【《基于拜耳法的氧化铝厂晶种分解工艺设计》22000字】

第一章绪论氧化铝铝元素普遍分布于地壳中，大概在地壳的含量约为8.8%。合金因其许多优良的性能而成为使用最广泛的金属材料之一，其产量和消耗量仅次于钢。能够普遍运用于航空航天、电力、等领域，在国民经济中扮演非常关键的用处。因为铝的需求快速增大，氧化铝行业如今是我国经济的关键产业。氧化铝又称刚玉，通常是铝和氧结合形成的化合物。它的化学式是Al2O氧化铝工业的发展及铝土矿资源1.2.1氧化铝工业的发展由于近些年的不断进步，氧化铝工业在如今的中国进入了迅速发展的阶段。从1954年开始，氧化铝产量高速增长。尤其是从21世纪开始。要解决氧化铝不足的难题，国内初始氧化铝厂不断的改革和增大产量。根据有关部门的相关调查，如今除了中国铝业以外，还存在25个已经建成和准备策划建成的氧化铝项目，有山西省铝业，中美铝业等另外项目将在最近些年完成，中国铝工业历史上最辉煌的时代，将改变中国氧化铝依赖进口、受制于人的局面。1954年起，中国氧化铝产业开始崛起，在国民60多年的不断努力之下，不但氧化铝产量迅速到达很高的水平，技术水平也向前迈向了很大一步，同时我国生产一水硬铝石的水平也超越了世界上许多国家。1.2.2铝土矿资源的概述世界上铝土矿含量非常充足，在各地分布非常广。到2016年的年末时期，世界上已知的铝土矿含量预测有278.3亿吨左右，资源量能有550~750亿吨。按照如今的消耗水平速度来看，铝土矿含量能够让世界铝业持续一百年。尽管世界上铝土矿含量非常可观，不过市场供求并不和谐。许多国家铝土矿含量非常可观，不过铝行业发展的并不先进。中国、美国、欧盟等发展比较快的国家，因为需要使自己国家的铝含量满足需求，就从其他国家大肆购进。中国铝土矿含量比较可观，因为中国铝土矿是回水型铝土矿。在已知的含量上，日硬铝的含量比从铝土矿中产出的氧化铝多[2]。中国铝土矿储量相比于其他国家来说还是比较多的，在世界排为第八名。中国铝土矿资源的分布,主要是在山西省等等。除这意外，重庆、山东、四川、海南等也有着不错的含量。随着社会的发展,我国铝工业的数量越来越多,而且绝大多数的铝企业都生产氧化铝的能力具有,所以我国氧化铝的生产和应用,大大提高了。如今，中国是全球比较大的氧化铝生产以及消费大国，不过中国的氧化铝每年的成品量并不多，而到目前为止，中国氧化铝产量已达到世界总产量。现有氧化铝行业的研究表明，氧化铝的生产环节不仅会造成大量金属资源的浪费，还容易对环境造成严重破坏。氧化铝企业是中国的铝生产过程的消耗已经达到了万吨,氧化铝工业的发展是中国铝土矿储量逐年减少,生产成本也不断增加[5]。中国氧化铝行业的现状由于中国电解铝行业的快速发展，中国的氧化铝这一行业也得到了比较快的发展，最近这些年我国氧化铝行业得到了质一般的发展。表1-3展现了世界和中国最近7年来的氧化铝年产量。表1-32010-2016年世界和我国氧化铝产量年份2010201120122013201420152016全球氧化铝（万吨）85319205956010328104161135511425世界其他（万吨）5636579758015933563954575334中国产量（万吨）2896340837594395477758986091中国占全球比%34373943465253中国增速比%0.230.180.100.170.080.230.08从表1-3由此可见，世界氧化铝产量不断上涨的主要原因是中国氧化铝产量不断上涨。到2010，在中国氧化铝产出量达到2896万吨。在现在期间，我国氧化铝产业的市场饱和度、消费水平、初始技术和仪器水平超越世界上许多国家。在中国，氧化铝生产区主要位于铝土矿资源区和毗邻港口的地区。2017年氧化铝总产量超过6901万吨，比上年增长13.3%。此外,高浓度氧化铝行业在中国,据统计,2016年,全国十大公司建造了一个年综合生产能力900万吨氧化铝。氧化铝厂设计的原则选择适宜的厂址是氧化铝厂的建厂的重要环节，选择合适的厂址对于国家资金项目的利用、企业与企业建设相联系的速度、国民现阶段经济的发展、建设后的运营成本以及整个厂经济收益的影响是长时间的、最为要紧的，并且关系到国防、农业的壮大和医疗卫生等各个领域。如果运用错误的方法去选择厂址，必然会致使增加建设资本和产品原始成本，导致环境遭受污染，必然会危害大众的生命安全，将会给国家造成更大经济损失，所以在选择厂址的时候应该给予充分的重视，务必做好选址的工作。厂址选择的主要原则有：必须符合国家政策的要求；靠近原料和燃料产地；有良好的交通运输条件；有良好的水力条件，提供工业用水；有丰富的电力资源有良好的地质及水文条件；注重生态和环境保护。厂址的选择与许多因素有关，应综合考虑。由于本次设计所使用的铝土矿来自海外，因此将厂址选在靠近港口的山东胶东半岛一带比较合理，在此建厂具有一下优点：（1）交通便利，靠近港湾，可从国外进口优质铝土矿，减少运输费用；（2）水资源丰富可靠，可提供工厂用水；（3）电力资源丰富；（4）厂区地势平坦，有良好的地址条件，可以节约工厂基建投资；煤矿资源丰富。氧化铝厂设计的内容氧化铝厂设计为了符合国家的相关规定,为了使铝厂能够进入到世界生产技术的前列。依照流程需要解决许多关于矿石的问题、以及对实验性阶段的考虑,运用最优的生产工艺;选取最合适的工艺设备和技术，合理高效的利用工厂平面构建最为规范且经济实惠的厂区;聘请优秀的的劳动人员,将资源的利用率提至一个很高的水平、另外也要遵循可持续发展战略，节能减排;其中还有最为重要的一点，那就是安全，确保正在生产过程中工作人员的安全措施一定要符合要求,基础建设投资还需做到最大利润化,为了收获更好的技术经验，技术水平充当着非常重要的角色。氧化铝厂是由许许多多的技术专家一起拼搏的成功,它不仅仅要设计者在外界各种磨难之下,将工艺专业摆在最为重要的位置,还需要大量专家共同拼搏,在多少个日日夜夜的努力之下,制作出最完美的设计方案。欲优化设计工作就需要各个方面的专业知识,了解各个流程以及各个设备的性能。设计者经过一番的实践之后,对各个流程都会有深入的了解。设计过程中必须对过程和专业知识了解到位以免造成错误。其设计有以下几步：(1)新厂的设计。需要较为完善的布局(2)旧厂的扩建或改造。为适应大规模生产以及新工艺的构建而产生的设计任务。(3)工程项目设计技术措施。由不同类型的氧化铝工厂设计，其内容和要求也不一样，下面主要介绍一下新型氧化铝工厂的设计内容。中标的设计单位应当接受建设单位的委托，开始后续的设计工作。(4)进行物料平衡。这是在设计过程的基础之上进行的,依照规定设计项目的年产量,再经过全部过程以及基础过程的物料平衡，依照计算结果来选择产品的实用效益指标。