氧化铝蒸发系统的模拟优化

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［ 8 ］
（ 11 ）
根据饱和水蒸气热焓表 式：
关系回归成如下算
2． 2
系统热量平衡 根据传热速率方程
［7 ］
h = 2495 ． 867 + 1 ． 741 T + 2 ． 653 × 10 － 3 T2 － 1 ． 956 × 10 － 5 T3
， 新蒸汽在 Ⅰ 效汽室内 下：
C p = 4 ． 186 － 2 ． 923 x1 － 3 ． 266 x2 － 0 ． 071 x3 H = Cp T （ 13 ）
dx i2 1 s = （ F i x i20 － F in， i x i2 － V i x i2 + V i x i2 ） dt M i in， dx i3 1 s = （ F i x i30 － F in， i x i3 － V i x i3 + V i x i3 ） dt M i in， （ 7） （ 8）
式中
F in， — —第 i 效蒸发单元的进料量； i— F out， — —第 i 效蒸发单元的出料量； i — Vi — — —第 i 效蒸发器出口乏汽量； V
s i
— — —第 i 级闪蒸器进第 i 效蒸发器乏
s
x210 = （ Fout， 其中， 4 x10 + Ffeed3 x11 ） / Fout， 4 + Ffeed3 ） 。 ， 同理 由铝氧和苛碱质量平衡方程分别得出 铝氧和苛碱微分方程：
则蒸发器和闪蒸汽出口料液热焓分别为 ： （ 17 ） ， （ 21 ） ， （ 22 ） 得各效蒸 由式（ 6 ） ～ （ 8 ） ， 发器出料温度微分方程：
dT e 1 i e e = ［ Q + F in， i T i + 1 C p（ i + 1 ） － F in， i T i C pi0 + dt M i C pi i

表 1 计算值与工厂测定值 的比较
蒸水量 d / ( t h- 1)
测定 计算
出料温度 t/ 测定 计算
苛性碱浓度 N k/ ( g L- 1)
测定 计算
1. 377 1. 45 107 113. 0 176. 2 176. 2
8. 065 7. 69 141 141. 2 166 166. 3
10. 615 10. 97 116 117. 8 151. 2 151. 2
(6) 以蒸发 母液苛性碱浓度 N k ( g/ L ) 为目标浓 度[ 2] , 采用黄金分割法[ 3] 在新蒸汽量区间[ d min, d max] 搜索, 通过在区间内连续进行黄金分割, 逐步逼近应加 入新蒸汽量, 使计算所得 N k 与给定完成液 N k 一致。
1 流程和算法
某氧化铝厂种分母液蒸发系统流程如图 1 所示,
13. 756 13. 00 90
90. 8 134. 4 134. 0
14. 964 15. 00 69
69. 2 117. 6 118. 0
述算法对蒸发系统进行了全面分析。采用单因素法, 每次只变化一个因素, 有关模拟计算因素值见表 2、表 3。各效蒸水量及单耗与相关因素间的关系分别见图 2~ 图 6 和表 4。单耗 q h 定义为蒸发 1 t 水所产生的 蒸汽质量, t。
!效结疤严重时, 传热效果恶化, 使冷凝水温度升 高, 扩容蒸汽量大部分 后移, ∀、∃效的蒸水 量增加。 在实际生产中, 由于 !效的加热温度高, 使 ! 效内结疤 速度加快, 传热效果会大大变差。因此, 应严格遵守操 作规范, 定期进行水洗、酸洗, 尽量避免结疤产生, 改善 传热效果, 降低汽耗。由于 ! 、∀效易受 传热能力控 制, 在 #、∃效结疤变厚时, ! 效蒸水量不变化, ∀效变 化不大。尽管一般情况下 #、∃效蒸发器结疤不严重, 可一旦它们传热效果不好, 则汽耗更大。

（ ‘ 沈 阳 农 业 大 学 信 息 与 电气 工 程 学 院 ，辽 宁 沈 阳 １ １ ０ ８ ６ ６ ； 。 东 北 大 学 流 程 工 业 国 家 重 点 实 验 室 ，辽 宁 沈 阳 １ １ ０ ０ ０ ４ ）
摘 要 ：氧化 铝 蒸 发 过 程 的关 键 工 艺 指 标 碱 液 浓 度 不 能 在 线 检 测 且 与 控 制 回路 输 出之 间 的 动 态 特 性 难 以用 精 确 的
Ｕｎｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｓｈｅ ｎｙａ ｎｇ １ １ ００ ０４， Ｌｉ ａ ｏ ｎｉ ｎｇ， Ｃｈｉ ｎａ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｈｅ ｋｅ ｙ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎｉ ｃ ａ ｌ ｉ ｎ ｄｅ ｘ， ｎａ ｍｅ ｌ ｙ， ａ ｌ ｋａ ｌ ｉ ｎ ｅ ｓ ｏｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎｃ ｅ ｎｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｏ ｆ ａ ｌ ｕ ｍｉ ｎ ａ ｅ ｖ ａ ｐ ｏｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐｒ ｏｃ ｅ ｓ ｓ。 ｃ ａ ｎ ｎ ｏｔ ｂ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕｒ ｅ ｄ ｏｎ — ｌ ｉ ｎ ｅ ． Ｍｏ ｒ ｅ ｏ ｖ ｅ ｒ， ｉ ｔ ｉ Ｓ ｕ ｓ ｕ ａ ｌ ｌ ｙ ｄｉ ｆ ｆ ｉ ｃ ｕｌ ｔ ｔ Ｏ ｄ ｅ ｓ ｃ ｒ ｉ ｂｅ ｔ ｈ ｅ ｄ ｙｎ ａ ｍｉ ｃ ｓ ｃ ｈ ａｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｂｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ ｔ ｈｅ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎｉ ｑ ｕｅ ｓ ｉ ｎｄ ｉ ｃ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈｅ ｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｏ ｏ ｐｓ ｂｙ ｕｓ ｉ ｎｇ ａ ｎ ａ ｃ ｃ ｕｒ ａ ｔ ｅ ｍ ａ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ
（ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｉ ｎ ｆｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ＂ Ｅｎ ｇｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ，Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ Ａｇｒ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ。Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ １ １ ０ ８ ６ ６ ， Ｌｉ ａ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ； 。 Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ Ｋｅ ｙ Ｌａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ Ｄ ／ 、 Ｓ ｙｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ Ａｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ Ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ Ｉ ｎ ｄｕ ｓ ｔ ｒ ｉ ｅ ｓ ， Ｎｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ａ ｓ ｔ ｅ ｒ ｎ

