Технологические расчеты

Годовая производительность цеха 80000 тонн чушкового цинка. Количество катодного цинка должно быть больше, чем чушкового, т.к. большая часть цинка расходуется на при­готовление цинковой пыли, часть переходит в дросс, часть теряется при переплавке. Учи­тывая, что в дросс и угар переходит 2,5% цинка, на приготовление цинковой пыли 4,5% Считаем суточную производительность цеха по чушковому цинку:

80000

365

= 219т /сутки

Суточная производительность цеха по катодному цинку:

Расчет состава и выхода катодного цинка

На электролитическое осаждение цинка в цех электролиза поступает нейтральный электролит следующего состава; г/л:

Таблица №5

В результате электролиза получается катодный цинк и отработанный электролит сле­дующего состава; г/л:

Таблица №6

По реакции:

ZnSO₄ +H₂O- Zn_Kam + H₂SO₄ + l/2O₂

можно рассчитать содержание серной кислоты в отработанном электролите:

65,4rZn-98rH₂SO₄

100,0rZn-X₂H₂SO₄

Примем, что в катодном цинке содержится 0,03 3% свинца. Этому содержанию свинца сответствует состав катодного цинка; %:

Таблица №

Zn	Cd Cu	Pb	Fe	Всего
9,96573	0,00299 0,000299	0,01099	0,01999	100.00000

Катодный цинк такого состава соответствует по ГОСТ(у) Ц1

Расчет количества ванн

Для определения количества ванн необходимо знать активную поверхность катодов, которая определяется по формуле:

F-активная поверхность всех катодов: м ;

Q- суточная производительность по катодному цинку; т;

Dk - катодная плотность тока, а/м ,

g- электрохимический эквивалент цинка: 1,2393;

- выход цинка по току: 93%.

Активная поверхность ванны: 1,27*24—32,5м , 1,27- активная поверхность катода.

Необходимое количество ванн, которое нужно установить в цехе:

14980/32,5-468 Ванн

Определение тока, проходящего через ванны

Принятая плотность тока 640 а/м", активная поверхность катодов ванны 31,5м . Отсюда: 1= 640 * 31,5=19040а Принимаю ток проходяший через ванну 19000а

Суммарная сила тока всех ванн:

Производительность ванны

Суточная производительность цеха по катодному цинку составляет 236 т. Суточная производительность одной ванны:

п - количество ванн. Годовая производительность ванны:

Q год=505*365/1000=186,2т

Расчет количества электролита, поступающего в электролитный цех

Количество электролита поступающего в электролитный цех расчитывают в литрах в

час на одну ванну по формуле: , где:

P1- содержание цинка в нейтральном электролите, г/л P2- содержание цинка в отработанном электролите

_ 19000.1,219-0,93 О : ^_ =216 л/час

150-50

(1%- потери электролита, общее количество-218,16 г/л) Количество электролита для всех ванн : 218,16*468*24=2459000л/сутки. Количество электролита для всех ванн в год: 2459*365=895200м /год. Циркуляция электролита: 218,16/60=3,64 л/мин.

Выход и состав шлама.

Образующийся при электролизе шлам состоит в основном из МnO и др. Состав шлама принимаем следующий:

Таблица №8

Мn%	Рn%	Zn % Ag г/т
40,4	11,5	0,24 1461

Свинец попадает в шлам в результате разрушения анодов. Количество свинца анодов, переходящее в шлам за год составляет:

236*1,28*365=110,5(т)

236-суточная производительность цеха по Zn катодному. 1,28- расход Pb-Ag анодов на 1т цинка, кг.

Считаю выход шлама по Мn: 0,4 г/л Мn уходит в шлам. В цех электролиза поступает 218 г/л нейтрального электролита. Мn уходит в шлам: 218,16*0,4=87,2 г.

Количество образующего шлама за час: (87,2* 100)/40,4=216ч; за сутки: 5,18кг. Выход шлама за сутки: 5,18*468=2421т.

Добавки в электролит.

Основными добавками в электролит являются: столярный клей, мыльный корень и (рвотный камень» (SbO СНО+1/2НО).

