Расчет магниевого электролизёра на 200 кА с принудительным охлаждением головок анодов

- Содержание

Введение

1. Общая пояснительная записка
   1. Краткая характеристика предприятия
   2. Сырьевая база, номенклатура, качество и технический уровень продукции
   3. Основные технологические и проектные решения
   4. Численность и профессионально-квалифицированный состав рабочих
   5. Число и оснащенность рабочих мест
   6. Потребность в энергоресурсах
   7. Экономика производства
   8. Исходные данные для расчетов
   9. Расчет эксплуатационных расходов
   10. Калькуляция себестоимости
   11. Природоохранные мероприятия
2. Генеральный план и транспорт
   1. Краткая характеристика района строительства
   2. Выбор и характеристика площадки строительства
   3. Транспорт внутризаводской и внешний
   4. Рекультивация прилегающей территории
3. Технологические решения, обеспечение энергоресурсами
   1. Сырьевая база, характеристика сырья
   2. Анализ научно-исследовательских работ
   3. Основы теории электролиза расплавленного хлористого магния
   4. Выбор и обоснование технологической схемы переработки сырья и технологических показателей
   5. Описание основных технологических процессов
   6. Расчеты технологического процесса
   7. Материальный баланс электролизера
   8. Электрический расчет
   9. Баланс напряжения
   10. Энергетический баланс электролизера
   11. Расчет удельного расхода энергии
   12. Расчет теплопотерь печи непрерывного рафинирования
   13. Расчет расхода воды в системе испарительного охлаждения
   14. Выбор и описание основных аппаратов
   15. Конструктивный расчет электролизера
   16. Расчет количества электролизеров
   17. Автоматизация технологических процессов
   18. Особенности процесса электролиза магния как объекта управления
   19. Описание функциональной схемы
   20. Источники энергоснабжения
4. Охрана труда и техника безопасности
   1. Анализ потенциального вреда
   2. Организационные мероприятия
   3. Технические мероприятия
   4. Обеспечение электробезопасности
   5. Расчет естественной вентиляции электролизного цеха
   6. Санитарно-гигиенические мероприятия
   7. Обеспечение спецодеждой, средствами индивидуальной защиты
5. Организация труда и система управления предприятием
   1. Организация труда
   2. Режим работы проектируемого цеха
   3. Обязанности основных рабочих
   4. График выходов трудящихся
   5. Режим труда и отдыха
   6. Определение численного и профессионального состава трудящихся
   7. Система заработной платы
   8. Расчет годового фонда заработной платы
   9. Система управления предприятием
   10. Схемы самоподчинения и управления предприятием
6. Строительные решения
   1. Архитектурно-строительные решения
   2. Решения по заданиям и сооружениям предприятия
   3. Освещенность рабочих мест
   4. Естественное освещение
   5. Расчет искусственного освещения
   6. Противопожарные мероприятия
   7. Методы тушения пожара
   8. Средства тушения пожара
7. Охрана окружающей природной среды
8. Сметная документация
   1. Расчет капиталовложений по объектам
   2. Сводная смета на строительство

Заключение
Список литературы

- Описание

Тема работы: проектирование электролизного цеха для получения магния электролизом расплавленного MgCl2 с использованием возвратного MgCl2 из титанового цикла. Практическая значимость — рост выпуска лёгких сплавов на предприятиях РФ и СНГ.

Цель — обосновать технологию, оборудование и компоновку цеха при токе 200 кА. Задачи: выбрать сырьё и электролит, выполнить расчёты балансов и производительности, проработать конструкцию электролизёра и меры безопасности.

Основная часть

Технологическая схема и расчёты процесса

Раздел описывает получение магния электролизом расплавленного MgCl2 с использованием возвратного MgCl2 из титанового передела и выводом хлора в потребление. Сырьё принято как MgCl2 титанового производства (98–99 %), а площадка привязана к промтерритории УКТМК и энергоресурсам. Параллельно фиксируются ограничения по примесям и побочным реакциям, которые ухудшают смачиваемость катода и снижают выход по току.

