年产48万吨铝锭300kA预焙阳极电解铝车间设计 近年来，铝电解工业迅速发展，产能也大大提高，这主要得益于采用先进的铝电解设备和技术，同时大型预焙阳极电解槽及高效的计算机控制技术、新材料的使用满足了铝工业发展的需求。 我国的铝电解工业自20 世纪70年代末引进国外160kA 预焙槽技术之后也有所发展，最初是从学习和消化国外技术开始，揭开了我国现代铝电解技术发展的序幕。此后，电解铝行业中的科研工作者和生产技术人员以铝电解槽为核心，对铝电解生产过程中的各个方面进行了广泛而又深入的研究。20 世纪 90 年代以来，在基础理论、大型铝电解槽开发以及工程应用等方面取得了一系列成果，并成功开发了280、320kA 级的大型预焙槽。大型化是当今铝电解技术发展的大趋势，大型铝电解槽的开发，使我国的铝电解技术总体上接近，乃至达到了国际水平，铝电解工业的面貌也发生了很大的变化。300kA 级大型预焙阳极铝电解槽是近来研制成功并在工业上大规模应用的先进铝电解槽，目前已经迅速成为我国铝冶炼工业中的主力槽型之一。 本文主要是介绍300kA 预焙槽铝电解车间设计的相关背景和必要计算，包括电解铝的一些技术经济指标、物料平衡、电压平衡和能量平衡等。本次设计的铝电解车间的年产量为48万吨，电流效率为94%。在完成本次设计的过程中参考了一些同类的设计，也希望本次设计给他人的设计提供一些参考。 关键词：铝电解槽；物料平衡；能量平衡；电压平衡；车间设计 The Design of 300kA Pre-baked Anode Aluminium Reduction Plant Abstract In recent years, the rapid development and increasing capacity of aluminium industry mainly benefited from the use of advanced equipment and technology of aluminium electrolysis. Besides, the application of large-scale pre-baked anode cell, efficient computer control technology and new material meet the requirements of the development of aluminium industry. Chinese aluminium electrolytic technology has developed since the 160kA pre-baked anode technology was introduced in late 1970s. The development of modern aluminium electrolytic technology in our country started from absorbing foreign technology. Since then scientific research workers and technical workers carried on the extensively and indepth research on every aspects of aluminium electrolysis production process, with the aluminium electrolytic cell as the core. Since the 1990s, a series of achievements has been made in basic theory, the development of large-scale aluminium electrolytic cell, engineering application, etc. During this period, the 280, 300kA-class large-scale prebaked cell have been developed successfully. Nowadays, large-scale is the general trend of the development of aluminium electrolysis technology in the world. The development of large-scale aluminium electrolytic cell makes Chinese aluminium electrolytic technology approach the international advanced level on the overall, and it also brings great changes in the aluminium industry. 300kA-class large-scale pre-baked anode cell is an advanced aluminium electrolytic cell which is successfully developed recently and used at industry extensively. It has quickly become one of the main types of cell in aluminium industry. This paper is mainly about the design of 300kA pre-baked anode aluminium reduction plant, and the related background and necessary calculations are presented which include some technical and economic index of aluminium electrolysis, material balance, voltage balance, energy balance, etc. The aluminium reduction plant which is designed in this paper has an annual capacity of 220000 ton, and the current efficiency is as high as 94 percent. I have referred to some similar design during the period of completing this design, and I also hope that this design can provide some reference value to others. Keywords：300kA；Aluminum Reduction Cell；Material Balance；Voltage Balance；Energy Balance；Electrolytic Workshop 设计任务书 但随着国家对电解铝行业各项指标的规定和规范有了新的要求，所以我国电解铝技术正逐步向高效节能的方向发展，电解铝行业的生产装备不断提高，近年来逐渐向大型化节能化和环保化发展，所以电解槽大型化设计是目前铝电解行业的趋势[3-5]。