【年产100万吨拜尔法氧化铝高压溶出工艺设计计算过程案例7100字】

1年产100万吨拜尔法氧化铝高压溶出工艺设计计算过程案例年产100万吨拜尔法氧化铝高压溶出工艺设计计算过程案例 1 11.1.1高压溶出过程机理 1 21.1.3影响高压溶出指标的因素 31.2高压溶出的热平衡计算 51.2.1自蒸发级数的确定 5 61.2.3原矿浆预热 71.2.4溶出过程新蒸汽消耗量 1.2.5各级单管预热器内矿浆温度 1.2.6各级单管预热器的平均温差 1.3高压溶出器设备的选择计算 1.3.1高压溶出器生产能力的确定 1.3.2高压溶出器的选择计算 1.3.4油压泥浆泵的选择计算 1.3.5自蒸发器的选择计算 20 2 2 231.1高压溶出过程1.1.1高压溶出过程机理(1)溶出过程化学反应我国铝土矿主要成分是一水硬铝石，分子式是a-AlOOH。用苛性钠溶液溶出铝酸钠的过程的，它的实质就是用苛性钠溶液将本来就存在于铝土矿中的A1₂O₃,进行化学反应，从而生成NaAlO₂溶液，从而实现溶出的目的。其中，发生的主要的化学反应之一就是一水硬铝石与苛性钠进行化学反应，从而制取得到化合物铝酸钠。这个过程当中所发生的反应的化学方程式为：氧化硅和铁杂质是天生存在于铝土矿中是的主要的有害性杂质。由于氧化硅2对产品的有害性影响，使得在溶出过程中，除硅反应显得十分重要，其具体反应SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O3TiO2+2NaOH+水=Na₂O·3TiO₂·2H₂O+H₂O2CaO+TiO₂+2H₂O=2CaO●T越高，在一定的溶解时间内设备的生产率(设备产能)就越高。还在不断研究中，这是因为铝土矿类型多，结构复杂的原因造成的。在一定温度下，循环母液碱浓度的增加，有利于提升氧在高压溶出的过程中，苛性水平的比值高低和具体溶出(1)溶出液苛性比值指的是：拜耳法生产氧化铝的溶出过程当中溶出液的苛1.645所表示的意思是溶出液当中的Al₂O₃和Na₂O的分子量的比值3的大小，也就是102/62;Nk所表示的意思是在溶出过程当中，溶液中的苛性氧化钠的浓度值，它的单位为(g/L);A所表示的意思是溶出过程当中的溶出液当中A1₂O₃的浓度值，它的单(2)氧化铝的溶出率指的是：铝土矿中A1₂O₃在溶出的过程当中，会被循环母液中的苛性钠溶解从而进入到溶液当中的比例在上述所列出的溶出率的计算公式当中，η所表示的意思是铝土矿中的氧化铝在溶出的过程当中的具体溶出率，用(%)来表示；所表示的意思是溶出过程所产生的赤泥当中的Al₂O₃和SiO₂的重量的比值；所表示的是铝土矿当中的Al₂O₃和SiO₂的重量的比值；在生产过程当中中，一般情况下是用原料矿物浆料固相当中的As和溶出过程当中的溶出液固相当中的来表示A1₂O₃的即：1.1.3影响高压溶出指标的因素在拜耳法生产氧化铝的高压溶出的过程中，溶出指标主要是指苛性比值和溶出率。溶出指标的好和坏会直接影响到整个溶出过程的效果。对溶出的指标的影响因素主要包括有很多种，主要有原矿浆中各种化学成分和溶出过程中所涉及到的各种参数的影响。下面分析了其中几个主要的影响因素。原矿浆中的铝硅比：铝硅比指的是Al₂O₃对SiO₂的重量比。在拜耳法生产氧化4铝的过程当中，当进行高压溶出时，能够直接溶解到溶液中的氧化铝非常非常的少。而大多数的氧化铝则是通过与硅的化学反应，最终会形成渣，进入到赤泥当中。所以，矿浆中的氧化硅的含量越高，就代表这原矿浆中的铝硅比越小，这会导致大部分的氧化铝进入到赤泥当中，造成的结果就是溶出率降低。原矿浆中存在的氧化钙和氧化钦的含量：铝土矿中的氧化钦在溶液中存在的状态是凝胶状。因为它的状态的原因，溶出的对象物一水氧化铝会被这种凝胶状物质包裹，从而会与碱液相隔开来，这对溶出过程产生了致命的影响。氧化钦又可能会与碱液反应从而生成一种新的致密的化合物，这样就使得溶液中的氢氧根离子很难通过或穿透这种致密的化合物并与一水氧化铝发应发生相互作用，因此，这就大大增加了溶液中氢氧根离子的扩散阻力，大大降低了氧化铝的溶出的速度，从而严重影响了苛性水平的比值与溶出率。在生产实践中，通常都会在原有的矿浆中加入足量的石灰，这是因为氧化钛优先与氧化钙反应生成疏松多孔的化合物：2Ca0●TiO2·2H₂O,氢氧根离子及A10(OH)₂离子将会很容易的进行自由穿透，而且在搅拌的过程中，由于许多个粒子之间的相互摩擦，使得2Ca0●TiO₂●2H₂O薄膜随着搅拌的进行而脱落下去，这就使得氧化铝更加容易溶出，从而在一定程度上提高了的溶出率。