Оглавление

ЧАСТЬ

1.

МЕТОДИЧЕСКИЕ

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО

ОФОРМЛЕНИЮ

КУРСОВОГО ПРОЕКТА ........................................................................................... 3

ЧАСТЬ

2.

МЕТОДИЧЕСКИЕ

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО

ВЫПОЛНЕНИЮ

РАЗДЕЛОВ КУРСОВОГО ПРОЕКТА ...................................................................... 7

Часть

3.

РАСЧЕТНАЯ

ЧАСТЬ

КУРСОВОГО

ПРОЕКТА

ПО

ВИДАМ

ПРОИЗВОДСТВА ..................................................................................................... 10

ЧАСТЬ 4. КРИТЕРИИ ОЦЕНИВАНИЯ КУРСОВГО ПРОЕКТА ....................... 22

1.

ЧАСТЬ

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОФОРМЛЕНИЮ

КУРСОВОГО ПРОЕКТА

1.1

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Курсовой проект занимает важное место в формировании знаний по

ведение

технологического

процесса

с

автоматическим

регулированием

параметров и режимов.

Курсовой

проект

представляет

собой

работу,

требующую

знания

и

умения по ведущим дисциплинам специальности (18.02.04 Электрохимическое

производство). Кроме того, решение задач курсового проекта предусматривает

максимальное

использование

знаний

общетехнических

и

специальных

дисциплин, приобретенных при обучении в колледже.

Курсовой проект разрабатывается по индивидуальному заданию, которое

утверждается

заместителем

директора

по

учебно-методической

работе

и

согласовывается с председателем методического объединения за один месяц до

начала работы.

Объектом

курсового

проекта

является

разработка

производственного

участка

(в

зависимости

от

производства

электролиз,

гидролиз

и

т.д.).

Конструирование

технологического

оборудования

является

творческим

процессом.

Целью курсового проекта является изучение:

1

Общая характеристика цеха. Назначение цеха в структуре завода.

2

Технология и технологическая схема производства.

3

Характеристика сырья, материалов и продукта. ГОСТ на них.

4

Теоретические основы процессов. (Химизм процессов. Влияние различных

факторов на качество продукта).

5

Основное

оборудование.

(Устройство

и

принципы

действия,

марки,

основные характеристики).

6

Контроль

и

управление

процессом

(аналитический

и

автоматический).

Контроль качества продукта.

7

Охрана труда. Опасные и вредные факторы, класс пожароопасности и

взрывоопасности, меры безопасности, первая помощь.

8

Решение

вопросов

охраны

окружающей

среды

(стоки,

выбросы

в

атмосферу, их очистка и утилизация).

9

Права и обязанности аппаратчика предочистки.

Поставленная

в

проекте

цель

достигается

решением

следующих

основных задач:

- анализ вида производства, выданного студенту в качестве задания

- расчет основных технических параметров производства

1.2 КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К ОФОРМЛЕНИЮ

КУРСОВОГО ПРОЕКТА.

Данный курсовой проект состоит из двух частей: графической части, на

которой

дан

сборочный

чертеж

основного

оборудования

и

пояснительной

записки

к нему.

Графическая часть по

темам

курсового проекта выдается

индивидуально каждому обучающемуся под подпись.

Страницы

текста

пояснительной

записки

к

курсовому

проекту

и

приложений

должны

соответствовать

формату

А4(210x297).

Выполнение

работы

осуществляется

машинописным

или

рукописным

способами.

Пояснительная записка оформляется согласно ЕСТД.

Графическая часть оформляется согласно требованиям ЕСКД.

1.3 СОСТАВ И СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Составными частями курсового проекта являются пояснительная записка

и графическая часть.

Объем

пояснительной

записки

в

соответствии

с

требованиями

к

курсовым работам должен составлять не менее 40 страниц.

В пояснительную записку входят (в порядке очередности):

- титульный лист

- бланк задания

- содержание

- введение

- технологическая часть

- расчетная часть

- заключение

- список литературы

Титульный лист является первым листом пояснительной записки.

Нумерация

страниц

ПЗ

и

приложений,

входящих

в

состав

этого

документа, должна быть сквозная. Титульный лист в нумерацию страниц ПЗ

входит, но номер страницы на нем не ставится.

Графическая

часть

курсового

проекта

должна

содержать

сборочный

чертеж основного оборудования.

Общие требования к выполнению пояснительной записки

Текстовые документы, к которым относятся любые студенческие работы,

должны оформляться в соответствии с ГОСТ 7.1 – 84, ГОСТ 7.32-91, ГОСТ

2.105-95, и др.