同时,根据材料数量和组成、热负荷和年级每个单元设备获得的平衡,生产以及辅助设备选型计算,测评项目是否可行。1.6影响氧化铝厂规模的因素氧化铝生产能力的选择取决于许多因素。经济技术条件对氧化铝厂的生产能力的大小具有巨大的影响，一般情况下，建设一个规模较大的氧化铝工厂的经济效益要比一个相对规模较小的工厂的经济效益要好，但是氧化铝厂规模的大小和企业的经济效益的关系不是简单的正相关，有时当工厂规模超过一定程度时，经济效益反而会下降。所以建设规模就显得非常重要。影响氧化铝厂规模的因素有：（1）符合国家政策；（2）市场的需求情况。这是决定氧化铝厂生产规模的重要前提；（3）生产能力还取决于资源的情况，氧化铝厂建设规模大小还受能源、水资源、矿产资源的限制；（4）矿石品种。矿石的加工难度也对生产能力有很大的影响，比如优质的三铝土矿容易处理，设备需求少，在这种情况下可以选择较大的生产能力；（5）工厂投资资金。当投资资金较少时，可通过分期建设和扩建的方式来解决。当有充足的资金来源时，以选择建设大规模的氧化铝厂为佳。

第二章氧化铝的生产2.1生产方法的选择当代绝大多数的氧化铝厂生产氧化铝都会设计到以下几种方式：酸法制取、碱法制取，当中碱法主要是以拜耳法为主以及酸碱联合法和热法。不过中国大部分工厂生产用碱法生产。把纯铝酸钠溶液置于晶种分解槽中进行分解，在反应一段时间之后会生产氢氧化铝的沉淀，之后需要将这些沉淀从母液中进行筛选出来，将所获得的物料进行水洗焙烧可以制得成品固体氧化铝。其中分解母液可以进行回收，用于处理下一批的铝土矿。用碱法制取氧化铝又分为以下几种[2]。（1）拜耳法主要包括溶解和分解两个过程。这个方法是通过回收母液从而溶解氧化铝，在一段时间的反应之后可以生成铝酸钠溶液，之后需要往溶液中添加许多氢氧化铝的晶种，通过不断搅拌从而制的沉淀。之后将分解后的母液送往蒸发换热，蒸发后用于溶解下一批铝土矿。（2）铝土矿与石灰石进行一段时间的烧结后，利用纯碱以及烧结后的物料进行充分接触，然后将其置于高温的条件下进行一段时间的烧结，之后可以制取到铝酸钠的熟料，将熟料溶解制成铝酸钠溶液，在之后进行铝酸钠溶液的脱硅提纯处理，结晶氢氧化铝在高温经过一定的时间以后就会生成二氧化碳气体。分解后所产生的母液在经过蒸发程序之后在进行利用。（3）拜耳法-烧结联合工艺是充分结合两种方法的强项，其主要是用来将中低品位铝土矿进行很好的利用。两者的位置取决于具体的矿物，并可能是互补或互补，取决于矿物。生产成本介于以上两者之间，可处理多种铝土矿，氧化铝产品质量较好。根据以上可以得出结论，拜耳法生产氧化铝的工艺流程很是简明，另一方面这个方法在生产成本上也有着不错的表现，最后生成的氧化铝质量也完全满足要求，用这个方法一般是为了处理矿物铝硅比高的矿，铁、硫、有机物等其他的物质含量都比较低等。本设计所采用铝土矿为进口优质铝土矿，氧化铁含量低，氧化硅含量低，且其他杂质含量不高，所以采用拜耳法来生产是较为合适的。2.2拜耳法生产氧化铝工艺在如今拜耳法已被广泛使用，其流程主要包括原矿浆制备、铝土矿溶出、赤泥的分离和洗涤、铝酸钠溶液的晶种分解和氢氧化铝焙烧等工序。如图2-1。2.2.1原矿浆制备（1）原矿浆制备的地位和特点将铝土矿、石灰和循环母液进行混合，按一定比例制备出所需的化学成分和物理性能的原浆就是制成原矿浆基本。其特点主要如下：1.氧化铝生产首先就需要制备原矿浆；2.将原料依照规定的数量和比例进行调配合；3.原矿浆制备是一种基于物理加工的工艺；（2）影响原矿浆制备的因素原矿浆制备的主要影响因素：1.矿石中氧化铝的稳定性是令氧化铝溶解率和回收率保持一个稳定的状态的重要方面。2.矿石的研磨程度。在这之后的溶解过程中要进行非均相反应。溶解和扩散过程主要在相界面进行。矿石越细，溶解得越快。3.石灰添加量。生产实践表明，对于一水硬铝土矿，加入石灰不仅能加快氧化铝的溶解速率，且溶解速率呈线性增加，而且赤泥中的碱含量降低。4.原料的摩尔比是指在铝土矿溶解过程中，根据原料的配比所期望的溶解溶液的摩尔比。值越高，单位质量分配给矿石的碱越多，矿浆的固含量越少。图2-1拜耳法生产氧化铝工艺流程2.2.2铝土矿溶出铝土矿汽提工艺在拜耳法中扮演着非常重要的角色。这个工艺总体是令铝土矿与苛性碱溶液在一定的条件下进行转化最终生成铝酸钠溶液,在这一工艺期间可以使铁与钛杂质进行化学反应，生成不溶性的固体物质,在浆液的稀释之后,进行过滤分离操作,将产生的精液运输到分解车间。拜耳法生产氧化铝的技术指标对溶解效果有着较为重要的作用。（1）影响铝土矿溶出过程的因素1.溶出温度；2.搅拌强度；3.循环母液浓度；4.配料摩尔比；5.矿石细磨程度；6.溶出时间；（2）溶出工艺流程的选择1.原矿浆的常压预脱硅；2.单管预热一压煮器间接加热溶出工艺；3.管道化溶出；4.双流法溶出；2.2.3赤泥的分离和洗涤为得到晶种分解要求的精液，溶解后含赤泥和铝酸钠溶液的混合浆必须稀释后过滤沉淀，实现赤泥和溶液的分离。赤泥的分离和洗涤工序包括：（1）溶出后混合浆液的稀释；（2）赤泥浆液的沉降分离；（3）赤泥的洗涤；（4）粗液的叶滤；2.2.4晶种分解（1）晶种分解的原理种子分解是在搅拌条件下通过冷却使过饱和度升高，然后加入Al(OH)3晶种从而获得符合要求的氢氧化铝，从而提高种子母液的摩尔比的阶段。晶种分解是拜耳法生产氧化铝一非常关键的程序，同时也是间最长的程序，对产品的质量、产量和经济效益有很大的影响。（2）晶种分解的技术经济指标采用以下技术经济指标来衡量分级过程:1.种子分解率。它显示了精液中氧化铝的大小。2.分解槽的单位产能。3.氢氧化铝质量。2.2.5氢氧化铝的焙烧为了使生产的氧化铝产品满足电解要求，需要对分解产出的氢氧化铝进行焙烧，焙烧过程主要是在高温的条件下将氧化铝和结晶水以及它的结晶形态进行分解从而生成氧化铝的过程。2.3铝酸钠溶液晶种分解过程2.3.1晶种分解工艺流程在拜耳法生产氧化铝的流程中，晶种分解工艺是很关键的一环，同时也是耗时最长的一环。为了诱导饱和铝酸钠的分解，期间要加入较多的晶体。,第一次与分解母液先进的板式换热器冷却,然后泵入饲料分解槽,与此同时,添加晶种槽,解决方案分解在一系列连续的分解的分解槽。分解浆液以势能差重力流的方式，逐渐流向至低位势的分解槽，最后排出分解槽。其流程如下图：图2-2晶种分解流程图2.3.2影响晶种分解的因素(1)分解原液的浓度和摩尔比氧化铝浓度和原溶液的摩尔比和铝土矿类型相挂钩。适当提高铝酸钠溶液的浓度能够使能耗降低，产量增加。(2)温度最初始，精液的温度从大约100℃迅速转变为大约60-65℃，随后温度转变逐渐慢下来，分解速率也逐渐稳定，40℃冷却系统，对铝酸钠溶液的分解起到促进作用，因温度转变的非常迅速，这使得铝酸钠溶液不稳定，从而分解速率增大。