另外，石灰中的氧化钙也会与SiO2相互作用，引起化学反应，从而生成不溶性的铝硅酸钙沉淀，这在一定程度上减少了碱的损失，从而影响了苛性比值。循环母液中的苛性碱浓度及苛性比值1]:在一定的浓度下，氧化铝的溶出速率与循环母液的浓度有关系，循环母液碱度越大，氧化铝溶出的速率也就越高，但并不是越高越好，在一定限度内有效。原始矿浆中铝土矿物的细磨程度：在铝土矿物的溶出过程中，矿石颗粒的粒度大小程度影响的是其外观和表面积的大小。细磨的程度越大，固体矿物的粒度就越小，在同样体积的情况下，表面积也就越大，使其在反应过程中与溶液之间的接触面积也就越大，从而提高溶出率。除此之外，矿物的细磨程度越大，杂质所包围的氧化铝水合物在其表面暴露的就越多，氧化铝水合物与碱液反应的就更加彻底，因此导致溶出的就越彻底，溶出效果越好。而且在经过充分的研磨后得到的矿石，表面会有很多的裂缝，从一定程度上，也增加了反应的面积，从而加快了溶出的速度。5溶解温度对溶出率的影响情况见下表5-1所示；溶出温度对溶出液苛性比值的影响情况见下表5-2所示。溶出温度(℃)溶出率(%)的影响溶出温度℃苛性比值在生产过程中，自蒸发的级数一般会采用7至11级，这是因为为了要更加充分的利用自蒸发的蒸汽。由于本设计的溶出的温度为265℃,因此第一级的自蒸发器它的进料的温度为265℃,第九级的自蒸发的气压值为2kg/cm²(用绝对压力来表示),它的相应的蒸汽的温度值为120℃,溶出后的矿浆它的沸点所升高的温度数为16℃,所以第九级的自蒸发器它的出料的温度为(120+16)=136℃,矿浆在自蒸发的过程中它的温度降低的值为(180—136)=144℃,平均的温度下降的值为：△=144/9=16℃。将各级蒸发过程的主要参数列为下表5-3:6级数项目123456789自蒸发蒸汽温度(℃)自蒸发蒸汽蒸汽比容自蒸发蒸汽t,t₂所表示的是进料时候的温度的值和出料时候的温度的值，它的单位为℃;i所表示的是自蒸发的蒸汽的热焓值，它的单位为kc所表示的是矿物浆料的比热值，它的单位也为kcal/kg;w所表示的是自蒸发的水的量，它的单位为kg/T—AO;η所表示的是热效率的值，可以将它取为95%。7=321.88+306.07+292.05+279.53+268.29+258.13+248.78+240.21.2.3原矿浆预热(1)已经知道，自蒸发蒸汽的温度它的值为85℃,而且又已经知道在预热的过程中的热效率值为95%。因此，可以列出每一级的单管预热器的热平衡的计算公式为：w;+i+mc去+(w-w;)i*1=Wii水2+mc●t₂+(w-w;)i水2+热损失8在上述所列出的计算公式当中：w;所表示的是自蒸发的蒸汽进入到第i级单w所表示的是自蒸发的蒸汽进入到第i级的单管预热器后的量，它的焓的值，它的单位为kcal/kg;i水1所表示的是后面一级的冷凝水的热焓的值，他的单位也为为95%;η2所表示的是单管在预热的过程当中的热效率的值，取值为95%;m所表示的是矿浆的含量，它的单位为kg/T—AO;c所表示的是矿浆的比热值，它的单位为kcal/kg;则各级单管预热器温度为(其走向与自蒸发逆向):9=14.9+14.72+14.52+14.31+14.01+13.78+13.46+则矿浆在最后所能够达到的温度为的值为：t=85+124.78=209.78℃(2)采用新的蒸汽冷凝水来预热原矿浆的原理以及计算：由于新的蒸汽会不断地进入到1,2,3号的间接加热的溶出器当中，则会将原来矿浆的温度由初始预热时的温度t℃逐步的提高到280℃,这个过程而所得矿浆的温度从预热时的温度t℃,逐步要提高到280℃;所需要消耗掉的新蒸汽的量为Qkg/T—AO,则用新蒸汽的冷凝水为原矿浆进行预热时，使得矿浆=(0.00148+0.00149+0.0015+0.00152+0.00154+0.0015+0.00161t=209.78+0.018Q-3=206.78+0.018Q在上述所列出的计算公式当中：Q所表示的是新蒸汽的用量，它的单位为i.