拜耳法生产氧化铝溶出工艺CAD软件系统的开发.pdf

拜耳法生产氧化铝溶出工艺 软件 系统的开发 黄望梅 刘莉娜 刘志春 陈德 阳志洪 刘伟 华中科技大学 能源学院 武汉 贵阳铝镁设计研究院 贵阳 摘要 基于 开发平台 以拜耳法生产氧化铝溶出工艺的热工水力计算过程为基础 完成 软件系统的开发 为工程设计人员提供了一个高效 准确的计算机辅助设计软件 关键词 氧化铝 溶出 拜耳法 软件 开发 中图分类号 文献标识码 文章编号 收稿日期 基金项目 国家重点基础研究发展计划 计划 项目 国家自然科学基金资助项目 作者简介 黄望梅 女 湖北咸宁人 硕士研究生 当前氧化铝绝大部分以铝土矿为原料 采用拜 耳法生产 而溶出作为拜耳法最主要的工序之一 其 设计研究一直备受关注 传统的拜耳法生产氧 化铝溶出工艺设计过程多以手动计算 经验数据为 依据 而计算机辅助设计过程中国内以引进国外技 术 消化吸收为主 并对溶出工艺中个别技术进行一 定的研究和改进 本软件以拜耳法生产氧化铝 溶出工艺的热工水力计算过程为基础 针对国内现 有的三种高压溶出技术 管道预热压煮器间接加热 保温溶出技术 全管道预热熔盐加热保温溶出技术 以及全管道预热新蒸汽加热保温溶出技术 开发了 完整的溶出工艺 软件开发系统 本文将以全 管道预热熔盐加热保温溶出技术为例 介绍溶出工 艺 软件开发系统的研究过程 基本原理及工艺流程示意图 全管道预热熔盐加热保温溶出技术系统主要包 括套管预热器 套管加热器 保温压煮器 闪蒸罐 冷 凝水罐等设备 其工艺流程示意图见图 原矿浆 由高压隔膜泵注入溶出机组 首先经过套管预热器 并由来自相应闪蒸罐和冷凝水罐的二次蒸汽间接加 热后 进入熔盐加热段用高温熔盐加热到溶出温度 最后经过反应压煮器保温停留达到溶出时间 溶出 后料浆经过闪蒸器降压降温后 进入下一道工序 年 期 有色金属 冶炼部分 图 氧化铝溶出工艺流程示意图 软件总体设计 系统开 发 流 程 如 图 所 示 整 个 溶 出 工 艺 软件包括参数输入 数据处理 结果显示 参数 输出四大部分 参数输入主要完成原矿浆和热源物 性参数输入 溶出相关参数输入 闪蒸级数确定等 数据处理是整个软件的核心部分 系统总体热平衡 计算和各单体设备的物料平衡 能量平衡 设备选型 等均在数据处理部分完成 结果显示部分以单个设 备为单位 完成数据处理结果的查看 参数输出则 以常用的 和 为基础 对软件计算 结果进行输出保存 直接形成设计计算书和主要参 数报表 图 系统开发流程图 功能实现 参数输入 通过对全管道预热熔盐加热保温溶出设计的研 究 输入参数包括矿浆参数 溶出参数 无机载热体 参数 套管换热器参数 参数输入界面如图 所示 由于输入参数较多 为了方便输入和管理 采用 数据库技术 该数据库具有添加 删除以及修改功 能 考虑到输入参数较多 若每次重新手动输入较为 复杂 故应用 应用程序接口设计了输入参数数据库列表 并以输 入参数序号为关键字 以数据组为单位在数据库操 作框中添加了插入 删除 修改 刷新功能按钮 另 外 闪蒸级数的确定也在输入参数框中完成 包括直 接确定闪蒸级数和温差确定级数两种方式 数据处理 热工水力计算 由图 可知全管道预热熔盐加热保温溶出技术 工艺流程主要包括套管预热器 套管加热器 保温压 煮器 闪蒸罐 冷凝水罐 热工水力计算则主要包括 总体热平衡计算 上述各个设备的物料平衡计算 能 量平衡计算和设备规格计算选择 下面以套管预热 器为例来描述溶出工艺的热工水力计算 套管预热 器原理如图 所示 套管预热器中来自相应级闪蒸罐和冷凝水罐的 高温闪蒸蒸汽对低温矿浆进行加热 冷凝后排出预 热器 矿浆进出口温度分别为 进出口焓值 为 质量流量为 闪蒸罐和冷凝水罐的高 温闪蒸蒸汽温度为 二者质量流量之和为 出 口冷凝水温度为 总换热量为 将高温闪蒸蒸汽和冷凝水均视为饱和状态 则 该温度下饱和蒸汽的气化潜热为 则套管 预热器总体热平衡计算式为 有色金属 冶炼部分 年 期 图 参数输入界面 图 套管预热器原理示意图 套管预热器总换热面积为 综合换热系数为 为对数平均温差 则 式中 值计算参见参考文献 和 以上为套管预热器的物料 能量平衡计算 通过 式 可得出总传热面积 再根据工程实际 