Первый лист пояснительной записки (содержание) должен иметь основную

надпись и дополнительные графы для тестовых конструкторских документов

по форме 2 (приложение Г).

Остальные листы пояснительной записки ДП снабжаются штампом по форме

2а (приложение И). В графе 2 формы 2а указывается код документа по форме:

КП. 18.02.04 2021. 010. ПЗ.

где КП – курсовой проект;

18.02.04 – код специальности;

2021 – год поступления;

010 – порядковый номер по списку в журнале группы;

ПЗ – пояснительная записка.

Текст

пояснительной записки

КП

составляется

с

использованием

любых

технических средств на одной стороне листа белой бумаги формата А4 через

1,5

интервала

в

объеме

не

более

40-50

страниц

машинописного

текса.

Допускается представлять иллюстрации и распечатки с ЭВМ на листах формата

А3.

Текст работы следует печатать, соблюдая следующие размеры полей:

левое - 25мм, правое - 10мм

верхнее - 15мм, нижнее - 20мм.

Соблюдение абзацев обязательно. Для обозначения абзаца пропускается 5

знаков от линии левого поля листа.

При выполнении работы на ЭВМ набор текста желательно проводить в среде

Мicrosоft Word 2003. Основной текст набирается обычным шрифтом Times

New Roman (Cyr) – 14 кегля с выравниванием по ширине.

При необходимости выделить какую – либо часть текста выбирается по

желанию либо курсивное, либо подчеркнутое начертание текста. Переносы

слов выполняются автоматически. Вручную переносы не расставлять!

Заголовки разделов проекта набираются с выравниванием по центру жирным

шрифтом Times New Roman (Cyr) – 14 кегля. Все буквы в заголовке раздела

должны быть прописными. Точка в конце заголовка не ставится.

Заголовки подразделов выполняются с выравниванием по ширине жирным

шрифтом Times New Roman (Cyr) – 14 кегля с отступом первой строки 1,25см.

Буквы в заголовках подразделов – как в предложении – первая прописная,

остальные строчные. Заголовки пунктов и подпунктов – то же, что и для

подразделов, но в обычном начертании. Если заголовок включает несколько

предложений,

их

разделяют

точками.

Переносы

слов

в

заголовках

не

допускаются.

Разделы, подразделы, пункты и подпункты работы должны нумероваться

арабскими цифрами.

Разделы

должны

иметь

порядковые

номера

в

основной

части

работы,

обозначенные

арабскими

цифрами

без

точки

и

записанными

с

абзацного

отступа, например 1,2,3 и т.д.

Подразделы должны иметь нумерацию в пределах каждого раздела. Номер

подраздела состоит из номеров раздела и подраздела, разделенных точкой. В

конце номера подраздела точки не ставится. Разделы, как и подразделы, могут

состоять из одного или нескольких пунктов.

Номер

пункта

включает

в

себя

номер

раздела,

номер

подраздела

и

порядковый номер пункта, разделенных точками.

Номер

подпункта

состоит

из

номеров

раздела,

подраздела,

пункта

и

подпункта, разделенных точками.

Если документ не имеет подразделов, то нумерация пунктов в нем должна

быть в пределах каждого раздела, и номер пункта должен состоять из номеров

раздела

и

пункта,

разделенных

точкой.

В

конце

номера

пункта

точка

не

ставится.

Если раздел или подраздел состоит из одного пункта, он также нумеруется.

Если текст документа подразделяется только на пункты, они нумеруются

порядковыми номерами в пределах документа.

Пункты, при необходимости, могут быть разбиты на подпункты, которые

должны иметь порядковую нумерацию в пределах каждого пункта, например:

4.2.1.1., 4.2.1.2, и т.д.

Страницы расчетно-пояснительной записки нумеруются арабскими цифрами

со сквозной нумерацией по всему тексту. Титульный лист и бланк задания

включается в общую нумерацию страниц работы, но номер на них не ставится.

Иллюстрации и таблицы, расположенные на отдельных листах и распечатки с

компьютера включаются в общую нумерацию страниц.

ЧАСТЬ 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ

РАЗДЕЛОВ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

I.

Структура, содержание и объём курсового проекта.

а) Расчётно-пояснительная записка, содержащая следующие разделы:

1. Введение (2-3 стр.)

2. Технологическая часть (20-30 стр.)

3. Расчетная часть (20-30 стр)

Объём записки должен составлять 40-50 страниц.

б) Графическая часть, включающая следующие чертежи:

1. Технологическая схема с КИПиА (1 лист)

2. Чертёж основного аппарата (1 лист)

II.

Содержание разделов расчётно-пояснительной записки.

ВВЕДЕНИЕ.