因为这个原因，在分解的前阶段会产生很多晶核，后期间有足够的时间生长，这不会明显使产品的颗粒大小产生变化。(3)晶种数量和质量这一因素在分解速率以及产品粒度起着非常重要的作用。铝酸钠溶液分解需要添加许多的种子。根据实验，投加量过大或过少都会使氢氧化铝的粒径变小，只有在一定范围内，氢氧化铝的粒径才达到最合适的范围。(4)搅拌速度为了种子与溶液有更加充分的混合就需要进行搅拌，但如果搅拌速度比较慢，就会导致搅拌效果不够好，从而生成氢氧化铝固体。另一方面若是搅拌速度过快，氢氧化铝晶体会解体，从而生成许多细颗粒。由此可得，搅拌速度适当才最为关键。(5)分解时间和母液摩尔比在分解初始阶段，氢氧化铝产量最多。随时间推移，氢氧化铝产量逐渐减少，分解槽的产率逐渐降低，细颗粒也变得逐渐增多。因此，为了保证较高的分解罐容量和产品质量，并达到一定的分解速率，应根据具体情况确定分解时间。2.4沙状氧化铝的生产方法生产砂状氧化铝目前主要可以概括为两个方法：“一段法”、“二段法”。一段法是针对一水铝石而制作的生产工艺，它的优点是分解率很高、分解浓度高、分解粒度较好，但是产品磨损情况不容乐观、分解条件的控制也并不容易、产品粒度一般会呈周期性的变化[3]。当采用一段时，氢氧化铝的附聚和长大在同一个过程中完成。二段法和一段法不同，它在每个时期加入的晶种粒级都是相应的，其二段主要分为氢氧化铝附聚及长大过程[6]。目前国内氧化铝生产企业大都采用“瑞铝二段法”生产砂状氧化铝，不再把粗种子加入分解首槽是“瑞铝法”相较“美铝法”最主要的改进特点，其分解粒度较粗，分解率也有一定的增加[4]。2.4.1一段法工艺:精液送至板式换热器冷却至65~68℃，与精制的氢氧化铝种子(不论种子粗细)混合后，进入分解罐内第一槽。分解罐的浆液通过位置差依次流过多个分解罐，大约45h即可完成分解过程。为了使其正常工作，从第四分解槽插入板式换热器进行中间冷却，将浆体降至50℃左右。为了保证前几罐中设定的料位，将料浆从倒数第二分解罐中排出，最后一罐作为缓冲罐。在倒数第二的3-4个分解槽的顶部设置了两组旋风分级机。把生成的氢氧化铝泥浆的一部分；运输到分级机。分级机的底流进行稀释，之后送入平板过滤机进行分离洗涤，提高分解率[7]。滤饼作为成品氢氧化铝被送去烘烤，溢出物返回分解槽。另一部分不分级，过滤后的氢氧化铝与精液一起作为晶体返回到分解槽的第一个槽中。拜耳一段法流程如图2-3。图2-3拜耳法一段2.4.2二段法工艺流程:铝酸钠精液流过换热器之后温度会逐渐降低至75~80℃，之后会与细粒种子共同被添加至第一道分解槽内，大概6~8h之后才会被转移。晶粒较为小的种子与精液中析出细晶粒共同长大。在第一阶段分解完成之后，将粗粒精料和少量铝酸钠浆液加入到第一阶段分解罐第二阶段。泥浆的第二阶段停留约27h。在此过程中，氢氧化铝钠变为大颗粒的砂质氢氧化铝。因需要提高速率，在第二阶段分解过程中采用中间冷却，通常采用宽槽板换热器进行换热，使料浆可降至合理的温度范围。将二级分解后的部分泥浆泵入一级旋流分级机，分级的底流经平板过滤器过滤成成品，分级溢流送至二级旋流分级机进行分级。二级分级的底流与二级分解后的另一部分浆体混合，然后送入粗粒过滤工艺进行过滤。滤饼作为粗粒种子，经过第一阶段分解冷却后与浆液混合，进入第二阶段分解第一槽。二年级溢出被发送到三年级分类器(沉降槽),沉降槽的底流作为优良的种子过滤的过滤过程中,滤饼是混合与冷却精液好种子和发送到第一分解槽溢流是发送到母液罐,这样形成一个循环。拜耳二段法流程如图2-4。图2-4二段法流程图总的来说，氧化铝生产的一段和两段工艺各有优缺点。该工艺具有浓度高、工艺简单、等特点，但产品粒度不均匀、强度低、种子流通大等特点。两级工艺流程复杂，操作难度大，但粒度均匀，可控制+150μm和-15μm粒径，种子循环小，其氧化铝产品完全可以满足电解铝生产要求。由于近年来我国不断加大对铝土矿的进口，氧化铝工业中采用国外优质铝土矿为原料的比重不断增加，进口矿石大都为优质的三水铝石，更适于采用二段分解[8]。2.4.3两种方法的比较如今在中国一水硬铝石是主要的铝土矿资源，溶出工艺一般是在高温的条件下使高浓度碱液浸出氧化铝。根据相关资料和实践表明，当一水硬铝石为生产过程的生产原材料时，一段法工艺和二段法工艺可以生产出合格的产品；通过对两种工艺进行经济比较能够得出，一段法工艺更加经济，更能满足现代工业生产对于环保节能的要求。且设计产量较大，对产品粒度无特殊要求，理应采用更加经济、能耗较低的一段分解工艺。

第三章物料衡算在计算的整个过程中，均以一吨成品氧化铝的产出量为基本单位3.1氧化铝总回收率η式中ηA总—氧化铝总回收率，100%--一吨成品氧化铝生成量基本单位期间Al2O3的总损失：A式中AA机A焙A化即：A化S矿（A/S）赤A则：A所以η3.2原矿浆配制溶出过程所涉及的物料进出如图循环母液NK循环母液NK循铝土矿、石灰苛化碱液N苛化碱液N苛补充碱液N耗补充碱液N耗溶出液N溶出液N溶N转溶出赤泥赤泥N化（1）1t成品.Q式中Q矿A成即Q其中各成分量如下：Al2O3：QSiO2：QFe2O3：QTiO2：CaO：灼减CO2：QH2O：Q（2）生产1t产品氧化铝需配入的石灰量：其中各成分含量：Al2O3：209.956×3%=6.299SiO2：209.956×2.8%=5.879Fe2O3：209.956×0.6%=1.260CaO：209.956×87%=182.662CO2：209.956×5%=10.498（3）生产1t成品氧化铝所需循环母液量：设每吨成品氧化铝需要循环母液量为V循（m3），根据溶出过程进出物料中的Na2Ok量平衡关系，得：n其中NNNNN式中MR溶MR循nK循nK循nK循N耗N化N化N机−−−−−每吨氧化铝生产中，物料跑冒滴漏及赤泥附液带走所造成的Na2N成NA矿和AA化和N0.608MRN转生产1t氧化铝，在溶出过程中由于铝矿石和石灰中的CO2使苛性碱（Na2OC矿C石N转N苛N吸mCNC损−−−生产1t氧化铝在一水碳酸钠苛化过程中的Na2所以N由上述平衡等式得：V==7.340其中各成分量如下：Na2OK：NNa2OC：NCO2：44Al2O3：1.645×H2O循环母液质量（V=7.340×1300−=6498.356kg（4）补充碱液和苛化碱液：补充碱液：按NK补碱=NV补碱=NK补碱nK补碱H2O：V苛化碱液：苛化碱液的体积V考虑到苛化率ηN而N所以苛化碱液的Na2OC浓度nC苛：苛化碱液中的CO2量：3.1418×CO2浓度nCO2苛化碱液中的H2O量：V（5