电解槽设计模版
课程设计说明书
题 目： 年产x x 万吨铝电解槽设计 学生姓名：
学 院： 材料科学与工程 班 级： 冶金06-x x 指导教师：
2009年xx 月
学校代码： 10128 学 号：xxxxxxxxxxx
内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书
课程名称：冶金工程课程设计学院：班级：冶金06 - xx
学生姓名： ___ 学号： _ 指导教师：
一、题目
铝电解槽的设计（年产铝量20万吨）
二、目的与意义
1.通过课程设计，巩固、加深和扩大在冶金工程专业课程及相关课程教育中所学到的知识，训练学生综合运用这些知识去分析和解决工程实际问题的能力。
2.学习冶金炉设计的一般方法，了解和掌握常用冶金设备或简单冶金设备的设计方法、设计步骤，为今后从事相关的专业课程设计、毕业设计及实际的工程设计打好必要的基础。
3.使学生在计算、制图、运用设计资料。熟练有关国家标准、规范、使用经验数据、进行经验估算等方面受全面的基础训练。
三、要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等）
设计年产量20万吨的电解槽，冶金工程基础课程设计一般要求学生完成以下工作：电解槽装配图一张（0 号图纸）；零件工作图一张（铝电解母排）；设计计算说明书一份（要求用A4 纸）。
四、工作内容、进度安排
课程设计可分为以下几个阶段进行。
1.设计准备
（1）阅读和研究设计任务书，明确设计任务与要求；分析设计题目。
（2）参阅有关内容，明确并拟订设计过程和进度计划。
2.装配草图的设计与绘制
（1）装配草图的设计准备工作，主要是分析和选定设计方案。
（2）初绘装配草图。
（3）完成装配草图，并进行检查与修正。
3.装配工作图的绘制与完成
（1）绘制装配图。
（2）标注尺寸、配合及零件序号。
（3）编写零件明细表、标题栏、技术特性及技术要求等。
五、主要参考文献
[1]成大先主编.机械设计手册.第一卷.第五版.北京：化学工业出版社1969.
[2]郭鸿发主编.冶金工程设计设计基础.第一册.北京：冶金工业出版社，2006.
[3]唐谟唐主编.火法冶金设备.中南大学出版社，2003.
审核意见
系（教研室）主任（签字）
指导教师下达时间年月日
指导教师签字：_______________
目录
第一章设计任务 (1)
第二章设计步骤 (1)
1预设电解槽的个数 (1)
2电解槽的类型 (1)
3计算电流效率 (1)
4阳极尺寸的选择 (1)
5计算阳极炭块数 (1)
6算槽膛尺寸 (1)
7计槽壳各部分尺寸 (2)
7.1侧壁 (3)
7.2槽壳底层 (3)
7.3槽壳尺寸 (4)
第三章设计校核 (5)
一能量平衡计算 (5)
1 能量平衡的计算原则 (5)
1.1 能量平衡计算温度基础 (5)
1.2 能量平衡的计算体系 (5)
1.3 槽体散热损失计算部位 (5)
1.4 能量收入、支出平衡的计算时间单位 (5)
2 二氧化碳的生成量 (6)
3 一氧化碳生成量 (6)
4 计算参数选择与测试项目 (6)
5 能量平衡计算原则 (7)
6 测试数据处理及计算公式 (8)
6.1 能量收入计算 (8)
6.2 能量支出计算 (8)
6.2.1 CO2气体消耗热 (8)
6.2.2 CO气体消耗热量 (9)
6.2.3 CO、C02气体消耗热量 (9)
6.2.4铝电解反应耗热 (9)
6.2.5 铝液带走热 (10)
6.2.6 残极带走热 (10)
6.2.7钢爪带走热 (11)
6.2.8 换极散热 (11)
6.2.8.1 对流散热 (11)
6.2.8.2辐射散热 (12)
6.2.8.3换极散热 (12)
6.2.9空气带走热 (13)
6.2.10 电解槽散热 (13)
6.3 电解槽能量平衡表 (14)
6.4 能量利用率 (14)
6.4.1 有效能量 (14)
6.4.2 收人能量 (15)
6.4.3 能量利用率 (15)
6.4.4 能量平衡测试误差 (15)
二物料平衡计算 (15)
三电压平衡校核 (15)
参考文献 (17)
摘要
本设计说明书主要介绍了年产量20万吨铝电解槽的设计步骤和设计过程，对电解槽槽膛、槽壳的尺寸计算。对耐火材料和保温材料以及侧壁和槽底材料的选择、电流强度的选择、阳极碳块尺寸的选择、阴极碳块的选择做了说明、并且对这些设计合理性的校核(包括能量、物料、电压的平衡计算)都做了简要的阐述。此外，还对电解槽的结构以及用途做了简要的说明。
关键词:铝电解槽;物料平衡;槽壳
第一章 设计任务
预设计年产铝20万吨的电解槽。 第二章 设计步骤
1 预设电解槽的个数
年产20万吨铝，预设400个电解槽。
2 电解槽的类型
采用中部下料预焙阳极电解槽
3 计算电流效率
计算每个电解槽的年产量年吨/500400200000=÷
计算每天生产铝的量（去除节假日、维修日、意外事件等共15天，一年按350个工作日计算）。
d t /42857.1350500=÷
计算每小时生产量，每天按24个小时工作日
h kg /52.592442857.1=÷
计算电解槽通过的电流强度（其中电流密度取90%）
由ηI M 3355
.0=可以得到 KA M I 118.1979
.03355.052
.593355.0=?==
η
考虑到电流效率可能达不到预期的数值，取I=200KA
4 阳极尺寸的选择
对于200KA 的电流强度阳极的电流密度为0.74/2/Cm A 由阳阳S I D =
可以得到:227.27027074
.0200000cm D I S ===阳阳 5 计算阳极炭块数
阳极炭块组如下图1所示：
图1阳极炭块组示意图（单块组）
每块阳极水平截面积2188925.58152cm S =?=
，则阳极炭块组
308892
25
.270270==
N （块）即30组，分两行排列之，每行15组炭块。
6 计算槽膛尺寸
根据经验，阳极炭块组至大面一般为300～500mm ，取400mm 。至小面一般为450～500mm ，取500mm 。阳极炭块之间的缝隙一般采用40～50mm ，取50mm ，槽子中间缝隙要安装下料装置，一般采用200～300mm ，取280mm 。各部分尺寸如图2。
图2槽膛内尺寸
则槽膛宽度为：mm a 4120280152024002=+?+?=。槽膛长度为：
mm b 103754502501458515=?+?+?=。槽膛深度一般为500～600mm ，根据阳
极炭块的尺寸选择600mm 。
7 设计槽壳尺寸
槽壳各层材料示意图如下图所示：
铝硅合金导杆20085
图3槽壳各层材料
各材料的热导率和耐火温度如表1所示：
表1各材料地热导率和耐火温度
材料 炭块 粘土质耐火砖 红砖 热导率(w/m °c)
47 0.84+0.00058t
0.814+0.00022 t
耐火温度(°c)
1580
1580
1000
7.1侧壁
先预设炭块的厚度为1σ=120mm ，则33.1958312
.0950
1000471
2
11
=-?
