В 3 сериях будет 6 корпусов, в них установленных электролизёров, N_уст:

       N_УСТ = N_{У *} n     (53)

       N_УСТ = 180 * 3 = 540

Годовая производительность серии Pс, т рассчитывается по формуле:

Pс = 0,335 * I * η * 8760 * N * 10^-3                                           (54)

где 0,335 - электрохимический эквивалент, кг/(кА_*ч);

    I - сила тока, кА;

    η - выход по току, д. е.;

    8760 - часов в год;

    N - число работающих ванн в серии.

       Р_С = 0,335 * 175000* 0,88 * 8760 * 179*10^-3 = 80895,18т

Годовая производительность цеха Рц, т будет:

       Рц = Рс _* n       (55)

       Рц = 80895,18* 3 = 242685,54 т     

Удельный  расход электроэнергии W, кВт*ч/т рассчитывается по формуле:

               (56)

       

 кВт*ч/т

Выход по энергии г/кВт*ч

              (57)

       

 г/(кВт*ч)

       2 Описательная часть

       2.1 Понятие о выходе по току. Способы его повышения

 

       Выход по току - один из основных показателей, определяющих количество произведенного алюминия и расход электроэнергии на его получение.

       Выход по току - [current efficiency] — доля тока (количество электричества), затрачиваемая в электролитическом процессе на получение продукта. Определяют отношением массы фактически прореагировавшего вещества к теоретическому, рассчитанной по закону Фарадея, в процентах или долях ед.

       Выходом по току  η называют отношение  массы вещества, фактически полученного при электролизе, к его количеству, теоретически ожидаемому за то же время, согласно закону Фарадея:

       η =

где   Рпр - количество алюминия, фактически наработанное определенным количеством электричества (I*τ);

       На  выход по току при электролизе  криолито-глиноземных расплавов  оказывают влияние следующие факторы:

1. температура электролита,
2. междуполюсное расстояние,
3. плотность тока,
4. состав электролита,
5. качество обслуживания ванн.

       Необходимое условие достижения высоких показателей  при электролизе - тщательное соблюдение технологического режима. Любое нарушение  нормальной работы ванны может привести к снижению выхода по току.

       2.2 Устройство электролизера и факторы, влияющие на срок его службы

 

       Электролизные ванны 80-х годов 19 века и электролизеры, применявшиеся в промышленности вплоть до конца 20-х—начала 30-х годов 20 века, были малой мощности (до 10 кА), с блочными предварительно обожженными анодами, периодического действия. Анодная плотность тока на таких электролизерах составляла 6,5—1,4 А/см², а расход электроэнергии на производство алюминия 80000—25000 кВт*ч/т. С 30-х годов 20 века начинается новый этап развития конструкции электролизных ванн.

       Еще в начале прошлого века электрометаллургии начали внедряться непрерывные самообжигающиеся электроды (по патенту Зодерберга), были сделаны первые попытки использовать принцип устройства таких электродов в алюминиевой промышленности. Однако устройство непрерывных самообжигающихся анодов с то коподводом по принципу непрерывных самообжигающихся электродов электропечей (посредством прижимных контактных плит) не дало желаемых результатов в алюминиевой промышленности. Значительное падение напряжения в прижимном контакте, которое не имеет решающего значения в условиях работы электродов в электропечах, крайне неблагоприятно при эксплуатации алюминиевых электролизеров.

       В различных странах, в том числе  и Советском Союзе, были проведены  большие экспериментальные работы по изысканию конструкции непрерывного электрода (анода) для нужд алюминиевой промышленности. В результате появилась система токоподвода при помощи штырей, забиваемых и неспеченную зону тела анода сбоку—так называемая система бокового токоподвода к самообжигающимся анодам. Эту систему начали внедрять в промышленность с начала 30-х годов, и, постепенно совершенствуясь, она стала конкурировать с системой обожженных анодов. Совершенствование электролизеров с непрерывными самообжигающимися анодами и боковым токоподводом связано прежде всего с увеличением единичной мощности (силы тока) электролизеров и с отказом от первоначальных двух- и трехэлектродных конструкций в пользу сохранившейся до настоящего времени одноэлектродной конструкции анодной системы, что обеспечило широкое применение электролизеров этого типа в производстве алюминия вплоть до 50-х годов.

       В настоящее время работают промышленные серии электролизеров с самообжигающимися анодами и боковым токоподводом на силу тока от 60 до 140 кА. Анодная плотность тока электролизеров этой системы составляет 0,7—1,0 А/см², расход электроэнергии от 22,0 до 14,5 тыс. кВт*ч/т.

       Переход на электролизеры с самообжигающимися  анодами способствовал ускорению и удешевлению производства алюминия, так как из технологической схемы были исключены дорогостоящие переделы прессования н обжига анодов. На начало 1980 г. около 15 % алюминия производилось в электролизерах с самообжигающимися анодами и боковым токоподводом.

       Переход на применение электролизеров повышенной мощности (свыше 100 кА) с непрерывными самообжигающими анодами привел к разработке другой системы токоподвода — при помощи штырей, запекаемых в анод сверху. Электролизеры с анодным устройством такой системы, известные под названием электролизеров с верхним токоподводом, стали широко применяться в промышленности с пятидесятых годов нашего века. Эта система токоподвода позволила увеличить единичную мощность электролизеров и значительно упростить их обслуживание, что обеспечило рост производительности труда. На рис. 102 дана схема современной конструкции электролизера с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом. С 50-х до 70-х годов подавляющее большинство вновь вводимых электролизных корпусов в алюминиевой промышленности оборудовалось электролизерами этого типа. Единичная мощность таких электролизеров составляла от 100 до 165 кА плотность тока 0,6—0,75 А/см², расход электроэнергии 14,2— 15,5 кВт*ч/т. К началу 1980 г до 26 % алюминия производилось в электролизерах с верхним токоподводом.