(School of Information Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, Hunan, China)
. All Rights Reserved.
Abstract: In the multi-effect evaporation process in Bayer process for alumina production, liquid level of each effect is an important parameter that influences other parameters and important for optimization of evaporator operation. But in the actual production, the liquid level is usually set empirically in a large rang, so that the process cannot run in optimal situation. This paper proposed a liquid level optimization method based on exergy analysis. By deeply analyzing the liquid level’s effect on other evaporation parameters and using the actual running data, the relationships between liquid level and other parameters are obtained. Combining the material balance of the evaporator and the exergy analysis method, optimization model for energy consumption based on the maximum exergy efficiency is established. The optimization model is then solved by STA using two different constraint handling technology under a certain condition to get better solutions. Finally the optimal level under three different pickling cycle is calculated and evaporation liquid level curve for each effect is obtained.

四效逆流降膜蒸发系统的建模与故障仿真胡志坤;李哲彬;陈志文;桂卫华;阳春华【摘要】针对氧化铝生产蒸发过程难以控制、故障数据难以采集的现象,根据热力学的基本原理,利用奥秘仿真系统,用高保真的模型元件通过模块化的方法建立四效逆流降膜蒸发加三级闪蒸的氧化铝生产蒸发过程模型.根据氧化铝蒸发系统的特点,将模型分为4个蒸发器模块、3个预热器模块和3个闪蒸器模块.为了体现系统的中间过程,模型中把蒸发器模块分为蒸汽单元和物料单元.通过软件中模型计算和仿真验证模型的有效性,与氧化铝蒸发过程实际测量值相比较,证明模型能够很好地反映氧化铝蒸发的动态生产过程.此外,模型还设置一些实际过程中常发生的故障.研究结果表明:通过数据分析发现故障仿真结果与理论结果相符合,为故障检测和优化控制系统奠定了基础.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(046)012【总页数】8页(P4504-4511)【关键词】蒸发过程;模块化;故障仿真【作者】胡志坤;李哲彬;陈志文;桂卫华;阳春华【作者单位】中南大学物理与电子学院,湖南长沙,410083;中南大学物理与电子学院,湖南长沙,410083;Institute for Automatic Control and Complex Systems, University of Duisburg-Essen,Bismarckstr.81 BB, Duisburg 47057, Germany;中南大学信息科学与工程学院,湖南长沙,410083;中南大学信息科学与工程学院,湖南长沙,410083【正文语种】中文【中图分类】TP273氧化铝蒸发是氧化铝拜耳法生产工艺中很重要的一个环节，蒸发工艺的能耗相对较高，约占氧化铝全工艺总气耗的40%~50%[1]，因而提升蒸发效率能够很大程度降低能耗和成本。

氧化铝蒸发工艺设备较多，如蒸发器、预热器和闪蒸器等；且流程较长，有4效蒸发单元和3效闪蒸单元；此外，在实际工况现场，氧化铝蒸发过程的操作参数难以控制，且受到原液和蒸汽参数的影响，使得生产过程很难维持稳定，成分波动较大[2]。

氧化铝生产蒸发工序研究摘要通過氧化铝?计算，能够了解氧化铝在生产蒸发过程中的用能，能够为氧化铝蒸发工序的深入探索提供支撑。

基于此，本文首先分析了氧化铝蒸发工序，并就其中蒸发过程中的用能进行阐述，同时就工序能量系统优化进行探索，希望可以为氧化铝生产蒸发工序的研究提供借鉴。

关键词氧化铝生产；蒸发工序；用能分析1 氧化铝蒸发工序氧化铝的生产作为一种有色金属冶炼过程，其具有流程长、能耗高的典型特点。

以被广泛应用的拜耳法生产氧化铝为例，其主要生产加工流程为“制备原矿浆-高压溶出-稀释溶出矿浆-赤泥分离和洗涤-分解晶种-氧化铝分级与洗涤-氧化铝焙烧-种分母液蒸发”等。

其中在此生产过程中以种分母液蒸发的工序环节消耗的能量最高。

占整个生产总能耗的20%-25%，占整个正产总气耗的48%-52%。

以某氧化铝厂为例，其所应用的四效逆流三级闪蒸的管式降膜蒸发系统，蒸发原液通过泵送方式送至IV效蒸发器，经过相应蒸发器转化加热后，再通过三级闪蒸汽予以闪蒸浓缩，然后经过料泵输出；I效蒸发器里进入新蒸汽时，该蒸发器对料液进行加热，I效-III效蒸发器加热源所均有上一效产生的二次蒸汽提供。

