烧结法氧化铝外加热式强制反循环蒸发系统研究

摘要

我国氧化铝生产目前主要有烧结法和拜耳法两种方式，随着氧化铝生产规模的不断扩大，能源消耗的高低逐渐成为生产规模和效能进一步提高的制约因素。蒸发工序作为氧化铝生产的主要工序之一，是氧化铝生产中的耗汽大户，蒸汽消耗占整个氧化铝生产汽耗的40%以上，蒸发成本占整个氧化铝生产的10%左右，因此如何降低蒸汽的消耗，是氧化铝生产节能降耗的关键。对烧结法氧化铝结晶蒸发工艺机理和设备设计及其技术改造进行研究，对于优化结晶蒸发工艺系统性能，提高生产效率、降低成本，提升我国氧化铝生产行业的总体技术水平和市场竞争力具有重要的理论意义和工程应用价值。
　　借鉴制盐行业强制反循环蒸发系统的成功应用经验，分析研究了烧结法氧化铝结晶蒸发工艺机理，单效操作真空蒸发、多效蒸发设计、蒸发器内热平衡的测定设计方法，设备内溶液比热的确定及设备管路上表面损失确定的方法，为强制反循环蒸发工艺及设备的设计和试验研究提供了理论依据；基于多效蒸发工艺特性的分析，以中铝山东分公司烧结法氧化铝扩产后的生产能力为例，对其二段蒸发结晶工艺进行设计，提出了实现反循环蒸发工艺的关键技术，并再此基础上确立了4效蒸发流程，设计计算了强制反循环蒸发的传热面积，二段蒸发进出料量及浓度和二段蒸发总蒸发量，为氧化铝生产的总体蒸汽平衡提供理论依据；据外加热式强制反循环理论相关理论，设计了适合烧结法氧化铝特点的新型蒸发系统—外加热式强制反循环蒸发器，并对设计中的技术关键进行了分析，探讨了循环方式改变对结垢速度的影响；对烧结法氧化铝蒸发设备的加热管材质、循环泵、蒸发室及液室结构进行了改进设计，减缓蒸发室壁结疤速度，延长了蒸发器的清洗周期，减少了清洗工作量，降低了成本。通过测定停留时间试验和盐水蒸发结晶试验，对烧结法氧化铝强制反循环蒸发系统的工艺及设备的设计及应用效果进行了验证。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题的研究目的及意义

1.2 课题背景及国内外研究现状

1.2.1 课题来源

1.2.2 蒸发工艺的发展及国内外研究现状

1.2.3 蒸发设备发展及国内外研究现状

1.2.4 烧结法氧化铝蒸发工艺研究现状

1.2.5 烧结法氧化铝蒸发设备的应用及研究现状

1.2.6 外加热式强制反循环蒸发器研究现状

1.3 课题的主要研究内容

第2章 蒸发系统设计理论分析

2.1 单效操作和真空蒸发设计

2.1.1 物料衡算和焓衡算

2.1.2 蒸发器传热面积设计

2.1.3 蒸发设备中的温度差损失

2.1.4 溶液的沸点升高与杜林规则

2.1.5 液柱静压头和加热管内摩擦损失对溶液沸点的影响

2.1.6 真空蒸发

2.2 多效蒸发

2.2.1 多效蒸发的加料流程

2.2.2 蒸发器的生产能力、生产强度和多效蒸发器效数的限制

2.2.3 多效蒸发计算

2.3 蒸发器热平衡测定与计算方法

2.3.1 热平衡测定条件

2.3.2 物料平衡计算

2.3.3 热平衡计算

2.4 各溶液的比热计算和确定方法

2.5 设备及管路表面热损失计算

2.6 本章小结

第3章 外加热式强制反循环蒸发工艺设计

3.1 多效蒸发工艺特性分析

3.2 实现反循环蒸发系统技术关键

3.2.1 反循环蒸发工艺在实际生产中运用的关键

3.2.2 反循环工艺特性

3.3 二段结晶蒸发的工艺流程设计

3.3.1 碳分母液二段蒸发物料流量设计

3.3.2 碳分母液二段蒸发蒸水量设计

3.3.3 碳母二段强制反循环蒸发系统设计

3.4.3 二段强制循环蒸发器组蒸发量设计

3.4 本章小结

第4章 外加热式强制反循环蒸发设备设计

4.1 蒸发器的选型与设计原则

4.2 实现反循环蒸发系统技术关键

4.2.1 防止循环泵汽蚀

4.2.2 准确控制蒸发器液位，改造强制循环蒸发器的内部结构

4.3 外加热式强制反循环蒸发系统设备设计

4.3.1 蒸发系统设备选材

4.3.2 轴流泵的选型

4.3.3 反循环蒸发器结构改造

4.4 本章小结

第5章 外加热式强制反循环蒸发系统试验研究

5.1 试验目的

5.2 试验方案设计

5.2.1 测定停留时间分布试验

5.2.2 盐水蒸发结晶试验

5.3 试验结果分析

5.3.1 测定停留时间分布试验结果分析

5.3.2 蒸发结晶试验试验结果分析

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

致谢

个人简历