На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


реферат Модернизация системы автоматизации процесса электролиза

Информация:

Тип работы: реферат. Добавлен: 05.06.2012. Сдан: 2010. Страниц: 6. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


ВВЕДЕНИЕ

 
     Металлургическая  промышленность Казахстана является в  настоящее время одной из базовых  отраслей экономики. Она входит в  число мировых лидеров. Объемы производимой продукции позволяют полностью  удовлетворять потребности отечественных  предприятий и поставлять цветные металлы на мировые рынки. Сегодняшнее состояние отрасли явилось результатом ее многовекового развития. Экономика цветной металлургии Республики Казахстан развивается в направлении рыночных отношений.
      Современные металлургические технологии представляют собой комплексы различной сложности металлургических процессов и переделов. Конечной целью современного металлургического передела является обеспечение максимального извлечения металлов из исходного сырья с минимальными капитальными и эксплуатационными затратами, получение товарной продукции с наибольшими потребительскими качествами, обеспечение минимального воздействия на окружающую среду.
      Этому способствует автоматизация технологических  процессов, позволяющая снизить  расходы на материалы, сырье, электроэнергию и заработную плату рабочих. Внедрение автоматизированной системы позволяет повысить производительность предприятия с минимальными затратами.
     В  данной работе предложена модернизированная система автоматизации процесса электролиза цинка. Целью автоматизации является улучшение условий труда персонала отделения электролиза, повышение чистоты выпускаемого цинка и улучшение технико-экономических показателей производства данного металла. 
 
 
 

     1 АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОЛИЗА  ЦИНКА КАК ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ 

      Способы получение  металлического цинка
      В современной металлургии цинка  применяются два способа получения  металлического цинка: пирометаллургический и гидрометаллургический.
      Пирометаллургические  способы заключаются в обработке  руд и концентратов нагреванием при высоких температурах. В отличие от пирометаллургических, гидрометаллургические процессы основаны на извлечении металлов из сырья и различных полупродуктов водными растворами кислот и других химических реагентов с последующим выделением металлов из растворов.
      Производственный  процесс получения цинка по гидрометаллургической  технологии слагается из следующих  основных стадий: подготовка сырья  к металлургической переработке; обжиг  цинковых концентратов; подготовка обожженных продуктов и других материалов к выщелачиванию; выщелачивание цинкосодержащих материалов; очистка растворов от примесей; электролитическое осаждение цинка; плавка катодного цинка.
      Цинк  выщелачивается из предварительно обожженного  концентрата раствором серной кислоты:
      ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O                   (1.1)
      Полученные  при выщелачивании растворы содержат   примеси, поэтому раствор сульфата цинка подвергается очистке. Далее  водный раствор сернокислого цинка, очищенный от примесей, поступает  на электролиз в ванны с анодами  и катодами.
      По  сравнению с пирометаллургическим, гидрометаллургический метод имеет  ряд преимуществ:
      - высокая степень извлечения основных  и попутных компонентов исходного  сырья;
      - обеспечение наиболее благоприятных  условий для охраны окружающей  среды от вредных выбросов;
      - возможность переработки различного  цинксодержащего сырья, в том  числе низкосортного с высоким  содержанием вредных примесей [1].
     Таким образом, гидрометаллургический способ позволяет получить более чистый металл, при этом повысить комплексное извлечение других металлов. 

      Описание  технологического процесса электролиза  цинка
     Процесс электролиза цинка является завершающим  циклом гидрометаллургического способа  переработки цинкосодержащего сырья.
     Технологическая схема включает в себя следующее  оборудование: электролизные ванны, напорные баки, атмосферные градирни, баки для добавок, смеситель, желоба, коллектор отработанного электролита и насосы. Характеристика оборудования приведена в таблице 1.1. 

