Способ определения удельного расхода углерода анода Советский патент 1982 года по МПК C25C3/06 

I

Изобретение относится к электролизу и может быть использовано для контроля технологических параметров процесса электролиза алюминия.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ определения удельного расхода углерода анода, согласно которому измеряют содержание C0(j в анодном газе, а величину удельного расхода рассчитывают по известной зависимости

-1./ 1

) П.

3 Ьа

п

Недостатком известного технического решения является то, что оно не учитывает дополнительные потери углерода, созданные за счет окисления его кислородом воздуха.

Целью изобретения является повышение точности измерения удельного расхода углерода анода.

Указанная цель достигается тем, что согласно способ;, включающему

измерение содержания СО в анодных газах, при работе электролизера в герметичных условиях, дополнительно измеряют содержание С0(, СО и Н г при доступе воздуха в электролизер, а величину удельного расхода определяют по зависимости

р „ , 2С (A.B)

3(1+а) (2A+D)(1-I-a) где Р - удельный расход углерода

10

анода, Krj а - содержание С0д(в долях единицы) в аноднь1х газах при отсутствии доступа воздуха в электролизер, А, В и С- содержание COij, СО и Njj;

(в долях единицы) в анодных газах при наличии доступа воздуха в электролизер. Пример. Пробы газов отбирают20ся J13 одного и того же электролизера КАНАЗа а:течение двадцати минут.

В течение первых десяти минут были отобраны две пробы анодных газов при работе электролизера в герметич HbiXj условиях. Полученные данные сведены в табл. 1. За время второй десятиминутки были отобраны две пробы в условиях наличия доступа воздуха в электролизер. Результаты этих замеров приведены в Табл. 2.. . Подставляя средние значения содержаний в расчетную формулу . Q-lAtBl 0 352. р 3(1+а) (2А+В)) получают о- 1 ..,aQl)-0.u50. . 3(1+о,ь71) и.,м1Н1-ю,бта) Из приведенных в табл. 1 данных видно, что а соотношения сре неарифметических значений концентра ций Ср( СО равно |- 0,205. В случае же работы электролизеров в обычном режиме А-+-В 1, а соотношение среднеарифметических знаиении концентраций и QO равно 0,17 Высокая концентрация азота (,173 свидетельствует о доступе большого количества воздуха под корку электр лита, а отсутствие следов кислорода является доказательством полного ег взаимодействия с углеродом анода и анодными газами. Входя в электролизер через отверстия, кислород воздуха вступает в реакцию с углеродом анода и приво дит к образованию СО г COij), а затем продукт этого процесса част но (до установления стационарного состояния) входит в реакцию с углер дом, в результате чего образуется окись углерода: С 2СО. о При входе в электролизер воздух вместе с количеством оазота (С) вносит и определенное количество кисл рода ( ЛУОл). Зная с остав воздуха и содержание азота (с), в отобранном объеме дуодных газЪв получаем Ч ojg Согласно приведенной формуле и реакции C+O/j C0(j количество вновь бразованного COf в кг/моль будет равняться 0,11- с. 0,73- 1.14Если принять, что из СОп количества углекислого газа п ,. его количество вступает в реакцию с углеродом, то тогда количество непрореагировавшегося C0q окажется равным -П ... W4-0,79 СО, Количество же вновь образованной углерода будет равным . соотношения СО л к СО ( ), составляет равенство . i-olw- o,,A-.. Из ЭТОГО равенства получаем , о. г-с СО 0,19 11,4 (lA + В) В переводе на кубические метры количество дополнительно образованных СО - и . окажутся равными oAvia.A Ai.i со ii,- ОЛ9 IIM ь) o.ibbiaft- B) AV -MUlill.f-/ i. A-C X 1а,4-ол9 Суммарные количества СOn и СО окажутся равными . , .,г.о.абь-с1А б) . IMS При силе тока-З, составе конечного анодного газа а и в и выходе по току п , определяем часовое количество выделяющегося анодного газа. ДлЯ этого сперва определяем теоретической часовое количество кислорода по формуле, вытекающей из закона Фарадея ...§л§:3 . 26,8ОООО Вследствие обратной реакции эле родных продуктов (2А1 + 3COf2. за один час теряется urn кг металла. urn О. - п). Согласно этой реакции бесполезны потери связанного в СО о кислорода составляют Цг41,гьмо-Ьчп). практическое количество,кислоро да VQ( входящего в состав конечног анодного газа, будет равняться. из-и-г)После соответствующих преобразований получаем . УО o.zoyj-io - п- 3. 1 м анодного газа соответствует (а + ) м кислорода, а V оц количества кислорода будет соответст вовать СО. При работе алюминиевого электролизера с открытыми огоньками а + f в 1 , количество первоначальногр анодного газа разбавляется С количеством азота и(.11 СО )« личеством СО, образованных при окислении углерода анода кислородом воздуха. В новой смеси {а+в)+ + 0 ) количеству газа соответствует (А+-В), а количеству газа (а+в) соответствует рация XQJ. . Отсюда получаем