IV 蒸发器的产生的二次蒸汽直接经过冷凝器降温后排出；一、二、三级闪蒸器所产生的二次蒸汽和I、II、III效蒸发器产生的残余二次蒸汽分贝通过数字对应的预热器，对预热器内存在的溶液进行加热。

前四效（Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ和Ⅳ）蒸发器的冷凝水通过数字对应效冷凝水自蒸发器，自蒸发最后产生的乏汽可作为各效蒸发器的热源，经冷凝水进行冷却后再通过水泵被排出[1]。

2 蒸发工序用能分析2.1 蒸发工序?分析模型在热力学系统中，?指的是系统经可逆过程达到与环境处于完全热力学平衡状态时所能获得的理论最大有用功。

氧化铝蒸发流程一般产生5类?：（1）输入?流Exi，包括蒸发工序中的第一类用料（新蒸汽）和第二类用料（原液）所产生的?。

（2）回收自用?流Exr 。

本流程产生的回收自用的?，主要包括：I-III效蒸发器产生的二次蒸汽所产生的?；①，②和③级闪蒸器闪蒸二次蒸汽所含的?；1-4效冷凝水自蒸发器闪蒸二次蒸汽所产生的?。

ＦｏｘｂｏｒｏＩ／Ａｓｅｒｉｅｓ系 统 具 有 组 态 灵 活，硬 件 种 类 少 、可 靠 性 高 及 通 信 网 络 开 放 等 特 点 ，在 国 内 诸多氧化铝厂广泛应用。某氧化铝厂的蒸发工序 ＤＣＳ系统采用 ＦｏｘｂｏｒｏＩ／Ａ ｓｅｒｉｅｓ控 制 系 统，其 配 置如图 １所示。
图 １ 蒸发工序 ＤＣＳ系统配置
笔者对现有蒸发 ＤＣＳ系 统 进 行 分 析 优 化，将
一些新技术和新思路引入现有的生产管理流程， 并运用统计学、运 筹 学 等 对 实 际 生 产 中 长 期 积 累 的历史数据进 行 大 数 据 分 析 和 处 理，不 断 建 立 和 完善智能 控 制 模 型，进 而 指 挥 ＤＣＳ系 统，以 稳 定 生产过程，同时最大限度地提高热能利用 率，减少 能量消耗。 １ 蒸 发 工 艺 流 程 及 其 控 制 系 统 概 述 １．１ 蒸 发 工 艺 流 程
某氧化铝厂蒸发工序采用七效蒸发加五级闪 蒸工艺。从蒸发原液槽来的蒸发原液通过进料泵， 一 半 原 液 送 入 六 效 蒸 发 器 的 分 离 器 ，经 六 效 蒸 发 器 和 七 效 蒸 发 器 蒸 发 浓 缩 后 出 料 ；另 一 半 原 液 送 五 效 蒸发器，再 逐 级 送 到 前 效 蒸 发 器 进 行 母 液 蒸 发 浓 缩；蒸汽由一效 降膜 蒸发器 进入，流向与 原液流程 相 反 。 蒸 发 原 液 在 蒸 发 器 中 蒸 发 掉 部 分 水 分 后 ，从 一效降膜 蒸 发 器 排 出，再 进 入 闪 蒸 器 进 行 五 级 闪 蒸 ，得 到 浓 度 满 足 要 求 的 蒸 发 母 液 后 送 到 循 环 母 液 调 配 工 序 。 此 外 ，剩 余 的 蒸 发 原 液 送 至 循 环 母 液 调 配工序与蒸发母液、液碱共 同配制循 环母 液，配置 好的循环母液送配料工序。新蒸汽换热后变为新 蒸 汽 冷 凝 水 ，再 经 六 级 闪 蒸 ，充 分 利 用 热 能 ，经 电 导 率 检 测 合 格 送 热 电 厂 ，不 合 格 送 原 液 水 洗 的 赤 泥 洗 水 槽 。 二 次 汽 冷 凝 水 同 样 要 进 行 电 导 率 检 测 ，含 碱 合格的水送蒸发原液水洗的好水槽作为氢氧化铝 成 品 洗 涤 用 水 ，不 合 格 的 送 蒸 发 原 液 水 洗 的 清 洗 前

氧化铝生产多效蒸发器建模仿真
宋二伟;彭庆收;王二强
【期刊名称】《有色金属(冶炼部分)》
【年(卷),期】2024()2
【摘要】作为氧化铝生产过程的关键工序,多效蒸发工序的设备较多、操作复杂,蒸发过程涉及到的变量众多、变量之间的耦合关系很复杂,给现场操作带来了一定挑战。

蒸发器蒸水量和汽水比(新蒸汽用量与蒸水量比值)是蒸发工序考核的重要指标,其数值大小直接影响到蒸发工序操作成本。

尤其在蒸汽不足时,蒸发效果直接影响到母液浓度,甚至影响整个生产流程及产能,最终影响到企业的竞争力。

调查发现,现场操作基本以经验为主,调整工艺参数未能到达预期目的,有时甚至出现相反效果,致使蒸发器潜能未能充分发挥,生产条件未能达到最优。

基于物料衡算、能量衡算,借助流程模拟软件,搭建氧化铝生产逆流多效蒸发工艺等效物理模型,对拜尔法氧化铝生产多效蒸发工序工艺参数进行分析,探究不同工艺参数对蒸水量(汽耗)的影响规律,为蒸发工序实际操作提供理论指导,进而实现氧化铝生产节能、减排目的,助力氧化铝企业绿色低碳可持续发展。

