电解槽单槽日产量和年产量： 电解槽单槽日产量和年产量：
选用240KA中间点式下料预焙阳极铝电解槽，设计电流强度 为240KA，电流效率为94％，则 Q日 ＝ 0.3356Iηt×10-3 ＝ 0.3356×240000×0.94×10-3×24 ＝ 1817.07（kg / 槽·日） Q年 ＝ 1.817×365＝663.21（t / 槽·年）
△V母=0.18V
V平=1.80+1.50+0.02+0.35+0.18=4.20V 铝电解槽电压平衡表 电压平衡（V） E反 △V质 △V效应 △V阳 △V阴 △V母 合计 240KA预赔槽 1.80 1.50 0.02 0.36 0.35 0.18 4.20
二、能量和物料平衡概算： 能量和物料平衡概算：
母线压降在槽上基本不变，其实际值取决于电解槽的母线配置及安装，母线 母线压降在槽上基本不变，其实际值取决于电解槽的母线配置及安装， 配置一旦确定，母线本体压降即确定， 配置一旦确定，母线本体压降即确定，各焊接点压降取决于第一次安装时焊 接的质量， 接的质量，但立柱母线与阳极大母线同焊接点的压降每次大修后视接触面清 理程序而有变化，电解槽通电后此值不会改变。 理程序而有变化，电解槽通电后此值不会改变。
2（1-η）Al+3（1-η）CO2=(1-η)Al2O3+3(1-η)CO
N=
1.5 − 3(1 − η ) = 2η − 1 N=0.88 [1.5 − 3(1 − η )] + 3(1 − η )
理论炭耗量=（3×12.011×75.6888）/（1.88×54）=26.86kg/h 理论炭耗量 取实际炭耗量为 425kg/t·Al 实际炭耗量=425×75.6888×10-3=32.17kg/h 实际炭耗量 炭损失量=32.17-26.86=5.31kg/h 炭损失量 炭耗指数=（32.17/26.86）×100%=120% 炭耗指数
(4) 阳极炭块消耗量： 阳极炭块消耗量：
铝电解的总反应式： 铝电解的总反应式：
Al2O3+3/(1+N)C=2Al＋3N/(1+N)CO2＋3(1-N)/(1+N)CO
其中，N：CO2的质量分数： 当一次阳极气体的成份为100% CO2，则CO是产生的Al与作CO2用的结果， 一次反应电流利用率100%，由此一次反应为Al2O3+1.5C=2Al+1.5CO2 若电流效率为η，其二次反应：
根据热力学第一定律，反应效应△ 根据热力学第一定律，反应效应△H0T：
b、补偿加热原材料所需的能量
c、母线损失的能量： A母=240×0.18=43.2kw d、电解槽的热损失（按差额）： A损=1008-43.2-433.17-52.85=478.78kw
能量平衡表
能量收入 项目 A电 Kwh/h 1008 % 100 能量收入 项目 A材 A反 A母 A损 总计 1008 100 总计 Kwh/h 52.85 433.17 43.2 478.78 1008 % 5.24 42.97 4.29 47.50 100
E极=4.241-0.147×-0.0177×Al203%+0.027×MgF2%× × × 0.001×CaF2%-0.0129×NaCl%-0.0195×LiF%+0.125×d阳× × × × 0.0022×t℃ ×℃ 取分子比为： 取分子比为：2.4 Al2O3为2% CaF2，为5% t：955℃ E极 ： ℃ =1.87V; 用该式算出的极化电压偏高，大约高出实测量0.05-0.1V，因此 用该式算出的极化电压偏高，大约高出实测量 ， 左右。 取E极=1.8V左右。 左右
电解质压降： 电解质压降：
一般可由下式取得
I • ∆L △V质 = X • S K 质 阳
其中 ： I ： 为 电流强 度 ， （ A ） ； S 阳 ： 为 阳极水 平 截 面积 其中 电流强度 阳极水平 （ cm2 ） ; △L：为极距改变值 （ cm）； X：为电解质导电率 ： 为极距改变值（ ） ： （欧-1·厘米-1）； K：为校正值，一般取 。 厘米 ：为校正值，一般取8。
电解槽数量： 电解槽数量：
a、补偿电解反应所需的能量
当电解生产的电流效率为100%时 ， 其补偿反应热效应的能量是 时 当电解生产的电流效率为 5.63kwh/kgAl， 但电流效率不可能达到 ， 但电流效率不可能达到100%， 因此 ， 考虑到电流 ， 因此， 效率的电解反应是： 效率的电解反应是： Al2O3+3/2ηC=2Al+3(2η-1)/2ηCO2+3(1-η)/ηCO
2、能量平衡： 、能量平衡：
小时为计算基础， 以1小时为计算基础，取电解温度为 小时为计算基础 取电解温度为950℃，在计算中以电解温度作 ℃ 为能量平衡的温度基准，并以电解槽整体作为计算体系： 为能量平衡的温度基准，并以电解槽整体作为计算体系： 由能量的平衡式： 由能量的平衡式：A电=A反+A材+A损失 (1) 电能收入： 电能收入： A电=U平均I=4.20×240=1008kw × (2) 能量支出： 能量支出：
240KA铝电解槽的设计计算 铝电解槽的设计计算