=-=σλt t q
对于同一墙体的q 值都是相同的，所以
mm m q
t t 94.6306394.033
.19583)
50950(393.1)
(3222==-?=
-=
λσ，考虑到砖的尺寸标准
选=2σ65mm 。
核算合理性q t t q <=+
-=
+-=
76.19387391
.1065
.04712.050
10002
2
113
1'λσλσ，所以合理。
7.2 槽壳底层
摄氏度摄氏度
摄氏度摄氏度
摄氏度
摄氏度
摄氏度
三氧化二铝粉
红砖粘土质耐火砖
碳素垫
阴极炭块
粘土质耐火砖
炭块
预设炭块的厚度为mm 4503=σ，下面的碳素垫4σ=40mm 。 则734.4766003
.004.045.0950
10004743433
=++-?=+-=σσλt t q ，
对于同一墙体的q 值都是相同的，所以mm m q
t t 226.131131226.0734
.4766)
500950(391.1)
(5445==-?=
-=
λσ
根据砖的标准厚度，选取两层粘土质耐火砖130mm ，外加3mm 的水泥堵缝共
=5σ133mm 。mm m q
t t 66.8708776.0734
.4766)
100500(0465.1)
(6556==-?=
-=
λσ，选取2
层红砖，所以6σ=106mm 。
核算合理性：q t t q <=+
+-=
+++-=
244.4390046
.1106
.0391.113.047493.0100
10005
6
453436
3'λσλσλσσ
所以此设计是合理的。 7.3 槽壳尺寸
槽壳宽度：mm a 449632652120241201=?+?+?+= 槽壳长度：mm b 10751326521202103751=?+?+?+=
槽壳深度：mm c 13815340532652404506001=?++?+?+++=
第三章设计校核
一能量平衡计算
1 能量平衡的计算原则
1.1 能量平衡计算温度基础
计算电解槽能量平衡的温度基础，取T=298K(250C)为温度基础。
1.2 能量平衡的计算体系
密闭型预焙槽的能量平衡计算体系见图，应包括:槽底-槽壳侧部(包括端部)-阴极钢棒头-槽沿板-四面侧部槽罩-顶部水平罩-铝导杆。
图4 电解槽能量平衡计算体系示意图
1.3 槽体散热损失计算部位
为了准确地计算电解槽的槽体散热损失，将槽体分为如下几个部分进行计算:
a) 槽壳侧钢板；
b) 槽壳端钢板；
C 槽底钢板；
d) 槽壳侧部及端部筋板；
e) 槽沿板；
f) 槽四周槽罩；
g) 槽顶水平罩；
h) 铝导杆；
i) 阴极钢棒。
1.4 能量收入、支出平衡的计算时间单位
能量收人、支出平衡的计算时间单位以1h 为计算时间单位。 2 二氧化碳的生成量
h kg M p co /83.8052.5927
44)9.012(432744)12(432'=??-=??-=η
其中2'co p — 1小 时 二 氧化 碳生成量，单位为千克每小时(kg/h)。
h kmol p n co co /837.144
83
.804422
'=== 3 一氧化碳生成量
h kg M p co /57.452.5927
28
)19.01(322728)11(32'=??-?=?-=
η co p '- 1小时一氧化碳生成量，单位为千克每小时(kg/h),则
h kmol p n co co /17.028
57
.428'===
4 计算参数选择与测试项目
4.1 电流强度:为测试期间系列电流平均值。
4.2 电解温度:为测试期间每小时测试一次的电解质温度平均值。（取1000摄氏度）
4.3 发热电压:为体系电压（取4.1V ）。
电流效率:使用气体分析仪测定CO ，CO2浓度，导出N 值，按公式计算电流效
率。%100)035.05.021
(?++?=N η
导出73.02)535.09.0(2)5.0035.0(=?-=?--=ηN 4.4 小时产铝量:由计算求得。
4.5 环境温度:为测试期间厂房内每小时测试一次的室内温度平均值。（取25℃） 4.6 排烟管烟气温度:在排烟管测定孔处插人温度计，每小时测量一次的烟气温度平均值。（取900）
4.7 CO ，CO 2气体浓度测定方法:在槽A 侧或B 侧大面处打一个直径约100mm 的孔，罩一个直径300mm ～500mm 的集气罩，用皮球接人漏斗接口处，用集气球排空几次集气，用气体分析仪测定CO 、CO 2气体浓度，利用压差原理测定烟气速度及动压、静压算出烟气流速折算烟气流量。
4.8 钢爪温度:测量换出阳极的钢爪温度值，单位为摄氏度(℃)。
4.9 换极时间:按实际换极时间计，单位为min/块。
4.10 测试仪表的散热值。
4.11 热流计，测量范围。0～士999 9 kcal/(m3·h)
4.12 气体分析仪。
4.13 数字万用表:精度0.5。
4.14 流量测定仪。
4.15 数字温度显示仪:精度0～士0.5%。
4.16 红外线测温仪。
5 能量平衡计算原则
能量平衡的计算原则:以环境温度为电解槽能量平衡计算的基础温度。
能量平衡的计算体系:槽底一槽壳一槽罩一阳极导杆一槽底(包括阴极钢棒头)。建立体系模型，见图5,能量收人、支出计算以千焦每小时(kJ/h)为单位。槽壳、槽罩、阳极导杆、水平顶部测试布点见图7、图6。
图5体系模型图
图6槽底、槽侧部测试分布点
图7槽罩、阳极导杆、水平顶部测试分布点
6 测试数据处理及计算公式 6.1 能量收入计算
能量收人计算见公式h kJ IE Q /29520001.420036003600=??==体系电能 其中E 为体系的电压，取4.1V 。 6.2 能量支出计算 6.2.1 CO 2气体消耗热
CO 2气体消耗热量见公式?
=烟气21
222T T p co co dT C n Q co
式中:Q CO2 —CO 2气体消耗热量，单位为千焦每小时(kJ/h)；
n CO2—1小时产生的CO 2，气体的物质的量，单位为千摩尔每小时(kmol/h)； T —环境绝对温度，单位为开尔文(K)； T 2烟气—烟气绝对温度，单位为开尔文(K)；
—CO2气体热容，单位为千焦每立方米摄氏度)]/([3C m KJ ?。
2222
1
1173
298
1.837
2.1692 1.837(2.16921173 2.1692298)3486.72/co T co co p T Q n C dT dT kJ h
===??-?=?
?
烟气
6.2.2 CO 气体消耗热量
CO 气 体 消耗热量见公式?=烟气
21
T T p co co dT C n Q co
式中:
Q CO —CO 气体消耗热量，单位为千焦每小时(kJ/h)；
n CO —1小时产生的CO ，气体的物质的量，单位为千摩尔每小时(kmol/h)； T — 环境绝对温度，单位为开尔文(K)； T 2烟气— 烟气绝对温度，单位为开尔文(K)；
co p C 一CO 气体热容，单位为千焦每立方米摄氏度)]/([3C m KJ ?。
21
1173
298
0.17 1.39960.17(1.39961173 1.3996298)208.19/co T co co
p T Q n C dT dT kJ h
===??-?=?
?
烟气
6.2.3 CO 、C02气体消耗热量
CO 、CO 2气体消耗热量见公式:
Q CO 、co 2=Qco+ Qco 2=3486.72+208.19=3694.91kJ/h
式中:Q C0、CO 2 — CO 、CO 2气体消耗热量，单位为千焦每小时(kJ/h)。
每小时产生的CO 2,CO 的物质的量
根据zCO yCO Al xC O Al ++=+2322
2/2Al co yn n =；2/Al co zn n =
式中:Nco 2— 每小时产生的C02的物质的量，单位为千摩尔每小时(kmol/h) ；
n Al — 每小时电解产铝的物质的量，单位为千摩尔每小时(kmol/h)； n co — 每小时产生的co 的物质的量，单位为千摩尔每小时(kmol/h)。
其中nAl=h kmol /2.22752.59=；所以y 67.12.22837.1=?=；z 1545.01.12
17.0=?= 6.2.4 铝电解反应耗热
铝电解反应耗热按照公式计算：
其中的计算见公式
]
[]2[)(298)(298)(298)(2298)(29829832θ
θθθθθ固固气体气体固C f O Al f co f co f Al f f H z H H z H y H H ?+?-?+?+?=? 公式中298K 时主要反应物质的反应热焓值为:mol
kJ H Al f /0)(298=?θ固 2
co p C 3
298
102
???=Al f n H Q θ反应
mol kJ H C f /0)(298=?θ固mol kJ H co f /7.110
)(298-=?θ
气 mol kJ H O Al f /74.1678)(29832-=?θ固 mol kJ H co f /15.394)(2982-=?θ气 所以：
]
[]2[)(298)(298)(298)(2298)(29829832θθθθθθ固固气体气体固C f O Al f co f co f Al f f H z H H z H y H H ?+?-?+?+?=?= 1.67?（-394.15）+0.1545?（-110.7）+1678.74=1003.40685KJ 则3298
102
???=
Al f n H Q θ反应=1003.40685÷2?2.2310?=1103748KJ/H
6.2.5 铝液带走热
铝液带走热分为三部分，即液固熔Al Al Al Al Q Q Q Q ++=，其中:
M Q Al λ=熔=397.33?59.52=23649.0816kJ/h ，式中: 熔Al Q —铝熔化带走热，单位为千焦每小时(kJ/h)；
λ—铝熔化热，其值为397.33k J/kg.
