123938 (717287), страница 3
Текст из файла (страница 3)
10. Расчет производительности электролизера. Расчет выхода по току. Расчет выхода по энергии. Расчет удельного расхода электроэнергии. Влияние различных факторов на выход по току
Как известно, количество алюминия (обозначим Рт), которое теоретически может быть получено в процессе электролиза за определенный промежуток времени t, определяется по закону Фарадея.
Рт = 0,336 гр * I * t
0,336 гр – электрохимический эквивалент равен количеству граммов алюминия полученного на катоде при прохождении силы тока в 1А в течении одного часа.
На практике же вследствие некоторых утечек тока и вторичных процессов (в частности, растворения алюминия в электролите и последующего взаимодействия растворения алюминия с анодными газами) количество получаемого алюминия (обозначим Рп) всегда меньше этой величины.
Отношение количества металла, фактически полученного при электролизе, к его теоретически ожидаемому количества за то же время называют выходом по току. Выход по току обозначают
ήт = Рф / Рт * 100%.
Выход по току при получении алюминия на мощных электролизерах с верхних токоподводом обычно составляет 0,82-0,85 (82-85%). Зная выход по току и силу тока на серии, можно рассчитать суточную производительность электролизера по формуле
P = 8,04 * l * ήт / 1000 кг/ сутки.
Например, производительность электролизера на силу тока 160 000 А и при выходе по току 0,82 в сутки составит:
Р = 8,04 * (160 000 * 0,82) / 1000 = 1055 кг.
Выход по току – один из основных показателей, определяющих количество произведенного алюминия и расход электроэнергии на его получение. По этому показателю судят о качестве всей работы электролизного цеха, корпуса, бригады и электролизера.
По фактической величине выхода по току видно, что 15-18% от теоретического количества получаемого алюминия теряется.
К основным причинам непроизводительного расхода электроэнергии и снижению выхода по току относятся:
- утечки электрического тока в землю (при нарабатывании алюминия, ток проходит через электролит одного электрода ванны к другому, но некоторая часть проходит, не участвуя в электролизе, что называется утечками тока).
- утечки в результате технологических нарушений (потеря тока через конус на подошве анода при контакте его с зеркалом металла. Куски анода, скопление угольной пены в междуполюсном пространстве).
- электролиз окислов кремния, железа, меди и других, более электроположительных, чем алюминий, элементов. (эти примеси, при попадании в электролит с сырьем повышают расход электроэнергии и загрязняют алюминий).
- снижение выхода по току в следствие растворения его в электролите и последующего взаимодействия растворенного алюминия с анодными газами и кислородом воздуха.
На величину этих потерь и на величину выхода по току оказывают влияние следующие факторы:
- температура электролита;
- межполюсное расстояние;
- плотность тока;
- состав электролита;
- качество обслуживание электролизеров.
На практике часто пользуются показателем расхода электроэнергии, называемым выходом по энергии. За выход по энергии принимают количество алюминия, полученное на каждый киловатт-час затраченной электроэнергии (ήэн = г/кВч = 0,336 * ήT / Vср * 103), т. е. выход по энергии прямопропорционален выходу по току и обратно пропорционален среднему напряжению на ванне.
Удельный расход электроэнергии
W = V cp * 103 / 0,336 * ήт кВч/т
V ср – среднее напряжение, чем оно больше , тем больше расход электроэнергии.
Vср = Vраб + ∆Иаэ + ∆И корпусной шинковки.
Расход электроэнергии W может быть определен как частное от деления количества затраченной электроэнергии на полученное при этом количестве Al.
A = Y * V * t * 10-3
P = 0,336 * Y * t * ήт * 10-6
W = Y * V * t * 10-3 / 0,336 * Y * t * ήт * 10-6 =
= V * 10-3 / 0,336 * ήт = H1 * 3 *10-3 / 0,336 * 88% =
= 4300 / 0,336 * 0,88 = 4300/ 29,568 = 14 543кВч/т, при 4,5 = 15219 кВч/т
11. Технологические параметры катодного узла электролизера
t 0 С электролита – 965 (+- 40)
К
О – 2,4-2,5.
Ca F2 – 4 – 6 % неболее ∑ %10-8
Mg F2 – 4-6%
Уровень Ме 38-42 см. в зависимости от глубины шахты
Уровень электролита 118 (+-2) см.
ФРП (форма рабочего пространства настыль к горнисаж)
L настыли 1-1,5 Ир = 4,3-4,5V
Nт на промышленных электролизерах прежде всего чувствуется к изменению температуры электролита.
