Цех электролитического получения алюминия, производительностью 250 000 тонн в год

             16.1.4 Вентиляция……………………………………………………………...104

             16.1.5 Производственное освещение…………………………………………104

             16.1.6 Защита от теплоизлучения……………………………………………..107

             16.1.7 Защита от шума и вибрации…………………………………………...108

             16.1.8 Защита от электромагнитных излучений……………………………..109

             16.1.9 Защита кожи и органов дыхания………………………………………110

             16.1.10 Пожарная безопасность……………………………………………….110

     16.2 Прогнозирование  чрезвычайных ситуаций………………………………….111

     16.3 Природопользование  и охрана окружающей природной среды……………112

17 ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА……………………………...114

18 ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………..……124  

19 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ  ИСТОЧНИКОВ…………………………...…125

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Развитие  таких отраслей промышленности, как  авиационная, электротехническая, химическая, автомобильное, гражданское и промышленное строительство, а так же других отраслей народного хозяйства невозможно без широкого применения алюминия из-за его разнообразных свойств и функциональных возможностей.

Российская  алюминиевая промышленность продолжает интенсивно развиваться, наращивая объемы производства. Рост объемов производства и технических показателей достигнут за счет совершенствования технологии, внедрения новой техники, роста квалификации управленцев, инженеров, рабочих. Большинство заводов перекрыло проектные мощности по первичному алюминию. По выпуску «крылатого» металла наша страна занимает второе место после Китая.

Перспективы развития отрасли весьма неплохие. В России потребление алюминия на душу населения примерно в 5-6 раз ниже, чем в ведущих странах Европы, поэтому резервы использования металла очень велики. При этом в России используется не более 20 % произведенного алюминия, остальное экспортируется.

Исключительно благоприятное  сочетание потребительских характеристик, как показывает мировой опыт, обеспечивает алюминию огромные перспективы использования во всех сферах хозяйства.

Для алюминия характерны: небольшая плотность, хорошая  пластичность и достаточная механическая прочность, коррозионная стойкость, высокая  тепло и электропроводность. Алюминий не токсичен и способен образовывать со многими металлами сплавы с уникальными свойствами.

В настоящее  время получение алюминия производится электролизом криолит-глиноземных  расплавов. Постоянно ведется работа по совершенствованию этого процесса, а так же автоматизация этого процесса. Регулирование и контроль над технологическим процессом [1,2].

Огромная  работа ведется в области механизации  трудоемких операций по обслуживанию электролизеров.

Целью данного дипломного проекта является проектирование цеха электролитического получения алюминия производительностью 200 000 тонн в год.

Для этого необходимо произвести:

• конструктивный расчет выбранного типа электролизера;
• расчёт материального, электрического, теплового балансов электролизера;
• расчёт основного и вспомогательного оборудования;
• расчёт количества корпусов;
• экономическое обоснование проекта;
• внедрение средств механизации, системы автоматизации, оптимальной для данного производства, а также внедрение мероприятий по охране труда, природопользованию, охране окружающей среды.

В проекте используются технологические показатели, достигнутые  передовыми заводами России, в частности, Богословским алюминиевым заводом.

В специальной части данного дипломного проекта необходимо разработать мероприятия по интенсификации процесса электролиза алюминия.

1 ОБОСНОВАНИЕ  МЕСТА СТРОИТЕЛЬСТВА ЦЕХА

 

Главными критериями, которыми следует руководствоваться  при выборе конструкции электролизера  и места строительства вновь  строящегося цеха, от которых зависят  технико-экономические показатели работы предприятия являются: рельеф выбираемой местности, климатические особенности региона, удаленность этого района от источников сырья, электроэнергии, воды, газа,  условия охраны труда и окружающей среды, стоимость электроэнергии в районе строительства, [6].

Исходя из вышеперечисленных условий строительство  цеха электролитического получения алюминия выбираю в районе города Краснотурьинска на предприятии БАЗа удалённого от жилых массивов, ближе к водоёму, где в непосредственной близости располагаются цеха по производству глинозема и анодной массы, что снижает затраты на доставку сырья. Промышленная площадка расположена в северо-западной части г. Краснотурьинска на левом берегу реки Турьи вдоль железнодорожной магистрали Екатеринбург – Североуральск.

Рельеф отведенного земельного участка преимущественно увалистый, имеет естественный уклон с востока на запад. Участок расположен на несколько возвышенных землях, не пригодных для сельского хозяйства. Грунтовые условия: суглинки толщиной слоев более 3 метров песков разной крупности с включением гальки, а также скальных пород. Грунтовые воды находятся на глубине 8-12 метров от поверхности земли. Глубина промерзания грунта около 2,2 метров.

Климат района резко континентальный, характеризуется  продолжительной морозной зимой и коротким летом. Продолжительность устойчивого снежного покрова в среднем – 187 суток. Господствующие ветра западные и северо-западные. Максимальной силы ветра достигают в марте, апреле, декабре. Анализируя данные среднегодовой повторяемости направлений ветра, необходимо отметить, что по многолетней «розе ветров» рисунок 1.1 в районе преобладают ветра западных румбов (58%) -западные, юго-западные, северо-западные, что видно по таблице 1.1.

 

Таблица 1.1 – Среднегодовая повторяемость  направлений, %

С	С-В	В	Ю-В	Ю	Ю-З	З	С-З
10	8	6	7	11	17	28	13

Рисунок 1.1 – Среднегодовая  роза ветров

Климатические особенности и рельеф региона  способствуют недостаточному рассеиванию  атмосферных выбросов. Число дней неблагоприятных синоптических  ситуаций (слабые ветра, температурные инверсии, повышенная влажность), обуславливающих формирование повышенных уровней загрязнения атмосферы за годы наблюдения составило 152 дня, таблица 1.2.