       Наряду  с развитием и внедрением систем электролизеров с неnpepывными самообжигающимися анодами постоянно продолжались работы в направлении модернизации и совершенствования системы предварительно обожженных анодов. Этому способствовало развитие автоматизированного производства крупногабаритных анодных блоков, позволившее снизить стоимость и улучшить качество анодов. В результате создания автоматизированных ли ний монтажа и демонтажа анодов, а также создания механизмов для обслуживания анодного узла значительно coкратились тpyдовые затраты при работе на электролизерах с обожженными анодами. Главное же в конструкции таких электролизеров—дальнейшее увеличение единичной мощности при резком сокращении вредных выделений в атмосферу, особенно канцерогенных веществ, образующихся в результате коксования самообжигающихся анодов. Возросшие требования к улучшению условий труда и охране природы сделали конструкцию электролизеров с предварительно обожженными анодами наиболее перспективной.

       Современные алюминиевые электролизеры по конструкции  катодного устройства подразделяют на электролизеры с днищем и без днища, с набивной и блочной подиной; по способу токоподвода _ с односторонней и двусторонней схемой ошиновки; по способу улавливания газов—на электролизеры открытого типа, с колокольным газоотсосом и укрытого типа. К неудовлетворительным свойствам всех существующих конструкций алюминиевых электролизеров следует отнести недостаточно высокий коэффициент использования электроэнергии, непродолжительный срок их службы и недостаточную эффективность улавливания отходящих газов. Дальнейшее совершенствование конструкции электролизеров должно идти по пути увеличения его единичной мощности, механизации и автоматизации всех операций обслуживания, полного улавливания всех отходящих газов с последующей регенерацией их ценных компонентов.

     Катодное  устройство

       Катодное  устройство алюминиевого электролизера  предназначено для создания условий, необходимых для протекания процесса электролиза в криолитно-глиноземном расплаве. Поскольку электролиз идет в весьма агрессивной среде при 950—1000°С, катодное устройство должно быть устойчиво к действию расплавленных фтористых солей; обладать достаточно высокими теплоизоляционными свойствами, чтобы до минимума сократить потери тепла, быть электропроводным в зоне протекания процесса и иметь надежную изоляцию во избежание утечек тока; иметь достаточно жесткую конструкцию, способную выдержать напряжения, возникающие от протекания физико-химических реакций; обеспечивать продолжительную работоспособность между ремонтами и мобильность при замене в целях сокращения простоя электролизера в ремонте.

     Катодные  кожухи

       От  прочности катодного кожуха в  большой степени зависит продолжительность межремонтного срока работы электролизера В связи с ростом единичной мощности электролизеров все большее распространение получают катодные кожухи рамного типа прямо угольной формы без металлического днища и контрфорсного типа с днищем

       Кожух без днища выполняется в виде сварной конструкции из стальных балок и листа. Существует много различных конструкций кожухов без днища, отличающихся друг от друга в основном профилем применяемых балок, а также размещением их по высоте кожуха. Наибольшее распространение получили кожухи без днища, сваренные из двутавровых балок или швеллеров. В верхней части кожуха с внутренней его стороны приварены кронштейны для установки бортового листа, закрывающего сверху боковую футеровку и защищающего ее от окисления во время эксплуатации. В нижней части кожуха вдоль продольной его стороны прорезаны окна для пропуска катодных токоотводящих стержней.

       Катодные  кожухи с днищем состоят из двух частей: корыта кожуха, сваренного из листовой стали, и балок — контрфорсов.

       Прочность таких кожухов определяется жесткостью конструкции контрфорсов, число которых зависит от длины электролизера. На рис. 106 показана схема конструкции контрфорсного кожуха с днищем. Бортовой лист, кронштейны для его крепления, окна для катодных стержней в кожухе этого типа выполняются так же, как и в кожухе рамного типа без днища.

     Цоколь  и подина

       Кожух без днища устанавливают на кирпичную кладку—цо коль. Такую кладку обычно сооружают на бетонном фундаменте; она состоит в нижней части из четырех-пяти рядов красного, а в верхней части двух-трех рядов шамотного кирпича. Кирпичная кладка может быть заменена блоками из жаростойкого бетона.

       Теплоизоляционную футеровку подины электролизера  с днищем выполняют из шамотной засыпки высотой 30—50 мм, листового асбеста высотой 10 мм и нескольких рядов шамотного кирпича.

       Для большей теплоизоляции нижние ряды шамотной кладки выкладывают легковесным кирпичом. В отечественной промышленности применяется только сборно-блочная конструкция подины, состоящая из предварительно обожженных угольных подовых и боковых блоков. Зазоры между блоками набиты специальной углеродистой массой (подовой). В мировой практике существуют конструкции подин, в которых вместо блоков по всей площади подины набита специальная углеродистая масса.

     Анодное устройство

       Анодное устройство алюминиевого электролизера, являясь одним из электродов, предназначено для подвода тока в зону непосредственного протекания процесса электролиза.

       териалом  анода служит углеродистый материал. По мере протекания процесса электролиза анод постепенно окисляется, и его необходимо периодически опускать. Для этого служит специальный подъемный механизм анодного устройства.

       Как уже говорилось, аноды подразделяются на предварительно обожженные и самообжигающиеся, а самообжигающиеся аноды по способу подвода тока — на аноды с боковым и верхним токоподводами. Анодные устройства с предварительно обожженными анодами подразделяются на многоанодные и блочного типа Последний тип не получил в настоящее время массового pacпространения из-за трудности его обслуживания, но представляет большой интерес для дальнейшего совершенствования конструкции электролизеров