吕梁市资源能源丰富，所以适合发展大型电解铝项目，故将厂址选择在吕梁市孝义市工业园内，孝义市交通发达，煤电资源丰富，适合电解铝生产。因此，设计建设年产48万吨铝锭300kA预焙阳极电解铝车间对于吕梁地区铝工业发展具有重要意义。 一、 设计题目 年产48万吨铝锭300kA预焙阳极电解铝车间设计 二、 设计基础条件 1、产品原料来源 原料的来源、规模和组成特性由指导教师根据社会调研结果确定。 2、产品质量目标 最终产品质量指标由设计者对国家的相关标准进行调研后确定。 3、能源利用 要求设计者在完成工艺流程设计的基础上对体系进行热平衡计算和热管网设计，最大程度地节约能源。 4、安全要求 在设计中坚决贯彻安全第一的指导思想，从提高装置的本质安全性出发，尽量采用新的安全技术和安全设计方法。 5、环保要求 要求设计者在完成工艺流程设计的基础上对体系进行环保评价，要有合理的“三废”处理工艺，最大程度地降低对环境的破坏。 三、 工作内容及要求 1、项目可行性论证 1）建设意义 2）建设规模 3）技术方案 4）厂址选择 5）与社会及环境的和谐发展(包括安全、环保和资源利用) 6）技术经济分析 2、工艺流程设计 1）工艺方案选择及论证 2）安全、环保生产的保障措施 3）绘制带控制点工艺流程图或管道仪表流程图 4）编制物料及热量平衡计算书 3、设备选型及典型设备设计 1）典型非标设备——反应器和塔器的工艺设计，编制计算说明书。 2）典型标准设备——换热器的工艺选型设计，编制计算说明书。 3）其他重要设备的工艺设计及选型说明。 4）编制设备一览表。 4、车间设备布置设计 选择至少一个主要工艺车间，进行车间布置设计 1）车间布置设计； 2）车间主要工艺管道配管设计； 3）绘制车间平面布置图； 4）绘制车间立面布置图； 5）运用三维工厂设计工具软件进行车间布置和主要工艺管道的配管设计。 5、装置总体布置设计 1）对主要工艺车间、辅助车间、原料及产品储存区、中心控制室、分析化验室、行政管理及生活等辅助用房、设备检修区、三废处理区、安全生产设施、厂区内部道路等进行合理的布置，并对方案进行必要的说明； 2）装置布置设计； 3）绘制装置平面布置总图； 4）运用三维工厂设计工具软件进行工厂布置设计。 6、经济分析与评价基础数据 根据调研获得的经济数据(可以参考以下价格数据)对设计方案进行经济分析与评价： 1）304 不锈钢设备：18000 元/吨 2）中低压（≤4MPa）碳钢设备：6000 元/吨 3）高压碳钢设备价格：9000 元/吨 4）其它特殊不锈钢按市场调研数据定价 5）低压蒸汽(0.8MPa)：200 元/吨 6）中压蒸汽（4MPa）：240 元/吨 7）电：0.75 元/千瓦时 8）工艺软水：10 元/吨 9）冷却水：1.0 元/吨 10）污水处理费：5.0 元/吨 (COD<500) 11）人工平均成本：10000 元/月•人，（包括五险一金） 目录 前 言 - 1 - 第1章 铝电解简介 - 3 - 1.1 铝的性质及用途 - 3 - 1.1.1 铝的性质 - 3 - 1.1.2 铝的用途 - 4 - 1.2 铝电解简史及发展现状 - 5 - 1.2.1 铝电解简史 - 5 - 1.2.2 我国铝电解技术发展现状 - 6 - 1.2.3 世界铝电解工业技术现状 - 7 - 1.3 铝电解的基本原理 - 9 - 第2章 铝电解生产概况 - 11 - 2.1.铝电解生产工艺流程 - 11 - 2.2.铝电解所用原料及原材料 - 12 - 2.2.1.铝电解的主原料——氧化铝 - 12 - 2.2.2 铝电解的副原料-氟化盐 - 13 - 2.2.3 阳极材料 - 14 - 2.3.铝电解槽的发展概况及分类 - 16 - 2.3.1 铝电解槽的发展概况 - 16 - 2.3.2 铝电解槽的分类 - 17 - 2.4 铝电解槽的结构 - 17 - 2.4.1 阴极结构 - 18 - 2.4.2 上部结构 - 19 - 2.4.3 母线结构 - 21 - 2.4.4 电气绝缘 - 21 - 2.5 厂址选择与论证 - 22 - 2.5.1 电力供应 - 22 - 2.5.2 运输系统 - 22 - 2.5.3 外围服务 - 23 - 2.5.4 环境和土地 - 23 - 第3章 铝电解生产的技术经济指标 - 24 - 3.1 主要的技术经济指标 - 24 - 3.2 综合经济技术指标的计算 - 25 - 3.3 主要经济技术指标的确定与列表 - 27 - 第4章 物料平衡 - 29 - 4.1 物料平衡的计算 - 29 - 4.2 物料平衡列表 - 30 - 第5章 电解槽结构的设计 - 32 - 5.1 阴极结构 - 32 - 5.1.1 槽壳 - 32 - 5.1.2 内衬及保温绝热结构 - 32 - 5.2 阳极结构 - 33 - 5.3 母线结构 - 34 - 5.3.1 阳极母线 - 35 - 5.3.2 阴极母线 - 36 - 5.4.3 短路母线 - 38 - 第6章 电压平衡 - 39 - 6.1 实际分解电压 - 39 - 6.2 电解质电压 - 39 - 6.3 阳极电压降 - 40 - 6.3.1 阳极大母线电压降 - 40 - 6.3.2 阳极软母线电压降 - 40 - 6.3.3 阳极立柱母线电压降 - 40 - 6.3.4 阳极炭块组电压降 - 41 - 6.4 阴极电压降 - 41 - 6.4.1 槽底电压降 - 41 - 6.4.2 阴极软母线电压降 - 42 - 6.4.3 槽周阴极母线电压降 - 42 - 6.4.4 焊点压降 - 43 - 6.5 阳极效应分摊电压降 - 43 - 6.6 连接母线压降 - 43 - 第7章 能量平衡 - 44 - 7.1 计算方法与基础条件 - 44 - 7.2 能量平衡计算 - 44 - 7.3 能量平衡列表 - 54 - 第8章 铝电解槽主要操作 - 56 - 8.1 阳极更换 - 56 - 8.2 出铝 - 58 - 8.3 熄灭阳极效应 - 59 - 8.4 抬母线操作 - 60 - 8.5 三点测量作业 - 61 - 第9章 车间设计及成本核算 - 62 - 9.1 车间设计 - 62 - 9.1.1 厂房设计 - 62 - 9.1.2 岗位定员 - 63 - 9.2 成本核算 - 63 - 9.3 降低成本的途径 - 64 - 9.3.1 提高电解技术水平，加强生产管理 - 65 - 9.3.2 降低原材料成本 - 65 - 9.3.3 降低电能消耗 - 65 - 9.3.4 加强经济管理 - 65 - 第10章 环境保护和安全生产 - 66 - 10.1 环境与卫生 - 66 - 10.2 安全生产 - 66 - 第11章 结 论 - 68 - 参考文献 - 69 -
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