11t m c Q Al ?=固=0.9739?59.52?(660-25)=36808.745kJ/h ，式中: 固Al Q --铝凝固带走热，单位为千焦每小时(kJ/h)； C 1铝20℃ -675℃的平均比热，其值为0.9739 kJ/(kg ℃)；
1t ?熔化温度与环境温度的差值，
即环境温度熔化温度t t t -=?1，单位为摄氏度(℃)。 22t m c Q Al ?=液=1.0789?59.52?(970-660)=1906.99968kJ/h
式中:液Al Q —铝液由电解温度降至凝固温度所带走的热量，单位为千焦每小时(kJ/h)；
C 2—铝800℃时的比热，其值为1.0 789 k J/(kg ℃ )；
2t ?—电解温度与铝熔化温度的差值，即融化温度电解温度t t t -=?1，单位为摄氏
度(℃)；
液固熔Al Al Al Al Q Q Q Q ++==23649.0816+36808.745+1906.99968=80364.82628kJ/h 。
6.2.6 残极带走热
残极带走热见公式：
式中:残极Q —残极带走热，单位为千焦每小时(kJ/h)； D
n
—每小时换极数； 残极c —残极比热，其值为0.711 8 kJ/(kg ·K)；
12()n
Q c m T T D =?-残极残极残极残极
残极m —残极重量，单位为千克每小时(kJ/h)；
残极2T —换块平均绝对温度，即残极2T =(电解温度+残极温度）/2，单位为
开尔文(K)。
计算每小时换极数：由公式： 式中:c h —阳极消耗速度（cm/d)；
阳d —阳极电流密度（A/2cm ）； R —电流效率（%）；
c w —阳极消耗量（Kg/t-Al)； c
d —阳极假密度（3/cm g ）
； 310054.8-?=
c
c c
d rw d h 阳=
)/(17.11106.13
.3339.04.7054.83d cm =????- 阳极高度为535mm ，残极高度为180mm ，那么每块阳极使用周期为:
)(18.37
.111180
535d =-
所以:D n =
0131.02418.31
=?；残极m =71.329=V ρkJ/h ，)(12T T m c D
n
Q -?=残极残极残极残极=0.0131?0.7118?329.71?（1243+1233）
/2=3806.116KJ/H 6.2.7 钢爪带走热
钢爪带走热见公式：
式中:钢爪Q —钢爪带走热，单位为千焦每小时(kJ/h)； 钢爪c 钢爪比热，其值为0.5024 k J/(kg ·K )； 钢爪m — 钢爪重量，单位为千克每块阳极(kg/块)；
钢爪2T 钢爪绝对温度，单位为开尔文(K)。
)(12T T m c D
n
Q -?=钢爪钢爪钢爪钢爪=0.0131?0.524?2?8.434?1173=130.2214kJ/h
6.2.8 换极散热 6.2.8.1 对流散热
对流散热计算见公式：Q 对流=α
对上部
(t 2-t 1)S
其中：Q 对流--对流散热损失，单位为千焦每小时（KJ/h)；
α
对上部
=A m (t 2-t 1)1/3,α
对上部
=1.3α
对
；
A m —常数，与介质性质及计算温度t 计有关，见图t 计＝(t 2-t 1)/2,单位为摄氏度（c ο）；
3
10054.8-?=c
c
c d rw d h 阳)(12T T m c D
n
Q -?=钢爪钢爪钢爪钢爪
α对—对流换热系数，单位为千焦每平方米小时摄氏度[KJ/(m 2
h ·c ο)]
t 2---体系温度，单位为摄氏度(℃ ) t — 环境温度，单位为摄氏度(℃ )；
s — 给热面面积，即实际阳极底掌面积，单位为平方米(2m )，
图8 A m 与t 计关系曲线图
t 2取950℃，m A =0.8，所以:792.7)25950(8.0)(3312=-?=-=--t t A a m 对上部 Q 对流=α
对上部
(t 2-t 1)S=7.792?（950-25）?1.52?0.585=6408.99792KJ/H
6.2.8.2 辐射散热
辐射散热计算见公式
])100
()100[(41420T
T s c Q -=体系辐射ψε
式中:辐射Q —辐射散热损失，单位为千焦每小时(kJ/h)；
ε—散热面的黑度系数，ε=0.9 ；
C0—绝对黑体辐射系数，co=20.76 65 k J/(3m ·h ·4k )；
ψ—辐射角度系数，q=1.0；
体系2T —体系绝对温度，单位为开尔文(K),
= 6.2.8.3 换极散热
换极散热计算见公式：
)(60辐射对流换极Q Q D
n
t Q +?=
换极Q — 换极散热损失，单位为千焦每小时(kJ/h)；
]
)100()100[(41420T
T s c Q -=体系辐射ψεh
kJ /50.370507])100
298()1001223[(585.052.11766.209.044=-??????
t —每次换极所用时间，单位为分钟(min)；
N/D 一每小时换极数。
)(60辐射对流换极Q Q D
n
t Q +?==4579.2?0.013?（6408.99792+370507.50）
/60=376838.0993KJ/H 6.2.9 空气带走热
空气带走热见公式：dT C V Q T T
p ?=烟气
空空21
式中:Q 空—空气带走热，单位为千焦每小时(kJ/h)；
Cp —空气定压比容，查气体平均定压容积比热表，采用插人法求Cp ； V 空—每小时槽中空气流量，见公式，单位为立方米每小时(2m /h )。 V 空 =V 槽-Vco 、co 2
式中: V 槽—电解槽气体流量，单位为立方米每小时(3m /h)。
Vco 2、co — 标准状态下CO2、CO 气体所占体积之和单位为立方米每小时(3m /h)。
V CO 、CO2=V CO +V CO2
式 中 :Vco 2—标准状态下CO 2气体所占体积，即Vco 2=n ?22.4，单位为立方米每小时(3m /h) ；
Vco —标准状态下CO 气体所占体积，即Vco=nco ?22.4单位为立方米每小时(3m /h)；
dT C V Q T T p ?
=烟气
空空21
=h KJ T d /125.2384892979.1210
1173
298
=?
