Приходная часть

2.1 Приходная часть

Производительность электролизера определяется по формуле

Р AI = С · I · η_i · 10^-3,где С - электрохимический эквивалент, 0,336 г/А·ч

Р AI = 0,336 · 70000 · 0,9 · 0,001 = 21,17 кг/ч

Определяем приход материалов в ванну

Р AI₂O₃ = Р AI · Р_г = 21,17 · 1,92 = 40,65 кг

Р_АНОД = Р AI · Р_а = 21,17 · 0,5 = 10,6 кг

Р_ФТОР = Р AI · Р_Ф = 21,17 · 0,057 = 1,21 кг

2.2 Расходная часть

Анодные газы

Количество СО и СО₂.

N_СО и N_СО2 - мольные доли СОи СО₂ в анодных газах, N_СО - 0,4, а N_СО2 - 0,6.

Весовое количество СО и СО₂

Р_СО2 = М_СО2 · 44 = 0,44 · 44 = 19,36 кг

Р_СО = М_СО · 28 = 0,29 · 28 = 8,12 кг

Потери глинозема ΔР AI₂O₃.

ПAI_{п, т} - практический и теоретический расход глинозема, т/т AI

ΔР AI₂O₃ = Р AI (ПAI_п - ПAI_т) = 21,17 · (1,92 - 1,89) = 0,635 кг

Потери фторсолей ΔР_ФТОР.

ΔР_ФТОР = Р_ФТОР = 1,21 кг

Потери углерода Р_С = (М_СО + М_СО2) · 12 = (0,29 + 0,44) · 12 = 8,76 кг

ΔР_С = Р_АНОД - Р_С = 10,6 - 8,76 = 1,84 кг

Таблица материального баланса.

3) Электрический расчет

Цель: определение конструктивных размеров ошиновки, определение падения напряжения на всех участках цепи, составление баланса напряжений. Определение рабочего греющего и среднего напряжения. Определение выхода по энергии и удельного расхода по электроэнергии.

d_AI = 0,415 A/мм² = 41,5 A/см²

d_Cu = 0,7 A/мм² = 70 A/см²

d_Fe = 0,18 A/мм² = 18 A/см²

3.1 Определяем падение напряжения в анодном устройстве 3.1.1 Падение напряжения в стояках

,

где:

I - сила тока, А

ρ_t - удельное сопротивление проводника, Ом · см

а - длина участка шинопровода, см

S_Об - общее сечение проводника, см²

S_ЭК -экономически выгодное сечение стояка, см²

n_Ш - число алюминиевых шин, шт

,

где:

S_ПР - практическое сечение одной шины, см²

S_Об - общее сечение стояка, см²

S_Об = n_Ш · S_ПР = 6 · (43 · 6,5) = 1677 см²

ρ_{t AI} - удельное сопротивление алюминиевых шин

ρ_{t AI} = 2,8 (1 + 0,0038 · t) · 10^-6 Ом · см,

где t из практических данных 60 ^° С

ρ_{t AI} = 2,8 (1 + 0,0038 · 60) · 10^-6 = 3,44 · 10^-6 Ом · см

высота стояка а - из практических данных 265 см

3.1.2 Определяем падение напряжения в анодных шинах

Общее сечение анодных шин

S_Об= S_{Об ст} = n_Ш · S_ПР = 6 · (43 · 6,5) = 1677 см²

Удельное сопротивление АI шин при t = 80 ^° С

ρ_{t AI} = 2,8 (1 + 0,0038 · 80) · 10^-6 = 3,65 · 10^-6 Ом · см

Длина анодных шин принимается равная длине кожуха + 100 см

L_А.Ш. = L_КОЖ + 100см = 583,4 + 100 = 683,4 см

Падение напряжения в анодных шинах

Определяем количество рабочих штырей

 

_,

где:

2 - количество рабочих рядов, шт

Р - периметр анода, см

Р = 2 · (L_А + В_А) = 2 · (210 + 427,4) = 1274,8 см

Определяем среднее сечение штыря

Определяем средний диаметр штыря

Длина штыря 105см

3.1.3 Определяем падение напряжения в анодных спусках

Удельное сопротивление анодных спусков при t = 150 ^° С

ρ_{t Cu} = 1,82 · (1 + 0,004 · 150) · 10^-6 = 2,9 · 10^-6 Ом · см

Сечение анодных спусков

При длине анодных спусков 210 см определяем падение напряжения

Определяем количество медных шинок приходящихся на 1 штырь, если сечение одной шинки 1см²

