Тепловой расчет электролизера

 Рабочее напряжение- контролируется по показаниям вольтметров и поддерживается в пределах, оговариваемых рабочими технологическими инструкциями.

 Среднее напряжение- состоит из рабочего напряжения, напряжения анодных эффектов и перепада напряжения в ошиновке между электролизерами.

 Количество технологического алюминия- в электролизере характеризуется высотой столба (уровня) металла в шахте ванны. Уровень металла в силу высотой теплопроводности алюминия позволяет регулировать теплоотдачу электролизера.

 Количество электролита- тоже характеризуется его уровнем в шахте ванны. Практика показывает, что оптимальный уровень электролита находится в пределах 150-180 мм., для самообжигающихся анодов.

 Анодные эффекты- подразделяют на тусклые (меньше 10В), средние (менее 25В), ясные (более 25В). Анодные эффекты оказывают существенное влияния на тепловой режим электролизёра.

 Форма рабочего пространства- нормально работающего электролизера характеризуется обязательным наличием защитного гарнисажа в зоне электролита, круто падающей настыли в зоне металла и отсутствием осадка и настыли на подине под анодом.

 Перепад напряжения- в подине электролизера во многом зависит от формы рабочего пространства ванны и определяется путем измерения прибора, составляет 0.3-0.4В.

 Основными технологическими  параметрами, определяющими правильность  формирования самообжигающегося  анода, является высота конуса  стекания, уровень и температура  жидкой анодной массы.

 

 Для конструкции с  верхним токопроводом- минимальное расстояние от штырей до подошвы анода, число горизонтов, на которых установлены штыри, высота выступающих частей конструкций, применяемых для охлаждения жидкой части анода.

 

1.3 Очистка газов  металлургических процессов от  пыли

Пыли в металлургических процессах образуются в результате выноса потоками вентиляционных, технологических  и  топочных  газов мелких частиц  перерабатываемых материалов и возгонов, образующихся при возгонке летучих компонентов. Запыленность газов,  гранулометрический  и химический  составы пыли определяются видом перерабатываемого сырья, способом подготовки шихты к  металлургической  переработке,  видом  применяемого  металлургического  процесса,  условиями относительного движения газов и шихты,  объемом и  скоростью движения образующихся в процессе газов.

   Пыли  классифицируются  на грубые  и тонкие.  Промышленные  запыленные  газы  за  редким  исключением полидисперсные, т.е.  состоят из частиц различной  крупности.

  Пылеулавливание  –  комплекс  инженерных  и технологических мероприятий, процессов и сооружений,  предназначенных  для отвода запыленных  газов  от источников  образования  пыли и последующего выделения твердых частиц  из  газового потока.  Пылеулавливание не только позволяет утилизировать  уловленную пыль , но и создает реальные предпосылки для использования ценных компонентов самих газов.

    Вследствие многообразия  исходных характеристик очищаемых  газов и улавливаемой пыли  при меняют различные типы пылеулавливающих устройств – пылеуловителей. Эффективность работы пылеуловителей можно оценивать остаточным содержанием пыли в очищенном газе.

    Существует три  метода очистки воздуха или  промышленных газов от пыли: сухой, мокрый и электрический.  Мокрый метод основан на смачивании частиц пыли водой или другими жидкостями и осаждением  их  в  виде пульпы.  При электрическом  методе выделение  частиц  из запыленного газа происходит под действием электрического поля на одноименно заряженные частицы пыли, приобретающие заряд в результате ионизации молекул газа коронным разрядом. К сухим пылеуловителям относятся пылевые камеры, газоходы, одиночные, групповые и батарейные циклоны, инерционные пылеуловители и тканевые фильтры.

 

 

2  Расчётно-конструкторский  раздел

2.1 РАСЧЁТЫ ЧАСОВОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ МАТЕРИАЛОВ

Часовую производительность определить по формуле 1:

A=0.336 I ƞ (ф-а 1)

Где:

-А - производительность ();

-I - сила тока(кА);

- ƞ - выход по току;

- 0.336- химический элемент  AL;

А=0.336*175*0.85=49.98

Расход материалов на часовую  производительность, получают Умножением расхода на 1 тонну AL на производительность А. Расходные коэффициенты представляемые в виде таблицы 1.

Расходные коэффициенты

Наименование материала	Расход
	На 1т. AL (м/м)	На часовую  Производительность (кг/час)
1	2	3
Vгл	1.935	89.09
Vам	0.560	25.5864

45.69*1.950=89.09(кгAL/час)

45.69*0.560=25.5864(кгAL/час) 
2.2 СОСТАВЛЕНИЕ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА

 Для теплового равновесия  процесса электролиза необходимо, чтобы приход тепла равнялся  расходу:

  В приходной части  учесть следующие  статьи:

 

Где:

-тепло обратной  реакции;

- тепло анодных  газов;

- тепло от электроэнергии;

 В расходной части  учесть следующие статьи:

 

Где:

- тепло на разложение  глинозема;

- тепло нагрева  материалов;

-тепло теряемое  с отходящими газами;

-тепло теряемое  поверхностями электролизера;

-тепло теряемое  с извлекаемым металлом.

2.2.1 ПРИХОД ТЕПЛА.

1. От взаимодействия продуктов  электролизера по уравнению

 

=0.336(I-л)                                            (ф-а 2)

=0.336(175-0.85)=57.95 кДж

- тепловой эффект  реакции по таблице 2

2. Использования тепла  анодных газов CO2 и CO при охлаждении от 960С до 250С

(формула 3)

 

 и - число молей в час данных газов

 (ф-а 4 и 4а)

 

 

К=0.6(60%)-доля в анодных газах

2.2.2 РАСХОД ТЕПЛА.