     Таблица 1.1 - Характеристика оборудования электролизного отделения
Наименование  оборудования Техническая характеристика
Назначение
Электролизные ванны из полимербетона 1 внутренние  размеры:

ширина – 1080 мм,

длина – 2300 мм,
высота – 1650 мм;
емкость - 2,7 м3
для электролиза  водного раствора сернокислого цинка
Напорные  баки 2,3 металлические емкости, футерованные свинцом и  кислотоупорным кирпичом, емкостью более 100 м3 для сбора нейтрального раствора из цеха выщелачивания
Желоб от напорного бака 9 металлический для подачи нейтрального раствора в смеситель
Желоб приемный с градирен 10 металлический для подачи охлажденного раствора в смеситель
Баки  для добавок 4,5 емкость 3 м3 для добавления поверхностно-активных веществ и  пенообразователей
 
     Продолжение таблицы 1.1
Смеситель 8 металлический, в титановом исполнении, емкостью 5 м3 для смешивания нейтрального раствора и охлажденного отработанного электролита
Напорный  желоб 11 Стеклопластиковый, высота 1100 мм для подачи раствора на электролиз в ванны
Распределительный желоб 12 винипластовый с приваренными штуцерами, расположен над сдвоенными рядами ванн для подачи раствора в электролизные ванны
Желоб отработанного электролита 13 полиэтиленовый, находящийся под ваннами для сбора отработанного  электролита из электролизных ванн и подачи в коллектор
Коллектор (общий желоб отработанного электролита) 14 металлическая емкость более 50м3, футерована свинцом, кислотоупорным кирпичом, кислотоупорной плиткой, высота 1500 мм для сбора отработанного  электролита
Градирни  атмосферные 6,7 2 камеры размером 4?8?8м; скорость потока в камере 300м3/ ч;
перепад температуры 420/270С;
количество вентиляторов – 2, эл. двигатель 10/3,3кВт 1470/985об/мин, напряжение - 380В, частота - 50гц
для охлаждения отработанного электролита
Насосы  АХ-200 15
эл. двигатель 30 кВт, 1500 об/мин. для перекачки  растворов из коллектора
 
     Основным  оборудованием в процессе электролиза  цинка является электролизная ванна 1 из полимербетона с анодами и  катодами, токоподводящими шинами, приспособлениями для подвода и  отвода электролита и его охлаждения [2]. Электролизная ванна представлена на рисунке 1.1. 

 

Рисунок 1.1 – Полимербетонная электролизная  ванна для электрического осаждения  цинка: 1 - катод; 2 – анод; 3 – сливной  лоток; 4 – фарфоровые изоляторы, 5 –  отверстие для слива электролита. 