Считается что при увеличении t 0 С на 100 С снижается Nт на 3%.
Температура электролита зависит от количества тепла, выделяется в единицу времени (приход тепла) а отдача тепла электролитом за этот же период- это расход тепла.
При определенном рабочем U и температуре электролита на электролизере устанавливается тепловое равновесие.
При нарушении теплового равновесия температура электролита, или резко повышается или резко понижается. Большая часть тепла выделяется в слои электролита и зависит от его удельного сопротивления и междуполюсного расстояния. Поэтому регулированием междуполюсного расстояния можно легко уменьшить или увеличить приход тепла в электролизере и расход электроэнергии, т. к. сопротивление электролита в междуполюсном зазоре прямопропорционально изменению U раб. При увеличении междуполюсного зазора- увеличивается напряжение на электролизере.
В МПР расходуют более 75% электроэнергии. От МПР зависит:
t0 электролита, расход электроэнергии.
ήт – выход по току.
Величина МПР от конструктивных и технологических параметров электролизера. На промышленных электролизерах оно составляет 5-6 см. При снижении МПР на 0,5 см напряжение уменьшается на 0,15 V, ήэ на 500кв ч/т.
Оптимизация технологического состояния достигается путем воздействия на величину МПР за счет перемещения анода индивидуально на катод электролизера командами системы АС УТП.
Каждому электролизеру подбирают установочный рабочий U, которые задаются в систему АС УТП, а затем эта система периодически проверяет его на электродах (обегает электроды через два часа и устраняет отклонения).
Уровни и объемы Ме и электролита.
Количество Ме и электролита в шапке ванны оказывает заметное влияние на состояние технологического процесса и зависит от:
1) Конструктивных размеров (шахты, ванны).
2) От ФРП, т. к. конструктивные размеры шахты ванн, ФРП достаточно стабильно, то объем Ме и электролита определяются по высоте их столбов в шахте по их уровню.
| глубина шахты см | 54-56 | 53-54 | 51-52 | 49-50 | 47-48 | 45-46 |
| целевой уровень Ме см под выливку | 45 | 43 | 41 | 40 | 39 | 38 |
На каждом электролизере устанавливается целевой уровень Ме в зависимости от глубины шахты.
Замеры глубины шахты электролизера
H = H2 – H1
Порядок выполнения операции:
1) Пробить корку электролизера ломом в центре сторон электролизера от шины (длина лома – 2м.).
2) Очистить поверхность электролита в летке от кусков корки и Al2O3 огарком гасильного шеста (длина огарка – 1,5м.).
3) Закрепить уровень на ломе на расстоянии 15-20мм. от верхнего конца лома.
4) Ввести лом в расплав и установить его на чистую от настыли подину.
5) Установить мелиск уровня в центральном положении путем перемещения корпуса уровня в вертикальную плоскость и зафиксировать зажимом.
6) Измерить металл линейкой от верхнего конца лома до вентиляционной решетки Н.
7) Извлечь лом из расплава.
8) Установить пол на горизонтальную поверхность пола, конец уровня с пола перемещают в вертикальной плоскости до установки мениска уровня в центральном положении.
9) Измерить линейкой расстояние от верхнего конца лома до пола (Н2).
10) Произвести расчет глубины шахты электролизера Н=Н2-Н1
Замеры уровня Ме и электролита
Н – уровень расплава
h - || - Me
H – h -|| - электролита
1) Первые пять операции аналогичны как при измерении шахты.
6) Извлечь лом.
7) Установить лом на горизонтальную поверхность пола, конец лома с уровнем перемещения в вертикальной плоскости до установленного мелиска уровня в центральном положении.
8) Измерить расстояние от пола до верхней корочки расплава (Н) уровень всего расплава.
9) Измерить расстояние от пола до границы Ме / на ломике корочка Ме - темная, а верхняя часть h – светлая.
10) Уровень электролита определяется расчетным путем H –h.
U р = ∆U анод + ∆U электролите + Н р + ∆U падина катода + ∆U аминов электролизера
Это составляющая раб. U.
U ср. = ∆U р + ∆U а э + ∆U корпус ошиновки.
12. Литература
1. Янко Э.А., Лозовой Ю. Д. Производство алюминия в электролизерах с верхним токоподводом. М., Металлургия., 1976.
2. Терентьев В.Г., Школьников Р.М., Гринберг И.С., Черных А.Е., Зельберг Б.И., Чалых В.И.- И.: Папирус-АРТ, 1998.
3. Лекции.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
