年产10万吨铝电解车间设计(毕业设计)

毕业设计（论文、作品）题目：年产10万吨铝的电解车间设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

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作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它目录1绪论 (2)1.1 铝的物理化学性质 (2)1.2国内外铝工业发展的现状及趋势 (3)1.2.1 国内外电解铝工业发展现状 (3)1.2.2电解铝工业发展趋势 (4)2电解铝的生产工艺流程选择 (4)2.1.1 铝电解工艺流程 (4)2.1.2铝电解的原料与辅助原料 (5)2.1.3电解铝机理 (9)3主要技术经济指标计算及设备选择 (11)2.1铝电解槽的简介 (11)2.2 电解槽的设计及相关计算 (12)2.2.1单个电解槽日产量计算 (12)2.2.2电解槽槽数的确定 (12)2.2.3备用槽槽数 (12)2.2.4电解槽理论吨铝直流电耗的计算 (13)2.2.5电流密度 (13)2.3铝电解槽结构参数的确定 (14)2.3.1阳极尺寸 (14)2.3.2槽膛尺寸 (14)2.3.3槽壳尺寸 (15)2.3.4阴极炭块数目 (15)2.3.5铝母线 (16)2.3.6极距 (16)2.4铝电解槽的电压平衡计算 (17)2.4.1极化电动势 (17)2.4.2电解质电压降 (18)2.4.3阳极电压降 (19)2.4.4阴极电压降 (19)2.4.5铝母线电压降、阳极效应均摊电压降 (20)2.4.6槽平均电压 (20)4物料平衡计算（简单的冶金计算4、5部分可以合在一起） (21)3.1铝产量 (21)3.2 Al2O3消耗量 (21)3.3实际消耗量 (21)3.4氟化盐的消耗量 (21)3.5阳极炭块的消耗 (22)3.6物料平衡列表 (22)5电解铝热量平衡计算（简单的冶金计算4、5部分可以合在一起） (23)4.1电能收入 (23)4.2能量支出： (23)4.2.1补偿电解反应所需的能量 (23)4.2.2补偿加热原料所需的能量 (24)4.2.3 母线损失的能量 (24)4.2.4电解槽的热损失 (24)6电解铝车间配置图 (25)7参考文献 (26)摘要电解槽是铝生产的主要设备，本设计在分析了大量文献资料和实地调研的基础上，对铝电解槽结构进行了设计计算，对生产电解铝工艺过程的能量平衡、电压平衡、物料平衡进行了计算，以熟悉铝电解过程，并在计算的基础上，对主要设备进行选型和车间平面设计及总图确定。

本文也介绍了铝的物理化学性质以及铝电解过程物理化学反应，铝电解质体系的性质，电解槽种类、电解槽的基本结构和其参数以及电解车间设计的基本原理。

设计中选用现行铝电解工艺中较为成熟的基本工艺参数，电流强度选用比较常见的240KA，槽型选用中间下料四点下料预焙槽。

电解槽的电流效率为94%，车间总生产能力为年产10万吨。

编制设计说明书，绘制电解槽结构图，车间平面图和工艺流程图。

关键词：铝电解槽能量平衡设计1 绪论1.1 铝的物理化学性质铝是地球上含量极丰富的金属元素，其蕴藏量在金属中居第2位。

至19世纪末，铝才崭露头角，成为在工程应用中具有竞争力的金属，且风行一时。

航空、建筑、汽车三大重要工业的发展，要求材料特性具有铝及其合金的独特性质，这就大大有利于这种新金属。

1854年，法国化学家德维尔把铝矾土、木炭、食盐混合，通入氯气后复盐，再将此复盐与过量的钠熔融，得到了金属铝。

加热得到NaCl，AlCl31886年，美国的豪尔和法国的海朗特，分别独立地电解熔融的铝矾土和冰晶石的合物制得了金属铝，奠定了今天大规模生产铝的基础。

近一个世纪的历史进程中，铝的产量急剧上升，到了20世纪60年代，铝在全世界有色金属产量上超过了铜而位居首位，这时的铝已不单属于皇家贵族所有，它的用途涉及到许多领域，大至国防、航天、电力、通讯等，小到锅碗瓢盆等生活用品。

