【《氧化铝的生产工艺中高压溶出过程热平衡计算过程案例》4800字】

氧化铝的生产工艺中高压溶出过程热平衡计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u1221氧化铝的生产工艺中高压溶出过程热平衡计算过程案例 148721.1高压溶出车间工艺流程 1209521.2溶出矿浆的自蒸发水量 2171671.2.1溶出矿浆自蒸发级数的确定 2264021.2.2各级自蒸发器的参数 2209171.2.3矿浆的自蒸发水量 450641.3原矿浆由溶出矿浆的自蒸发蒸汽预热的温度 5301071.4原矿浆由新蒸汽冷凝水预热的温度 740181.5原矿浆预热后的温度 770801.6进出各级预热器的蒸汽与矿浆的平均温度差 9241332高压溶出车间主要设备的选择与计算 10172532.1溶出器的选择与计算 10112122.1.1溶出器生产能力的确定 1038872.1.2预热溶出器的选择与计算 1190722.1.3保温溶出器的选择与计算 13119982.1.4高压溶出器器壁厚度的计算 13270552.2中间脱硅罐的选择与计算 14166052.3预脱硅槽的选择与计算 1419582.4自蒸发器的选择与计算 14257942.5油压泵的选择与计算 17137522.6高压溶出车间主要设备明细 191.1高压溶出车间工艺流程高压溶出车间工艺流程如图3-1所示。原矿浆进入原料浆槽，经油压泵泵入套管式预热器。此过程加热热源由上一级溶出矿浆在自蒸发器中冷却时交换的热量提供。经过套管式预热器五级预热后，矿浆温度达到160℃，进入与脱硅罐进行脱硅处理。然后矿浆进入到压煮器（带加热管束）中继续加热反应，经两级压煮器加热后，矿浆温度达到190℃，再次进入脱硅罐中进行脱硅处理。之后矿浆继续进入压煮器中被加热到225℃，接着被新蒸汽加热至溶出温度260℃。矿浆进入保温溶出器，进行保温溶出，2小时后，矿浆进入九级自蒸发系统冷却后，经脉冲缓冲器进入稀释槽进行赤泥洗涤分离工序，分离赤泥后，料浆进入溶出后槽进行下一步处理。矿浆经九级自蒸发冷却交换的热量用来加热下一批矿浆。1.2溶出矿浆的自蒸发水量1.2.1溶出矿浆自蒸发级数的确定已知1号自蒸发器进料温度(等于溶出温度)为250℃；8号自蒸发器绝对压力为196kPa(表压为98kPa)，经查饱和蒸汽表得知其蒸汽温度为119.6℃，取为120℃。取该溶出液的沸点升高为14℃,则9号自蒸发器矿浆的温度(达到沸点时的温度)：t1号到9号自蒸发器矿浆的温度差：260−134=126℃则相邻两级自蒸发器的平均温度差：∆t=144现取每相邻两级自蒸发器的∆t为14℃。1.2.2各级自蒸发器的参数1-9级自蒸发器的参数列于表3-1