Далее раскрыт расчётный контур «балансы → режим → выпуск». Дипломник рассчитал выпуск по m=C·J·h1·10^-3 при h1=0,81 и получил 73,548 кг/ч и 1,765 т/сут на электролизёр. Число агрегатов доведено до Ауст≈49,325~50 шт; таким образом, масштаб цеха задан расчётом, а не декларацией.

Итог раздела: режимы и выпуск согласованы без скрытых допущений.

Конструктивные решения ванны

Конструкторский блок выполнен как конструктивный расчёт электролизёра: подбор электродов и внутренней геометрии ванны для устойчивой работы. Для анодов приняты графитовые брусья 33×15 см, получено na=16 анодов и nk=15 катодов, а фактическая анодная плотность тока доведена до ia=4,208 А/см² при токе 200 кА. Габариты рабочей зоны рассчитываются через шаг электродов и отступы, с фиксацией аРЗ=5675 мм и глубины 1500 мм.

Размерная схема вынесена в графическую часть (рис. 3.7), что облегчает проверку компоновки сборной ячейки 5540×420 мм и привязку обслуживаемых зон. Основная идея сформулирована позже и жёстко по делу: интенсификация достигается через водяное охлаждение анодных головок и рост тока до 200 кА. Приём охлаждение анодных головок трактуется как путь снизить обслуживание и поднять производительность без существенной переделки ванны.

Итог раздела: конструкция увязана с выборкой продуктов электролиза и ремонтоудобством узлов.

Автоматизация, безопасность, экология и экономика

Раздел фиксирует автоматизация технологических процессов как контроль параметров при участии персонала, поскольку регулирующих воздействий немного. Температуру электролита измеряют ТХА-0806 (l=1250 мм), сигнал 0–5 мА подают на прибор и на модуль ввода АЦП (Аналого-цифровой преобразователь) АЦП-1 промышленного микроконтроллера; регулирование выполняют отключением анодного шунта исполнительным механизмом. Схема вынесена в графическую часть.

Охрана труда включает электробезопасность и вентиляцию. Воздухообмен рассчитан по избытку явного тепла: Q≈4 548 848 676 Дж/ч; механическая система даёт n=19,4 крат/ч, с 13–15 крат/ч зимой и 20–26 крат/ч летом. Возможно имелось в виду, что естественная аэрация работает только как вспомогательный контур, а расчётный режим задаёт механика.

Экология раскрыта через скрубберы и нейтрализацию: HCl улавливается водой на 96–98 %, хлор поглощается известковым молоком до 85–98 %, далее выброс ведут через трубу 120–150 м. Для пожарной безопасности оговорено: горящий магний водой не тушат, применяют сухой обезвоженный карналлит. Студент выполнил сметную увязку под 30 тыс. т/год: 806 562,3 тыс. тенге основных фондов, 120 984,3 тыс. тенге оборотных и 927 546,6 тыс. тенге всего; численность основных рабочих принята 137 человек. Честно говоря, экономика выглядит собранно, но чувствительна к данным предприятия-аналога.

Итог раздела: в одном документе сведены технология, безопасность, экология и экономика.

Вывод

Работа ставила задачу спроектировать электролизный цех магния и подтвердить решения расчётами. В значительной мере цель достигнута: режимы, конструкция ванны и сметные показатели увязаны между собой. Достоинства — прозрачная расчётная логика и увязка с охраной труда и экологией. Недостаток — высокая чувствительность экономики и управления к качеству исходных данных предприятия-аналога и дисциплине обслуживания.

- Чертежи

1. Записка с расчетами на 85 листах;
2. Чертежи:
   • Электролизный завод магния;
   • Разрез отделения электролиза;
   • План отделения электролиза;
   • План цеха с расположением электролизера;
   • Отделение электролиза. Функциональная схема автоматизации;
   • Генплан элетролиза.