     На  заводах чаще всего применяли  железобетонные ванны, внутренние стенки которых футеровали листовым свинцом, полихлорвинилом или винипластом. В настоящее время для электролиза  используют ванны из полимербетона. Основное преимущество этих ванн заключается в том, что они не требуют футеровки, так как их корпус является одновременно и кислотостойким, и непроницаемым. Рабочий объем ванны составляет 2,5 м3. Ванны изолированы от опоры стеклянными или фарфоровыми изоляторами. Обортовку ванн и сливные лотки изготавливают из винипласта [3].
     Рассматриваемое число ванн составляет 156 штук. Ванны  размещены рядами торцевыми стенками друг к другу. Между рядами имеются  проходы для обслуживания ванн. Ряды сгруппированы в блоки. Для фиксации положения катодов и анодов в ванне, на бортах ванн установлены рейки из полиэтилена.
      В каждую ванну устанавливаются 30 - 34 анодов и 29 - 33 катодов. Для изготовления катодов используют листы из чистого  алюминия толщиной 4-7 мм, стандартные  размеры полотна длина – 1100 мм, ширина – 660 мм. Выбор алюминия в качестве материала катода обусловлен совокупностью полезных свойств: высокая электропроводность, малая плотность, мягкость и пластичность, легкость катода и удобство его механической обработки.  Катод состоит из трёх основных элементов: листа, штанги и контакта. Контактом служит приваренная к штанге медная вставка. Катоды делают на 20-25 мм шире и длиннее анодов. На края катодов с обеих сторон листа надевают резиновые планки для предотвращения срастания катодного цинка.
     В настоящее время все цинк-электролитные заводы мира применяют свинцово-серебряные аноды (свинцово-серебряного сплава с содержанием серебра 0,5-1%). Свинцовый анод состоит из анодного полотна, представляющего собой свинцовый лист толщиной 6-12 мм, медной освинцованной анодной штанги и анодного контакта. Анодное полотно служит для передачи электрического тока через слой электролита на катод. Назначение штанги – поддерживать свинцовое полотно в ванне на весу и служить одновременно проводником электрического тока. Роль анодного контакта сводится к приему тока от ошиновки. По краям укрепляют винипластовые изоляторы - направляющие, в которые упираются края катода. Эти изоляторы предупреждают короткое замыкание [4].
      Рассмотрим  питание электролизных ванн раствором. Питание ванн нейтральным раствором происходит непрерывно, так как электролиз цинка без циркуляции электролита в практике гидрометаллургии цинка не применяют. Естественная циркуляция электролита обеспечивается путем подачи нейтрального электролита с одной стороны ванны и вывода отработанного электролита с противоположного конца.
     В практике электролиза используют две  системы питания ванн: трубопроводную и по желобам. В обоих случаях  для обеспечения постоянного  напора в системе вдоль рядов  ванн в отделении электролиза устанавливается напорный желоб, в который подается нейтральный раствор.
     При трубопроводной системе основные магистрали прокладываются вдоль бортов ванн (ряда или блока), от которых раствор  к каждой ванне отводится через  небольшой патрубок.
     При использовании системы питания по желобам, последние устанавливают на некоторой высоте над рядами ванн. Из желобов раствор через калиброванные штуцеры или по шлангам с зажимами поступает в электролизные ванны. Система питания по желобам позволяет осуществить непрерывное наблюдение за их состоянием и своевременно очищать от осадков. При централизованном охлаждении и усиленной циркуляции электролита через ванну лучше использовать желобную систему, обладающую большей пропускной способностью по сравнению с трубопроводной [5].
