Материальный баланс электролизера

Материальный баланс основан на законе сохранения массы, согласно которому

∑m_пр = ∑m_р

где ∑m_пр – массы, входящие в ванну (углерод, глинозем, фторсоли), т.е. приход сырья;

∑m_р – массы, покидающие электролизер (алюминий, оксид и диоксид углерода), т.е. расход.

В материальном балансе рассчитывают количество сырья и продуктов электролиза в единицу времени. Это необходимо для планирования закупок глинозёма и фторсолей, для определения мощности газоочистных установок и количества оборудования литейного цеха.

Расчёт производительности электролизера

Производительность электролизера Р_А1, кг согласно закону Фарадея составит

Р_А1 = j * I * τ * h                                                     (1)

где  j - электрохимический эквивалент алюминия, 0,335 кг/(кА*час);

I - сила тока, кА;

τ - время, час;

h - выход по току, доли единицы.

Р_А1 =

Расчёт прихода сырья в электролизёр

Приход материалов в электролизёр рассчитывают по нормам расхода сырья на 1 кг алюминия и производительности электролизёра в час P_Al. Тогда приход сырья составит

- глинозема R_Г, кг

R_Г = P_Al * N_Г                                                               (2)

R_Г =                                        

- фтористых солей R_Ф, кг

R_Ф  = P_Al * (N_Фа+ N_Ca),                                                      (3)

R_Ф =                                       

- анодной массы R_М, кг

R_М = P_Al * N_М                                                                    (4)

R_М =                                                

Расчёт анодных продуктов электролиза

Количество анодных газов рассчитывают, исходя из их состава и реакций, протекающих в электролизёре

2О^2- – 4е- + С = СО₂

С + СО₂ = 2СО

Для упрощения расчета принимают состав анодных газов, % (масс.): двуокиси углерода СO₂ - 60; окиси углерода СО - 40.

При получении P_Al = ______ кг алюминия выделится кислорода m_о, кг:

m_о =                                                            (5)

где 48 и 54 – молярная масса соответственно кислорода и алюминия в глиноземе.

m_о = --------------

Из этого количества кислорода в двуокись углерода свяжется  m_оco_2, кг:

m_оco₂ =                                                   (6)

где  60 и 40 – процентное содержание двуокиси углерода и окиси углерода соответственно.

m_оco₂ = ---------------

в окись углерода свяжется кислорода m_оco, кг:

m_оco =                                    (7)

m_оco = -------------------

Находим массу углерода, связанного в двуокись m_cco₂, кг:

m_cco₂ =                                                   (8)

где 12 и 16 атомные массы углерода и кислорода соответственно.

m_cco₂ = ----------------

и массу углерода, связанного в окись  m_cco, кг:

m_cco =                                                           (9)

m_cco = --------------

Таким образом, в час выделяется оксидов Pco₂ и Pco, кг:

Pco₂ = m_оco₂ + m_cco₂                                                 (10)

Pco₂ =

Pco = m_оco + m_cco                                                   (11)

Pco =

Всего образуется анодных газов Ргаз, кг:

Ргаз = Pco₂ + Pco                                                               (12)

Ргаз =

Расчёт потерь сырья

Теоретический расход глинозема составляет 1,89 кг на 1 кг алюминия. Перерасход глинозема объясняется наличием в его составе примесей и механическими потерями. Тогда потери глинозема G, кг составят:

G = P_Al * (Nг – 1,89)                                               (13)

G =                                                                                                            

Потери углерода Rуг, кг находят по разности прихода в электролизёр анодной массы Rм и расхода углерода, связанного в окислы:

Rуг = Rм – (m_cco₂ + m_cco)                                                (14)

Rуг =                                                                                                             

Приход фторсолей в электролизёр принимаем равным  расходу. Результаты расчета материального баланса приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 - Материальный баланс электролизера на силу тока ________ кА

Приход	кг	%	Расход	кг	%
Глинозем