）原矿浆中的溶液量：原矿浆中的溶液总体积：V溶液中Na2OK量：N=1761.6+167.304+28.276−29.585=1927.595溶液中Na2OC量：N=220.2+3.142+29.585=252.927kg（6）原矿浆配置的物料平衡表见表3.3高压溶出赤泥量溶出赤泥应为原矿浆中的不溶性成分（包括赤泥灼减）总量，即表3-SEQ表格\*ARABIC1原矿浆配置的物料平衡(kg)项目AlSiOFeTiOCaONaNaCOH其他合计进入铝土矿1341.616251.947128.07367.1862.10010.498281.34116.7962099.557石灰6.2995.8791.260182.66210.4983.359209.957循环母液905.5731761.600220.200156.2716498.3569542.000补充碱液167.304376.525543.829苛化碱液28.2763.1427.887285.871325.176N-29.585→N+29.585总计2253.488257.826129.33367.186184.7621927.595252.927185.1547442.09320.15512720.519支出原矿浆2253.488257.826129.33367.186184.7621927.595252.927185.1547442.09320.15512720.519C高压溶出赤泥量：溶出赤泥量应为原矿浆中的不溶性成分（包括赤泥灼碱）总量，即Q赤泥=（S矿+F矿+式中S矿η赤泥现取赤泥的灼碱全部为结晶水，其占赤泥总质量的10%，即Q赤泥=1233.797(kg)铝酸钠溶液水解损失的Al2A水解产物Al(OH)3中的结晶水量：16.175ⅹQ溶出液和弃赤泥的各成份量溶出液的成份量=原矿浆的成份量-赤泥的成份量弃赤泥的成分量=赤泥的成分量+水解生成的Al(OH)高压溶出的物料平衡见表3-2表3-2高压溶出的物料平衡（kg）项目AlSiOFeTiOCuONaNaCOH其他合计进入原矿浆2253.488257.826129.33367.186184.7621927.595252.927185.1547442.09320.15512720.519出去赤泥309.391257.826129.33367.186184.762141.804123.38020.1551233.837溶出液1944.0971785.791252.927179.4975430.5559592.867溶出矿浆自然蒸发水1993.9781993.9783.4矿浆稀释，赤泥分离及洗涤赤泥沉降分离底流的溶液量：生产1吨氧化铝所产出的赤泥量：Q取赤泥沉降分离底流LQ其中各成分量：Al2O3:A赤泥底附=式中ρ稀，nA稀—分别为稀释液的密度（ρ稀=1270kg/m3Na2OK：NKNa2即N所以NC赤分底附=NCO2:CO2赤分底附=H2O:H赤分底附=Q赤分底附–(A=4404.873-(520.261+474.478+62.258+44.183)=3303.693弃赤泥的附液量：弃赤泥的成份量=赤泥的成份量+水解生成的Al(OH)3成分量，苛化渣量的估算：进入苛化工序的NNC苛=N折合成Na2CO3·H2其中含Na2CO3：63.682苛化应加入的石灰乳量：根据苛化反应Na2CO3+Ca(OH)按加入Ca(OH)2量为化学计量的105%计算，则应加入的Ca(OH)54.438ⅹ74已知η苛=90%，所以实际参加苛化反应的39.9041.05多余的Ca(OH)239.904-34.203=5.701(kg)且工业石灰纯度是89%，要加入Ca(OH)2替换成石灰量为随石灰带入的杂质（进入苛化渣）量：22.923ⅹ苛化反应生产的石灰渣（CaCO334.203ⅹ10074所以苛化渣总量：Q苛渣=CaCO3+多余的Ca(OH)弃赤泥量：Q弃赤总=弃赤泥附液量：Q弃赤附=其中NT弃赤附=Q式中NTNK弃赤附量可按赤泥沉降分离底流附液和弃赤泥附液成分的比例求得，即=474.478ⅹ10.514NC弃赤附CO2弃赤附Al2O3:A弃赤附=1.645H2O:H弃赤附=Q弃赤附-(NT=2628.376−(10.514+0.866+10.192)=2606.804(kg)弃赤泥附液的各成分质量列于表3-3表3-SEQ表格\*ARABIC3弃赤泥附液的各成分质量成分AlNaNaCOH合计质量/kg10.1929.2941.2200.8662606.8042628.376赤泥洗液量赤泥洗液成分量=赤泥分离底流附液成分量-弃赤泥附液成份量A赤洗=520.261−10.192=510.069（NK赤洗=474.478-9.294=465.184（Nc赤洗=62.258-1.220=61.038（CO2赤洗=44.183-0.866=43.317（H赤洗=H赤分底附+=696.889+赤泥洗水（kg）因为赤泥洗水量尚不明确，在后期在填入结果。氢氧化铝洗液量：氢氧化铝过滤洗涤过程进出物料示意图如图5-3所示Al(OH)Al(OH)3Al(OH)3新水新水新水新水Al(OH)3Al(OH)3氢氧化铝过滤洗涤Al(OH)3Al(OH)3稀释稀释图3-3氢氧化铝过滤洗涤过程进出物料示意图Al(OH)3洗液为末期返回的物料，可用试算法求其数量，但必须与分解工序算出的数据相符才可。下面我们用代数法计算过滤分离的Al(OH)3滤饼附液量Q设Al(OH)3分离滤饼附液量为x，取Al(OH)3滤饼附液含水率为79.44%（一般为78%），已定79．44%xX=1530x8%式中1530—生产1tAl其中各成分量：NKAH分饼附：xρ种母ⅹnK种母（1+δ浓缩式中ρnK种母—种分母液的Na2OKδ浓缩NCAH分饼附：xρ种母ⅹnC种母（1+δ式中nC种母—种分母液的Na2OCAl2O3：CO2:NCAH分饼附ⅹ44H2O:QAH附水=135.508（kg）式中QAH附质过滤洗涤的Al(OH)3Al(OH)3洗液的含水率：已知Al(OH)3洗涤用水量QAH洗水=1000kg,又已算出洗涤Al(OH)3滤饼附液中的水量QQ水=QAH洗水+所以Al(OH)3洗液的含水率Q水QAH洗水洗涤Al(OH)3滤饼的附液量设洗涤Al(OH)3滤饼的附液量为y，已定洗涤Al(OH)96.94%y1530+y所以y=1530ⅹ8%96.94%−8%其中各成分量：NK:所以NK洗饼附=NKAH分饼附QAH分饼附+QAH洗水NC:NC洗饼附=NCAH分饼附QAH分饼附+Al2O3：10.467CO2：0.343ⅹ4462=0.243（H2Al(OH)3洗液量=Al(OH)3分离滤饼附液量+物料平衡见下表3-4。