170661. lajstromszámú szabadalom • Eljárás alumíniumot termelő elektrolizáló cllában az alumíniumklorid koncentráciíjának szabályozására
5 170661 6 függésének számlálójára és nevezőjére azonos értelemben hat. A találmány egyik foganatosítási módja szerint, amelyet kétállású szabályozási módszernek nevezhetünk, egy alumíniumklorid-adagolót nyitunk, ha a mért eredő ohmos ellenállás kisebb, mint az előírt optimális üzemi érték. Az eredő ohmos ellenállást például egy számítógép segítségével a hozzákapcsolt digitális feszültségmérő és árammérő által mért adatokból a fentebb ismertetett Rm =[E-(NE°)]/I összefüggés alapján határozhatjuk meg. Az adagolás sebességét úgy állíthatjuk be, hogy az alumíniumklorid gyorsabban áramoljon a fürdőbe, mint ahogyan az előírt optimális koncentráció fenntartásához szükséges volna. Ezáltal az eredő ohmos ellenállás értéke növekedni kezd. Amikor az optimális alumíniumklorid-koncentrá ;ióhoz tartozó előírt ellenállásérték túllépését észleljük, az adagolót ismét elzárjuk, és az adagolást mindaddig szüneteltetjük, amíg az eredő ohmos ellenállás az előírt érték alá nem csökken. A találmány másik változata szerint háromféle adagolási sebességet alkalmazunk. Ezek közül például a normális vagy állandó adagolási sebesség az alumíniumklorid olyan mértékű utánpótlását biztosítja, amely a legutóbbi mintavétel alapján a legmegfelelőbbnek bizonyul a fürdőben levő alumíníumklorid koncentrációjának optimális szinten való tartására. Ezt a normális, vagy állandó adagolási sebességet F-fel jelöljük, és lbs/sec-ban kifejezve az F=kNICe egyenletből határozhatjuk meg. Itt k a Faraday- és súlyegyenértékek alapján 1,015 • 10"8 -nal egyenlő (ha viszont az F-et kg/sec-ban fejezzük ki, akkor k = = 0,4604 • 10~8 ), N a cellában levő rekeszek száma, I az amperben mért áramerősség, Ce pedig az üzemi tapasztalatok alapján feltételezett és %-ban megadott áramhatásfok. Ennél a kiviteli alaknál a második, vagyis a gyors adagolási sebesség például 5—20%-kal nagyobb mint a normális, vagy állandó sebesség. A harmadik vagyis a lassú adagolási sebesség pedig például 5—20%kal van a normál érték alatt. Ha az eredő ohmos ellenállás (Rm ) észlelt értéke eleget tesz az Rra =R±KR egyenletnek, amelyben a K tényező 0,001 és 0,01 közé eshet, R pedig az alumíniumklorid optimális koncentrációjához tartozó előírt ellenállásérték, vagyis más szóval az eredő ohmos ellenállás értéke bizonyos megengedett határok közé esik, akkor a fentebb említett normális adagolási sebességet használjuk. Ennél a kiviteli alaknál az Rm < (R - KR) esetben a gyors, az R m > (R + KR) esetben pedig a lassú adagolási sebességet használjuk. A találmány harmadik foganatosítási módja szerint arányos szabályozást alkalmazunk. Ilyenkor az alumíniumkloridot olyan sebességgel adagoljuk, amely arányos a cella áramával, és megegyezik azzal a sebességgel, amelyet a cella Ce százalék áramhatásfok mellett és Rm = R esetén igényel. Tehát az adagolási sebesség az R — Rm -mel arányosan növekszik, illetve az utóbbi negatív értéke esetén arányosan csökken. A kg/sec-ban mért adagolási sebességet az F = 0,4604 • 10~8 • NICe {l + [(R - R m ) • K]} összefüggéssel fejezhetjük ki, ahol I az amperekben mért áram, Ce a százalékban megadott és a legutoljára mért áramhatásfok, K pedig