По данным расход их составляет на 1 тонну цинка (чушкового) столярного клея 0,3 кг/т

мыльного корня 0,18 кг/т

«рвотного камня» 0,0023 кг/т

Отсюда годовой расход этих материалов при производительности цеха 80000т соста­ вит: столярного клея 80000*0,0003—24,0т мыльного корня 80000* 0,00018=14,4т

Таблица баланса напряжения на ванне.

Таблица 9

№ п/п	Статьи баланса	U(b)	Распределение на пряжения %
1	Напряжение разложения ZnSO	2,89	81,2
2 4~	Падение напряжения в электролите	0,39	12,1
3	Падение напряжения на аноде	0,02	0,625
4	Падение напряжения в кат. шинах	0,02	0,625
5	Падение напряжения в борт, шинах	0,03	0,91
6	Падение напряжения в контактах	0,03	0,91
	Падение напряжения в шламе	0,117	3,63
Напряжение на ванне		3,499	100

Таблица теплового баланса ванны.

Таблица

Приход тепла	Ккал час	%	Расход тепла	Ккал час	%
1. Электроэнер-	57500	100	1. Хим. Реакциями	35088	61,1
гией			2. С отработанным злек-	1696	2,9
			тропит.
			3. Испарение и разбрыз-	668,8	1,1
			гивание
			4. Лучеиспускание и	97,9	0,01
			конвекция
			5. На нагревание охлаж-	18496	32,3
			дающей воды
Всего	57500	100	Всего	57500	100

Получаемые в результате электролитического осаждения листы катодного цинка отве чают по химическому составу ГОСТ(у), но неудобны для транспортировки и использова ния. Стандарт предусматривает выпуск цинка в виде чушек определенной формы и вид, Поступающий потребителю чушковый цинк должен иметь на каждой чушке номер плав ки, марку завода-изготовителя и маркировку по сортности.

Переплавка катодного цинка осуществляется в электрических индукционных печах.

Печь заключена в металлический прямоугольный кожух из листовой стали L=бм; В=6м. Емкость печи 40 т.

Расчет мощности печей и их количество

Производительность электролизного цеха по катодному цинку 236 т/сутки. Для п плавки этого количества цинка, суточный расход энергии составит:

100*236-23600кВт/час, где: 100 кВт-ч/т- удельный расход энергии.

Необходимая установочная мощность: N

20- часы работы в сутки; 0,98- коэффициент мощности. Принимаем печь типа «ИЦ-40» (N=1200kBt) Установим две печи ( одна резервная).

23600 20*0.98

= 1210кВт

Таблица теплового баланса индукционной печи

N п/п	Приход тепла	ккал	N п/п	Расход тепла	ккал
1	Тепло электроэнергии	102493		А. Полезный расход
				на нагрев цинка	46000
2	Тепло за счет термохи-		2	на расплавление Zn	28000
	мических реакций	3J515	3	на перегрев цинка	6260
	Итого	134008		Итого	74260
				Б. Неполезный расход
			1	Стенками печи	2200
			2	Через отверстия	3632
			3	Через подину	15,9
			4	С дросами	3415
			5	Уносимое Zn расплавл.	52000
			6	Неучтенные потери	584,8
				Итого	598008
	Всего	134008		Всего	134008

Основные технические данные индукционной печи типа «ИЦ-40»

Таблица №12

N п/п	Параметры и типы	Ед. изм.	Типоразмеры
1	Емкость полезная	т	40
2	Емкость полная	т	40
3	Мощность трансформатора	кВт	1000*3
4	Мощность печи номинальная	кВт	1200
5	Число фаз		3
6	Частота	Гц	50
7	Напряжение	В	500
8	Коэффициент мощности;	COS
	без компенсации		0,63
	с компенсацией		1,0
9	Рабочая температура	°С	500
10	Мощность холостого хода	КВт	80
II	Удельный расход эл. энергии	КВт/ч	100
12	Расчетная производительность	т/ч	до15
13	Расход охлаждающего воздуха	'I м'/ч	14000
14	Вес печи без металла	т	50
15	Тип и характеристика питающего		2 трехфазных типа
	трансформатора		ТМН-1000/10 мощность по
			1000 КВт напряжение
			6000/557 485 В.
16	Тип и характеристика трансформатора		два трехфазных трансформа-
	для сушки и пуска вновь зафутеро-		тора типа АТС-120/0,5
	ванной печи		N=200 КВт

Выбор и расчет технологического оборудования

Ванны для электролитического осаждения цинка являются основным оборудованием электролизных цехов. Они изготовляются из дерева, стали или железобетона. Для их фу­теровки используются: керамическая плитка; рольный свинец, винипласт, резина.