Краткий

исторический

обзор,

освещающий

развитие

производства

продукции,

предусмотренной

дипломным

проектом

по

данным,

опубликованным в

отечественной

и

зарубежной

литературе.

Народно

–

хозяйственное

значение

проектируемого

производства

в

свете

перспективного планирования.

1.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

1.1.

Обоснование метода производства.

Делается

обзор

всех

существующих

методов

производства,

их

экономическая

характеристика,

сравнение

технико–

экономических

показателей производства, преимущества выбранного метода, повышение

производительности труда, улучшение санитарно – гигиенических условий

труда и т.д.

1.2.

Характеристика исходного сырья и готового продукта.

Приводится состав, физико – химический состав сырья и готового продукта,

ГОСТы, ОСТы, ТУ, применение, хранение.

1.3.

Теоретические основы процесса.

Приводятся

стадии

производства,

физико

–

химические

процессы,

протекающие на каждой стадии, их взаимосвязь и влияние на технико –

экономические показатели производства.

1.4.

Технологическая схема производства.

Приводится описание технологической схемы производства соответственно

технологической схеме в графической части.

1.5.

Описание основного оборудования.

Приводится

перечень

существующего

оборудования,

материалы,

применяемые в конструкции.

1.6.

Контроль и управление процессом.

Приводится перечень контролируемых и регулируемых параметров, методы

контроля и управления. Аналитический и автоматический контроль.

Характеристику

контрольно-измерительных

приборов

и

средств

автоматизации рекомендуется оформлять в виде таблицы.

Позиция на

технологическ

ой схеме

Контролируем

ый параметр

Частота

и

способ

контрол

я

Нормы и

техническ

ие

показатели

Позици

я

КИПи

А

Методы

испытан

ия и

средства

контроля

1

2

3

4

5

6

1.7.

Мероприятия по охране труда.

Вредные вещества в производстве, их действие на организм работающих,

нормы

содержания

в

воздухе

производственных

помещений.

Категоричность

производства

по

взрывоопасности

пожароопасности.

Мероприятия по охране труда, промсанитарии.

1.8.

Мероприятия по охране природы.

Отходы

производства,

сток

и

выбросы

в

атмосферу,

описание

их

переработки,

использования, обезвреживания и очистки.

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ.

2.1.

Режим работы отделения и фонд рабочего времени оборудования.

Делается расчёт номинального и действительного фонда рабочего времени

оборудования.

2.2.

Материальный расчет.

Определяется

материальный

баланс

для

основного

аппарата

и

рассчитывается

расход

сырья

на

единицу

продукции

или

час

работы

аппарата. Рассчитывается количество основных аппаратов.

2.3.

Тепловой расчёт.

Определяется

тепловой

баланс

для

основного

аппарата,

рассчитывается

размер теплообменной поверхности.

Таблицы материального и теплового балансов должны быть составлены в

следующим порядке:

2.4. Электротехнический расчет

3.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

ЛИТЕРАТУРА.

Часть 3. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ КУРСОВОГО ПРОЕКТА ПО ВИДАМ

ПРОИЗВОДСТВА

ПОЛУЧЕНИЕ ПЕРХЛОРАТА НАТРИЯ ЭЛЕКТРОЛИЗОМ РАСТВОРА

ХЛОРАТА НАТРИЯ

Продукционная стадия

1. РЕЖИМ РАБОТЫ ОТДЕЛЕНИЯ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОГО

ФОНДА РАБОЧЕГО ВРЕМЕНИ ОБОРУДОВАНИЯ.

Оборудование в отделении работает непрерывно, исключая остановки на

капитальный и текущий ремонты и технологические простои.

Тэфф = Ткал - Трем - Ттех

где Ткал - календарный фонд времени, час/год

Трем, Ттек - время простоя электролизеров в ремонте, час/год

Ттехн - технологические простои оборудования, час/год

(можно принять 720 час/год)

Трем = рем · n рем,

где рем - время затрачиваемое на один ремонт, час

nрем – количество ремонтов в год

Ткал

nрем = --------------

tрем

где tрем - межремонтный пробег электролизеров, час

(для проектируемого производства рем = 5 сут, tрем = 2года)

2.

ПЕРЕСЧЕТ ГОДОВОЙ ПРОГРАММЫ.

При

расчете

продукционной

стадии

электролиза,

необходимо

годовое

задание пересчитать на данную стадию с учетом того, что на продукционной

стадии образуется 80-85% производимого перхлората натрия.

П

пр

ГОД

= Пгод · а, т/год

где Пгод - годовая программа, соответствующая заданию, т/год

П

пр

ГОД

- годовая программа продукционной стадии, т/год

а - доля перхлората натрия, производимой на продукционной стадии,

масс. доли

3.