6.2.10 电解槽散热
用热流计测出各测试点热流量，按公式求出各部散热损失，再按公式求和得电解槽散热总和。
i i s q Q E =散
式中:散Q —电解槽某部散热损失，单位为千焦每小时(kJ/h)；
i q —测 定 部 位的平均热流量，
单位为千焦每平方米小时[)/(2h m kJ ]； i s —测定 部位面积，单位为平方米(2m ） 计算各部分的散热，根据公式t aF Q ?=
209.422381.1493.42745.10381.1m S =??+??=槽壳
240104m S =?=水平顶部
254.362
225.149.442225.1745.1010m S =??++??+=）（）（槽罩
2302.025.0085.025.02.0085.02.0m S =??+??+?=导杆
228.48745.10493.4m S =?=槽底
2416.26218.0065.0465.0065.0418.065.040m S =??+??+???=）（阴极棒
表2各部分的a 值为
槽壳 导杆 槽罩 炉底 水平顶部 阴极棒 43.2
162
43.2
43.2
43.2
36.7
所以：h kJ t aF Q /2.45457255009.422.43=-??=?=）（槽壳
h kJ t aF Q /32.93856257028.482.43=-??=?=）（槽底
h kJ t aF Q /129600251002.4340=-??=?=）（水平顶部 h kJ t aF Q /1.1345425300162302.0=-??=?=）（导杆
h kJ t aF Q /76.77557325825416.267.36=-??=?=）（阴极棒
=散热总和Q 45457.2+93856.32+129600+13454.1+775573.76=1176330.98h kJ / 6.3 电解槽能量平衡表
电解槽能量平衡表见表3：
表3电解槽能量平衡表
能量收人 (k J/h) 能量支出
项目 各部位支出量/(kJ/h) 百分数/(%)
Q 电能（2952000）
反应热Q 反应 1103748 37.39 CO 、CO2气体耗热 3694.91 0.125 铝液带走热 19906.99968 0.67 残极带走热 3806.116 0.13 钢爪带走热 130.224 0.004 换极散热 376838.0993 12.77 空气带走热 238489.125 8.08 电解槽各部散热 1176330.98 39.85 槽壳四周散热 45457.2 1.54 炉底散热 93856.32 3.18 槽罩散热 118389.6 4.01 水平顶部散热 129600 4.39 阳极导杆散 13454.1 0.46 阴极钢棒散热 775573.76 2.63 能量支出合计
2922944.453
99.02
6.4 能量利用率 6.4.1 有效能量
有效能量是指达到工艺要求时，理论上必须消耗的能量，铝电解的有效能量，
即理论耗电率，是理论上生产单位质量金属铝所需要的电能，包括三部分:
a) 分 解A12O 3 的能量;
b) 加 热A1203,从常温到反应温度所需的能量;
c) 加 热C 从常温到反应温度所需的能量。以上三项相加折合电能为6320k Wh/t-Al,
6.4.2 收人能量:收人能量是外界向体系提供的电能。
6.4.3 能量利用率:能量利用率等于有效能量与供给能量的百分比。
能量利用率为：%88.452952000
42857.124
3600
6320=??
6.4.4 能量平衡测试误差
能量平衡测试误差，应占供给能量总和的士5%以内，即
%5%100/)(≤?-电能电能支出Q Q Q
能量平衡计算
（2952000-2922944.453）/2952000=0.984%<5%，所以此设计是合理的。
二 物料平衡计算
假设加入1930KGA12O3,冰晶石7Kg ，AlF320Kg,阳极糊520Kg, 共2477Kg ，铝电解基本过程总反应式见公式：
CO N
N CO N N Al C N O Al +-+++=++1)
1(313213232
N=0.73，所以总反应式变为
CO CO Al C O Al 468.0266.12734.1232++=+
由已知A12O 3为18921.57mol,则生成Al 为37843.14mol ，合1021.765Kg,CO 2为1054.01Kg ，CO 为247.95Kg ，加上生成的有害氟化物和沥青气体共50Kg ，出
来的物质总重量为2373.725Kg ，
，所以物料平衡。
三 电压平衡校核
已知总电压为4.1V ，经过计算，各部分电压值如下表4所示。
%5%21.42477
725
.23722477<=-
铜电解槽精炼车间工业设计
铜电解槽精炼车间工业设 计 Newly compiled on November 23, 2020
铜电解槽精炼车间工艺设计 一、概述 1、粗铜经火法精炼后仍含有一点数量的杂质。这些杂质的存在会使铜的某些物理性质和机械性能变坏，不能满足电气工业对铜的要求。因此，粗铜在火法精炼后需要电解精炼以除去有害杂质。铜的电解精炼以火法精炼产出的铜为阳极，以电解产出的薄铜片为阴极，以硫酸和硫酸铜水溶液作电解液。在直流电作用下，阳极铜电化学溶解，在阴极上沉积，杂质则进入阳极泥和电解液中，从而实现铜于杂质的分离。 下图为铜电解精炼一般工艺流程图： 种板阳极 阳极 阳极泥 送阳极泥 处理法精炼 结晶硫酸铜粗硫酸 图1-1铜电解精炼一般工艺流程图： 2、铜阳极 铜电解精炼的原料是火法精炼后烧铸而成的铜阳极。生产中应尽量获得质量良好的铜阳极板。 二、技术条件及技术经济指标的选择 1、操作技术条件 ⑴、电流密度
电流密度是指单位面积上通过的电流安培数。电流密度的范围为200-360A /m 2.。种板电解槽电流密度比普通电解槽电流密度稍低，本设计中普通电解槽电流密度取300 A /m 2，种板电解槽电流密度取230A /m 2。 ⑵、电解液成分 电解液成分主要由硫酸和硫酸铜水溶液组成。其铜和硫酸的含量视电流密度、阳极成分和电解液的纯净度等条件而定。在电解生产中，必须根据具体条件加以掌握，以控制电解液的含铜量处于规定的范围。 ⑶、极距 极距一般指同极中心距。本设计取极距为90mm 。 ⑷、阳极寿命和阴极周期 阳极寿命根据电流密度、阳极质量及残极率来确定，一般为18-24天。阴极周期与电流密度、阳极寿命及劳动组织等因素有关，一般为阳极寿命的1/3。本设计中阳极寿命为18天，阴极寿命为6天。 2、技术经济指标 ⑴、电流效率 电流效率是指电解过程中，阴极实际析出量占理论量的百分比。本设计中电流效率为% ⑵、残极率 残极率是指产出残极量占消耗阳极量的百分比。本设计中残极率17%。 ⑶、电解回收率 铜电解回收率反应在电解过程中铜的回收程度，其计算方法如下： 铜电解回收率×100 ％
铜电解槽精炼车间工业设计
铜电解槽精炼车间工业 设计 文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]
铜电解槽精炼车间工艺设计 一、概述 1、粗铜经火法精炼后仍含有一点数量的杂质。这些杂质的存在会使铜的某些物理性质和机械性能变坏，不能满足电气工业对铜的要求。因此，粗铜在火法精炼后需要电解精炼以除去有害杂质。铜的电解精炼以火法精炼产出的铜为阳极，以电解产出的薄铜片为阴极，以硫酸和硫酸铜水溶液作电解液。在直流电作用下，阳极铜电化学溶解，在阴极上沉积，杂质则进入阳极泥和电解液中，从而实现铜于杂质的分离。 下图为铜电解精炼一般工艺流程图： 种板阳极 阳极 阳极泥 送阳极泥 处理法精炼 结晶硫酸铜粗硫酸 图1-1铜电解精炼一般工艺流程图： 2、铜阳极 铜电解精炼的原料是火法精炼后烧铸而成的铜阳极。生产中应尽量获得质量良好的铜阳极板。 二、技术条件及技术经济指标的选择 1、操作技术条件 ⑴、电流密度
电流密度是指单位面积上通过的电流安培数。电流密度的范围为200-360A /m 2.。种板电解槽电流密度比普通电解槽电流密度稍低，本设计中普通电解槽电流密度取300 A /m 2，种板电解槽电流密度取230A /m 2。 ⑵、电解液成分 电解液成分主要由硫酸和硫酸铜水溶液组成。其铜和硫酸的含量视电流密度、阳极成分和电解液的纯净度等条件而定。在电解生产中，必须根据具体条件加以掌握，以控制电解液的含铜量处于规定的范围。 ⑶、极距 极距一般指同极中心距。本设计取极距为90mm 。 ⑷、阳极寿命和阴极周期 阳极寿命根据电流密度、阳极质量及残极率来确定，一般为18-24天。阴极周期与电流密度、阳极寿命及劳动组织等因素有关，一般为阳极寿命的1/3。本设计中阳极寿命为18天，阴极寿命为6天。 2、技术经济指标 ⑴、电流效率 电流效率是指电解过程中，阴极实际析出量占理论量的百分比。本设计中电流效率为% ⑵、残极率 残极率是指产出残极量占消耗阳极量的百分比。本设计中残极率17%。 ⑶、电解回收率 铜电解回收率反应在电解过程中铜的回收程度，其计算方法如下： 铜电解回收率×100 ％
电解铝工艺流程-编写
电解铝工艺流程 电解铝就就是通过电解得到得铝，现代金属铝得生产主要采用冰晶石-氧化铝融盐电解法。生产工艺流程如图1所示。
1、铝电解工艺 直流电通入电解槽,电解槽温度控制在9４0-9６0℃，熔融冰晶石就是溶剂,氧化铝作为溶质，以炭素体作为阳极，铝液做为阴极,使溶解于电解质中得氧化铝在槽内得阴、阳两极发生电化学反应。在阴极电解析出金属铝，在阳极电解析出与气体.铝液定期用真空抬包析出,经过净化澄清后，浇铸成商品铝锭. 阳极气体经净化后,废气排空，回收得氟化物等返回电解槽. 电解铝得主要设备就是电解槽，现代铝工业主要有两种形式得槽式分别为自焙阳极电解槽与预焙阳极电解槽。以下为两种槽得比较： 图一:两种类型电解槽得比较 目前世界上大部分国家及生产企业都在使用大型预焙槽，槽得电流强度 很大,不仅自动化程度高，能耗低，单槽产量高，而且满足了环保法规得要求。 从铝电解槽得发展来瞧,目前电流强度达到17-22KＡ得大型化各类阳极电解槽,产铝量为１200－15０0Kg/d，电能消耗降低到13、5KW＊H。下图为一
种铝电解槽参数 图二:一种铝电解槽配置图 2、电解烟气干法净化 2、1干法净化原理 干法净化就就是以某种固体物质吸附另一种气体物质所完成得净化过程。具有吸附作用得物质称吸附剂,被吸附得物质叫吸附质。铝电解含氟烟气得干法净化使用电解铝生产用得氧化铝,作为吸附剂吸附烟气中得氟化氢等大气污染物来完成对烟气得净化。氧化铝对氟化氢得吸附过程分三个步骤： (1)氟化氢在气相中不断扩散，通过氧化铝表面气膜到达氧化铝表面.