egy arányossági tényező. Az utóbbit tapasztalati úton úgy állítjuk be, hogy. gyors-5 működésű, de túlkompenzálás nélküli szabályozást biztosítson. így azonnal beláthatjuk, hogy az említett rendszerek és foganatosítási módok alkalmazásával a cella-fürdőkben kielégítően konstans alumíniumklorid koncentráló ciót tudunk fenntartani a cellák vagy cellasorok maximális hatásfokkal való működtetése végett. Ezáltal, amennyire csak lehet, kiküszöböljük az előírt optimális üzemi szinttől való nemkívánatos eltéréseket, vagyis megelőzzük a nagyobb koncentrációval járó kisebb áramhatásfokot, 15 illetve a kisebb koncentrációval járó katód túlfeszültséget, vagy a káros „katód effektust", amely utóbbi a kapocsfeszültség és az ohmos ellenállás hirtelen emelkedésében nyilvánul meg. A felsorolt tények alapján az is nyilvánvaló, hogy 20 a találmány szerint a cella fürdőjébe adagolt alumíniumklorid mennyiség szabályozását szükség esetén bizonyos különleges követelményekhez illeszthetjük. Például az egyik kiviteli alaknál az alumíniumkloridot mindaddig az előre meghatározott vagy előreszámított optimális 25 üzemi sebességgel adagolhatjuk, amíg a cella fürdőjében az alumíniumklorid-koncentrációnak az előírt optimális üzemi szinttől való eltérése, amelyet például a cella eredő ohmos ellenállásából vagy az állandó áramnál mért teljes kapocsfeszültségből határozunk meg, túl nem lépi a 30 megengedett mértéket. Ezen a ponton, ha az eltérés a nagyobb koncentráció felé történik, az adagolást vagy teljesen leállítjuk, vagy az adagolási sebességet csökkentjük. Ha viszont az eltérés kisebb koncentrációt eredményez, akkor az említett mértékű eltérésnél egy 35 nagyobb adagolási sebességre térünk át, és ezt használjuk mindaddig, amíg az eredő ohmos ellenállás vagy kapocsfeszültség el nem éri az előírt optimális szintet. Kétállású szabályozórendszer esetén pedig a működés elindításakor adagolunk be egy bizonyos mennyiségű 40 alumíniumkloridot, majd utána nem adagolunk mindaddig, amíg a koncentráció csökkenése meg nem haladja a megengedett értéket. Ekkor a fürdőbe egy újabb adag alumíniumklorid adagot vezetünk, és ezzel visszaállítjuk az eredeti koncentrációt. 45 A találmány szerint nem kritikus, hogy az Rm -mel jelölt eredő ohmos ellenállást milyen gyakran mérjük, ámbár ha ezt sűrűbben végezzük, akkor valamivel hatásosabb működést kapunk. Az utóbbi esetben ugyanis kisebb eshetőség van arra, hogy a fürdőben levő alumí-50 niumklorid koncentrációja lényegesen eltérjen az előírt optimális üzemi szinttől, amelynél a cella a legjobb hatásfokkal működik. Az ellenállásméréseket általában 30 másodperc és 3 perc között bármilyen időközönként végezhetjük. 55 A találmány előnyei közé tartozik az is, hogy a szabályozó rendszer alapvetően automatizálható, például egy számítágéppel összekapcsolt alumíniumklorid-adagoló segítségével. Egy ilyen rendszer esetén a számítógép közvetlenül leolvashatja a cella teljes kapocsfeszültségét, 60 vagy pedig az előírt időközökben leolvasott feszültség-és áramadatokból a fentebb közölt képlet alapján kiszámíthatja az eredő ohmos ellenállást. így a számítógép egy jelet küldhet az adagolóhoz, amikor az alumíniumklorid koncentrációja azt mutatja, hogy több vagy keve-65 sebb alumíniumkloridot kell adagolni, vagy az adagolást 3