完整的铝电解车间设计包含以下几个方面： 完整的铝电解车间设计包含以下几个方面：
厂址的选择与论证 电解方案与技术经济指标的选择与论证 铝电解槽的设计计算 铝电解槽结构与计算 铝电解烟气净化及原料输送 铝电解槽正常生产管理 技术经济评价及基本核算 铝电解槽送电及预热和启动
铝电解槽的设计计算 铝电解槽电压的平衡计算 能量和物料平衡概算 电解槽选型、 电解槽选型、台数的计算以及产量的衡算 辅助设备选择及计算 电力制度设计 电解厂房及电解槽配置
铝电解槽的设计计算： 铝电解槽的设计计算：
• 基础数据：产量：20万吨 年 铝锭 基础数据：产量： 万吨 万吨/年 • 容量： 容量：240KA • 阳极电流密度： 阳极电流密度：0.733A/cm2 • 效应系数： 效应系数：<0.2次/槽·日 次槽日 • 电流效率： 电流效率：94% • 阳极碳块尺寸： 阳极碳块尺寸：1550×660×550 × × • 单槽原铝产量： 单槽原铝产量： • 日产 240×0.94×0.3355×24 = 1816.5 Kg × × × • 年产 1816.5×365×0.001 = 663 t × ×
一、铝电解槽电压的平衡计算： 铝电解槽电压的平衡计算： V平=△V槽+△V母+△V效应； △ △ △ 电解槽的工作电压； △V槽：电解槽的工作电压； 槽外母线电压降； △V母：槽外母线电压降； 阳极效应分摊压降； △V效应：阳极效应分摊压降； 其中， 其中，V槽=E极+△V质+△V阳+△V阴 △ △ △
电解槽的电能消耗率： 电解槽的电能消耗率：W=4.2/0.3355/0.94=13.32kwh/kg.Al 根据不朗特兰（Bratland）的报道理论上生产1000克铝电解 槽消耗的电能为 W=△HT°+△H材t1-t3=5.63+0.7=6.33kw 电解槽的电能利用率： =（6.33/13.32）×100%=47.5% 100%=47.5% 电解槽的电能利用率：η电能= 6.33/13.32
三、电解槽选型及台数的计算以产量的衡算： 电解槽选型及台数的计算以产量的衡算：
电解槽寿命论证： 目前，国外大型预焙槽寿命都在2500天以上，而国内的平均水平约为 1800天以上。本设计槽寿命为2000天，即2000/365＝5.48年。 铝电解槽寿命受到设计、材料、筑炉、焙烧启动、操作等多方面的综 合作用。要保证上述槽寿命，从设计上，因石墨化碳块的电解槽运行平稳， 优先选用石墨化阴极碳块。 同时，也可以考虑采用高润湿、抗磨蚀、低钠蚀、低电阻的新型阴极 技术，如铝电解TiB2涂层新技术，经工业试验验证，TiB2涂层可延长槽龄1TiB TiB 12年、吨铝节电200kWh以上、提高电流效率1%以上，目前，该技术已被列 为国家重点新技术加以推广。 此外，还可以采用铝电解槽智能模糊控制技术；采用节省能源抗渗透 抗侵蚀的新型耐火保温材料，加强电解槽底部保温，提高和改进电解槽底 部保温材料的质量和性能，提高电解槽的砌筑质量；提高操作人员的操作 水平以及促使管理人员做到精细管理等等。 千方百计从技术进步上实现电解槽的长寿命。
阳极压降： 阳极压降：
夹具压接压降： 铝一钢爆炸焊片压降： 夹具压接压降：6mv； 铝导杆压降：10mv; 铝一钢爆炸焊片压降：15mv; ； 铝导杆压降： 钢爪压降： 钢炭接触压牌：70mv; 阳极炭块压牌：200mv; 阳极炭块压牌： 钢爪压降：50mv; 钢炭接触压牌：
△V阳=0.36V 阳 阴极压降 △V阴=0.35V 阴 母线压降： 母线压降：
(5) 反应生成的气体量： 反应生成的气体量： CO2生成量=（3×0.88×44×75.6888）/［（1+0.88）×54］ =86.61kg/h CO的生成量=［3×（1-0.88）×28×75.6888］/［（1+0.8） ×54］=7.52kg/h
物料平衡表
收入 项目 氧化铝 冰晶石 氟化铝 氟化钙 碳块 ㎏/h 145.32 0.38 2.04 0.076 32.17 ㎏/天 天 3488 9.12 48.96 1.82 772.08 ㎏/年 年 1273003 3329 17870 666 281809 % 81 0.21 1.13 0.04 17.87 项目 原铝 冰晶石 氟化铝 氟化钙 碳损 失量 CO2 生成量 CO 生成量 氧化 铝损失 合计 平衡 差额 179.98 4319.98 1576677 99.99 合计 ㎏/h 75.69 0.38 2.04 0.076 5.31 86.61 7.52 2.35 179.976 0.01 支出 ㎏/天 天 1816.56 9.12 48.96 1.82 127.44 2078.64 180.48 56.4 4319.42 0.56 ㎏/年 年 43597.44 218.88 1175.04 43.776 3058.56 49887.36 4331.52 1353.6 103666.2 87.24 % 42.06 0.21 1.13 0.04 2.95 48.12 4.18 1.31 100 0.01