МАТЕРИАЛЬНЫЙ РАСЧЕТ.

3.1.

Количество

перхлората

натрия,

образующегося

в

каскаде

электролизеров за 1 час.

G

NaCIO4

= К

NaCIO4

·J · τ · Βm

а

· n; кг/ч

где К

NaCIO4

- электрохимический эквивалент перхлората натрия, кг/А · ч

J - нагрузка на электролизер, А

τ - время электролиза, час (τ = 1 час)

Βm

а

– средний выход по току, масс. доли

n - число электролизера в каскаде

М

NaCIO4

· 10

-3

К

NaCIO4

= -------------------------- ; кг/А · ч

2

· 26,8

3.2. Количество водорода, образующегося в каскаде электролизеров за 1

час.

Gн

2

= Кн

2

·J · τ · Βm

к

· n; кг/ч

где Кн

2

- электрохимический эквивалент водорода, кг/А · ч

Βm

к

– выход по току водорода (катодный), масс. доли

Мн

2

· 10

-3

Кн

2

= -------------------------- ; кг/А · ч

2

· 26,8

3.3. Количество кислорода, образующегося в каскаде электролизеров за 1

час.

Gо

2

= Ко

2

·J · τ · Βm

О2

· n; кг/ч

где Ко

2

- электрохимический эквивалент кислорода,

Мо

2

· 10

-3

Ко

2

= ---------------; кг/м

3

4 · 26,8

Βm

О2

– выход по току кислорода, масс. доли

(по проект. Данным Βm

О2

≈ 7,0 %)

3.4. Количество хлора, образующегося в каскаде электролизеров за 1 час.

Gсi

2

= Ксi

2

·J · τ · Βmсi

2

· n; кг/ч

где Ксi

2

- электрохимический эквивалент хлора, кг/А · ч

Βmсi

2

– выход по току хлора, масс. доли

(по практическим данным Βmсi

2

≈ 0,3%)

Мсi

2

· 10

-3

Ксi

2

= ---------------------; кг/А · ч

2

· 26,8

3.5. Количество хлората натрия, разложившегося в каскаде электролизеров

за 1 час.

G

NaCIO3

= К

NaCIO3

·J · τ · Βm

а

· n; кг/ч

где К

NaCIO3

– электрохимический эквивалент хлората натрия, кг/А·ч

М

NaCIO3

· 10

-3

К

NaCIO3

= ---------------------; кг/А · ч

2· 26,8

3.6.

Объём

газов

(водорода,

кислорода

и

хлора),

выделившихся

при

электролизе, приведенный к нормальным условиям.

Gн

2

Gо

2

Gсi

2

V

2

0

= ( -------- + -------- + ---------) · 22,4 ; м

3

2 32 71

3.7. Объём газов при условиях электролиза.

V

2

0

· Β (273 + t)

V

2

= --------------------------; м

3

273 (Р – П)

где В – барометрическое давление, Па

t – температура электролиза,

0

С

Р – давление газов в электролизе, Па

П – парциальное давление водяных паров при температуре электролиза,

(можно определить по справочным таблицам) /4. стр. 409/

3.8. Количество водяных паров, уносимых газами.

G

2

н

2

о = V

2

· n ; кг

где n - плотность водяных паров при температуре электролиза, кг/м

3

(можно определить по справочным таблицам) /4. стр. 409/

3.9. Количество воды, разложившейся в результате электролиза.

G

ЭЛ

н

2

о = Kн

2

о · J · τ · Βmн

2

о · n

где Кн

2

о – электрохимический эквивалент воды, кг/А · ч

Βmн

2

о – выход по току для воды (т.к. вода расходуется на основной и

побочный процессы, Вm можно принять равным 100%)

Мн

2

о

· 10

-3

Кн

2

о = ---------------------; кг/А · ч

2· 26,8

3.10.

Количество

соляной

кислоты,

подаваемой

для

подкисления

электролита в электролизеры каскада.

(Расчет проводим исходя из допущения, что весь хлор образуется из

соляной кислоты на аноде).

Gci

2

· 2 · Mнci Gci

2

· 73

Gнсi

100%

= ------------------------- = --------------; кг/ч

Мci

2

71

Gнсi

10%

= Gнсi · 10

3.11. Количество воды, вводимой в электролизёр с соляной кислотой

G

Нсi

н

2

о

=

Gнсi

10%

- Gнсi

3.12. Объём электролита, вытекающего из последней ванны каскада.