Таблица 1.2 - Климатическая  характеристика района

Наименование  характеристик	Единицы измерения	Величин а показателей
Тип климата	Резко континентальный
Средняя температура  самого холодного месяца	°С	-20,7
Средняя температура  самого жаркого месяца	°С	+22,6
Среднегодовое количество осадков	мм	518
Минимальное количество осадков	мм	381
Максимальное количество осадков	мм	668
Среднегодовая скорость ветра	м/с	3,5
Скорость  ветра, превышение которой в году составляет 5%	м/с	6,0
Скорость, близкая  к штилю	м/с	0,5
Влажность воздуха: - среднегодовая; - наименьшая (май); - наибольшая (сентябрь).	%	75 52 85
Среднегодовая неблагоприятная синоптическая  ситуация	дни	30,4

 

Продольную ось корпусов располагается под углом 45° к северо - западному направлению.

Размещение цеха по технологическим  требованиям необходимо производить  в отдельных зданиях, соединённых между собой коридорами.

Расположение складов - сосредоточенное, что позволяет  иметь минимальную протяжённость  ж/д путей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ электролизЁра и   

   основных ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ параметров ЭЛЕКТРОЛИЗА

 

2.1 Выбор мощности и конструкции электролизёра

 

Важную роль в выборе мощности и конструкции электролизера играют тип электролизёра, конструкция катодного и анодного устройства и стоимость электроэнергии.

Современные алюминивые электролизёры классифицируются по следующим признакам:

- по конструкции катодного  устройства – оборудованные кожухом  с днищем и без днища;

- по анодному устройству  – с одним непрерывным самообжигающимся  анодом и обожженными анодами;

- по конструкции анодного  токоподвода – с боковым (БТ) и верхним (ВТ) (вертикальным) токоподводом;

- по мощности –  малой (на силу тока 30-40 кА), средней (на силу тока 50-90 кА) и большой (на силу тока 100- 300 кА).

Для расчёта дипломного проекта выбираем электролизёр с боковым токоподводом, рамного типа с днищем на силу тока равной 90 кА. Выбирая такой тип электролизёра, я основываюсь на том, что себестоимость получаемого по этой технологии алюминия ниже, чем при использовании электролизёров с обожженными анодами.

Исходя из заданной силы тока, в первую очередь необходимо обосновать анодную плотность тока.

Установлено, что с ростом мощности электролизёра анодная плотность тока понижается, так как увеличивается размер анода. Однако увеличение силы тока сопровождается ухудшением некоторых технологических показателей электролиза и сокращением срока службы электролизёров. Это объясняется следующими обстоятельствами. Повышение мощности электролизёров вызывает увеличение перекосов поверхности металла, что вынуждает поддерживать более высокое межполюсное расстояние. В результате этого наблюдается рост тепловыделений в слое электролита и для устранения перегрева требуется снижение плотности тока. Вероятность проникновения алюминия через швы подины до стальных катодных стержней и выхода электролизёра из строя возрастает в прямой зависимости от площади швов, и поэтому срок службы более мощных электролизёров значительно ниже, чем электролизёров средней мощности.

Важную роль в определении  величины плотности тока играют тип  электролизёра и конструкция катодного кожуха. На электролизёрах с контрфорсным кожухом потери тепла больше и плотность тока выше, чем в случае кожухов рамного типа с днищем. В случае одинаковой площади анода потери тепла будут выше и плотность тока больше, если отношение длины анода к ширине повышается.

Плотность тока в значительной степени зависит от футеровки электролизёра и площади поверхностей теплоотдачи, особенно корки электролита.

Плотность тока выбирают с учетом достижений, где по освоению проектной мощности электролизёров на передовых заводах в зависимости от силы тока.

На рисунке 2.1.1 приведены кривые зависимости анодной плотности тока от силы тока, представляющие собой среднее арифметическое лучших показателей отечественных и зарубежных заводов, оснащённых электролизёрами с боковым токоподводом.

 

 

Рисунок 2.1.1 – Зависимость анодной плотности тока от силы тока на электролизёре

 

Представленные на рисунке 2.1.1 данные могут служить для ориентировочного выбора плотности тока. Задача дальнейшего расчёта состоит в том, чтобы подтвердить правильность этого выбора. Если тепловой баланс электролизёра при данной плотности тока не соблюдается, следует изменить в допустимых пределах межполюсное расстояние или заменить тепловую изоляцию электролизёра. Если этого недостаточно, необходимо принять новое значение плотности тока и повторить расчёт снова.

Выбор максимально возможной  ширины анода должен производиться  с одной стороны, с учётом исключения перегрева электролита и накопления угольной пены под анодом, с другой стороны, с учётом повышения производительности электролизёра, снижения удельного расхода электроэнергии, капитальных затрат на сооружение электролизёра, трудоёмкости обслуживания и т.п.

Предельная ширина анода  при боковом подводе тока ограничивается величиной 2500 мм, поскольку длинные штыри трудно забивать и извлекать. Дальнейшее увеличение ширины анода можно рассматривать только в связи с переходом к верхнему токоподводу. В последнем случае анод может быть даже квадратной формы с размещением штырей, как в плане, так и по высоте без увеличения их длины и диаметра.

Катодное устройство, как правило, монтируется сборно-блочным из прошивных блоков больших размеров. Оно размещено в катодном кожухе рамного, контрфорсного или шпангоутного типа.

 

 

 

 

2.2 Выбор анодной плотности тока

 

Анодная плотность  тока выбирается с учетом достигнутых плотностей тока на алюминиевых заводах, в зависимости от силы тока.