表3-4氢氧化铝洗涤的物料平衡(kg)项目AlNaNaCOH合计进入Al(OH)310.46720.3622.9222.074135.508171.333项目10001000合计10.46720.3622.9222.0741135.5081171.333出去Al(OH)31.2282.3920.3430.243133.415137.621Al(OH)39.23917.9702.5791.8311002.0931033.712合计10.46720.3622.9222.0741135.5081171.333Al（5）矿浆稀释：矿浆稀释过程中的进出溶液及其Al2O溶出液溶出液AH赤泥洗液A赤泥洗液AHAlOHAH稀稀释水解生成水解生成AlAH稀释液A稀稀释液AH图3-4矿浆稀释过程中的进出溶液及其Al2赤泥洗液的含水量：溶出矿浆稀释后的稀释液中的各成分量：ANNCO稀释液量：Q式中nA稀——稀释液的Alρ稀——稀释液的密度，1稀释液中的水量=Q=20719.881-(2447.230+2268.945+316.554+224.645)=15462.517(kg)根据矿浆稀释过程的水量平衡得到：H所以赤泥洗液的含水量：H赤洗=H赤泥分离的溢流（粗液）量：Q粗液体积：V式中ρ其中Al2ONa2OK：2268.945-474.478=Na2OCO2：2H2溶出矿浆稀释的物料平衡见表5-5。表5-5溶出矿浆稀释的物料平衡（kg）项目AlNaNaCOH合计进入溶出液1944.0971785.791252.927179.4975430.5539592.865赤泥洗液510.069465.18461.03843.3179038.43410118.042Al(OH)9.23917.9702.5791.8311002.0931033.712合计2463.4052268.945316.544224.64515471.08020744.619出去Al16.1758.56324.738稀释液2447.2302268.945316.544224.64515462.51720719.881合计2463.4052268.945316.544224.64515471.08020744.619（6）赤泥洗水量：赤泥洗涤过程中的进出液体物料及其含水量如图5-5所示。溶出矿浆自蒸发水H溶出矿浆自蒸发水H赤泥分离底液附液H赤泥洗水赤泥洗水H赤泥洗液赤泥洗液H弃赤泥附液H弃赤附赤泥洗涤弃赤泥附液H赤泥洗涤图5-5赤泥洗涤过程中的进出液体物料及其含水量示意图根据赤泥洗涤过程的水平衡得：H所以H=2606.804+9038.434-3303.693-1993.978=6347.567(kg)（7）赤泥分离的物料平衡见表3-6。表3-6赤泥分离的物料平衡（kg）项目AlNaNaCOH合计进入稀释液2447.2302268.945316.544224.64515462.51720719.881出去赤泥分离底流附液520.261474.47862.25844.1833303.6934404.873精液1926.9691794.467254.286180.46212158.82416315.008合计2447.2302268.945316.544224.64515462.51720719.881（8）赤泥洗涤的物料平衡见表3-7。表3-7赤泥洗涤的物料平衡（kg）项目AlNaNaCOH合计进入赤泥分离底流附液520.261474.47862.25844.1833303.6934404.873赤泥洗水6347.5676347.567溶出矿浆自蒸发水1993.9781993.978总计520.261474.47862.25844.18311645.23812746.418出去弃赤泥附液10.1929.2941.2200.8662606.8042628.376赤泥洗液510.069465.18461.03843.3179038.43410118.042总计520.261474.47862.25844.18311645.23812746.4183.4精液分解和种分母液蒸发Al2O3根据氧化铝生产工艺全过程的Al2A所以=1341.616+6.299−309.391−16.175−10.192−(11341.616+6.299)×1.2%−986.000=9.982(kg)式中A机损A焙A成A机损而N=20-(9.294+1.220)=9.486(kg)NK机损和NNNN按已定技术条件规定的NC总损为3kg，少0.260kg。相差0.260/3=8.67%>1%，故需要调整NNNN根据A所以H分解析出的Al(OH)3量[1]精液种分析出的Al(OH)3中应含有的AlA析出的Al(OH)3H所以析出的Al(OH)3Q已知种分过程吸收CO2为1.5kg，由此使精液中的NK转变为N种分过程溶液的自蒸发水量：H种分母液中的水量：H=12158.824-(547.147+530.780+135.508+62.985)=10882.404(kg)种分母液的蒸发水量：根据种分母液蒸发过程的水量平衡，则种分母液的蒸发水量应为：H式中HNC结晶精液分解的物料平衡见表3-8。表3-8精液分解的物料平衡（kg）项目AlNaNaCOH合计进入精液1926.9691794.467254.286180.46212158.82416315.008出去机械损失9.9828.0491.4371.02062.98583.473种分自蒸发、吸收CO-1.619+1.619+1.200547.147548.347析出Al(OH)1002.584530.7801553.887Al(OH)310.46720.3622.9222.074135.508171.333赤泥洗液903.9361766.056249.927177.36810882.40413959.168总计1926.9691794.467254.286180.46212158.82416315.008种分母液蒸发的物料平衡见表3-9。