 |
 |
 |
|
|||||||||
|
 | |||||||||||
|
 |
||||||||
|
МЕНЮ
|
БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Конструктивный расчет ваннКонструктивный расчет ваннКурсовая работа на тему: Конструктивный расчет ванн Содержание 1.1 На основании этих данных определяем размеры анода. 1.4 Внутренние размеры катодного кожуха. 1.5 Наружные размеры катодного кожуха 3.1 Определяем падение напряжения в анодном устройстве 3.1.1 Падение напряжения в стояках 3.1.2 Определяем падение напряжения в анодных шинах 3.1.3 Определяем падение напряжения в анодных спусках 3.1.4 Определяем падение напряжения в самообжигающемся аноде 3.1.5 Определяем падение напряжения в контактах анодного узла 3.1.6 Падение напряжений в анодном устройстве определяется суммой всех падений напряжения в аноде 3.2 Падение напряжения в электролите 3.3 Падение напряжения в катодном устройстве 3.3.1 Падение напряжения в подине 3.3.2 Падение напряжения в стержнях не заделанных в подину 3.3.3 Падение напряжения в катодных спусках 3.3.4 Падение напряжения в катодных шинах 3.3.5 Падение напряжения в контактах 3.4 Падение напряжения за счет анодных эффектов 3.8 Определяем основные показатели 4.2.4 Потери тепла с поверхности электролизера 5) Расчет числа электролизеров в серии 1) Конструктивный расчетКонструктивный расчет выполняется для определения размеров конструктивных элементов ванн, для этого необходимы следующие показатели: сила тока на ванне, анодная плотность тока. Анодную плотность тока принимаем 0,78 А/см2 1.1 На основании этих данных определяем размеры анода, где: I - сила тока, А, dA - плотность тока, А/см2 ВА - ширина анодного массива принимаем 210 см, тогда длина анодного массива будет: НА - высота анодного массива: НА= hконуса спекания + hжидкой части = 135 + 45 =180 см 1.2 Размеры шахты ванныВнутренние размеры шахты ванны определяются исходя из размеров анодного массива и расстояния до боковой футеровки, которое составляет: по продольной стороне 55см, а по торцевой 50см. Ширина шахты - ВШ ВШ = ВА + 2 · 55 = 210 + 110= 320 см Длина шахты - LШ LШ = LАМ + 2 · 50 = 427,4 + 100 = 527,4 см Глубина шахты - НШ НШ = hМЕ + hЭЛ = 30 + 20 =50 см 1.3 Конструкция подиныЧисло блоков. В настоящее время длина катодных блоков 60 - 220 см, шириной 55 см, высотой 40 см, ширина угольной засыпки 4 см. Отсюда число катодных блоков в ряду будет равно: а - размер набоечного шва в торцах b - Размер набоечного шва по продольным сторонам , где L1 и L2 длина катодных блоков, см 1.4 Внутренние размеры катодного кожуха.Определяются размерами шахты ванны с учетом теплоизоляции Длина катодного кожуха LКОЖ.
LКОЖ. = LШ + 2 (20 + hТЕПЛ) = 527,4 + 2 (20 + 8) = 583,4 см Ширина катодного кожуха ВКОЖ. ВКОЖ. = ВШ + 2 (20+8) = 320 + 56 = 376 см Высота кожуха НКОЖ. НКОЖ. = НШ + НБ + 6,5 + 5 = 50 + 40 + 11,5 = 101,5 см 1.5 Наружные размеры катодного кожухаНаружная длина LКОЖ.Н. LКОЖ.Н. = LКОЖ. + (2 · 40) = 583,4 + 80 = 663,4 см Наружная ширина кожуха ВКОЖ.Н. ВКОЖ.Н. = ВКОЖ. + (2 · 40) = 376 + 80 = 456 см 2) Материальный расчетПроводится для определения производительности электролизера и расхода сырья на производство алюминия. Исходными данными является сила тока, выход по току и расходные нормы по сырьевым материалам и анодной массе. ηi - выход по току, принимаем 0,9 I - сила тока 70000 А 2.1 Расходные нормыAI2O3 - 1,92 - 1,93 т/т AI - Рг