所表示的是新蒸汽的热焓，它的单位为kcal/kg;△t所表示的是矿物浆料的温度升高的值，H所表示的是化合物一水硬铝石它的熔解热，它的单位为kcal/T一AO;而且据计算，生产1吨氧化铝所需要消耗的矿石的Al₂O₃的量为1237.81kg则：H=153×1237.81=189384.93kcal/T—AOη表示的是热效率，它的值为95%,所以，即可列出：0.95Q×(656.6-321.2)=13302.32×0.75×(280—318.63Q=9978.99×(280—t将t=206.78+0.018Q带入上面所列t=206.78+0.018Q=206.78+0.018×10.95×Q×(656.6—321.2)=1846.62×318.63=2.88×10⁵kcalT—AO=2.88×4.2×10⁵'kcal/T—AO=1.2096GJ/t₂=(102.63-3)+14.72+0.00149Q=99.63+14.72+0.00149×1846.t₃=117.1+14.52+0.0015Q=117.1+14.52+0.0015×1846t₄=134.39+14.31+0.00152Q=134.39+14.31+0.00152×1846t₅=151.51+14.01+0.00154Q=151.51+14.01+0.00154×1846t₆=138.33+13.78+0.00157Q=138.33+13.78+0.00157×1846t₇=185.01+13.46+0.00161Q=185.01+13.46+0.00161×1846t₈=201.14+13.08+0.00165Q=201.14+13.08+0.00165×1846t₉=217.27+12+0.0058Q=217.27+12+0.0058×1846t1₀=232.37+(0.0058-0.00168)×1846.Q所表示的是原始矿浆的量的多少，它的单位为m³/Tb表示的是波动系数，一般会取1.1左右；8760所表示的是一整年当中的所有的工作小时数的总和，它的单位为h;n所表示的是溶出器的组数，其值选n=7;η所表示的是溶出器的运转率，通常它的值为85～87%,可以取式中：F—一原矿浆从预热温度提高到溶出温度所需的加热面积△t——矿浆温度，℃;选择φ2.5×11m的间接加热机械搅拌溶出器，f=26×5×π×38×9×10⁻³==139.6044m³式中：P——溶出器内矿浆压力，溶出温度为280℃,工作压力P=P1+P₂n—一安全系数，取n=4.0Q所表示的是为了将原始的矿浆从最开始的温度加热到所规定的温度而必须供给原矿浆的热量的大小，它的单K所表示的是传热系数的大小，它的单位为kJ/(cm²●h·℃);1代表的是单管的长度值，它的单位为m。在上述所列的计算的公式当中：m所表示的是生产1吨成品氢氧化铝所需c所表示的是矿浆的比热的值，它的单位为kcal/kg,它的值取为的大小，和最开始进入单管时的预热的温度的大小，它们的单位都是℃;B所表示的是设备的生产率的大小(按AO计算):B=80×10⁴/(365×24)=9则：Q=13301.32×0.75×(209.78-85)×91.32=在上述所列出来的计算公式当中：O₁表示的是冷凝水针对于管壁的传热的δ₁表示的是管子的厚度，它的单位为m,取δ1=6mm,即δ1δ₂表示的是管壁结疤的厚度大小，它的单位为m,取δ2(努基谢利特公式)式中：b表示的是,它的数值大小与温度有关，在c在计算过程中是一个常数，当管子处于水平状态时c=1;γ表示的是冷凝水的潜热，它的单位为kcal/kg,t₁表示的是设备当中的蒸汽的温度的大小，单位为℃,它的值取t₂表示的是单管里面的管壁上面的温度的大小，单位也是用℃来表(2)用近似算法来计算β,其计算的公式为β=4500√(v表示的是矿浆式中：D平=(D内+D外)/2,参照单管预热器选择计算中的结构计算，即：所以：1=F/π●D=6140/(3.14×0.312)=6267.35m,取6268m1)单管预热器内径则：D=2×(ro+s)=2×(252+51)=606mm,取610mm2)单管预热器内壁厚式中：p—一单管预热器压力，kg/cm²n—一安全系数，取4.0;则：为了制造方便，各级单管预热器壁厚均取14mm。P=P₀+(P+P₂+P)·n在这个计算式当式中：P——表示的是油压泥浆泵的正常情况下的工作的压P₀—一表示的是溶出的矿浆在一定的温度下，它的饱和的蒸汽压力的数值的大小，它的单位为kg/cm²;P表示的是油压泥浆泵和溶出器组之间的所形成的位差静压的数值的大小，它的单位为kg/cm²;P₂表示的是单管预热器系统所形成的总共的阻力的数值的大小，单位P₃表示的是溶出器组所构成的总的阻力的损失数值，它的单位也为n表示的是油压泥浆泵它的安全系数，一般取其值为1.2。(1)单管预热器它的列管部分所造成的阻力的损失的数值大小一到九号的单管预热器，由于：×10³,为湍流。则：第十号的单管预热器。因为10³,为湍流。则：(2)单管预热器的整个系统的局部阻力损失的数值大小单位为kg/cm²;P₅.它表示的是预热器无法