【总页数】7页(P57-63)
【作者】宋二伟;彭庆收;王二强
【作者单位】滨州魏桥国科高等技术研究院;中国科学院大学
【正文语种】中文
【中图分类】TF821
【相关文献】
1.七效管式降膜蒸发器组在氧化铝行业中的应用
2.低温多效横管蒸发器在氧化铝生产中的应用
3.氧化铝母液蒸发器增加效数节能降耗改造
4.氧化铝母液蒸发器增加效数节能降耗改造
5.氧化铝生产多效蒸发器末效乏汽潜热回收发电工艺研究
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基于子流程图的氧化铝蒸发过程模拟系统
王雅琳;邱海峰;桂卫华;阳春华
【期刊名称】《计算机工程》
【年(卷),期】2009(035)023
【摘要】为了便于分析并优化氧化铝蒸发过程中蒸汽消耗的分布,设计一种基于子流程图的氧化铝蒸发过程模拟系统.介绍氧化铝蒸发的工艺流程,针对氧化铝多效蒸发流程中各效内部单元模型基本相同的特点,在创建流程图时引入子流程图来管理单元模块和相关变量,以简化整体流程图、提高求解效率.采用Lee-Rudd环路分解法切割流程图中的环路,寻找最佳收敛模块.该系统提高了蒸发模拟系统建模的可重用性.
【总页数】3页(P260-262)
【作者】王雅琳;邱海峰;桂卫华;阳春华
【作者单位】中南大学信息科学与工程学院,长沙,410083;中南大学信息科学与工程学院,长沙,410083;中南大学信息科学与工程学院,长沙,410083;中南大学信息科学与工程学院,长沙,410083
【正文语种】中文
【中图分类】TP319
【相关文献】
1.基于用分析的氧化铝多效蒸发过程液位优化设定方法 [J], 左健;谢永芳;王晓丽;王峰;阳春华
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氧化铝生产蒸发工序用能分析及节能研究摘要：能源是现代社会发展的基础，金属材料是现代社会发展的根本。

因为铝制品以及相关合金本身的优良性能，逐渐成为了现代社会发展所使用的主要的金属材料，铝本身的强烈需求刺激了氧化铝生产业的稳定发展。

氧化铝生产工业是冶金工业的主要组成部分也是现代国民经济的基础构成部分。

其中蒸发工序是整个氧化铝生产的主要工序之一，其本身的能耗高低直接制约了氧化铝生产工业化的稳定发展。

为此在现有工作背景下对氧化铝生产蒸发工序进行性能分析以及节能研究有着重要的意义。

关键词：氧化铝；生产蒸发工序；节能我们通过对于蒸发工序进行热平衡的测试分析，根据测试数据对于这项工序内容实现了物料均衡性的分析研究，指出了蒸发工序本身存在的整水（蒸水）能力不足以及吨水汽耗较高两个主要的问题。

为此我们通过从整体到局部的研究方式，提出了节能型技术优化路径。

首先对蒸发工序进行分析和研究，其次分别对冷凝水自动蒸发器以及蒸发器的内容进行能量分析研判，以追求更佳的节能效果，降低热传（传热）过程中材料的损失。

一、氧化铝生产的方式方法氧化铝生产主要是将铝矿石的基础原料进行加工，构建成为氧化铝产品的全部过程，其中涵盖了原材料的处理分析、原材料之间的化学反应以及产物之间的分离提纯等相关的举措。

氧化铝生产的主要方法分为四种主要的类型，也就是碱法、酸法、酸碱联合以及热处理。

碱法所生产的氧化铝，主要是以碱为基础实现矿石的处理，让矿石之中的氧化铝与碱之间进行反应，之后转化为铝酸钠溶液。

矿石结构之中的铁、钛等相关的杂质和多数的硅就会被转化为不溶解的化合物，将不溶解的赤泥与溶液之间进行分离，经过洗涤之后，可以进行废弃或是再次使用，回收其中可以再次使用的部分。