Анодная масса - 0,5 т/т AI - Ра Фторсоли 0,057 т/т AI - Рф 2.1 Приходная часть Производительность электролизера определяется по формуле Р AI = С · I · ηi · 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 · Рг = 21,17 · 1,92 = 40,65 кг РАНОД = Р AI · Ра = 21,17 · 0,5 = 10,6 кг РФТОР = Р AI · РФ = 21,17 · 0,057 = 1,21 кг 2.2 Расходная частьАнодные газы Количество СО и СО2. NСО и NСО2 - мольные доли СО и СО2 в анодных газах, NСО - 0,4, а NСО2 - 0,6. Весовое количество СО и СО2 РСО2 = МСО2 · 44 = 0,44 · 44 = 19,36 кг РСО = МСО · 28 = 0,29 · 28 = 8,12 кг Потери глинозема ΔР AI2O3. ПAIп, т - практический и теоретический расход глинозема, т/т AI ΔР AI2O3 = Р AI (ПAIп - ПAIт) = 21,17 · (1,92 - 1,89) = 0,635 кг Потери фторсолей ΔРФТОР. ΔРФТОР = РФТОР = 1,21 кг Потери углерода РС = (МСО + МСО2) · 12 = (0,29 + 0,44) · 12 = 8,76 кг ΔРС = РАНОД - РС = 10,6 - 8,76 = 1,84 кг Таблица материального баланса. 3) Электрический расчетЦель: 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. dAI = 0,415 A/мм2 = 41,5 A/см2 dCu = 0,7 A/мм2 = 70 A/см2 dFe = 0,18 A/мм2 = 18 A/см2 3.1 Определяем падение напряжения в анодном устройстве3.1.1 Падение напряжения в стояках, где: I - сила тока, А ρt - удельное сопротивление проводника, Ом · см а - длина участка шинопровода, см SОб - общее сечение проводника, см2 SЭК -экономически выгодное сечение стояка, см2 nШ - число алюминиевых шин, шт , где: SПР - практическое сечение одной шины, см2 SОб - общее сечение стояка, см2 SОб = nШ · SПР = 6 · (43 · 6,5) = 1677 см2 ρt AI - удельное сопротивление алюминиевых шин ρt AI = 2,8 (1 + 0,0038 · t) · 10-6 Ом · см, где t из практических данных 60 ° С ρt 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 шинахОбщее сечение анодных шин SОб= SОб ст = nШ · SПР = 6 · (43 · 6,5) = 1677 см2 Удельное сопротивление АI шин при t = 80 ° С ρt AI = 2,8 (1 + 0,0038 · 80) · 10-6 = 3,65 · 10-6 Ом · см Длина анодных шин принимается равная длине кожуха + 100 см LА.Ш. = LКОЖ + 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 · (LА + ВА) = 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 спускахУдельное сопротивление анодных спусков при t = 150 ° С ρt 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 анодеОпределяется по формуле Где: ВА - ширина анода, см SА - площадь анода, см2 К - количество штырей, шт lСР - среднее расстояние от токоведущих штырей до подошвы анода - 45см ρt - удельное электро сопротивление анода 0,007 Ом · см dА - анодная плотность тока - 0,78 А/см2 D - длина забитой части штыря - 85 см 3.1.5 Определяем падение напряжения в контактах анодного узлаПринимается по практическим данным: Анодная шина - анодный стояк Анодный стояк - катодная шина Анодная шина - анодный спуск Принимаем по 0,005 в на каждом участке, тогда ΔUКОНТ = 0,005 · 3 = 0,015 в В контакте шинка - штырь 0,007 в, тогда общее падение напряжения в контактах составляет ΔUКОНТ АН. = 0,022 в 3.1.6 Падение напряжений в анодном устройстве определяется суммой всех падений напряжения в анодеΔUАН УСТР = ΔUСТ + ΔUА.Ш. + ΔUА. СП. + ΔUА + ΔUКОНТ АН = = 0,036 + 0,1 + 0,0426 + 0,254 + 0,022 = 0,4546 в 3.2 Падение напряжения в электролитеРассчитывается по формуле , где: I - сила тока 70000 А ρt - удельное сопротивление электролита 0,5 Ом · см l - межполюсное расстояние 4-5 см SА - площадь анода, см2 LА - длина анода 427,4 см ВА - ширина анода 210 см 3.3 Падение напряжения в катодном устройстве3.3.1 Падение напряжения в подинегде lПР - 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 ρt - 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 SСТ - площадь поперечного сечения катодного стержня с учетом чугунной заливки 338 см2 dА - 0,78 А/мм2 3.3.2 Падение напряжения в стержнях не заделанных в подинугде: L - длина стержня 50 см S - суммарная площадь поперечных сечений катодных стержней S = 23 · 11,5 · 16 = 4232 см2 ρFe - удельное сопротивление стержней при t = 150 ° С ρt = 13 · (1 + 0,004 · 150) · 10-6 = 2,08 · 10-5 Ом · см 3.3.3 Падение напряжения в катодных спускахгде: L - длина спусков 60 см ρСu - удельное сопротивление катодных спусков при t = 150 ° С ρt = 1,82 · (1 + 0,004 · 150) · 10-6 = 2,912 · 10-6 Ом · см SЭ.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 шинахгде: ρAI - удельное сопротивление АI шин при t = 150 ° С ρt AI = 2,8 (1 + 0,0038 · 150) · 10-6 = 4,396 · 10-6 Ом · см L - длина катодных шин L = LK + 100 см = 583,4 + 100 = 683,4 см SК.