（２）氟化氢受氧化铝离子极化得化学键力得作用,形成化学吸附。 (3)被吸附得氟化氢与氧化铝发生化学反应，生成表面化合物―氟化铝。氟化氢得吸附率可达98%～99%，沥青烟得吸附率在９5％以上。载有氟与沥青烟得氧化铝由布袋除尘器分离后供电解使用。回收得氟返回电解槽可补充电解生产过程中损失得氟元素，沥青焦油返槽后可逐步被烧掉。 2、2干法净化工艺流程 图3干法净化工艺流程图 干法净化工艺流程包括电解槽集气、吸附反应、气固分离、氧化铝输送、机械排风等五个部分,如图3所示。 (1)电解槽集气。电解槽散发得烟气呈无组织扩散状态，为了有效地控制污染，必须对电解槽进行密封。收集得烟气通过电解槽得排烟支管汇
山铝电解铝厂电解槽设计特点
《山东冶金》2006年第4期 -------------------------------------------------------------------------------- 山铝电解铝厂电解槽设计特点 王庆义 （山东工业职业学院，山东淄博256414） 摘要：山铝电解铝厂在技术改造中采用200kA预焙阳极电解槽取代60kA自焙槽，该槽型具有优异的磁流体稳定性，合理的电热场设计，采用了窄加工面、阳极升降、“船形”槽壳、实腹板梁等多项先进技术和高性能的内衬材料。目前，电解槽已连续生产986天，电流效率达到了94.5 %，吨铝直流电能消耗13100 kW.h，氟化氢和粉尘等主要污染物排放量全部达到了国家排放标准。 关键词：电解槽；技术改造；设计特点；电流效率 中图分类号：TF821文献标识码：A文章编号：1004-4620（2006）04-0031-02 Design Characteristics of the Electrolytic Tank in the Electrolytic Aluminum Plant of Shanlv WANG Qing-yi （Shandong Industrial Vocational College, Zibo 256414, China） Abstract：200kA prebaked anode cell is adopted by in the Electrolytic Aluminum Plant of Shandong Aluminum Co., Ltd instead of 60kA self-baking cell in technical modification. This prebaked anode cell has excellent magnetohydrodynamic stability and reasonable electric heating field design and adopts new techniques such as narrow treating surface, the anode rise and drop, ship-pattern pot shell and solid web plate girder; and inner lining of high performance. The electrolytic tank has kept running for 986 days up to now,the power yield reaches 94.5 %，while the direct electric power consumption is only 13100 kW.h, furthermore, the discharge of main pollutants such as hydrogen fluoride and dust etc is up to the national effluent standard. Key words：electrolytic tank; technical modification; design characteristic; power yield 1 前言 山东铝业股份有限公司电解铝厂（简称山铝电解铝厂）60kA自焙槽工艺始建于1958年，由于自焙槽自身的结构特点，难以实现自动化控制和解决电解烟气污染的问题，因此技术经济指标较差，生产成本也相对较高。自焙槽与预焙槽在电流效率上相差约4%～5%，吨铝直流电耗相差1000kW.h左右，造成能源与资源的浪费。为此，山铝电解铝厂从2002年起开始对自焙槽实施预焙化改造，采用200kA预焙阳极电解槽取代60kA自焙槽，以彻底解决自焙槽烟气的环境污染问题，为提高电解铝厂技术装备水平，实现低耗高效奠定了基础。 2 200kA预焙阳极电解槽的设计特点 现代铝电解槽以高效、节能、长寿为特征，而电解槽的设计无疑十分关键。铝生产的实践证明，电解槽的稳定性是获得良好生产指标的根本保证。磁流体的稳定性、热平衡、电解
电解铝工艺流程-编写
电解铝工艺流程 电解铝就是通过电解得到的铝，现代金属铝的生产主要采用冰晶石-氧化铝融盐电解法。生产工艺流程如图1所示。
1. 铝电解工艺 直流电通入电解槽，电解槽温度控制在940-960℃，熔融冰晶石是溶剂，氧化铝作为溶质，以炭素体作为阳极，铝液做为阴极，使溶解于电解质中的氧化铝在槽内的阴、阳两极发生电化学反应。在阴极电解析出金属铝，在阳极电解析出CO和 CO气体。铝液定期用真空抬包析出，经过净化澄清后，浇铸成2 商品铝锭。阳极气体经净化后，废气排空，回收的氟化物等返回电解槽。 电解铝的主要设备是电解槽，现代铝工业主要有两种形式的槽式分别为自焙阳极电解槽和预焙阳极电解槽。以下为两种槽的比较： 图一：两种类型电解槽的比较 目前世界上大部分国家及生产企业都在使用大型预焙槽，槽的电流强度 很大，不仅自动化程度高，能耗低，单槽产量高，而且满足了环保法规的要求。从铝电解槽的发展来看，目前电流强度达到17-22KA的大型化各类阳极 电解槽，产铝量为1200-1500Kg/d，电能消耗降低到13.5KW*H。下图为一
种铝电解槽参数 图二：一种铝电解槽配置图 2. 电解烟气干法净化 2.1干法净化原理 干法净化就是以某种固体物质吸附另一种气体物质所完成的净化过程。具有吸附作用的物质称吸附剂，被吸附的物质叫吸附质。铝电解含氟烟气的干法净化使用电解铝生产用的氧化铝，作为吸附剂吸附烟气中的氟化氢等大气污染物来完成对烟气的净化。氧化铝对氟化氢的吸附过程分三个步骤： （1）氟化氢在气相中不断扩散，通过氧化铝表面气膜到达氧化铝表
面。 （2）氟化氢受氧化铝离子极化的化学键力的作用，形成化学吸附。 （3）被吸附的氟化氢和氧化铝发生化学反应，生成表面化合物―氟化铝。氟化氢的吸附率可达98%~99%，沥青烟的吸附率在95%以上。载有氟和沥青烟的氧化铝由布袋除尘器分离后供电解使用。回收的氟返回电解槽可补充电解生产过程中损失的氟元素，沥青焦油返槽后可逐步被烧掉。 2.2干法净化工艺流程 图3干法净化工艺流程图 干法净化工艺流程包括电解槽集气、吸附反应、气固分离、氧化铝输送、机械排风等五个部分，如图3所示。 （1）电解槽集气。电解槽散发的烟气呈无组织扩散状态，为了有效
铜电解槽精炼车间工业设计
铜电解槽精炼车间工艺设计 一、概述 1、粗铜经火法精炼后仍含有一点数量的杂质。这些杂质的存在会使铜的某些物理性质和机械性能变坏，不能满足电气工业对铜的要求。因此，粗铜在火法精炼后需要电解精炼以除去有害杂质。铜的电解精炼以火法精炼产出的铜为阳极，以电解产出的薄铜片为阴极，以硫酸和硫酸铜水溶液作电解液。在直流电作用下，阳极铜电化学溶解，在阴极上沉积，杂质则进入阳极泥和电解液中，从而实现铜于杂质的分离。 下图为铜电解精炼一般工艺流程图： 阳极 阳极泥电解液电解液电铜阳极泥残极 送电解返火法送阳极泥处理送阳极泥返火 精炼槽精炼处理法精炼 粗硫酸 返火法精炼生产精制硫酸镍返回电解精炼 图1-1铜电解精炼一般工艺流程图： 2、铜阳极 铜电解精炼的原料是火法精炼后烧铸而成的铜阳极。生产中应尽量获得质量良好的铜阳极板。 二、技术条件及技术经济指标的选择 1、操作技术条件
⑴、电流密度 电流密度是指单位面积上通过的电流安培数。电流密度的范围为200-360A /m 2.。种板电解槽电流密度比普通电解槽电流密度稍低，本设计中普通电解槽电流密度取300 A /m 2，种板电解槽电流密度取230A /m 2。 ⑵、电解液成分 电解液成分主要由硫酸和硫酸铜水溶液组成。其铜和硫酸的含量视电流密度、阳极成分和电解液的纯净度等条件而定。在电解生产中，必须根据具体条件加以掌握，以控制电解液的含铜量处于规定的范围。 ⑶、极距 极距一般指同极中心距。本设计取极距为90mm 。 ⑷、阳极寿命和阴极周期 阳极寿命根据电流密度、阳极质量及残极率来确定，一般为18-24天。阴极周期与电流密度、阳极寿命及劳动组织等因素有关，一般为阳极寿命的1/3。本设计中阳极寿命为18天，阴极寿命为6天。 2、技术经济指标 ⑴、电流效率 电流效率是指电解过程中，阴极实际析出量占理论量的百分比。本设计中电流效率为% ⑵、残极率 残极率是指产出残极量占消耗阳极量的百分比。本设计中残极率17%。 ⑶、电解回收率 铜电解回收率反应在电解过程中铜的回收程度，其计算方法如下： 铜电解回收率×100 ％ ⑷、槽电压 槽电压由电解液电阻引起的电压降，金属导体电压降，接触点电压降，克服阳极泥电阻的电压降，浓差极化引起的电压降等组成。普通槽槽电压一般为~；种板槽电压一般为~。 三、主体设备设计
电解槽设计模版
课程设计说明书 题 目： 年产x x 万吨铝电解槽设计 学生姓名： 学 院： 材料科学与工程 班 级： 冶金06-x x 指导教师： 2009年xx 月 学校代码： 10128 学 号：xxxxxxxxxxx