纯净的铝酸钠溶液内容可以分析出氢氧化铝，经过不断地分离、洗涤以及焙烧，可以获得氧化铝产品。

碱法生产氧化铝我们也可以将其称为烧结法、拜耳法以及联合法多种生产工艺流程。

二、氧化铝生产蒸发工序节能分析蒸发本身就是化工生产之中的一种主要的操作过程，在氧化铝的生产之中有着重要的影响地位。

氧化铝生产中蒸发工序的技术改造论文摘要：随着工业的快速发展，氧化铝作为一种重要的功能性材料，其需求量逐年增加。

然而，传统的氧化铝生产工艺中存在着蒸发工序的能源浪费、污染排放以及生产效率低下的问题。

本文通过对蒸发工序进行技术改造，旨在提高氧化铝生产工艺的能源利用率和环境友好性，以及提高生产效率。

1. 引言氧化铝是一种广泛应用于建筑、电子、航空航天、化工等领域的重要材料。

传统氧化铝生产工艺中的蒸发工序是一个能耗较高的环节，其能源利用率和环境影响有待改进。

2. 蒸发工序的问题传统的氧化铝生产中，蒸发工序使用蒸汽进行加热和蒸发，但存在能量浪费和污染大的问题。

此外，传统工艺中的蒸发器设计也存在一定的局限性，无法满足现代化生产的需求。

3. 技术改造方案（1）能源替代：将传统蒸汽加热方式替换为燃气加热或电加热方式，以提高能源利用效率，并减少环境污染排放。

（2）换热技术：采用高效换热技术，如板式或管壳式换热器，提高换热效率，并实现废热回收。

（3）自动控制技术：引入现代化自动控制系统，对生产过程进行精密控制，提高生产效率，减少工艺损失。

（4）蒸发器结构改进：优化蒸发器设计，采用多级、多效蒸发器，以提高蒸发效率，减少能量损失。

4. 技术改造效果分析通过对蒸发工序进行技术改造，能源利用率大幅提高，并减少排放的污染物。

改进后的蒸发工序能够实现更高的生产效率和产品质量。

5. 结论本文针对传统氧化铝生产中蒸发工序的能耗高、环境污染大的问题，提出了一系列技术改造方案，包括能源替代、换热技术应用、自动控制技术和蒸发器结构改进等。

经过改造后，蒸发工序的能源利用效率得到提高，环境影响减少，生产效率和产品质量得到提升。

这些技术改造方案对于氧化铝生产工艺的可持续发展和节能减排具有重要意义。

关键词：氧化铝生产；蒸发工序；技术改造；能源利用效率；环境友好性；生产效率。

6. 技术改造方案详解6.1 能源替代传统氧化铝生产中，蒸发工序通常使用蒸汽作为加热介质。

氧化铝蒸发系统的模拟
毕庆华;唐朝晖;桂卫华;叶炜
【期刊名称】《计算机测量与控制》
【年(卷),期】2008(16)8
【摘要】在氧化铝蒸发工序中,生蒸汽流量和母液出口浓度是重要的能耗指标和出口质量指标;目前,在实际生产中由于采用离线浓度检测,以致对蒸汽流量和出口浓度的控制严量滞后;因此,针对蒸汽流量控制和浓度检测滞后的现状,建立了氧化铝四效蒸发系统的数学模型;采用Newton-Raphson算法求解四效蒸发系统模型,并对实际氧化铝四效蒸发系统进行了模拟计算, 进而绘出母液出口浓度和总蒸发水量的误差曲线图}结果表明该模型准确,高效,对蒸发系统节能降耗有现实的指导意义.
【总页数】3页(P1119-1121)
【作者】毕庆华;唐朝晖;桂卫华;叶炜
【作者单位】中南大学信息科学与工程学院,湖南,长沙,410083;中南大学信息科学与工程学院,湖南,长沙,410083;中南大学信息科学与工程学院,湖南,长沙,410083;中南大学信息科学与工程学院,湖南,长沙,410083
【正文语种】中文
【中图分类】TF821
【相关文献】
1.氧化铝蒸发系统的模拟优化 [J], 郭海燕
2.基于PCA的氧化铝蒸发系统故障检测 [J], 胡志坤;李哲彬;陈志文
3.氧化铝蒸发系统综合提产节能途径 [J], 程涛;史玉娟;付高峰
4.氧化铝生产蒸发系统分析 [J], 李小斌
5.热泵错流多效蒸发系统的模型与模拟 [J], 郑晓桂;阮奇;周江建;张龙
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氧化铝蒸发工序用能分析及系统优化节能研究张建智;彭小奇;陶焰明;宋彦坡;伍雁鹏【摘要】利用火用分析方法建立氧化铝蒸发工序的能耗模型，运用火用效率等评价准则对工序的用能状况进行分析。

基于“三环节”能量系统优化理论提出利用余热回收工序预热原液的能量系统优化方法，建立蒸发工序当前运行状态下能量回收用于预热原液后的系统能耗模型，并进行优化计算。

研究结果表明：适当提高蒸发工序入口料液温度可有效降低新蒸汽消耗，从而提高氧化铝生产蒸发工序的用能水平。

%A energy analyzing model was developed by using exergy method, and the energy consumption level was evaluated according to exergy efficiency and other indexes. Based on“Three part”energy system optimization theory,an optimization scheme of preheating ore pulp with recycled waste heat was proposed. Energy consumption models for the evaporation systems before and after optimization were developed, and optimization computations were made. The results show that increasing ore pulp temperature at inlet of evaporator process can effectively reduce the amount of consumed new vapour and therefore improve the energy utilization level of the evaporation process.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(047)012【总页数】7页(P4262-4268)【关键词】氧化铝;蒸发工序;火用分析;系统优化;节能【作者】张建智;彭小奇;陶焰明;宋彦坡;伍雁鹏【作者单位】中南大学能源科学与工程学院，湖南长沙，410083;中南大学能源科学与工程学院，湖南长沙，410083; 湖南第一师范学院信息科学与工程系，湖南长沙，410205;中南大学能源科学与工程学院，湖南长沙，410083;中南大学能源科学与工程学院，湖南长沙，410083;中南大学能源科学与工程学院，湖南长沙，410083【正文语种】中文【中图分类】TF802.62铝是民用、军事和高技术发展必不可少的基础材料。