表3-9种分母液蒸发的物料平衡（kg）项目AlNaNaCOH合计进入种分母液890.5491766.056249.927177.36810882.40413959.168出去蒸发水4367.7004367.700析出Na31.84022.5969.24463.680循环母液890.5491766.056218.087154.7726498.3569527.788总计890.5491766.056249.927177.36810882.40413959.1683.6氢氧化铝的焙烧(1)以计算出（2）成品氧化铝质量应为1000=A1t成品氧化铝中的其他杂质量为：QANNCO2成其他杂质量：Q取QAl(OH)3焙烧的物料平衡见表3-10表3-10Al(OH)3项目AlNaNaCOH其他合计进入Al(OH)1002.584530.7809.6261542.990Al(OH)31.2302.3920.3430.243133.413137.621总计1003.8142.3920.3430.243664.1939.6261680.611出去焙烧损失16.1750.243664.193680.661成品Al987.6392.3920.3439.6261000.000总计1003.8142.3920.3430.243664.1939.6261680.611氧化铝的碱耗：N3.7主要技术经济指标以生产1t成品氧化铝为基础：氧化铝总回收率：73.15%碱耗：Na2O164.539kg，折算成NaOH蒸发水：4.368t新水耗量：Q新水==7.348t弃赤泥：1258.535kg铝矿石：2099.556kg≈2.100t石灰：209.956kg≈0.210t全厂物料流量见表5-11。表5-11全厂物料流量（年产95万t）Al编号流量单位消耗量/t·t日消耗量③/t·d小时消耗量④/t·d1铝矿石2.1005465.754227.7402石灰①0.210546.57522.7743补充碱液0.5441415.89158.9954苛化碱液0.325845.89135.2455循环母液9.5421410.68558.7796原矿浆12.72133109.4561379.5617溶出液9.59324968.0851040.3378溶出矿浆自蒸发水1.9445059.727216.8229弃赤泥1.2593979.589165.81610分离赤泥附液4.40511465.070477.71111精液16.31542463.7031769.32112赤泥洗水6.34816522.194488.42513赤泥洗液10.11826334.5231097.27214Al(OH)1.5544044.658168.52715种分母液13.95931331.6481513.81916分离Al(OH)30.171445.06918.54517洗涤Al(OH)30.138359.17814.96618Al(OH)31.0342691.233112.13519Al(OH)31.0002602.740108.44820蒸发水4.37511386.988474.45821Na0.0637165.7956.90822Al(OH)3晶种5.86415262.467635.936

第四章设备的选型配制及分解技术条件的选择4.1分解槽的选择及计算4.1.1分解槽的单位产能分解槽单位产能指单位时间内（每小时或每昼夜）从分解槽单位体积中分解出来的Al2O3数量。连续分解时间τ=60h式中P——分解槽单位产能，kg/（m3h）Aα——分解原液Al2O3浓度,kg/m3τ——连续分解时间，hη——分解率，%4.1.2分解槽的数量及选型流程中氢氧化铝浆液的流量：QAH浆液=Q精液+Q晶种+Q晶种附液=G精/ρ精+G晶种/ρ晶种+G晶种×GAH附液/GAH/ρAH附液=1769.321/1.26+635.936/2.44+635.936×18.545/168.527/1.255=1720.613（m3/h）取分解周期τ=60h，则处于分解槽中的浆液量为：60×1720.613=103036.78（m3/h）再考虑物料的波动系数（1.1），为确保稳定的生产，所需要的处理的浆液量：103236.78×1.1=113560.465（m3/h）由于5462×16+5090×6=117932（m3/h）＞113560.46（m3/h）故选用16台Φ14×36.5m,V=5462m3和6台Φ14×35.5m,V=5090m3型分解槽，为了使矿浆在分解槽中停留足够长的时间，再增加4台Φ14×35.5m,V=5090m3型分解槽，总共需要26台分解槽。4.1.3分解槽的搅拌装置过去我国分解槽的搅拌方式多为空气搅拌搅拌，该方法存在着能耗高、搅拌不均匀、调控方式不灵活、结疤清理周期长等一系列问题。近年来大型平底机械搅拌槽在国内已经获得了广泛的应用。结构图如图4-1分解槽机械搅拌结构图机械搅拌与空气搅拌相比，具有以下优点[9]：（1）分解槽产能大、单位产品占地面积小；（2）搅拌均匀，利于砂状氧化铝生产；（3）能耗低；（4）槽子容积大，结疤少，延长清理周期；因此氧化铝分解槽设计的搅拌方式选用机械搅拌。为了减小分解槽底部积料，提高生产效率，分解槽底部采用大直径搅拌桨。4.2板式换热器的选型及计算（1）在精液降温过程中，精液的初温和终温分别为：tH精=100℃，tK精=65℃；种分母液的初温和终温分别为：tH种母=40℃，tK种母=tH种母+△t’，每小时流过板式换热器的精液所释放出的能量Q精能：Q精能=Q精△tC精所以Q精能=1769321×35×3.499=216679896.3（kJ）故使种分母液所提高的温度：△t’=Q精能η热效率/（Q种母C种母）=216679896.3×95%/（1513819×3.536）≈38.46（℃）生产所需的板式换热器的热交换面积：F=Q精能η热效率/（K×△tm）式中K为换热器的换热系数，K=5016.注：其中△tH=t精液出口-t母液入口=65-40=25（℃）△tk=t精液入口-t母液出口=100-（40+38.46）=21.54（℃）△tm=(△tH-△tk)/(ln(△tH/△tk))=(25-21.54)/(ln(25/21.54))=23.23(℃)故换热面积F=216679896.3×0.95/（5016×23.23）=1769.87（m2）板式换热器的选型与数理计算：选用BR1.65-1.0-380-E型和BR1.65-1.0-90-E型板式热交换器，这两型换热器的换热面积分别为793m2和190m2按换热面积计算：793×2+190×1=1776＞1769.87（m2）故需要两台BR1.65-1.0-380-E型和一台BR1.65-1.0-90-E型板式热交换器，总计3台换热器。