Расчет проводим исходя из соотношения

G

нач

NaCIO3

= G

кон

NaCIO3

+ G

NaCIO3

; кг/ч

где G

нач

NaCIO3

и G

кон

NaCIO3

- количество хлората натрия, содержащегося в

исходном электролите и в вытекающем, кг/ч

G

NaCIO3

- количество хлората натрия, разложившегося в результате

электролиза, кг/ч

3.13. Преобразуя уравнение, получим:

Vнач · С

нач

NaCIO3

= Vкон · С

кон

NaCIO3

+ G

NaCIO3

Vнач = Vкон + Vн

2

о

;

где Vнач, Vкон - объём исходного и вытекающего электролита, м

3

/ч

Vн

2

о

- объём воды, израсходованной в процессе, м

3

/ч

G

2

н

2

о + G

ЭЛ

н

2

о - G

Нсi

н

2

о

Vн

2

о = ------------------------------------; м

3

/ч, учитывая это, получим:

1000

G

NaCIO3

- Vн

2

о · С

нач

NaCIO3

Vкон = -----------------------------------------------; м

3

/ч

С

нач

NaCIO3

- С

кон

NaCIO3

3.14. Объём электролита, подаваемого в первую ванну каскада.

G

2

н

2

о + G

ЭЛ

н

2

о – G

Нсi

н

2

о

Vнач = Vкон + -------------------------------------; м

3

/ч

1000

3.15.

Масса электролита, поступающего в электролизер.

Gнач = Vнач · нач ; кг/ч

где нач - плотность исходного электролита, кг/м

3

/ 4. стр. 280 /

/ 5. Стр. 33 /

3.16.

Состав поступающего электролита.

G

нач

NaCIO3

= Vнач · С

нач

NaCIO3

; кг

G

нач

Na2Cr2O7

= Vнач · С

Na2Cr2O7;

кг

G

нач

н

2

о = Gнач - G

нач

NaCIO3

-

G

нач

Na2Cr2O7

; кг

3.17. Состав выходящего электролита.

G

кон

NaCIO3

= Vкон · С

кон

NaCIO3

; (G

кон

NaCIO3

= G

нач

NaCIO3

- G

NaCIO3

); кг

G

кон

Na2Cr2O7

= G

нач

Na2Cr2O7

; кг

G

кон

NaCIO4

= G

NaCIO4

; (см п.1)

G

кон

н

2

о = G

нач

н

2

о

- G

2

н

2

о - G

эл

н

2

о + G

Нсi

н

2

о

3.18. Концентрация перхлората натрия в выходящем электролите.

G

NaCIO4

С

NaCIO4

= ---------------; кг/м

3

Vкон

3.19.

Количество

инертного

газа,

подаваемого

на

разбавление

электролизных газов.

Азот подается в количестве, необходимом для разбавления газов в 2

раза.

V

N2

= V

2

м

3

/ч

G

N2

= V

N2

·

N2

; кг/ч

где V

N2

; G

N2

– объём и масса подаваемого азота, м

3

/ч, кг/ч

N2

- плотность азота, кг/м

3

/6. стр. 235/

Результаты расчетов п.п. 1-16 сводятся в таблицу 1

Таблица 1.

Материальный баланс каскада электролизеров при получении NаСIО

4

из

NаСIО

3

(продукционная стадия)

Приход

Расход

Статьи прихода

Кол-во : кг/ч

Статьи расхода

Кол-во : кг/ч

всего

в т.ч

всего

в т.ч.

1. Электролит в т.ч.

NaCIO

3

Н

2

О

1. Электролит в

т.ч.

NaCIO

4

NaCIO

3

Na

2

Cr

2

O

7

Н

2

О

Na

2

Cr

2

O

7

2. Соляная кислота

3. Азот

2. Электролизные

газы в т.ч.

Н

2

СI

2

О

2

Н

2

О

азот

Итого

Итого

3.20. Количество каскадов электролизеров, необходимых для выполнения

годовой программы.

П

пр

год

· 1000

N = ---------------------------

G

NaCIO4

· Тэфф

где П

пр

год

– годовая программа по перхлорату натрия продукционной стадии

(в пересчете на 100%).

Тэфф – эффективный фонд рабочего времени оборудования, ч/год

Полученное значение N округляется до ближайшего большого целого

числа.

3.21.

Материальный

баланс

отделения

электролиза

сводится

в

таблицу

2

(аналогично таблице 1).

4.

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ.

4.1. Расчет напряжения.

Напряжение на электролизере можно определить по формуле:

И =

Ј

а

равн

+ ∆ Ја - Ј

к

равн

- ∆ Ј к + ∆Иэл + ∆И

I

,

Ј

а

рав

, Ј

к

рав

– равновесные потенциалы анода и катода. В

∆ Ја, ∆ Јк - перенапряжение на аноде и катоде. В

∆Иэл – падение напряжения в электролите

∆И

I

– падение напряжения в проводниках первого рода и контактах. В

4.1.1. Определение рабочего потенциала анод.