氧化铝蒸发系统的模拟优化第32卷第2期文章编导:10064148f2001)024)01103氧化铝蒸发系统的模拟优化郭海燕(辽阳石油化工高等专科学校辽阳111003)摘要以某氧化铝厂蒸发系统的实际操作数据为依据,建立数学模型,进行计算机模拟,提出两项改造方案.进行了比较,评价.关键词蒸发系统,模拟,节能,改造I丽菁蒸发是重要的化工单元操作之一.在工业蒸发操作中,往往要蒸发大量的水分,消耗大量的水蒸汽,因此提高加热蒸汽的利用率,是节能的关键问题.在氧化铝生产中.需要耗费大量热能,蒸发除去溶液中的水.例如,拜耳法氧化铝厂,1吨氧化铝的平均热能为15.5～15.9x1焦耳,其费用相当于氧化铝成本的13%～14%.用烧结法处理霞石的氧化铝厂,热耗约为8.36~109焦耳/吨,其费用相当于成本的7～10%,因此降低氧化铝生产的热耗是降低氧化铝生产成本的主要途径.2模拟计算2.1氧化铝蒸发系统操作参数及物性数据进人蒸发系统原料液体积流量为90.1m/h,质量流量为112.625吨/h,进料温度为60℃,其它操作参数如下:以NaOH溶液浓度为基准(质量百分率)原料液进料浓度Bo=01393原料液出料浓度BJ=0.2508原料液体积流量V=90.1mVh原料液质量流量Go=ll2.625吨/h原料液的温度t~=609C新蒸汽的温度s1155.1℃新蒸汽的压力=5.934kgf/cm℃末效的二次蒸汽温度ST㈥=64.99C末效的二次蒸汽压力P=0.254kgf/em2新蒸汽的汽化潜热Rc=2102.8kJ/kg2.2数学模型的建立收稿日期:2oo1--o5~17作者筒彳r:韩海燕,(1968一).女.黑龙江人.jI石油化工高等々科{杖化工系.实验师,从事实验教学和科研工作.(1)总蒸发水量W(t)=Go(I～lk/B∞)(2)各效蒸发水量为了假设各效的蒸发水量,可以根据错流流程特点.假设各效蒸水量相同Wf.):W./N0=1,N)(3)各效浓度对各效作溶质的物料衡算,得各效完成液的浓度BI.FB/(E—¨'～w【卜I}～w1)(4)各效溶液拂点及有效温度差④各效蒸发有效传热总温差由下式计算∑△L:{-T3)～∑△其中∑△为各效总的温度差损失∑△=∑△+∑△∑△各效总的温度损失△l{{～0.0464B6j+0.4398Bli))×(32+1.8STm+(23.422Bm～110.685BI.f))②各效传热温差'Kr～各效的传热系数③液室温度及加热蒸汽温度l1.I-At(I1l=tO～At(¨(5)热利用系数和自蒸发系数热利用系数"rli=0.98～07(Bi-8~)自蒸发系数B(～ti)^(6)各效蒸发水量对各效进行热量衡算.得出如下关系式:l2浙江化工2001年N=3(效)w㈦=(Dj+G.一cp,)】w:.={DG—C-cwB2J.w..【D『+(G广cn.B1】lII]+1w2=D,wl【'+wf21w(,IwI求解以上线性方程组即可求得各效的蒸发水量.(7)各效传热速率和有效温度差Qc=DfRLtw¨】.本多效蒸发装置各效面积Am:l100m2.故根据传热速率方程式求各效的传热温差.At…=DI.R_/A…At【.--wl,R㈣/K…AfL)(8)加热蒸汽的汽化潜热和蒸发系数计算(￡球出各效加热蒸汽温度ST(i:1,N)根据ro~=2521.096-2.6656326ST(i)②蒸发系数,..:—(l,N),):——J,)(9)初值的复核和初步计算结果的校正在求得各效蒸发水量和有效温度荼后,就需要从末效出发,对末效前各效沸点的初值复核,若复核所得的各效沸点和原定的初值相差较多,则需重新计算.此时可以用复核所得的数据作为新的初值,来求各效的自蒸发系数.然后求加热蒸汽消耗量合各效蒸发水量,以及有效温度差,并重新复核沸点. (1o)传热系数K的确定传热系数K以原Ⅲ一I一Ⅱ流程工艺计算中的各效传热系数为计算依据,则K【:1.518kw/m2qC,K= 0.695kw/m2~C,KⅢ.350kw/moc预热器的传热系数由公式IdmbKdOhodhh0023.k/dRPho=10000(11)各效加热蒸汽的计算w/GCpoCpw._BDr,F～———一——2.3计算框图2.4模拟计算结果及优化方案2.4.1模拟计算结果分析蒸发器的加热热源除第1效使用新蒸汽之外其它各效均为前一效的二次蒸汽.\目W㈩B¨TST.1数\\吨/h吨/h质量%℃℃Ⅲ16510116337664I229302215145130Ⅱ105877251121l0蒸发水兽量W.=5008(吨/h)加热蒸汽总量=3705(吨/h)第32卷第2期浙江化工在Ⅲ一I一Ⅱ生产流程中.蒸汽5OO7吨/h,每吨水蒸汽耗量074吨/h,从计算中可以发现I效二次蒸汽有浪费现象.I效产生的22.98吨/h二次蒸汽.Ⅱ效使用了8.77吨/h,愿液预热器使用了l1.02吨/h,还有3.19吨/h二次蒸汽随原液预热器的冷凝液放掉r一另外,有效温差的分配也不尽合理.有效温差的分配是随着末效真空度和I效加热蒸汽温度的变化自动调节.但操作情况也能影响有效温差的分配,如加热室内积液,惰性气体不能及时排出等,都能影响到有效温差的分配,所以操作条件也是十分重要的2.4.2氧化铝蒸发系统优化改造方案(1)改造方案一改造后的三效蒸发系统利用了闪蒸罐产生的闪蒸蒸汽.加热预热器中的原料液.同时也利用Ⅱ效二次蒸汽冷凝液去加热预热器中的原料液,进一步回收低品位的能量,提高原料液人口温度.改造后的Ⅲ一I一Ⅱ流程蒸发水总量5Oo7吨/h,耗加热新蒸汽32.08吨/h,每吨水蒸汽耗量064吨/}1. 此Ⅲ一I一Ⅱ流程是利用闪蒸蒸汽预热原料液,提高原料液的人口温度,增加自蒸发系数,从而节约r加热蒸汽,并且各效的加热蒸汽均能得到满足.(2)改造方案二改造操作流程增加1效,即由原三效蒸发该为四放蔫发,其他设备数量不变改造后的四效流程,蒸发水总量W=50.07吨/h耗加热新蒸汽26.55g/h,每吨水蒸汽耗量053吨/h,各效加热蒸汽均能得到满足.并且减少了新蒸汽耗量,节约了能源.3计算结果讨论13(1)在蒸发水量不变的前提下改造后的效流程耗加热蒸汽32O8吨/h,与原三效流程比较耗加热蒸汽减少了l3_4%(2)改造后的四效流程,在总蒸水量不变的前提下耗加热蒸汽26_55吨/h,与原三数流程耗加热蒸汽比较,加热蒸汽减少了28,3%.综上所述,提高蒸发系统的蒸发效率,减少蒸汽耗量,是氧化铝蒸发系统节能的有效途径之一.而要做到这点,必须使各种品位能量得到合理的利用,有效利用蒸发系统余热.部分符号说明c——原料比热C——球的比热【卜一一加热蒸汽量1——i效H——总教数r一燕汽的借热△——溶液燕汽压强降低引起温度损失,K△L液柱静压引起的温度差损失,K△L管道阻力产生压力降引起的温度差损失.Kw'一一假设的蔫筮水量参考文献I天津大学化工原理教研室.化工原理.盂津:天律科学技术出版杜,199592华南理工大学化工原理教研组化工过程及设备设计,I9866 3化学工程编缉委员会化学工程手册.第九篇.燕发与结晶l985.64轻金属.材辑加工手册,治金工业出版杜,1980,I】5杨山,蔡勇.多效蒸发器的优化设计研究化学工程(I),1986 32(6):32—37,256卢赤杰外热式管外沸畴自然循环燕发器.化学工程,19,<5) 7277李德虎.多效蒸发过程模拟与优回顾化工装备技术,I993对改造后操作流程工艺模拟计算结果分析得出(6):35—38 (上接第l0页)3.6,2红外反射材料.以纳米微粒制成的单层薄膜和多层薄膜用来作为红外线反射材料8o年代以来,人们用纳米SiO和TiO制成多层干涉膜,衬在灯丝的灯泡内壁,结果不但透光率好,而且有很强的红外线反射能力,有这种多层膜的灯泡可节电l3—15%3.6.3优异的光吸收材料,纳米微粒对某种波长的光吸收带有兰移现象,对各种波长光的吸收有宽化现象,以此特性可以作为紫外吸收材料.纳米SiO,ZnO,SiO,Al和纳米云母氧化铁都能吸收紫外光,所以加入到化妆品中可作防晒霜, 防晒油.塑料表面涂上一层含纳米微粒的透明涂层,可防止塑料老化;纳米微粒填充到纤维中制成军服, 对人体释放的红外线有很好的屏蔽作用,夜间军事行动可不为敌方的红外探测器所察觉.纳米AliO,SiO.和Fe0的复合粉就具有红外线吸收功能.3.64隐身材料纳米微粒不仅对红外线有反射作用,而且对雷达波有很大的吸收率与透射率.隐形飞机的表面就包复了具有这种功能的纳米材料涂层.3.7纳米材料在生物和医学中的应用利用玻璃纳米微粒进行细胞分离和细胞染色I利用磁性纳米微粒对血液中流动情况加以诊断.。