В последние годы на отечественных цинковых заводах получают распространение же лезобетонные ванны.

Преимуществами железобетонной ванны является ее надежность и безопасность, большой срок службы (15лет) и кроме того, они не дают усадки.

Рядом преимуществ обладает футеровка из винипласта:

1. повышенная прочность;

2. химическая стойкость против действия кислот и щелочей;

3. уменьшается утечка тока через футеровку;

4. уменьшается возможность поражения током;

5. устраняется замыкание электродов на футеровку;

6. не оказывает вредных влияний на цинк;

7. не горюч, его можно сваривать, изгибать, имеет прочность на изгиб 1200кг/см ; на сжатие-1300кг/см, теплостоек.

На ряду с достоинствами, винипластовая футеровка имеет ряд недостатков:

1. большая трудоемкость операций при монтаже;

2. появление трудно обнаруживаемых трещин;

3. высокая стоимость.

Ванны расположим в две серии, по 234 ванны, в каждой серии по 8 блоков, в каждом бло ке по 29 ванн. Блоки ванн в цепь включаются последовательно.

Определение внутренних и наружных размеров ванн

а) количество анодов и катодов:

Примем активную поверхность катода 1,24м² . Площадь катодов в одной ванне: 190000/640 = 32,2м ; число катодов в ванне: 32,2/1,24=26; число анодов в ванне: 26+1=27

б) длина ванны; Lb = n1_Э + 2lm, где: 1_Э- расстояние между плоскостями анодов (1_э=68mм при условии, что расстояние между А и К=28мм)

d катода=4мм, d анода=8мм.

lm - расстояние между электродом и торцовой стенкой ванны,

n-число анодов = 27.

Наружная длина ванны: 2035+180-2215мм. 180=90*2- толщина торцовых стенок ван­ны.

в) ширина ванны: B=b + 21_б; где: 1 =10см-расстояние от кромки катода до стенки; bjc- ширина катода с учетом резины (676мм)

В=676+2*100=876мм. Наружная ширина ванны: 876+2*90= 1056мм.

г) глубина ванны должна быть на 400мм больше длины погруженной части катода, дл: спокойного осаждения шлама.

1100+400-20=^:=1480мм, где: 1100-рабочая высота катода; 20- возвышение его над ванной.

Общая глубина ванны складывается из внутренней глубины ванны+ толщина дна ван­ны: 1480+100=1580мм.

Площадь ванны: 2,02*0,88= 1,98м²; Площадь занимаемая электродами:

анодами: 0,646*26*4* 10"³-0Д48м²

0,223м²;

0,646*27*8* 10"³=0,075м² Зеркало ванны: 1,98-0,223=1,73м

Электроды

Электроды в электролитной ванне должны обладать следующими качествами:

1. механической прочностью;

2. химической устойчивостью;

3. хорошей устойчивостью;

4. не иметь примесей, которые могут переходить в электролит и загрязнять его. Аноды отливают из наиболее чистого свинца (99% РЬ) с добавкой 1% серебра. Такие аноды обладают рядом преимуществ:1) большой прочностью;

2. длительным сроком службы;

3. лучшей электропроводностью.

Катоды изготовляют из алюминия марки АО, d=4мм. Алюминиевый лист приварива­ется к алюминиевой штанге, весом 4 кг, на одном конце катодов приварен Си-контакт. Катодный алюминиевый лист должен иметь гладкую поверхность.

Размеры катода: 1100*66.6*0,4=2920см³. Сpок службы 8-10 месяцев.