(AAuUoib)

..)

р rua-io )

V liA b)li4a)

о-г 36 при а -f В 1 получаем tM)() ь 1 И4ь г-одьь-с() Суммарная концентрация СО. и СО, образованных окислением углерода кислородом воздуха, будет X. gO.ab&CtA bf .{7,Ub-ClA+b)lA4fc Соответствуодим образом и dX 1(5 окажутся равными. XW - ОДЬЬ-УС(А4&) 0 ,йЬЬ-С1Л)11м . г-ОИЪ5А-С(АУ6) й г-о,Аг5-счА б)йА+в Долевой концентрации Х соответствует Vcoa- C-O часовое количество газа, а концентрациями АХ сод и t.X c;(j будет соответствовать дополнительное количество СО, образованных при окислении углерода анода кислородом воздуха. Зная это, получимъ ьо 3-г. :АУ-,ОДтчойчД соЛШио пг-тпт- г .) На основании этих дан1ных легко можно определить часовой расход глерода, вызванного окислением его кислородом воздуха. p4-o.Mov«-,.v После соответствующих преобразоаний полумаем

7

При часовой производительности электролизера, равной

...2..-.

m

2б,в«1000 потери углерода анода за счет его окисления кислородом воздуха (в пересчете на один килограмм алюминия) Л Р окажется равными

0,35й-С(А.4Ь) I

((iA+B)) i

Общий удельный расход углерода анода Р будет равняться

Л Р.

п

Подставляя значения Ри

дР, получаем

Р- а -,0.50 )

) ))

221838

Применение предлагаемого технического решения позволяет учесть дополнительные расходы углерода анода, чтопозволяет контролировать фактичес5 кий его общий расход, разработать меры по оптимизации технологических параметров электролиза алюминия.

Так, например, для приведенного 10 примера, где РП 0,3987 кг/кг А1, iP 0,02207 кг/кг А1 и Р 0,207 кг/кг А1 значения перерасчитанных на тонну алюминия дополнительных потерь углерода анода составляют ,5 22,07 кг/т А1, или 2207 т/Г при годо-, вой производительности алюминиевого завода 100000 т.

Формула изобретения 55электролизера в герметичных условиях,

Способ определения удельного рас отличающийся тем, что,

кода углерода анода, включающий изме-с целью повышения точности измерения,

рение концентрации СО. при работедополнительно измеряют содержание СОл,

Таблица 1

992218310

СО и NA при доступе воздуха в элект-электролизера в герметичролизер, а величину удельного расхо-ных условиях

да углерода определяют по эависимос- А,В и С - содержание соответствентино COq, СО и анодных

0. ) электролизер.

Ш) ЙМ6ТГНЙУ Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

где Р - удельный расход анода,кг;io Самообжигающиеся аноды алюминиевых а - содержание CO( анод- электролизеров. М., Металлургия, ных газах при работе 1972, с.95-98.

5 газах при доступе возду1. Коробов М.А.и Дмитриев А.А.