3.1.4 Определяем падение напряжения в самообжигающемся аноде

Определяется по формуле

Где:

В_А - ширина анода, см

S_А - площадь анода, см²

К - количество штырей, шт

l_СР - среднее расстояние от токоведущих штырей до подошвы анода - 45см

ρ_t - удельное электро сопротивление анода 0,007 Ом · см

d_А - анодная плотность тока - 0,78 А/см²

D - длина забитой части штыря - 85 см

3.1.5 Определяем падение напряжения в контактах анодного узла

Принимается по практическим данным:

Анодная шина - анодный стояк

Анодный стояк - катодная шина

Анодная шина - анодный спуск

Принимаем по 0,005 в на каждом участке, тогда

ΔU_КОНТ = 0,005 · 3 = 0,015 в

В контакте шинка - штырь 0,007 в, тогда общее падение напряжения в контактах составляет ΔU_{КОНТ АН.} = 0,022 в

3.1.6 Падение напряжений в анодном устройстве определяется суммой всех падений напряжения в аноде

ΔU_{АН УСТР} = ΔU_СТ + ΔU_А.Ш. + ΔU_{А. СП.} + ΔU_А + ΔU_{КОНТ АН} =

= 0,036 + 0,1 + 0,0426 + 0,254 + 0,022 = 0,4546 в

3.2 Падение напряжения в электролите

Рассчитывается по формуле

,

где:

I - сила тока 70000 А

ρ_t - удельное сопротивление электролита 0,5 Ом · см

l - межполюсное расстояние 4-5 см

S_А - площадь анода, см²

L_А - длина анода 427,4 см

В_А - ширина анода 210 см

3.3 Падение напряжения в катодном устройстве 3.3.1 Падение напряжения в подине

где l_ПР - приведенная длина пути тока по блоку

,

где:

Н - высота катодного блока 40 см

h - высота катодного стержня с учетом чугунной заливки 13 см

в - ширина катодного стержня с учетом чугунной заливки 26см

ρ_t - удельное электро сопротивление угольного блока 0,005 Ом · см

А - половина ширины шахты 320: 2 = 160 см

а - ширина бортовой настыли в шахте ванны 40-60 см

В - ширина блока с учетом шва 59 см

S_СТ - площадь поперечного сечения катодного стержня с учетом чугунной заливки 338 см²

d_А - 0,78 А/мм²

3.3.2 Падение напряжения в стержнях не заделанных в подину

где:

L - длина стержня 50 см

S - суммарная площадь поперечных сечений катодных стержней

S = 23 · 11,5 · 16 = 4232 см²

ρ_Fe - удельное сопротивление стержней при t = 150 ^° С

ρ_t = 13 · (1 + 0,004 · 150) · 10^-6 = 2,08 · 10^-5 Ом · см

3.3.3 Падение напряжения в катодных спусках

где:

L - длина спусков 60 см

ρ_Сu - удельное сопротивление катодных спусков при t = 150 ^° С

ρ_t = 1,82 · (1 + 0,004 · 150) · 10^-6 = 2,912 · 10^-6 Ом · см

S_{Э.В. -} экономически выгодная площадь поперечного сечения спусков

Число лент в пакете катодных спусков приходящихся на 1 штырь

Площадь поперечного сечения лент

Падение напряжения

3.3.4 Падение напряжения в катодных шинах

где:

ρ_AI - удельное сопротивление АI шин при t = 150 ^° С

ρ_{t AI} = 2,8 (1 + 0,0038 · 150) · 10^-6 = 4,396 · 10^-6 Ом · см

L - длина катодных шин

L = L_K + 100 см = 583,4 + 100 = 683,4 см

S_К.Ш. - площадь сечения катодных шин

Площадь сечения 1-ой шины 43 · 6,5 = 279,5 см²

Количество шин

S - экономически выгодная площадь сечения катодных шин

S = 279,5 · 6 = 1677 см², падение напряжения.

3.3.5 Падение напряжения в контактах

1) Катодный стержень - спуск.

2) Спуск - катодная шина.

Составляют по 0,005 в на каждом участке, поэтому в сумме 0,01 в.