发器 和外 加 热式 蒸 发器 等 ； 单程 型 （ 膜式 ） 升 膜蒸发 ：
降膜蒸 发工 艺 流 程 ： 炉 来 的新 蒸 汽 进人 工效 锅 加热 室 的壳程 。 Ｉ效 蒸 发 器 加 热 室进 行 加 热 。 由 对
器 和降 膜蒸 发 器 。二 十世 纪 八 十 年 代 以前 ， 化 铝 氧 生产 蒸 发工 序 多采 用外 加 热式 自循 环单 效或 多效蒸 发器 ， 作用 原 理 就 是 料 液 ［ １０ 在 重 力 的 其 Ｎ （ Ｈ）］ 作用 下 在加 热 管 内 流 动 ， 汽 在 外 壁 间接 加 热 。此 蒸
各 自的优缺点 ：
式 中 ： １为 由溶 液蒸 气 压 降 低 引起 的温 差 损 Ａ 失， ； ℃ Ａ２为 由 液 柱 静 压 头 引 起 的 温 差 损 失 ， ； ℃
有 降膜蒸 发器 在 较 小 的传 热 温 差 下 可 以 运 行 。 且 而
降膜 蒸 发器汽 化 表面很 大 ， 蒸汽 中液膜 夹带 量很 少 。
很 大程度 上避 免 了二次 污染 。
操作 维 修方便 ； 经济 性 。蒸 发器 的种 类很 多 ， 常见 的 有循 环 型 （ 非膜 式 ） 中央循 环管 式蒸 发器 、 筐式蒸 ： 悬
式 中 ：Ｔ为蒸 发 系统 中总的推 动力 ， ； Ａ ℃ Ｔ为首
效加 热蒸 汽 的温 度 ， ； 为末 效 冷凝 器 的温 度 。 ： ℃ ｔ ℃ △ 为蒸 发 系统 中汽 相 总阻力 。 。 ｆ ℃
△ ｆ＝△ｌ ＋△２ ＋△３ （） ２
２ 作 业 流程
降膜蒸 发 器 依 料 液 流 向与 加 热 蒸 汽 流 向 的不 同， 可分 为顺 流流 程 ， 流流 程 和 错 流 流 程 ， 们 有 逆 它