Для

анодной

реакции

образования

хлорат

иона

не

представляется

возможным разделенное определение Ј

а

равн

и ∆Ја

В литературе приводятся данные только о рабочем потенциале анода.

Ј

а

раб

= Ј

а

равн

+ ∆ Ја

Ј

а

раб

= 2,5 – 3,0 В /5.стр. 82/

4.1.2. Определение равновесного потенциала катода

2,3 RT

Ј

к

равн

= -------------------- · рН

F

R – универсальная газовая постоянная, Дж/моль К

T – температура электролиза, К

F - число Фарадея (F = 96500 А· с/моль)

R = 8,314 Дж/моль ·К

4.1.3. Определение перенапряжения на катоде.

Эту величину можно определить по уравнению Тафеля.

∆ Ј к = а + в · ℓgίк

а,

в

–

константы, которые

можно

определить по

справочным таблицам в

зависимости от материала катода /4. стр. 111/

ίк – катодная плотность тока, А/см

2

4.1.4. Определение падения напряжения в электролите.

ίср · ℓ · k

∆Иэл = --------------------------

Н

ίср - средняя плотность тока в межэлектродном пространстве, А/м

2

ℓ - расстояние между электродами, м

k – коэффициент газонаполнения

Н – удельная электропроводность электролита, см/м

3

ίа + ίк

ίср = ----------------------

2

ίа, ίк – анодная и катодная плотность тока, А/м

2

Коэффициент газонаполнения может быть определен по формуле:

1

k = ------------------------------

1 - 1,78Г + Г

2

Г

–

газонаполнение, объемные доли

(газонаполнение можно принять

для

продукционной стадии 10 – 15%, для очистной стадии 15 – 20%).

т.к.

электролит

представляет

собой

раствор

смеси

солей,

то

удельную

электропроводность

определить

по

справочным

таблицам

нельзя.

Ее

необходимо рассчитать как для смеси электролитов.

Удельная электропроводность смеси одно-одно валентных электролитов

определяется по формуле:

Н

tc

= (1,1 - 0,33 √ ΣСί) · Σ (λ

оо

tί · Сί) · 100

ΣCί – суммарная концентрация компонентов электролита, кмоль/м

3

С'

1

С'

2

С'ί

ΣCί = ------- + -------- + --- -------- ;

М

1

М

2

Мί

С'

1

,С'

2

,С'ί – концентрация компонентов, кг/м

3

М

1

, М

2

, Мί – мольная масса компонентов электролита, кг/моль

λ

оо

tί

–

эквивалентная

электропроводность

при

бесконечном

разбавлении

отдельных компонентов, См м

2

/моль С'

Сί – концентрация отдельного компонента, кмоль/м

3

( Сί = -------)

М

Нt · С – удельная электропроводность смеси электролитов при температуре t,

См/м.

Эквивалентную

электропроводность

при

бесконечном

разбавлении

(λ

оо

t)

следует

определять

как

сумму

предельных

эквивалентных

электропроводностей ионов.

λ

оо

t = И

к+

Оt·ĸ+

+ V

А

Оt

; /7. стр. 28/

И

к+

Оt·ĸ+

- предельная эквивалентная электропроводность катиона, см м

2

/моль

V

А

Оt

- предельная эквивалентная электропроводность аниона, см м

2

/моль

(7.стр.29)

Предельные эквивалентные электропроводности катионов и анионов можно

определить по справочным таблицам. /4.стр. 104/

Если не представляется возможным определить λ

оо

компонентов электролита

при

температуре электролиза,

необходимо определить

их

при

18

0

С.

Затем

рассчитать Н

18С

и привести пересчет по формуле Кольрауша.

Н

t

= Н

18

[1+ α ' (t – 18) + β ' (t - 18)

2

] /7. стр.35/

Н

t

– удельная электропроводность при температуре электролиза, см/м

Н

18

– то же при температуре 18

0

С

α' - эмпиритический коэффициент (для солей = 0,0220) /7. стр.35/

β' - эмпиритический коэффициент β' = 0,0163 (α' - 0,01чн) /7. стр.35/

4.1.5. Определение падения напряжения в проводниках 1 –го рода и контактах.

Эта

часть

напряжения

обычно

принимается

по

практическим

данным

и

составляет ∆И

I

(0,1 – 0,2) В

4.1.6. Полное напряжение на электролизере.

И = Ј

а

раб

- Ј

к

раб

- ∆ Ј

к

+ И

эл

+ ∆И

I

Баланс напряжения электролизера

Таблица 3.

