (кг\ч) (таблица 2) ck- удельная теплоемкость жидкого безводного карналлита, (ккал/кг.град) (t-t)- соответственно температура электролита и безводного карналлита.(С0)     Qh=   3.Расход тепла на испарение электролита. Qu=∑Bqu Где В-количество соли в возгоне ,(кг/ч) Q- теплота испарения соли,(ккал/ч) Согласно материальному балансу, за 1 час получается кг возгона, в том числе кг MgCI2 кг KCI и кг NACI   Qпр=     4.Расход тепла на разложение примесей. Согласно практическим данным, расход тепла по этой статье составляет в среднем 14,5 ккал на 1 кг безводного карналлита. Qпр=   5.Потери тепла с воздухом, отсасываемым из катодного пространства,(м/ч) Qk.o=aв*cв(tг-tв)   Где ав - количество воздуха, отсасываемого из катодного пространства (м3 /ч) Cв - теплоемкость воздуха, (ккал/м3 град) (tв-tг) - соотвественно температура воздуха на входе в электролизер и на выходе из него, С0 Qk.o=   6.Потери тепла с поверхности электролизера: Qт.п =N-EQ   Qт.п=   Результаты расчета сводим в таблицу  
Приход тепла Количество Расход тепла Количество
кВт г/ч Ккал/ч % кВт г/ч Ккал/ч %
Электрическая энергия       На разложение хлорида магния        
        На нагревание карналлита безводного      
        На испарение электролита      
        На разложение примесей      
        Тепловые потери: с газами катодного отсоса      
        С поверхностью электролизера      
  Всего:       Всего:    

 

5.Расчет показателей процесса электролиза.   Выход по энергии рассчитывают по формуле:     Где ήэн - выход по энергии(%)   U- напряжение на электролизере (В)   ήт - выход по току.(доли единиц) Выход энергии без учета потери энергии в ошиновке:     ήэн=3.1/5,68 *0.8*100=43.5%   С учетом потери энергии в ошиновке   ήэн =3.1/5,98 *0.8*100=41,5%     Удельный расход электрической энергии на зажимах электролизера.   Согласно формуле равен:   Wy=5.98/0,454*0.8=16.5 кВт ч./кг       Выход магния на 1 кВт. Ч затраченной электроэнергии   Amd =1000/16,5 *0.996=60.3 г   5.Расчет показателей процесса электролиза.   Выход по энергии рассчитывают по формуле:     Где ήэн - выход по энергии(%)   U- напряжение на электролизере (В)   ήт - выход по току.(доли единиц) Выход энергии без учета потери энергии в ошиновке:     ήэн =   С учетом потери энергии в ошиновке   ήэн =     Удельный расход электрической энергии на зажимах электролизера.   Согласно формуле равен:   Wy=       Выход магния на 1 кВт. Ч затраченной электроэнергии   Amd =  

Министерство образования и науки Красноярского края

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.