新增一组蒸发站调试大纲编制：刘建生、段晓明、张梦远、潘新刚、郭云峰审核：韩泾奎、秦鸿波批准：孙振斌、霍奇志二○一三年九月目录调试组织机构和职责――――――――――――――――――――――1 蒸发站热控调试部分――――――――――――――――――――――4 蒸发站电气调试部分――――――――――――――――――――――11 系统流程试运总则―――――――――――――――――――――――16 蒸发机组冷水联动试车―――――――――――――――――――――19 蒸发机组热水联动热试―――――――――――――――――――――22 蒸发机组带料联动试车―――――――――――――――――――――26 蒸发机组带料联动热试―――――――――――――――――――――29 联动试车安全作业规程―――――――――――――――――――――33 附则：蒸发应急预案――――――――――――――――――――――36调试组织机构和职责1、调试领导小组总指挥：孙振斌副总指挥：刘建生、霍奇志、邓忠贵成员：安爱文、韩泾奎、孙强、张志明、刘建堂、杨震林、秦鸿波、尹飞宇、段晓明、张梦远、薛燕领导小组下设电热组、运行组、维护组、安全保障组、物资供应组。

1.1电热组组长：霍奇志副组长：刘建堂成员：赵鹏、刘爱民、孟维春、潘新刚、陈旺、王军胜、郭威、白永强1.2运行组组长：刘建生副组长：秦鸿波、杨震林成员：宋杰、秦国红、周玉玲、杨彰根、郭云峰、刘慧1.3维护组组长：刘东健成员：郑栋柱、杨世岭、孟祥元、李树丰、齐广兴、白永强、陈旺、潘新刚1.4安全保障组组长：孙强、尹飞宇1.5物质供应小组组长：张志明成员：王欣、冯雨晓2、组织机构职责分工领导小组负责调试方案的编写、审核和发布。

领导小组负责调试期间组织、指挥、协调。

工作领导小组负责调试时间安排、进度把握。

电热组负责根据指挥小组要求调试区域电气设备线路检查确认。

电热组负责调试区域的送电、断电和用电安全检查。

ａ ｓ ｔ ｏ ｉ ｆ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｈ ｉ ｇ ｈ ｅ ｓ ｔ ｓ ｃ ｏ ｒ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｎ ｅ ｔ ｗ ｏ ｒ ｋ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｆ ａ ｓ ｔ ．Ａｆ ｔ ｅ ｒ ｔ ｈ ａ ｔ ，ａ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｓ ａ ｍｐ ｌ ｅ ｏ ｆ ｄ ａ ｔ ａ ｉ ｓ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｂ ｙ Ｂ ｏ ｏ ｔ ｓ ｔ ｒ ａ ｐ
ｌ ｙ，ｔ ｈ ｅ ｄｉ ａ ｇ ｎ ｏ ｓ ｔ ｉ ｃ ｎｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｓ ｔ ｅ ｓ ｔ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｋｎ ｏ ｗｎ ｄａ ｔ ａ．Ｔｈｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐｒ ｏ ｖ ｅ ｓ ｔ ｈａ ｔ ｔ ｈ ｉ ｓ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｓ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ａ ｎ ｄ ｃ ａ ｎ
ＬＩ Ｇｅ ｎ， ＬＩ Ｕ Ｘｉ ｏ ｎ ｇ—ｆ ｅ ｉ ， ＨＵ Ｚｈ ｉ —ｋ ｕ ｎ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ ， Ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｌ Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｓ ｈ ａ Ｈ ｕ ｎ ａ ｎ ４ １ ０ ０ １ ２ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｐ ２ ７ ４ ． ５ 文献 标 识 码 ： Ｂ
Ｆａ ｕｌ ｔ Ｄｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｉ ｍ ｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ Ｅｖ ａ ｐｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
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ｓ ａ ｍｐ ｌ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ｆ ｒ ｏ ｍ ａ ｓ ｍａ ｌ ｌ ｄａ ｔ ａ ｓ ｅ ｔ ｓ ａ ｎ ｄ Ｂａ ｙ ｅ ｓ ｉ ａ ｎ ｆ ａ ｕ ｌ ｔ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｎｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ｏ ｆ Ａｌ ｕ ｍｉ ｎ ａ ｉ ｓ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍｐｒ ｏ ｖ ｅ ｄ