（2）在第一级中间换热过程中，浆料的初温和终温分别为：tH一浆=63℃，tK一浆=51℃；冷却水的初温和终温分别为：tH一水=25℃，tK一水=tH一水+△t’，每小时流过板式换热器的精液所释放出的能量Q一浆能：Q一浆能=Q一浆△tC一浆所以Q一浆能=1769321×12×3.499=74290250.15（kJ）故使种分母液所提高的温度：△t’=Q一浆能η热效率/（Q一水C一水）=74290250.15×95%/（832200×4.2）≈20.19（℃）生产所需的板式换热器的热交换面积：F=Q一浆能η热效率/（K×△tm）注：其中△tH=t浆料出口-t水入口=51-25=26（℃）△tk=t浆料入口-t水出口=63-（25+20.19）=17.81（℃）△tm=(△tk-△tH)/(ln(△tk/△tH))=(26-17.81)/(ln(26/17.81))=20.19(℃)故F=205275588.07×0.95/（5016×20.19）=649.89（m2）板式换热器的选型与数理计算：选用BR1.65-1.0-380-E型按换热面积计算：793＞649.89（m2）故需要一台BR1.65-1.0-380-E型换热器。(3)在第二级中间换热过程中，浆料的初温和终温分别为：tH二浆=51℃，tK二浆=48℃；冷却水的初温和终温分别为：tH二水=25℃，tK二水=tH二水+△t’，每小时流过板式换热器的精液所释放出的能量Q二浆能：Q二浆能=Q二浆△tC二浆所以Q二浆能=1769321×3×3.499=18572562.54（kJ）故使冷却水所提高的温度：△t’=Q二浆能η热效率/（Q二水C二水）=18572562.54×95%/（208093×4.2）≈20.19（℃）生产所需的板式换热器的热交换面积：F=Q二浆能η热效率/（K×△tm）注：其中△tH=t浆料出口-t二水入口=48-25=23（℃）△tk=t浆料入口-t二水出口=51-（25+20.193）=5.81（℃）△tm=(△tk-△tH)/(ln(△tk/△tH))=(23-5.81)/(ln(23/5.81))=12.49(℃)故F=18572562.54×0.95/（5016×12.49）=281.63（m2）板式换热器的选型与数理计算：选用BR1.65-1.0-90-E型按换热面积计算：190×2=380＞281.63（m2）故需要两台BR1.65-1.0-90-E型换热器。4.3氢氧化铝分离和洗涤设备选型及计算本设计采用水平盘式过滤机对氢氧化铝进行分离和洗涤。分别在25/26号分解槽尾端设置一个水力旋流器，对AH浆料进行分解，分别将水力旋流器溢流送往种子过滤，将水力旋流器底流送往成品过滤。其中成品过滤采用水平盘式过滤机。水平盘式过滤机的数量：本设计选用水平盘式过滤机，过滤面积51m2，对，产能为88tAH/h。每小时需要处理的Al(OH)3成品为168.527t/h,考虑生产的波动系数1.1，则需要的水平盘式过滤机的数量：168.527×1.1/88=2.1（台），取三台。4.4种子过滤设备选型及计算本设计采用立盘真空过滤机的组合进行种子过滤。过滤机的数量：本设计选用立盘真空过滤机，Φ5.44m，过滤面积114m2，对晶种进行过滤。根据过滤机的产能计算公式：P过=60Fσnρ(1-i)φ=60×114×0.01×1.2×2×(1-12%)×85%=122.792(t/(h.台))式中P过——过滤机的产能，t/h；F——过滤面积，m2；σ——滤饼的厚度，m，取0.01m；n——滤鼓转速，r/min，取1.2r/min；ρ——滤饼的假密度，t/m3，取2t/m3；i——滤饼的附液量，%，取12%；φ——滤饼的吹脱率，%，取85%。每小时需要过滤Al(OH)3晶种量为623.936t/h,考虑到生产物料波动系数1.1，则需要的立盘真空过滤机的数量为：635.936×1.1/122.792=5.696（台），取6台。4.5氢氧化铝分级设备选型及计算水力旋流器是氢氧化铝的粒度的分级设备。其的产能很高，其原理是物料在水力旋流器中的离心力作用。水力旋流器结构非常简单，主要有两个部分：圆柱形壳体以及圆锥形壳体。浆液在一定的压力下以切线进入圆柱壳体。由于离心力，较粗的颗粒被甩向内壁，并不断向锥形壳体下部分排除。细颗粒上升，并从溢流管排出。本设计采用HC100型水力旋流器，其氢氧化铝产能达94t/h，由物料平衡计算可知，成品品Al(OH)3小时流量168.527t/h，分级机个数=168.527/94=1.793,故选用两台HC100型水力旋流器。水力旋流器结构示意图壳体圆柱部分；2-壳体锥体部分；3-进料管；4-排沙管；5-溢流管；6-溢流引出管4.6分解技术条件4.6.1分解技术条件的确定稀释后的溶出液经过赤泥沉降和叶滤成为铝酸钠精液，精液经过换热器冷却到一定温度后方可进入分解槽进行晶种分解，将氢氧化铝晶种放入分解槽内，浆料按一定的顺序流经各个分解槽，经过一定的分解时间，最终生成氢氧化铝。为了保证分解过程的温度控制在合适的范围之内，需要在分解槽内设置一定数量的换热器。一部分氢氧化铝矿浆经过旋流器分级后底流再经过过滤工序制成氢氧化铝产品；另一部分氢氧化铝浆料则不需要进行分级处理，而是直接进行种子过滤，经过滤后的氢氧化铝晶体作为晶种使用，返回分解槽。晶种分解的具体流程如下图所示：晶种分解流程图晶种分解中所涉及的分解技术条件主要包括：种子比、分解温度（分解初温、终温）、分解时间、分解率等。这里参照山西铝业的工业技术指标，将精液的初温设置为100℃，精液分解初温设置为65℃，将分解终温设置在45℃左右；种子比设为1.5；分解时间为50h；分解率为53%左右，搅拌方式设置为机械搅拌；精液的【Al2O3】浓度为150g/L，MR=1.50,比重γ=1.27。4.6.2种分过程降温制度首先，经过叶滤后的精液温度比较高（约100℃），需要先使用换热器将其温度冷却至65℃左右，这一部分采用精液和母液换热，然后将精液压入1号分解槽。在4号槽和5号槽设置一个换热器作为第一级中间降温系统，当浆料经过第一级中间降温系统后温度可降低至51℃左右，其工艺流程图如下：第一级中间降温系统本着中间降温不宜靠后的原则，决定再在5号槽和6号槽设置第二级中间降温系统，当浆料经过第二级降温系统后其温度可降低至48℃左右，其工艺流程图如下：第二级降温系统降温技术条件的确定：多级中间降温系统的设置能够促进分解率的提高，根据山西铝业运行情况，确定降温技术的条件如下：精液：通过板式换热器降温分解初温控制在65±3℃中间降温：第一级中间降温系统：浆料经板式换热器降温10~12℃第二级中间降温系统：浆料经板式换热器降温2~3℃通过调整板式换热器的进水量来控制浆料的降温梯度，最终把分解终温控制在45±2℃。第五章晶种分解热平衡计算5.1精液热交换通过叶滤后的得到的精液需要进入热交换器中进行冷却降温，精液降温采用板式换热器进行热交换并利用精液和种分母液换热已达到冷却精液的目的。精液的流量为1676.198t/h，比热为0.837kcal/(kg.