2.1.4 Размеры катодного кожуха

Внутренние размеры кожуха определяются геометрическими размерами шахты ванны и толщиной слоя теплоизоляционных материалов. Боковая футеровка состоит из угольных блоков толщиной м и теплоизоляционного слоя из шамотной крупки м. Тогда длина катодного кожуха с учетом толщины стального листа м:

м.

(2.15)

Ширина катодного кожуха:

м.

(2.16)

Подина ванны состоит из катодных блоков высотой 0,38м угольной подушки 0,03м; огнеупорного и теплоизоляционного слоя из 6 рядов кирпичей по 65мм каждый, и шамотной засыпки толщиной 0,05м. Тогда высота кожуха с учетом м:

м.

Для создания модели электролизера необходимо составить материальный электрический и тепловой балансы агрегата.

2.2 Статический материальный баланс

Представление о результатах проводимого технологического процесса дает материальный баланс [1,58,66]. Приход материалов рассчитывают по расходу сырья на 1 кг алюминия и производительности электролизера в час [7].

Производительность электролизера, т.е. количество алюминия, выделяющегося в единицу времени, рассчитывают по выражению:

кг/ч

(2.17.)

Зная производительность электролизера и расход сырья на 1 кг Al, вычисляем приход материалов в ванну:

– приход глинозема: , кг/ч;

– приход криолита: , кг/ч;

– приход анода: , кг/ч;

– приход фторидов (алюминия, кальция, магния): , кг/ч,

где расход глинозема, криолита, анода и фторидов соответственно, кг/кг Al.

a = 1,927; b = 0; c = 0,514; d = 0,027.

В процессе работы в электролизере нарабатывается алюминий, выделяются анодные газы, сгорает анод и расходуются фториды. Количество этих материалов рассчитывают следующим образом:

Алюминий. Количество полученного алюминия определяется производительностью электролизера , кг/ч.

Анодные газы. Количество анодных газов рассчитываются исходя из их состава и суммарной реакции, протекающей в электролизере:

,

(2.18)

где x – объемное содержание в анодных газах, %.

Количество и (кмоль/ч) находится из уравнений:

,	(2.19)
,	(2.20)

где и – мольные доли и в анодных газах соответственно, примем и .

Зная и , рассчитывают массовые количества и (кг/ч)

,	(2.21)
,	(2.22)

где 28 и 44 – молекулярные массы и .

Потери углерода (кг/ч) определяются как разность между приходом анодов и количеством израсходованного с газами углерода :

,

(2.23)

где .

Потери глинозема (кг/ч) в виде пыли, и механические потери принимаются как разность между приходом глинозема в электролизер и теоретическим расходом глинозема :

,

(2.24)

здесь теоретический расход глинозема находится из уравнения:

.

(2.25)

Тогда , где 54 и 102 – молекулярная масса алюминия и глинозема.

Потери фторидов на пропитывание подины, унос с угольной пеной, газами и пылью равны приходу фторидов.

Материальный баланс рассчитан в программе, составленной на языке Паскаль в среде программировании Delphi. Блок-схема алгоритма представлена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 – Блок-схема расчета материального баланса

В блок 1 заносятся исходные данные для расчета материального баланса: сила тока, электрохимический эквивалент алюминия, расходные коэффициенты (глинозема, криолита, анода и фторидов), молекулярные массы и мольные доли и в анодных газах, молекулярная масса алюминия и глинозема.

Расчет статей прихода и расхода производится в блоках 2 и 3; в блоке 4 выводятся данные. На рисунке 2.3 представлено окно «материальный баланс» программы для расчета балансов электролизера.

Рисунок 2.3 – Материальный баланс электролизера