内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书 课程名称：冶金工程课程设计学院：班级：冶金06 - xx 学生姓名： ___ 学号： _ 指导教师： 一、题目 铝电解槽的设计（年产铝量20万吨） 二、目的与意义 1.通过课程设计，巩固、加深和扩大在冶金工程专业课程及相关课程教育中所学到的知识，训练学生综合运用这些知识去分析和解决工程实际问题的能力。 2.学习冶金炉设计的一般方法，了解和掌握常用冶金设备或简单冶金设备的设计方法、设计步骤，为今后从事相关的专业课程设计、毕业设计及实际的工程设计打好必要的基础。 3.使学生在计算、制图、运用设计资料。熟练有关国家标准、规范、使用经验数据、进行经验估算等方面受全面的基础训练。 三、要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等） 设计年产量20万吨的电解槽，冶金工程基础课程设计一般要求学生完成以下工作：电解槽装配图一张（0 号图纸）；零件工作图一张（铝电解母排）；设计计算说明书一份（要求用A4 纸）。 四、工作内容、进度安排 课程设计可分为以下几个阶段进行。 1.设计准备 （1）阅读和研究设计任务书，明确设计任务与要求；分析设计题目。 （2）参阅有关内容，明确并拟订设计过程和进度计划。 2.装配草图的设计与绘制 （1）装配草图的设计准备工作，主要是分析和选定设计方案。 （2）初绘装配草图。 （3）完成装配草图，并进行检查与修正。 3.装配工作图的绘制与完成 （1）绘制装配图。 （2）标注尺寸、配合及零件序号。 （3）编写零件明细表、标题栏、技术特性及技术要求等。 五、主要参考文献 [1]成大先主编.机械设计手册.第一卷.第五版.北京：化学工业出版社1969. [2]郭鸿发主编.冶金工程设计设计基础.第一册.北京：冶金工业出版社，2006. [3]唐谟唐主编.火法冶金设备.中南大学出版社，2003. 审核意见 系（教研室）主任（签字） 指导教师下达时间年月日 指导教师签字：_______________
年产2.8万吨电解槽厂房设计.
东北大学有色冶金课程设计 (铜电解) 题目：年产2.8万吨铜电解车间设计班级：冶金工程1103 姓名：马林林 学号：20110075
目录 1.概述 ............................................................................................. - 3 - 1.1电解精炼的目的和任务................................................................................................ - 3 - 1.2电铜的质量标准............................................................................................................ - 3 - 1.2.1高纯阴极铜(Cu-CATH-1)化学成分.................................................................. - 3 - 1.2.2一号铜化学成分的质量分数............................................................................. - 4 - 1.3铜电解一般工艺流程.................................................................................................... - 4 - 2.冶金计算..................................................................................... - 5 - 2.1已知条件........................................................................................................................ - 5 - 2.2 计算............................................................................................................................... - 5 - 3.主体设备设计............................................................................. - 7 - 3.1电解槽材质与结构........................................................................................................ - 7 - 3.2商品电解槽总数............................................................................................................ - 8 - 3.3电解槽的极板数............................................................................................................ - 8 - 3.4电解槽尺寸的确定........................................................................................................ - 9 - 3.5种板电解槽数................................................................................................................ - 9 - 3.6净液量及脱铜槽数...................................................................................................... - 10 - 3.6.1净液量............................................................................................................... - 10 - 3.6.2脱铜槽数........................................................................................................... - 11 - 3.7槽边导电排、槽间导电板和阴极导电棒的选择与计算.......................................... - 11 - 3.7.1槽边导电排....................................................................................................... - 11 - 3.7.2 槽间导电板...................................................................................................... - 12 - 3.7.3 阴极导电棒...................................................................................................... - 12 - 3.8设计总结........................................................................................................................ - 9 - 4.图纸 ........................................................................................... - 12 - 5.参考文献................................................................................... - 12 -
年产6万吨铜电解槽设计 精品
年产6万吨铜电解槽设计 摘要 本文主要设计了一座年产6万吨铜的铜电解精炼电解槽及电解工艺。根据已知条件，选定操作技术条件、经济技术指标、主体设备设计及冶金计算等内容。根据已知条件及结合铜电解槽工艺的实际条件，通过计算得出本设计共需要660个电解槽，38个阳极板，尺寸为1000×960mm2，37个阴极板，尺寸为1020×1000mm2，电解槽尺寸为4000×1120×1320mm2等主体电解槽数据。然后根据冶金计算得出铜电解槽的阳极泥成分、阴极铜的成分、物料平衡、有害杂质在电解液中的允许含量以及净化过程中杂质的脱除效率及热平衡等重要数据。绘制出铜电解精炼电解槽安装图。最后以“铜电解液净化方法的研究进展”专题展开论述。 关键词：铜电解精炼；工艺设计；物料平衡；热平衡