      Для сбора нейтрального электролита, очищенного от примесей, используют напорные баки 2,3. Электролит представляет собой водный раствор сернокислого цинка и  имеет следующий состав: цинк – 135-160г/л, кадмий – 2 мг/л, медь – 0,2 мг/л, кобальт  – 1,5 мг/л, никель – 0,1 мг/л, железо - 40 мг/л, сурьма – 0,08 мг/л, фтор - 100 мг/л, хлор - 215 мг/л, мышьяк – 0,1 мг/л, марганец – 4-8 г/л [2].
      Из  напорных баков по желобам 9, 10 раствор  подается в смеситель 8, где смешивается  в пропорции 1:14 с отработанным охлажденным электролитом, поступающим с воздушных градирен 6, 7. Благодаря 15 кратной циркуляции скорость движения электролита в ванне возрастает, а также улучшается перемешивание его в межэлектродном пространстве.
      Для улучшения качества поверхности  катодного осадка в электролит непрерывно вводят поверхностно-активные вещества (ПАВ) 4,5, а также вещества-пенообразователи для создания прочного слоя пены на поверхности электролита в ваннах, препятствующий образованию «сернокислотного тумана». В качестве ПАВ применяют столярный клей (200 г/т цинка), а пенообразователя – мыльный корень или экстракт корня солодки (110 г/т цинка) [1].
      Из  смесителя электролит самотеком  поступает в напорный желоб 11, затем  в распределительные желоба 12, расположенные  над рядами электролизных ванн. Непрерывная подача раствора в каждую ванну осуществляется через калиброванные штуцеры.
      Через ванны пропускают электрический  ток. Электролитическое осаждение  цинка обычно проводят при плотности  тока 400 – 700 А/м2. Общее напряжение на ванне составляет 3,2 – 3,6 В. При прохождении тока через электролит от анода к катоду на алюминиевых катодах осаждается металлический цинк. При этом нейтральный раствор обедняется цинком и обогащается серной кислотой. Таким образом, электроосаждение цинка протекает в кислой среде[6].
      В процессе электролиза температура  электролита в ваннах повышается под действием электрического тока. Расчеты показывают, что при плотности  тока 600 А/м2 и осаждении из 1 л раствора 100 г цинка тепловыделение может повысить температуру раствора на 700 С (при однократной циркуляции нейтральным раствором), тогда как температура электролита  не должна превышать 420 С. Поэтому электролит в процессе электролиза необходимо охлаждать. Обычно температуру электролита в ваннах поддерживают в пределах 36 - 40 0С. При этой температуре показатели электролиза получаются стабильными, удовлетворяющие требованиям экономического ведения процесса электролиза [7].
      Для поддержания заданной температуры  раствора применяется централизованное охлаждение путем многократной подачи в ванну предварительно охлажденной  смеси нейтрального и кислого  отработанного электролита. Наиболее распространен способ воздушного охлаждения в градирнях. Градирни представляют собой сооружение в виде башни, заполненной насадкой, на которую сверху подаётся горячий электролит, а сбоку просасывается естественной тягой или продувается с помощью вентилятора охлаждающий воздух. Снижение температуры электролита в градирне происходит за счет теплообмена между холодным воздухом и горячим электролитом [8].
      Отработанный  электролит отводится из ванн через  сливной карман, который одновременно препятствует сходу с поверхности  мыльной пены и других защитных покрытий. Электролит сливается в желоба отработанного электролита 13, находящиеся под ваннами и далее подается в коллектор 14, откуда насосами 15 часть раствора откачивается по магистралям в верхнюю часть градирни на охлаждение, а часть – в выщелачивательное отделение. Осаждение катодного цинка в электролизных ваннах происходит непрерывно. Сдирку катодного цинка производят через 24 часа, для этого из каждой ванны электрическим подъемником вынимают 5-11 катодов с наращенным на них осадком цинка. Содранный с катодов цинк укладывают пластами по 1400 кг и далее отправляют на переплавку, а алюминиевые катоды устанавливают на свое место в ванне [4].
      Режимные  параметры процесса электролиза  цинка приведены в таблице 1.2. 