选择相应的套管规格 即可得出套管的长度 层数等 其他规格参数 物性参数确定和函数重用 本软件中多处涉及到水和水蒸气的物性参数 如 温度 压力 密度 黏性系数等 传统设计计算中 多是依靠手动查询或经验公式来确定 借助参考书 手动查询工作量较大 费时费力 但精确度较高 经 验公式的运用减少了设计人员工作量 但其精确度 受到经验公式适用范围的限制 较之手动查询方法 误差较大 综合上述两种方式的优点 本软件录入 了水和水蒸气在 计算过程中涉及到的物 性参数 再用拉格朗日插值法求得对应温度下的物 性参数 另外 由于溶出工艺中多个设备均为换热器 计 算中如综合换热系数 换热面积 能量平衡等计算函 数均可重复应用 这也大大提高了 软件的效 率 上述方法利用计算机程序化的处理方式不仅减 轻了设计人员繁重的设计计算工作 同时也保证了 设计精度 这也正是开发 软件的初衷 结果显示及输出参数保存 以 级闪蒸为例 全管道预热熔盐加热保温溶 出结果显示界面如图 所示 界面上方以文字说明 的方式给出了图片上各个符号所代表的设备 同时 指明了 总体热平衡计算 和 预脱硅计算 按钮的功 能 以无机载热体加热段套管加热器 为例 年 期 有色金属 冶炼部分 其结果显示界面如图 所示 图 结果显示界面 图 套管加热器结果显示界面 如图 左下方所示 结果保存功能由 计 算结果保存 计算书保存 和 图片保存 三 个按钮实现 计算结果保存 功能按钮将 软件的各项计算结果以 形式输出 便于 查看 比较和分析 计算书保存 功能按钮对 系统整体和每一设备热工水力计算的计算方法进行 说明 并以 形式保存输出 图片保存 功能按 钮则完成相应的溶出工艺设备连接示意图的保存 结论 通过对拜耳法生产氧化铝溶出工艺总体热平 衡 各单体设备物料平衡能量平衡 设备选型等相关 计算 并结合运用 设计了适用于管道 预热压煮器间接加热保温溶出 全管道预热熔盐加 热保温溶出以及全管道预热新蒸汽加热保温溶出三 种技术的 软件系统 该软件系统简洁友好的 有色金属 冶炼部分 年 期 参数输入 结果显示界面和方便实用的结果输出方 式 为降低工程设计人员工作强度 缩短设计周期奠 定了良好的基础 参考文献 杨重愚 氧化铝生产工艺学 北京 冶金工业出版 社 毕诗文 于海燕 杨毅宏 等 铝土矿的拜耳法溶出 北京 冶金工业出版社 高维民 韩清怀 牛克学 高压溶出系统计算机应用软件 移植 计算机应用技术 郭焕雄 黄聪明 一水硬铝石拜耳法溶出过程数学模型 计算程序的研讨 轻金属 冯雨田 牛宏斌 谷红兵 用 实现高压溶 出物料平衡计算 科技情报开发与经济 周益文 氧化铝生产过程模拟与仿真 物料平衡 热平 衡软件开发 长沙 中南大学 刘莉娜 黄望梅 刘志春 等 氧化铝生产中传热系数的 研究 有色金属 冶炼部分 刘莉娜 黄望梅 刘志春 等 氧化铝溶出工艺中各种套 管传热系数的比较 有色金属 冶炼部分 上接第 页 一根滴淋带 每根滴淋带长 沿堆场纵向布置 滴淋带布置好后进液滴淋 并均匀调整好每根滴淋 带的滴淋量 最后在堆场表面上覆盖一层稻草席 以 减少由于日晒 风吹等造成氨的挥发损失 示范工厂的生产运行与管理 示范工厂共投资 万元 于 年 月中旬 开始建设 月初建好并开始进矿 到 年 月 日共进矿石 平均含铜品位 并正 式开始加碳酸氢铵滴淋运行造液 到 日开始出 液 液含铜 出铜高峰期时 的循 环液体每天上涨铜量 到 月 日 料液含铜 月 日萃取正式开机生产 月 日产出第一批铜 到 月 日共产 批合计 铜 则 矿石 个月的铜直 收率达到 达到设计要求 以后进入正常 生产至今 正常运行以来 矿石入堆平均铜品位 其吨铜平均单耗为 萃取剂 煤油 碳酸氢铵 硫酸 综合电耗 铜直收率 吨铜成本 元 在投产初期和试生产期 本工艺一直使用碳酸 氢铵作为浸出剂 只是浸出速度慢些 也做过补加 氨水的试生产 补加氨水时铜的浸出速度较快 但是 氨水挥发损失较快 因此氨水只作为本工艺的辅助 手段 堆场的正确运行和管理是加快浸出速度 提高 浸出率和降低成本的关键所在 堆场运行 天 必须用挖机翻堆一次 翻堆要均匀 要深 生产初期使用 萃取剂 效果很好 由于 售价太高 后期改为 萃取剂 效果更好 结论 采用 氨堆浸 萃取 电积 工艺处理高钙镁氧 化铜