Equipos eléctricos y automatización de plantas de electrólisis.

Todos los electrodos en los baños de electrólisis suelen estar conectados en paralelo, de modo que la corriente del electrolizador consiste en la suma de las corrientes de los pares de electrodos individuales: por el contrario, el voltaje en el baño es igual al voltaje en los pares de electrodos. . Los baños de electrólisis, a su vez, se conectan en serie, de forma que la tensión total de la instalación alcanza los cientos de voltios. Una excepción son las instalaciones de descomposición de agua hechas según el principio de un filtro prensa, donde todos los electrodos están conectados en serie.

Debido al hecho de que las corrientes en las plantas electrolizadas y los tamaños de las plantas son grandes, el sistema de conductores de corriente es bastante ramificado, con una gran cantidad de contactos.

En la Fig. 1 muestra un diagrama de barras para un baño de electrólisis de aluminio. Como puede ver, es muy complejo y proporciona suministro de energía bidireccional a través de paquetes de bus potentes y el uso de compensadores de expansión térmica flexibles.Además, en caso de que sea necesario desconectar los baños durante las reparaciones, se proporcionan puentes que conectan los paquetes de cátodos de dos baños adyacentes, eliminando así uno de ellos.

Arroz. 1. Barra colectora para un baño de electrólisis de aluminio con un ánodo continuo y suministro de corriente lateral: 1 — elevador de ánodo, 2 — barra colectora de ánodo, 3 — barra colectora de compensación, 4 — barras colectoras de ánodo flexible, 5 — contacto de barra colectora pin, 6 — barra colectora de cátodo, 7 — bus de cátodo flexible, 8 — bus de cátodo de paquete.

El aluminio y el cobre se utilizan como material para los rieles, con menos frecuencia el hierro. Densidad de corriente económica en electrólisis es 0,3 — 0,4 para barras de aluminio, 1,0 — 1,3 para barras de cobre, 0,15 — 0,2 A / mm2 para barras de acero y hierro fundido.

Se comprueba la sección transversal de los neumáticos para determinar la pérdida de tensión (no más del 3 %), el calentamiento (temperatura máxima de 70 °C a una temperatura ambiente de 25 °C) y la resistencia mecánica. Las conexiones de contacto fijo se realizan por presión (los neumáticos se comprimen entre dos placas de acero fundido, se aprietan con pernos) o se sueldan. Los contactos de enchufe están atornillados. Las abrazaderas de cuña o excéntricas son más confiables y convenientes.

Debido a su mayor potencia, las plantas de electrólisis generalmente se alimentan de una red de alto voltaje y se utilizan transformadores reductores especiales para hacer coincidir el voltaje de suministro con el voltaje de las plantas al suministrar unidades de conversión para convertir la corriente alterna trifásica en corriente continua. .

Los rectificadores de semiconductores con regulación suave de voltaje se utilizan para alimentar plantas de electrólisis con alta potencia, porque su eficiencia es alta (98 - 99%), son más confiables y duraderos, fáciles de mantener, constantemente listos para funcionar, silenciosos y sin emisiones tóxicas.

A la hora de crear plantas de electrólisis potentes, es necesario incluir válvulas semiconductoras en paralelo, ya veces en serie, lo que provoca dificultades debido a una cierta dispersión de sus características. Para igualar la distribución de corriente entre las válvulas en conexión en paralelo y la tensión en serie, se utilizan soluciones de circuitos especiales.

Dado que las válvulas de semiconductores no pueden soportar sobrecargas significativas de corriente y voltaje, se utilizan dispositivos de protección especiales que cortocircuitan las válvulas en caso de falla y las apagan cuando ocurre un aumento peligroso en el voltaje o la corriente de operación.

La regulación de la tensión rectificada en instalaciones con diodos semiconductores sólo es posible en el lado AC. Para esto, se usa la conmutación de los pasos de voltaje del transformador reductor principal o un transformador de control especial con un interruptor de paso remoto. Se incluye un reactor de saturación en cada brazo del puente rectificador para una regulación uniforme del voltaje.

La disposición de las válvulas se realiza generalmente en armarios fabricados para corrientes de 13.000 y 25.000 A y para tensión rectificada de 300 - 465 V. Los armarios completan las subestaciones de conversión que alimentan las plantas de electrólisis. El enfriamiento de los gabinetes de rectificadores puede ser aire o agua.

El ajuste automático de las unidades convertidoras se puede realizar de tres formas: para tensión constante, para potencia constante, para corriente constante.

La regulación de voltaje de CC también proporciona corriente constante para procesos donde no hay efectos de ánodo. Para plantas de electrólisis de aluminio, tal sistema no es satisfactorio, porque con la aparición de efectos anódicos, la corriente en una serie de baños disminuye y la productividad de los baños disminuye, especialmente con efectos anódicos simultáneos en varios baños. En este caso, no solo la productividad de una serie de baños puede caer en un 20 - 30%, sino que también se altera el modo térmico de operación de los baños de electrólisis.

En la regulación de potencia constante, esta última es mantenida por un regulador constante; en el caso anterior la corriente en serie cae pero menos que en el caso anterior ya que el regulador aumenta el voltaje. Con esta regulación no hay cambios en el consumo de energía, lo cual es deseable para el sistema de potencia, pero requiere un margen de tensión en la subestación de conversión.

La regulación de DC es la mejor en términos de cumplir con los requisitos del proceso. Sin embargo, con dicha regulación, en caso de caída de tensión en la red de alimentación o aparición de un efecto anódico, el regulador aumenta la tensión de alimentación y aumenta el consumo energético. Por lo tanto, este sistema de control requiere reservas de voltaje y energía en la subestación convertidora (típicamente dentro del 7-10%).

Recientemente se ha comenzado a trabajar en el uso de fuentes de corriente paramétricas para la alimentación de plantas de electrólisis, en las que se produce un efecto de ánodo que estabiliza automáticamente la corriente alterna independientemente de los cambios en su resistencia.

Por lo general, los baños de electrólisis se instalan a lo largo del eje del cuerpo del edificio en dos o cuatro filas, y la subestación eléctrica está conectada al cuerpo del baño a través de conductos de bus en conductos de bus o rampas. Dentro de la carcasa, las barras colectoras están ubicadas en canales de barras colectoras a ambos lados de las celdas.

Diagrama del movimiento de iones durante la electrólisis de cobre Electrolito: la solución de sulfato de cobre se vierte en un recipiente y se bajan dos placas de cobre (electrodos). Los procesos que ocurren durante la electrólisis se discuten en los artículos. que es la electrólisis y Electrólisis - ejemplos de cálculo.