      Таблица 1.2 - Режимные параметры процесса электролиза цинка
Наименование  показателей Параметры
Температура нейтрального электролита 45 - 50 оС
Температура смешанного электролита 34 - 42 оС
Температура охлажденного электролита 27 - 33 оС
Температура отработанного электролита 38 - 45 оС
Концентрация H2SO4 в отработанном электролите 145 - 205 г/л
Предельный  уровень в напорном желобе 0,7 м
Предельный  уровень в коллекторе 1 м
 
      Процесс электроосаждения цинка
      Электролиз - совокупность процессов электрохимического окисления-восстановления, происходящих на погруженных в электролит электродах при прохождении электрического тока.
      Электрохимический процесс осаждения цинка из чистого  сульфатного раствора может быть представлен уравнением:
      ZnSO4+H2O>Zn+H2SO4+0,5O2                                                                  (1.2)
      Из  уравнения видно, что исходным веществом  для электролиза является раствор  сульфата цинка, а продуктами электролиза  являются металлический цинк, серная кислота и кислород.
      В действительности процесс электролиза  значительно сложнее, так как, кроме цинка, в растворе находятся соли других металлов (примеси), которые, участвуя в той или иной степени в электрохимических реакциях, влияют на ход электроосаждения цинка. Известно, что соли, кислоты и основания диссоциируют в растворах на ионы. Ионы, заряженные положительно, называют катионами, а заряженные отрицательно – анионами. Вода также диссоциирует, но в очень малой степени. Таким образом, определенная часть молекул сульфата цинка, серной кислоты и воды находится в диссоциированном состоянии:
      ZnSO4 >Zn2+ + SO42-                                                                                                                                   (1.3)
      H2SO4 > 2H+ + SO42-                                                                                    (1.4)
      H2O>H+ + OH-                                                                                              (1.5)
      Под действием создаваемого постоянным током напряжения между электродами, катионы движутся к отрицательному электроду (катоду), а анионы к положительному (аноду). При переходе к электродам катионы и анионы разряжаются, выделяясь из раствора в атомарном состоянии, а точнее, на катоде в восстановленном, на аноде в окисленном состоянии. Разряд катионов и анионов сопровождается присоединением или отдачей электронов. Положительно заряженными ионами являются ионы цинка (Zn2+) и водорода (H+), а отрицательно заряженными – (SO42-) и (OH-).
      На  катоде протекают реакции:
      Zn2++2e>Zn                                                                                                  (1.6)
      ++2e2^                                                                                                 (1.7)
      Как известно, нормальный потенциал цинка  равен минус 0,763 В, а водорода ±0 В. Согласно ряду напряжений, на катоде должен идти процесс разряжения ионов водорода. Однако в практических условиях электролиза на катоде осаждается преимущественно цинк. Объясняется это высоким перенапряжением разряда ионов водорода, благодаря которому потенциал его делается в определенных условиях отрицательнее потенциала цинка. Для проведения электролиза в водных растворах электролита стараются создать условия для большого перенапряжения выделения водорода, так как выделение водорода на катоде совместно с основным металлом является нежелательным процессом [9].
      Величина  перенапряжения водорода зависит от многих факторов, основными из которых  являются: материал катода, плотность  тока, состояние катодной поверхности, температура, концентрация ионов водорода и других ионов в электролите. Например, при повышении температуры и кислотности электролита перенапряжение будет уменьшаться и на катоде начнет выделяться водород, что повлечет к ухудшению качества осажденного на катодах цинка и увеличению расхода электроэнергии [8].
      Таким образом, к факторам, повышающим перенапряжение водорода, относятся: чистота раствора, высокая плотность тока, низкая кислотность и низкая температура электролита, гладкий катодный осадок, наличие в растворе поверхностно-активных веществ определенной концентрации.  

      1.4 Существующее состояние автоматизации
      На  сегодняшний день на металлургических предприятиях осуществлена лишь частичная  автоматизация процесса электролиза  цинка. При этом чаще всего используются устаревшие приборы и средства автоматизации, которые по функциональным возможностям и быстроте обработки информации намного уступают современным. Часть функций контроля технологических параметров осуществляется обслуживающим персоналом в течение смены.
      За  основу взято существующее состояние  автоматизации 3 серии электролизного отделения УК МК АО «Казцинк». Здесь используются приборы, которые вышли из серийного производства. Контроль температуры нейтрального, смешанного и отработанного электролитов осуществляется при помощи термометров ТСМ 5071 с регистрацией показаний на многоточечных самопишущих приборах КСМ-3.
      Расход  нейтрального электролита измеряется щелевым расходомером, состоящим  из сужающего устройства, датчика  перепада давления ДМ-3583, преобразователя  НП-П3 и вторичного прибора КСП-3. Показания с расходомеров суммируются блоком А-05 и регистрируются на самопишущем приборе КСУ-3.
      Измерение уровня электролита производится в  напорном желобе и в коллекторе при  помощи пьезотрубки, датчиком ДМ-3583 с  регистрацией на вторичном самопишущем  приборе КСД-3. В качестве регулирующего устройства используется регулятор Р-27 с задающим устройством ЗУ-05.
      Данные  приборы уже не целесообразно  использовать, так как современные  приборы имеют меньшую погрешность измерения, высокую скорость обработки и передачи информации, возможность предоставления информации о ходе технологического процесса обслуживающему персоналу в удобном виде на экране монитора, оперативное выявление аварийных ситуаций, возможность архивирования данных, удобство монтажа и т.д. 