1. На электрохимическую  реакцию:

 

 

Где:

- тепловой эффект  по таблице 2 в 

2.На нагрев материалов:

Глинозёма:

 

 

Где:

-расход глинозема  принять по таблице

 

№1;

- принять по  таблице №2

Анодные массы:

в

 

 Всего на нагрев  материала: 

 

3) Тепло, теряемое с  отходящими газами, СО2 и СО при  t=250C

 

 

 и определенно ранее по формуле 4 и 4а 
- тепловой эффект по таблице №2 в( )

 

2.3 ТЕПЛО ТЕРЯЕМОЕ НАРУЖНЫМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА

 При расчете принимаем  температуру окружающего воздуха  298К (25С)

 Температуру поверхностей  электролизера определить замерами, и записать в 
таблицу№3, 5-ый столбец. 
Тепло, теряемое с рассчитываемых поверхностей определяется как суммарные потери конвенций и излучением .

 Расчеты вести по  формуле №6

*S (ф-а 6)

n-коэффициент расположения поверхности

n=2.6- для вертикальной поверхности 
n=3.3-для горизонтальной, обращенной вверх поверхности

n=1.6-для горизонтальной, обращенной вниз поверхности

- температура в С поверхности и воздуха соответственно

- температура в К поверхности и воздуха соответственно

20.53- коэффициент излучения  абсолютно черного тела:

-приведенная степень черноты, приложение 1

-коэффициент  облученности окружающего пространства, приложение 2

1)Катодный кожух

а)

 

 

 

б)

 

в)

 

2)Катодные стержни

а)

 

в)

 

3)Корка электролита

 

4) Поверхность анода

а)

 

 

 

 

б) 

в)

 

г)

 

5)Поверхность анодных  штырей

 

6)Газосборный колокол

а)

 

б)

 

 

 

 

 

 

S-площадь поверхности

 Данные по рассчитываемы  поверхностям представить в виде  таблмцы№3

3.1 Определение площадей  теплоотдающих поверхностей электролизера

3.1.1 Катодный кожух:

а)

б)

в)

3.1.2 Катодные стержни

 Количество катодных  стержней-30, катодные стержни выступают  на 0.3м

а)

 

б)

 При определение  принимать:

n=2.4 т\к

3.1.3 Поверхность анода:

а) периметр анода

б)

в)

г)

3.1.4 Поверхность анодного  штыря:

Диаметр штыря d=0.138м, в 
Среднем штыре выступают на 
Н=0.7м, количество-72

 

 

3.1.5  Поверхность газосборного  колокола

 

 

Корка электролита:

 

 

 

Тепловые потери с поверхности  электролизера              Таблица3

Наименование участка  поверхности	S				tC поверхности	tC воздуха	n		Потер и тепла Q кДж/ч ас
1.Катодный кожух а)вертикальная поверхность б)горизонтальна поверхность в)днище кожуха	38.79   7.72   51.74	0.89   0.89   0.71		0.8   0.8   0.8	105   205   102	25   25   25	2.6   3.3   1.6		93562.4   64496.2   92254
2.Катодные стержни а)вертикальная поверхность б)горизонтальная поверхность	3.74   4.68	0.71   0.71		0.8   0.8	160   160	25   25	2.6   3.3		15614.8   19381.7
3. Корка электролизера	4.3	1		0.8	250	25	3.3		41215.7
4. Поверхность анода а)горизонтально б)1-вертикально в)2-вертикально г)вертикально	23.1 8.92 10.03 24.53	0.89		0.8 0.8 0.8 0.8	145 71 100 185	25 25 25 25	3.33 2.6 2.6 2.6		102223.9 10805.2 22415.6 166530.4
5.Поверхность Анодных  штырей	21.84	0.55		0.8	90	25	2.6		17467.6
6.Газосборный колокол а)горизонтальная поверхность б)наклонная поверхность	2.6   7.14		0.8   0.8	0.8   0.8	320   320	25   25	3.3   2.95		50128.9   136740.4
Всего потери тепла с поверхностей Qпов								823836.8

 

 

5.Потери тепла, извлекаемым  металлом.

 (ф-а 7)

 

 

A-часовая производительность

 

 Статьи приходной (А)  и расходной (Б) частей теплового  баланса занести в таблицу4

Статья	Приход тепла		Статья	Расход тепла
	кДж/час	%		кДж/час	%
1.Теплореакции Qреак 2Alm+ 3CO2	51.8	0.003	1.Энергия реакции 2Al203+3C=4Alж+ 3CO2	1060244	50.7
2.Тепло анодных газов, Qан СО2 СО	32293.2	1.497	2. Нагрев материалов, Qнагр глинозёма анодной массы	15444.6	6
3.Тепло от подведенной  энергии,Qэн	2060700.6	98.5	3.Тепло с отходящими  газами Qгаз СО2 СО	32020.95	1.5
			4.Тепло с поверхности,Qпов	832836.8	39.8
			5.Тепло с извлекаемым  алюминием, Qмет	42499.2	2
Всего приход тепла: Qприх	2093045.6	100	Всего расход тепла:Qприх	2093045.6	100

 

 

Степень черноты поверхности  En

                                        Таблица5

Материал и характер поверхности	Температура  С	En
Алюминий: Шероховатый Окислительный Листовая сталь: Окислительная  Шероховатая (катодный кожух и катодные  стержни)   Покрытая алюминием поверхность  стали(поверхность анодных штырей)   Ламповая сажа (газосборный  колокол)   Анодная масса (поверхность  анода)   Открытая поверхность  электролита (корка электролита)   Жидкие шлаки	25 200-600   25 30-370       200-600         40-370     145     960	0.055 0.11-0.19   0.82 0.94-0.97       0.52-0.57         0.95     0.95     0.63       0.65