它的化合物用途非常广泛, 不同的含铝化合物在医药、有机合成、石油精炼等方面发挥着重要的作用。

铝及其合金的优良特点是其外观好、质轻，可塑加工性、物理和力学性能好，以及抗腐蚀性好，从而使铝及铝合金在很多应用领域中被认为最为经济实用。

纯净的铝是具有银白色光泽的金属，密度为 2.70g/cm³，熔点为660.4℃，沸点为2467℃。

铝具有良好的低温强度特性，强度随温度降低而增大，即使温度降低到-198℃铝仍不变脆。

铝没有磁性和毒性，具有良好的延展性、导热性以及良好的反射光、热的能力；铝的导电性仅次于银和铜（导电率为铜的64%，而密度为铜的30%）。

铝的表面具有高度的反射性。

辐射能、可见光、辐射热和电波都能有效地被铝反射，而阳极氧化和深色阳极氧化的表面可以是反射性的，也可以是吸收性的，抛光后的铝在很宽波长范围内具有优良的反射性，因而具有各种装饰用途及具有反射功能性的用途。

铝元素位于元素周期表第三周期第三主族，最外层有3个电子，容易发生还原反应失去这3个最外层电子形成+3价铝离子。

铝具有两性的特点，遇酸显碱性，遇碱显酸性，和碱反应生成偏铝酸盐，和酸反应生成铝盐。

应指出的是，在常温下浓硫酸和浓硝酸会使铝钝化，但加热时会发生复杂的氧化还原反应；只有盐酸和稀硫酸等才会跟铝发生置换反应，生成盐并放出氢气。

铝在空气中表面会生成一层致密的氧化铝保护膜，因此它不易被腐蚀，但能被碱所溶解]1[。

铝粉可燃铙，和氧气反应发出强烈白光，生成氧化铝；铝能与非金属发生反应（如硫等）生成铝的化合物（如Al2S3等）；铝也能与不活动金属氧化物发生反应，反应的混合物就是我们熟知的铝热剂；此外铝还能与盐溶液发生置换反应，能与热水发生缓慢的反应生成Al(OH)3并释放氢气等。

1.2国内外铝工业发展的现状及趋势1.2.1 国内外电解铝工业发展现状中国铝电解技术自70年代末引进160KA中间下料预焙槽技术之后，从消化国外技术开始，揭开了中国现代铝电解技术发展的序幕，以铝电解槽热电磁力特性及磁流体数学模型研究为核心，在工艺、材料、过程控制及配套技术等方面展开了广泛深入的研究工作。

九十年代以来，在基础理论、大型铝电解槽开发现状及工程应用取得了一系列成果，开发成功了280KA、320KA以上的特大型电解槽技术，使铝工业的技术进步令人瞩目。

大容量电解槽的开发，使中国铝电解技术总体上达到了国际先进水平，电解铝工业的面貌发生了根本的改变。

实际运行方面比较差，由于开发时间短，对中国大型铝电解槽在生产领域的深层次开发明显不足，致使实际运行指标的生产指标与国际先进水平还有较大差距。

就中国电解铝整体生产状态而言，能源综合利用效率要比国际先进水平低15%左右，主要表现在：电流效率相差2-3个百分点；吨铝电耗相差300-800Kwh；电解铝用阳极生产过程能耗相差3kj/t左右；电解铝阳极消耗相差30-60Kg（折合标准煤约75-150Kg）；电槽槽寿命相差1000天左右；阳极效应系数国际先进为0.1次/天.槽以下，中国最好水平在0.3次/天.槽左右。

二十世纪八十年代以来，国外新增电解系列已普遍采用大型预焙阳极电解槽，系列电流强度普遍达到180～350kA，吨铝直流电耗降至12900～14000 kw.h.t-1。

目前，西方国家用于生产的电解槽最大电流强度为350 kA，且绝大多数企业为280～320 kA的超大型预焙槽，电流效率平均达到了94％～96％。

但是大型槽能耗并不低于较小的电解槽，因为槽内混合效率不高而存在氧化铝浓度梯度，下料比较频繁，电解质的混合长度不高造成的]2[。

1.2.2电解铝工业发展趋势目前世界电解铝工业的发展趋势主要表现在如下几个方面[3]：（1）世界铝工业的组织结构日趋规模化、集团化、国际化；（2）铝电解槽日趋大型化或超大型化，其科技含量、智能化程度越来越高；（3）电解铝生产的指标向着高产、优质、低耗、长寿和低污染的方向加快进步；（4）世界铝工业向电力充裕廉价、铝土矿资源丰富的地区转移。

2电解铝的生产工艺流程选择2.1.1 铝电解工艺流程现代铝工业生产，主要采取冰晶石—氧化铝融盐电解法。