Составляющие напряжения

Величина

В

%

4.2. Распределение электролизеров по сериям.

Максимальное число электролизеров в серии определяется по формуле:

Ис

N'c = ----------------,

(1 + α ) · И

Ис

–

напряжение

на

серии

(номинальное

напряжение

выпрямительного

агрегата), В

И – напряжение на электролизере, В

α - коэффициент, учитывающий потери напряжения в шинопроводах, доли

(α ≈ 1,5 – 2%)

N'c – максимальное число электролизеров в серии.

Принятое число электролизеров в серии Nc должно быть не более N'c (Nc ≤

N'c). Электролизеры устанавливаются в зале электролиза по сериям рядами,

учитывая резервные электролизеры. В серии должно быть четное количество

рядов (с целью экономии металла).

4.4. Расчет расхода электроэнергии.

4.4.1. На электролиз

W

1

= И · J · Тэфф · N, кВт·ч

И – напряжение на электролизере, В

J – таковая нагрузка на электролизере, кА

N – число рабочих электролизеров, шт

W

4.4.6. Удельный расход электроэнергии. W = ------------- ; кВт.ч/т

Пзад

4.

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ.

5.1.

Количество

тепла,

приносимого

в

первый

электролизер

каскада

исходным электролитом.

Gнач

Qнач = ------------------ · Снач · tнач · τ; кДж/ч

3600

Gнач – масса электролита, поступающегося в электролизер, кг/ч

Снач – удельная теплоемкость электролита, кДж/кг ·К

tнач – начальная температура электролита,

0

С, принимается по практическим

данным и составляет 15-20

0

С

τ – время электролиза (τ = час)

t

нач

– принимается по практическим данным и составляет 15 – 20

0

С

Теплоемкость электролита может быть определена по правилу смешения

С = С

1

· а

1

+ С

2

· а

2

+ … Сn · аn

С

1

…n

–

удельные

теплоемкости

отдельных

компонентов

электролита,

(NaCIО

3

, NaCIО

4

, Н

2

О, Na

2

Cr

2

О

7

) кДж/кг · к

а

1

- массовая доли компонентов электролита.

Теплоемкостями

компонентов,

присутствующих

в

электролите

в

незначительных

количествах,

можно

пренебречь.

Для

компонентов,

теплоемкости,

которых

не

представляется

возможным

определить

по

справочным таблицам, можно их определить через атомные теплоемкости.

Например, для NaCIО

3

(хлората натрия):

С

Na

+ С

CI

+ 3 · Со

С

NaCIО3

= ---------------------------------------; кДж/кг · К

М

NaCIО3

С

Na

;

С

CI

;

Со

–

атомные

теплоемкости элементов,

входящих

в

молекулу

хлората натрия, кДж/кг · К

Атомные теплоемкости определяются по справочной таблице /8. стр. 274/.

5.2.

Количество

тепла,

выделяющееся

в

каскаде

электролизеров

при

прохождении электрического тока (Джоулево тепло)

Qдж = J · n · τ (И - И'х · B'm - И''х · В"m - И"'х · B"'m - … И

n

х · В

n

m) кВm ·ч

J – нагрузка на электролизер, кА

n – число электролизеров в каскаде

И – напряжение на электролизере, В

И'х

–

часть

напряжения,

которое

расходуется

на

протекание

основной

химической реакции, В

И"х,

И"'х,

И

n

х

–

часть

напряжения,

которая

расходуется

на

протекание

побочных электрохимических реакций, В

B'm,B"m,B"'m – выход по току основных и побочных реакций, массовой доли

Величины В

n

m И'х, И"х , И"'х можно определить по формуле:

Qх

Их = -----------------, /3.стр. 27/

nF

Qх – тепловой эффект химической реакции, Дж/моль

n - число электронов, участвующих в реакции

F – число Фарадея, Ас/моль

Тепловой

эффект

химической

реакции

равен

сумме

теплот

образования

продуктов

реакции

минус

сумма

теплот

образования

исходных

веществ

с

учетом числа молей всех участвующих в реакции веществ

Например, для реакции

n

1

А + n

2

В = n

3

С + n

4

Д + Qх

Qх = (n

3

Q

с

обр

+ n

4

Q

д

обр

) - (n

1

Q

А

обр

+ n

2

Q

В

обр

)

Теплоты образования веществ (или ионов), принимающих участие в реакции

могут быть определенны по справочнику. /9. стр. 306 – 830/ /10. стр. 774/

5.3. Количества тепла, выносимого из последнего электролизера каскада

вытекающим электролитом.