      1.5 Процесс электролиза цинка как объект автоматизации
      Реализуемая система управления является замкнутой  или иными словами системой с  регулированием по отклонению. Данная система использует текущую рабочую  информацию о регулируемых величинах, определяет отклонение от заданного значения и принимает меры к устранению этого отклонения.
      Система управления должна обеспечивать качество осаждаемого цинка посредством  поддержания постоянными заданные параметры электролита, поступающего на электролиз, а также обеспечивать контроль объёмов циркулирующих растворов.
      Процесс электролитического осаждения цинка  как объект управления (в соответствии с рисунком 1.2) характеризуется следующими параметрами:
      а) входные параметры:
            1) температура электролита,  поступающего на электролиз, 0С;
            2) расход электролита, поступающего на электролиз, м3/ч.
      б) выходные параметры:
            1) температура отработанного  электролита, 0С;
            2) расход отработанного  электролита, м3/ч;
            3) концентрация серной  кислоты в отработанном электролите.
      в) возмущающие воздействия:
            1) состав электролита, поступающего на электролиз, г/л;
            2) потери электролита по ходу его транспортировки по желобам.
      г) управляющие воздействия:
            1) расход нейтрального  электролита на электролиз, м3/ч;
            2) расход отработанного  электролита из коллектора, м3/ч. 


Рисунок 1.2 – Процесс электролиза как  объект управления 

      Процесс электролиза цинка осуществляется с непрерывной циркуляцией через  ванны нейтрального и охлажденного отработанного электролита, смешанного в пропорции 1:14. Для этого необходимо регулировать подачу нейтрального электролита в зависимости от расхода охлажденного электролита.
      Повышение температуры отработанного электролита  в коллекторе выше 45оС означает, что температура раствора в электролизных ваннах увеличилась выше допустимого. Для поддержания температурного режима в ваннах необходимо регулировать температуру отработанного электролита увеличением циркуляции охлаждённого отработанного раствора, уменьшением подачи нейтрального электролита и откачивания отработанного электролита на выщелачивание.
      Так как отработанный электролит многократно циркулирует через электролизные ванны, то его параметры будут непосредственно влиять на параметры электролита, поступающего на электролиз. Поэтому увеличение концентрации серной кислоты в отработанном электролите необходимо регулировать подачей в ванны нейтрального электролита. Это осуществляется для уменьшения содержания серной кислоты в электролите, поступающем на электролиз в ванны.
      Повышение или понижение уровня раствора в  напорных баках должно регулироваться подачей в них нейтрального раствора после очистки с помощью насосов.
      Для того, чтобы не допустить перелив раствора в коллекторе, уровень в нем необходимо регулировать с помощью насосов, откачивающих отработанный раствор. При этом раствор должен откачиваться на выщелачивание и в градирни в соотношении 1:14.
      При повышении уровня электролита до предельного значения в напорном желобе следует уменьшить подачу нейтрального электролита.
      Таким образом, к регулируемым параметрам относятся:
      - температура электролита в электролизных ваннах;
      - концентрация серной кислоты  в отработанном электролите в  коллекторе;
      - расход нейтрального электролита  из напорных баков;
      - расход отработанного электролита  на выщелачивание;
      - расход отработанного электролита из коллектора в градирни;
      - уровень электролита в напорных  баках;
      - уровень электролита в напорном  желобе;
      - уровень электролита в коллекторе.
      Кроме этого, необходим контроль расхода  охлажденного электролита после  градирни для поддержания пропорции смешивания с нейтральным электролитом. Для поддержания температурного режима следует в нейтральном, отработанном и охлажденном электролитах измерять температуру.
      Контролируемые  параметры:
      - расход охлажденного электролита  из градирни;
      - температура нейтрального  электролита в желобе от напорных баков;
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.