Abstract My thesis projects the copper electrolytic cell of sixty ton volume of production and is electrolysis process. I am according to the given conditions, Select operation technology conditions, technical and economic indexes, the main equipment design and metallurgical calculation, etc. I was according to the known condition and combined with the actual conditions of the copper cell technology. Through the calculation the design needs 660 cell、38 anode plates、37 cathode boards. The size of anode plates is 1000×960mm2.The size of cathode board is 1020×1000mm2. The size of cell is 4000×1120×1320mm3.And then calculated based on metallurgical electrolytic cell copper anode slime composition, cathode copper the composition, the material balance, harmful impurities in electrolyte purification process and allows content of impurities in the removal efficiency and thermal equilibrium, and other important data. And it draws Installation drawing of the copper electrolytic cell .On the "copper electrolyte purification method research progress of" special discussed. Key words: Electrolytic refining of copper,；technological process design,；material balance；heat balance
铜电解槽防腐蚀施工方案
铜电解槽防腐蚀施工方案 摘要：通过对铜电解槽内衬FRP的结构设计、选材、施工，叙述铜电解槽采用内衬FRP防腐 防渗衬里及外壁保温的方案和基本要求。 关键词：铜电解槽玻璃钢衬里复合衬里结构防腐蚀 APPLICATION OF FRP IN ELECTROLYLIC TROUGH OF COPPER FOR ANTICORROSION Abstract:Pass the structural design of the electrolytic trough inside lining FRP of copper correctly, select suitable materials, construct, narrate the electrolytic trough of copper briefly and adopt the scheme kept warm in the lining of inside lining FRP antiseptic prevention of seepage and other wall and basic demand Keywords: electrolytic trough of copper glass fibre reinforced plastic lining compound lining structure anticorrosion 1前言 电解槽是铜冶金工业电解法精炼金属铜的关键装置，铜电解整个电化学反应都在电解槽内进行，电解铜的目的是通过电解精炼来提高铜的纯度，同时回收阳极泥中的贵金属。电解 槽内电解液含20%H 2SO 4 ，由于温度较高，硫酸介质及其产生的酸雾具有强烈的腐蚀性，电解 槽防腐蚀构造及施工质量的好坏，将直接影响到电铜的生产，因而铜电解槽的防腐蚀方案的确定及材料选择、施工工艺的改进就显得十分重要。 2 铜电解槽的工况条件 以金隆铜业公司的电解槽为例，该槽为钢筋混凝土结构，槽内尽空尺寸为5600mm×1170mm×1600mm，槽体壁厚为120mm，槽底两端各有一个预留孔(放阳极泥和电解液用)，槽顶一端有一个溢流口，另一端为进液管口。 槽内介质及环境是： (1) 温度 60 ~ 65℃（2）硫酸约180 ~ 210g/l （3）Cu2+ 45 ~ 50g/l （4）Ni2+ 5~ 15 g/l (5)电解液循环流量20~25l/min，电解液中还含有少量As、Sb、Bi等，生产过程中 伴有强大直流电通过。
铜电解车间设计
第一章总论 1.1 概述 1.1.1 设计任务 本次设计的任务由昆明理工大学材料与冶金工程学院下达。论文的题目：“设计年产5万吨高级阴极铜（GB/T 467—1997）的电解车间”（厂址选在安宁市昆明钢铁股份有限公司西南20公里处）。本设计采用传统的始极片电解法。 设计指导思想 本次设计的指导思想：以创造更多的经济效益为出发点，参照国内现有的工艺水平及设备，尽可能做到使生产设备高效、方便和实用性，保证生产及设备的经济化和市场化。同时，尽量利用国外的先进生产经验和技术，从节约投资，有利于环境保护，充分利用厂址周边的有效资源，加强劳动保护等方面考虑，设计出投资少、见效快、质量高、污染小的铜电解车间来。 1.1.3 设计特点 1.2 建立铜电解车间的必要性 1.2.1 铜的用途 铜是现代工业发展和经济发展中重要的基础性原材料，广泛用于机械制造，包括农业机械、建筑机械、采矿机械、工业机械、商业与服务行业机械、电力电气输送设备、家用电器、计算机与电子产品、航行、测量、电子医疗控制仪器、精密仪器、交通设备制造(包括摩托、汽车、飞机、舰船和火车等)。铜消费量的高低在一定程度上反映了一个国家的经济发展的状况和水平。铜的电导率高，仅次于银，高纯阴极铜（A级铜）主要用作电线电缆和电器工业产品的原料。因此铜在电子、电子技术、电机制造等工业部门应用最广，用量最大。铜的导热性能好，因此常铜制造加热器、冷暖器与热交换器等。铜的延展性能好，易于成型和加工，在飞机、船舶、汽车等制造业多用来生产各种零部件。铜的耐腐蚀性较强，盐酸和稀硫酸对铜不起作用，在化学、制糖和酿酒工业中多被用来制造真空器、蒸馏器、酿造锅阀门及管道等。 铜能与锌、锡、铝、镍、和铍等形成多种重要合金。黄铜（铜锌合金）、青铜（铜锡合金）用于制造轴承、活塞、开关、油管、换热器等。铝青铜（铜铝合金）抗震能力很强，可用于制造需要强度和韧性。铜镍合金中的蒙奈尔合金以抗蚀性著称，多用于制造阀、泵、高压蒸汽设备。铍青铜（含铍铜合金）的力学性能超过高级优质钢，广泛用于制造各种机械部件、工具和无线电设备。 铜的化合物是电镀、原电池、农药、颜料、染料、和触媒等工农业生产的重要原料。 1.2.2 铜的市场预测及产品销售情况 1.2.2.1 2006年我国有色金属工业回顾 回顾2006年是我国“十一五”的开局之年，有色金属工业开局良好。有色金属产品产量持续增长，经济效益大幅度提高，进出口贸易总额平稳增长，固定资产投资结构结构进一步改善。 2006年，规模以上有色金属工业企业（不包括独立黄金企业，下同）完成工业增长值（《快报》数值，下同）3580.5亿元，按可比价格计算比2005年增长23.0%,增幅比全国规模以上企业工业增加值的增幅高6.4个百分点。 2006年有色金属工业发展呈现以下几个主要特点： （1）产品产量快速增长。全年，10种有色金属产量为1917.01万吨，同比增长17.48%，连续5年稳居世界第一；比2005年净增近300万吨，净增量几近于1992年全年的总产量。其中铜材产量
电解池教学设计()
电解原理教学设计 一、电解原理 1．电解质溶液的导电 我们知道，金属导电时，是金属内部的自由电子发生的定向移动，而电解质溶液的导电与金属导电不同。 通电前电解质溶液中阴、阳离子在溶液中自由地移动；通电后在电场的作用下，这些自由移动的离子改作定向移动，带负电荷的阴离子由于静电作用向阳极移动，带正电荷的阳离子则向阴极移动，并在两极上发生氧化还原反应。我们把： 借助于电流引起氧化还原反应的装置，也就是把电能转化为化学能的装置叫电解池。 电解池中与直流电源负极相连的电极叫阴极，与直流电源正极相连的电极叫阳极。 物质能否导电是由其内部能否形成定向移动的自由电荷所决定的，对金属就是自由电子，而对电解质溶液就是自由移动的阴阳离子。 2．电解 （1）概念： 使电流流过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫电解。 （2）电子流动的方向： 电子从外接直流电源的负极流出，经导线到达电解池的阴极，电解池溶液中的阳离子移向阴极，并在阴极获得电子而被还原，发生还原反应；与此同时，电解池溶液中的阴离子移向阳极，并在阳极上失去电子（也可能是阳极很活泼而本身失去电子）而被氧化，发生氧化反应。这样，电子又从电解池的阳极流出，沿导线而流回外接直流电源的正极。 （3）电极反应的类型： 阳极反应为氧化反应，阴极反应为还原反应，故而阴极处于被保护的状态，而阳极则有可能被腐蚀。 3、电极名称的进一步理解