Gкон

Qкон = -------------- · Скон · t · τ; кВm · ч

3600

Gкон

–

масса

электролита,

вытекающего

из

последнего

электролизера

каскада, кг/ч

Скон – удельная теплоемкость электролита, кДж/кг к

t - температура электролиза,

0

С

Скон

может

быть

определена

по

правилу

смещения,

(также.

как

для

исходного электролита)

5.4.

Количество

тепла,

выносимого

из

электролизеров

электролизными

газами.

Так

как

воздух,

подаваемый

на

разбавление

электролизных

газов

практически не участвует в теплообмене при электролизе, его можно не

учитывать в тепловом балансе.

t

Q

2

= (Gо

2

· Cо

2

+ Gн

2

· Сн

2

) · ------ · τ ; кВm

3600

Gо

2

,

Gн

2

–

количество

кислорода

и

водорода,

выделяющегося

при

электролизе, кг/ч

Со

2

, Сн

2

– удельные теплоемкости газов, кДж/кг к

t – температура электролиза,

0

С

Удельные

теплоемкости

газов

могут

быть

определены

по

справочным

таблицам /6.стр.235/.

5.5. Количество тепла, выносимого из электролизеров водяными парами.

G

2

н

2

о

Q

2

н

2

о = --------------- · ί · τ ; кВm · ч

3600

G

2

н

2

о – количество водяных паров, уносимых газами при электролизе, кг/ч

ί - теплосодержание водяных паров, кДж/кг

τ - определяется по справочной таблице при температуре электролиза

/4.стр.409/

4.6. Количество тепла, отводимого охлаждающей водой (Qохл).

Qохл – определяется как разность суммы приходных и расходных статей

теплового баланса.

Qохл = (Qнач + Q дж + Q

НCI

) - (Qкон + Q

2

+ Q

2

н

2

о)

Тепловой баланс каскада электролизеров сводится в таблицу 4.

Таблица 4.

Тепловой баланс каскада электролизеров

Приход тепла

Кол-во кВт ч

Расход тепла

Кол-во кВт ч

1. С исходным

электролитом

1. С выходящим

электролитом

2. Джоулево

тепло

2. С электролизными

газами

3. С водяными парами

4. С охлаждающей

водой.

ИТОГО:

ИТОГО:

4.7. Расход охлаждающей воды

Qохл · 3600

а) На каскад электролизеров: Qн

2

о

ОХЛ

= ---------------------------; кг/ч

Сн

2

о ·(t

к

н

2

о - t

н

н

2

о)

Сн

2

о

- удельная теплоемкость охлаждающей воды, кДж/кг к /4.стр.405/

t

к

н

2

о, t

н

н

2

о – конечная и начальная температура охлаждающей воды,

0

С

б) На один электролизер в каскаде расход охлаждающей воды составит:

Qн

2

о

ОХЛ

Qн

2

о

ОХЛ

= ---------------------; кг/ч

n

в) Удельный расход охлаждающей воды на тону перхлората:

Qн

2

о

ОХЛ

· N · Тэфф

q н

2

о

ОХЛ

= ------------------------------; м

3

/ч

Пгод · 1000

ЛИТЕРАТУРА

1.

Шумахер И. Перхлораты. Свойства, производство и применение.

Госхимиздат. М. 1963

2.

Якименко Л.М. Производство хлора, каустической соды и

неорганических хлорпродуктов. М., Химия, 1974

3.

Кубасов В.А., Банников В.В. Электрохимическая технология

неорганических веществ. Химия. М., 1989

4.

Якименко Л.М., Пасманик И.И. Справочник по производству хлора,

каустической соды и неорганических хлорпродуктов. Химия, М., 1976

5.

Якименко Л.М., Серышев Г.А. Электрохимический синтез

неорганических соединений. Химия. М., 1984

6.

Пасманик И.И. Сасс – Тиссоский В.А., Якименко Л.М. Справочник.

Химия., 1966

7.

Кубасов В.А., Зарецкий С.А. основы электрохимии. Химия. М., 1976

8.

Павлов К.Ф, Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу

процессов и аппаратов химической технологии. Химия., Л. 1981

9.

Гороновский И.Т., Назаренко И.П., Некряч В.Ю. Краткий справочник

химика. «Наукова думка», Киев. 1974

10.

Справочник химика Том I. Госхимиздат. 1960.

4.

ЧАСТЬ

КРИТЕРИИ ОЦЕНИВАНИЯ КУРСОВГО ПРОЕКТА



Соответствие содержания работы заявленной теме (главный критерий)



Актуальность и значимость темы



Степень раскрытости темы



Использование современных и актуальных источников



Последовательность и логика изложения материала



Оформление работы в соответствии с требованиями



Графическая часть выполнена в соответствии с ЕСКД



Презентация работы во время защиты



Ответы на вопросы