℃)，进口温度为100℃，出口温度为65℃；分解母液的比热为0.861kcal/(kg.℃)，进口温度为40℃，出口温度为80℃；板式换热器的热交换效率取95%，传热系数取800kcal/(m2.h.℃);液量波动系数为1.1。精液的流量Q精=11769.321×1.1=1946.253（t/h）每小时流经换热器的热量为G精：G精=Q精C精△t=1946.253×0.837×（100-65）=5.702×107（kcal/h）式中：Q精——精液流量，t/h；△t——精液的温度降，℃；C精——精液的比热，kcal/(kg.℃)则需要的种分母液的流量为Q种分：Q种分=G精×η热效率/（△t×C种分）=5.702×107×95%/（40×1000×0.861）=1572.727（t/h）式中：η热效率——板式换热器的热效率，取95%；△t——种分母液的温度变化，℃；C种分——种分母液的比热，kcal/(kg.℃)。由于本设计中种分母液的实际流量为1513.819t/h＜1572.727t/h，需要用部分冷却水代替不足的母液量。假设加入冷却水的入口温度为25℃，出口温度为40℃。需要补充的冷却水量：Q补水=40×1000×0.861×（1572.727-15113.819）/（1×1000×15）=135.253（t/h）精液降温热平衡表（单位：kcal/h）项目精液输入热量合计进入5.702×1075.702×107项目种分母液和冷却水带出的热量交换热损失合计输出5.417×1070.285×1075.417×1075.2第一级中间换热计算条件：第一级换热位置：7#分解槽、8#分解槽AH浆料的流量：1843.818t/hAH浆料的比热：0.594kcal/h(kg.℃)中间降温段分解浆料的初温：约63℃（考虑热损失）；中间降温段分解浆料的终温：51℃；在分解槽1/3处设置出料口，料浆进入板式换热器经过冷却后进入下一个分解槽。板式换热器使用水冷的方式给浆料冷却降温。冷却水进口温度设为25℃，出口温度设为40℃。在第一级中间降温过程中流经换热器的热量G一级：G一级=Q一级C浆△t浆=1843.818×1000×0.594×（63-51）=1.314×107（kcal/h）=1489.823（t/h）式中：Q一级——流经一级降温系统的浆料流量，t/h；△t浆——浆料的温度变化，℃；C浆——浆料的比热，kcal/(kg.℃)。一级降温系统所需要的循环水量G一水=G一级η热效率/（C水△t水）=1.314×107×95%/（1×1000×15）=832.200（t/h）一级降温系统所造成的热损失G损=G一级×5%=1.314×107×5%=0.066×107（kcal/h）5.3第二级中间换热计算条件：第二级换热位置：9#分解槽、10#分解槽AH浆料的流量：1843.818t/hAH浆料的比热：0.594kcal/h(kg.℃)中间降温段分解浆料的初温：51℃（考虑热损失）；中间降温段分解浆料的终温：48℃；在分解槽1/3处设置出料口，料浆进入板式换热器经过冷却后进入下一个分解槽。板式换热器使用水冷的方式给浆料冷却降温。冷却水进口温度设为25℃，出口温度设为40℃。在第一级中间降温过程中流经换热器的热量G二级：G二级=Q二级C浆△t浆=1843.818×1000×0.594×（51-48）=3.286×107（kcal/h）=1489.823（t/h）式中：Q二级————流经二级降温系统的浆料流量，t/h；△t浆————浆料的温度变化，℃；C浆————浆料的比热，kcal/(kg.℃)。一级降温系统所需要的的循环水量G二水=G二级η热效率/（C水△t水）=3.286×106×95%/（1×1000×15）=208.093（t/h）二级降温系统所造成的热损失G损=G一级×5%=3.286×107×5%=0.016×107（kcal/h）故板式换热器造成的总的热损失G总损=0.264×107+0.066×107+0.016×107=0.346×107（kcal/h）种分过程热平衡表（单位：kcal/h）项目精液输入的热量浆料输入的热量合计进入5.401×1072.190×1077.591×107项目母液带出的热量交换热总损失一级冷却水带出热量二级冷却水带出热量晶种升温吸热及自然热损失合计输出5.137×1070.346×1070.548×1071.248×1070.312×1077.591×107

第六章强化铝酸钠溶液精种分解新途径精种分解是氧化铝生产工艺中的重要一环，精种分解的质量和效率将直接关乎最终氧化铝生产成品的质量。但影响铝酸钠精种分解的因素复杂且多如分解温度、精种质量和数量、分解时间、分解原液的浓度苛性比、杂质、搅拌强度等，因此严格控制这些工艺条件，达到强化精种分解过程、提高分解率、降低精种分解的时间的目标，对氧化铝生产企业生产高质量砂状氧化铝产品有着重大意义。目前强化精种分解的方法主要从外加物理场、活化晶种、添加剂等方面进行研究[12]。这些因素对精种分解强化产生不一样的效果。因此可根据不同的生产工艺及氧化铝市场前景，采用合理的种分分解强化措施，达到优质、高产、低能耗的目的。6.1外加物理场强化6.1.1外加电场强化吴复忠[10]研究了电场对氧化铝厂铝酸钠溶液精种分解强化的作用。在实验中采用了不同温度和不同苛性碱浓度的条件，在外加电场的作用下发现，可大量促进初生晶核的形成和大颗粒氢氧化铝的附聚，以致铝酸钠的分解率得到了显著的提高，同时发现电场也改变铝酸钠溶液分解产物的物相，仍然是氢氧化铝，且晶体结构也未发生改变。6.1.2外加超声波强化赵继华[11]进行了大量的实验研究发现，铝酸钠在经过超声处理一段时间后，精种分解过程得到了有效的加快，明显的缩短了精种分解的时间，提高了精种分解的效率。但实际上铝酸钠溶液种分解的过程包含了次生晶核的形成、晶体的破裂与磨蚀、晶体的长大、晶体的附聚等许多方面的物理化学过程。中南大学的陈国辉[12]对超声波影响铝酸钠成核进行了更为详细的研究，他分别进行了不同温度，不同苛性比以及不同晶种量条件下的超声波与未超声波强化铝酸钠溶液分解过程的成核观察试验，发现在45~65℃，苛性比1.28~1.9条件下，超声波强化不能促使铝酸钠溶液在未加晶种情况下发生一次成核。而温度低于60℃时，超声波强化则可以促使次生晶核的生成。随晶种量的增加，超声波强化生成次生晶核的时间可以大大缩短。6.2添加剂强化随着中国环保意识和对工业单位能耗意识的提高，对电解铝厂的环保节能方面的要求越来越高，尤其是流态化焙烧技术和干法烟气净化技术的应用以及大型中间自动点式下料预焙槽的大量推广使用，因此对氧化铝的物理化学性质有了更为严格的要求,目前，