⑴在原电池中，称正极、负极，其中负极流出电子 ⑵在电解池中，称阳极、阴极，其中阴极流入电子 ⑶电解池的阳极与原电池的正极相连，电解池的阴极与原电池的负极相连 4、电极反应式与电解方程式的书写 书写电极反应，首先要搞清楚电极材料，然后分析溶液中离子情况，再根据阴、阳极放电的规律，得出相应的结论。 电解过程总反应方程式叫电解方程式(指电解时总的化学方程式或离子方程式)。要正确书写电解方程式，首先要正确写出电极反应式，然后分析参加电极反应的离子来自何种物质，这样才能正确写出反应物、生成物，配平且在等号上方注明“电解”或“通电”。 书写的具体步骤： ⑴先查阳极电极材料和确定溶液中的离子种类 如用C 电极电解CuSO 4溶液：溶液中有CuSO 4=Cu 2++SO 42—；H 2O H ++OH -。 溶液中存在Cu 2+、H +、OH —、SO 42—共4种离子。 ⑵由放电顺序确定放电产物和电极反应 C 电极为惰性电极，不参加反应。 放电能力 Cu 2+＞H + Cu 2+放电生成Cu OH —＞SO 42—，OH —放电生成O 2 电极反应： 阴极 2Cu 2+ +4e — =2Cu 阳极 4OH —-4e —＝2H 2O+O 2↑ 溶液中余下的H +和SO 42—结合成新物质H 2SO 4。 ⑶由电极反应产物，写出总反应式――电解方程式 如上述反应中的反应物为CuSO 4和H 2O ，产物是Cu 、O 2和H 2SO 4，电解方程式为：2CuSO 4+2H 2O 2Cu+O 2↑+2H 2SO 4
电解铝工艺流程
电解铝工艺 电解铝 - 简介 电解铝就是通过电解得到的铝。现代电解铝工业生产采用冰晶石-氧化铝融盐电解法。熔融冰晶石是溶剂，氧化铝作为溶质，以碳素体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流电后，在950℃-970℃下，在电解槽内的两极上进行电化学反应，既电解。 电解铝 - 工艺流程 电解铝生产过程 铝电解工艺流程：现代铝工业生产采用冰晶石—氧化铝融盐电解法。熔融冰晶石是溶剂，氧化铝作为溶质，以碳素体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流电后，在950℃-970℃下，在电解槽内的两极上进行电化学反应，既电解。化学反应主要通过这个方程进行：2Al2O3==4Al 3O2。阳极：2O2ˉ-4eˉ=O2↑阴极:Al3 3eˉ=Al。阳极产物主要是二氧化碳和一氧化碳气体，其中含有一定量的氟化氢等有害气体和固体粉尘。为保护环境和人类健康需对阳极气体进行净化处理，除去有害气体和粉尘后排入大气。阴极产物是铝液，铝液通过真空抬包从槽内抽出，送往铸造车间，在保温炉内经净化澄清后，浇铸成铝锭或直接加工成线坯.型材等。其生产工艺流程如下图： 氧化铝氟化盐碳阳极直流电 ↓↓↓↓ ↓ 排出阳极气体------ 电解槽
↑↓↓ 废气←气体净化铝液 ↓↓ 回收氟化物净化澄清 ↓↓↓ 返回电解槽 浇注轧制或铸造 ↓↓ 铝锭线坯或型材 电解铝 - 产业特点 电解铝 世界上所有的铝都是用电解法生产出来的。铝电解工业生产采用霍尔-埃鲁冰晶石-氧化铝融盐电解法，即以冰晶石为主的氟化盐作为熔剂，氧化铝为熔质组成多相电解质体系。其中Na2AlF6-Al2O3二元系和Na3AlF6-AlF3-Al2O3三元系是工业电解质的基础。电解铝工业对环境影响较大，属于高耗能，高污染行业。电解铝生产中排出的废气主要是CO2，以及以HF气体为主的气-固氟化物等。CO2是一种温室气体，是造成全球气候变暖的主要原因。而氟化物中的CF4和C2F6其温室作用效果是二氧化碳的6500-10000倍，并且会对臭氧层造成不同程度的影响。HF则是一种剧毒气体，通过皮肤或呼吸道进入人体，仅需1.5g便可以致死。
铜电解车间设计
前言 同时人类历史上发现的最早的金属，约一万年前，人们就已经将统计工程为各种生活用品和生产用具。到现在，世界上生产痛的方法主要分火法炼铜，湿法炼铜。火法炼铜是指在高温炉中进行的痛的冶炼过程，而湿法是在常温或者是在一百摄氏度左右进行的冶金过程。经过活法和湿法得到的铜主要是得到可以进行电解精炼的阳极铜。 铜电解精炼工艺1869年首次在工业上应用，阳极使用粗铜板，阴极使用始极片电解生产阴极铜的电解精炼工艺称为传统法。在随后的一百多年的发展历程中其基本原则和理论并没有发生多大的变化，而在围绕提高技术装备水平、扩大生产规模提高阴极铜质量、降低能耗和人工消耗等方面，则有了巨大的进步，这种进步在近几十年间尤为显著。直到1978年PLY铜精炼有限公司汤斯维尔铜电解精炼厂使用永久性不锈钢阴极板替代传统工艺使用的铜始极片，阴极铜产品由自动剥片机上剥取的方法就是后来的ISA法铜电解技术。 ISA法和传统法相比，其最大的优点是减少了始极片的生产工序，降低了生产车间的投资成本，减少了日常维护费用，生产作业的周期也大为缩短，能够持续生产高质量的阴极铜，可以说ISA法铜电解技术是传统法的突破性发展。 本设计根据毕业设计任务书的要求在综合比较各种铜电解工艺的基础上做出最终的设计方案，设计采用ISA法新工艺，对铜精矿的选取、备料、熔炼、阳极浇铸等工艺进行了一般性的论述。本次设计的重点是电解车间工艺的初步设计，其中包括工艺流程的选择、设备的选型、定员、技术经济核算等方面。设计中采用的主要参数和指标是以贵溪冶炼厂电解工艺的参数为基准，使设计理论更合理，更符合实际工厂生产的需要。 文献综述 1.1铜 1.1.1铜的性质 铜属第四周期第一副族元素。原子序数29，原子量63.57，密度为8.89g/cm-3(20℃),熔点1083℃,沸点2310℃。铜是一种玫瑰红色、柔软、具有较高
年产20万吨铜电解槽设计
年产20万吨铜电解槽设计 摘要 本文主要设计了一座年产20万吨铜的电解铜精炼车间，根据已知条件，选定操作技术条件、经济技术指标、主体设备设计及冶金计算等内容。根据已知条件及结合铜电解槽工艺的实际条件，本设计所生产的电铜纯度为99.9941%，电解过程所使用电流强度为25000A，槽电压为0.3V，电流密度为320A/m2，电解液温度是60℃，电解液循环速度为30L/min，电解槽设计内尺寸为4150×1120×1430mm，电解槽数为860个，车间采用双跨布置。然后根据冶金计算得出铜电解槽的阳极泥成分、阴极铜的成分、物料平衡、有害杂质在电解液中的允许含量以及净化过程中杂质的脱除效率及热平衡等重要数据。绘制出铜电解精炼电解槽安装图。 关键词：铜电解精炼，工艺设计，物料平衡，热平衡
Design of Annual Output of 200000 Tons Copper Electrolytic Tank Abstract This paper mainly designs a refining workshop with an annual output of 200000 tons of copper electrolytic copper, under the given conditions, the selected operation technical conditions, economic and technical indicators, the main equipment design and metallurgical calculation etc. On the basis of the known conditions and combining with the actual conditions of copper electrolysis process, the design of the production of electrical copper purity 99.9941%, electrolytic process by using the strength of the current 25000A, slot voltage 0.3V, the current density for the 320A/m2, electrolyte temperature is 60 ℃, electrolyte circulation rate was 30L / min, design of aluminium electrolytic cell size is 4150 x 1120 x 1430mm, electrolytic cell number for 860 workshop features double span arrangement. And then calculated based on Metallurgical electrolytic trough of copper anode slime composition, cathode copper the composition, the material balance, harmful impurities in the electrolyte and allows content purification impurity removal efficiency and thermal equilibrium, and other important data. Draw out the electrolytic refining of copper electrolysis installation drawing. Key Words: Copper electrolysis refining, Process design, Material balance, Heat balance