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 контактах1) Катодный стержень - спуск. 2) Спуск - катодная шина. Составляют по 0,005 в на каждом участке, поэтому в сумме 0,01 в. 3.3.6 Падение напряжения в катодном устройстве. Определяется как сумма всех потерь 3.4 Падение напряжения за счет анодных эффектовгде: /UА.Э. - напряжение анодного эффекта до 40 в, К - количество анодных эффектов в сутки 1 шт, UРАБ - принимаем 4,25 в, τ - продолжительность анодного эффекта, принимаем 2 мин. 3.5 Греющее напряжениеΔUГР = ΔUА + ΔUПОД + ΔUЭЛ + ΔUА.Э. + UРАЗЛ= = 0,254 + 0,32 + 1,6 + 0,0496 + 1,65 = 3,8736 в 3.6 Рабочее напряжениеΔUРАБ = ΔUЭЛ + UРАЗЛ + ΔUКАТ. УСТР. + ΔUАН. УСТР. + ΔUОБЩЕСЕР. = = 1,6 + 1,65 + 0,4839 + 0,4546 + 0,05 = 4,2385 в 3.7 Среднее напряжениеΔUСР = ΔUРАБ + ΔUА.Э. где ΔUОБЩЕСЕР - падение напряжения в общесерийной ошиновке, принимаем 0,05в ΔUРАБ = 4,2385 + 0,0496 = 4,2881 в Данные из расчета сводим в таблицу 3.8 Определяем основные показателиВыход по энергии где: ηi - выход по току, принимаем 0,9 с - электрохимический эквивалент 0,336 г/А·ч Удельный расход электроэнергии 4) Тепловой расчетДанный расчет составляется для t = 25 ° С. При выполнении данного расчета учитывается уравнение теплового баланса. QЭЛ + QСГОР. АНОДА = QРАЗЛ + QМЕТ + QГАЗ + QПОТ 4.1 Приход4.1.1 Тепло от электроэнергииI - сила тока 70 кА UГР - напряжение греющее 3,87 в QЭЛ = 3,6 · 103 · I · UГР = 3,6 · 103 · 70 · 3,87 =975240 кДж/ч 4.1.2 Тепло от сгорания анодаQСГОР. АНОДА = PCO · ΔНCO + PCO2 · ΔНCO2 где: ΔНСО2 и ΔНСО - тепловой эффект образования реакции СО2 и СО. По справочнику: ΔНсо2 = 394070 кДж. /кМоль ΔНсо = 110616 кДж. кМоль PCO и PCO2 количества СО иСО2 в кило молях , где: m - объемная доля СО2 в анодных газах, принимаем 0,6 или 60% QСГОР. АНОДА = 0,294 · 110616 + 0,440 · 394070 = = 32521,1 + 173390,8 = 205911,9 кДж/ч 4.1.3 Суммарный приход теплаQПРИХ = QСГОР. АНОДА + QЭЛ = 205911,9 + 975240 = 1181151,9 кДж/ч 4.2 Расход тепла4.2.1 На разложение глиноземаQРАЗЛ = РАI2О3 · НТАL2О3 где: НТАI2О3 - тепловой эффект образования реакции глинозема при температуре 25 ˚С. По справочнику: НТАI2О3 = 1676000 кДж. /кМоль РАI2О3 - расход глинозема на электрическое разложение где: F - число Фарадея 26,8 А·ч QРАЗЛ = 0,39 · 1676000 = 653640 кДж/ч 4.2.2 С выливкой металлаОпределяется из условия равенства вылитого AI и наработанного за то же время QМЕТ = РAI · (ΔН960 - ΔН25) где: 27 - атомная масса алюминия ΔН960 - теплосодержание алюминия при температуре 960 ˚С - 43982 кДж/моль ΔН25 - теплосодержание алюминия при температуре 20 ˚С - 6716 кДж/моль QМЕТ = 0,78 · (43982 - 6716) = 29067,5 кДж/ч 4.2.3 Унос тепла с газамиQГАЗ = V · C · (t2 - t1) где: V - объем газов, принимаем 7600 м3/ч С - теплоемкость анодных газов 1,4 кДж/м3·°С t1, t2 - температура газов 25 °С, 50 °С QГАЗ = 7600 · 1,4 · (50 - 25) = 266000 кДж/ч 4.2.4 Потери тепла с поверхности электролизераQПОТ = QПРИХ - (QРАЗЛ + QМЕТ + QГАЗ) = = 1181151,9 - (653640 + 29067,5 + 266000) = 232444,4 кДж/ч 5) Расчет числа электролизеров в серииЧисло работающих электролизеров определяется UСР и UПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ. Для серии электролизеров выпрямительный агрегат имеет U = 850 в. Учитываются потери напряжения в шинопроводах подстанции, принимаем 1%. Резерв напряжения при снижении I при анодном эффекте принимаем 40 в. Резерв напряжения для компенсации колебаний напряжения во внешней электросети 1%. При этом напряжение серии составит: UСЕРИИ = 850 - (8,5 + 40 + 8,5) = 793 в Число работающих электролизеров Число резервных электролизеров Производительность серии в год Р = I · 8760 · 0,336 · nРАБ · ηi · 10-6 = = 70000 · 8760 · 0,336 · 185 · 0,9 · 10-6 = 34305 т/год |
РЕКЛАМА
|
|||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||
| БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА | ||
 |
© 2010 | |