表3-1各级自蒸发器的参数级数123456789矿浆温度/℃246232218204190176162148134自蒸发蒸汽温度/℃232218204190176162148134120蒸发热/KJ·kg-11801.11867.41925.61982.42028.12075.72120.12159.42189.3溶液沸点升高/℃141414141414141414自蒸发蒸汽压力/MPa2.8912.2391.6931.2650.9180.6560.4520.3050.2021.2.3矿浆的自蒸发水量自蒸发水量：Wm−ic−比热容，取3.1446kJ/(kg·℃)η−热效率，取为95%∆t−相邻两级自蒸发器的温差，i−i级蒸发热，所以W1=12720.519×3.1446×260−246×0.951803.1=294.637kg自蒸发水总量：W=294.637+278.296+263.840+250.714+239.895+229.560+220.224+211.950+204.167=2193.2831.3原矿浆由溶出矿浆的自蒸发蒸汽预热的温度矿浆在该级预热后提高的温度：∆Q矿浆−矿浆流量，c水、c矿浆−W、Wt、tt−ti'−与进入该级预热器中的相关级自蒸发器中的矿浆蒸发热1-9级预热∆t'1∆t'2∆t'3∆t'4∆t'5∆t'6∆t'7∆t'8∆自蒸发蒸汽预热的总温度：∆t'总1.4原矿浆由新蒸汽冷凝水预热的温度设每吨氧化铝的新蒸汽消耗量为V（kg），由热平衡关系，求得被新蒸汽冷凝水余热逐级预热后原矿浆被提高的温度。1-9级预热：∆10级预热：∆预热总温度：∆1.5原矿浆预热后的温度已知原矿浆的初始温度为85℃，经过溶出矿浆的自蒸发蒸汽和新蒸汽冷凝水预热后所达到的温度：t=85+∆V=G矿浆−矿浆流量，c矿浆−比热容，∆t加−Q溶解热−溶解热，取i新−新蒸汽蒸发热，η−热效率，95%按一水硬铝石型铝土矿计，全厂物料衡算计算出，每生产1t成品需要1341.616kg氧化铝，则吸收的溶解热：QV=12720.519×3.1446×矿浆预热所达到的温度：t预热=其中：1-10级预热∆t1=∆t'1+∆t''1矿浆被各级预热后的温度：t1=t矿浆原始+∆t1=85+15.50=100.50℃1.6进出各级预热器的蒸汽与矿浆的平均温度差进出各级预热器的蒸汽与矿浆的平均温度差，以对数平均温度差∆t∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆新蒸汽加热预热器中蒸汽与矿浆的平均温度差：∆4高压溶出车间主要设备的选择与计算2.1溶出器的选择与计算2.1.1溶出器生产能力的确定溶出器产能：A=M生产规模1000000t/a；b波动系数，取1.1；876024x360=8760h；n溶出器组数，取n=3组；η溶出器运转率，取90％；取ρ密度=3.5t/m体积：V矿浆=密度：ρA=2.1.2预热溶出器的选择与计算预热器的类型：选用套管式预热器，其是结构最简单的一种“管套管”型热交换器，原矿浆在套管的内管中流动，溶处理矿浆在其外的环形管道中逆向流动。两种物料通过内管管壁进行热交换，可以将原矿浆预热到接近于溶出料浆的温度。传热面积：FiFi传热面积，mm矿浆流量，kg/h；m=c比热容，1.1446；∆tii级预热器预热后矿浆的温差，∆tm,i-iKii级预热器的传热系数，即矿浆流速快，则K矿浆流速为v=2.2m/s，k=5106各级预热面积为：F1=597745.66×3.1446×15.505106×26.50=215.32m2

F2前四级用套管式预热器预热，预热总面积为：F=215.32+227.06+239.23+251.93+265.20=1198.74考虑到结疤问题影响传热效率：所以F预热管尺寸：内套管ϕ299×12，外套管ϕ377×9；预热管的平均半径为：r则，预热管管长L=取L=2280m。分四层排列，每层六排，一排95m。2.1.3保温溶出器的选择与计算选用ϕ2800×16232，容积V=83.23m3n=η=95%n=2.1.4高压溶出器器壁厚度的计算高溶出器（压煮器）器壁厚度的计算，就是高压溶出器的机械强度计算，目的是为了求得在操作压力下保证生产安全的溶出器器壁厚度。预热结束后，选择两种带加热管束的压煮器，加热面积分别为340m2和540m2。尺寸为ϕ2800×16232，容积V=81.23压煮器壁厚：δ=σ极限抗拉强度，400MPa；p压煮器内部压力MPa；D内压煮器内径，mmφ压煮器器壁接缝强度系数，取0.9；C磨损及磨蚀余度，在0-3之间。当δ≥40mm时，不应该加这一项。取为2mm。δ=取δ=2.5mm，则可以完全保证溶出器的安全。2.2中间脱硅罐的选择与计算选用ϕ2800×16232，容积V=83.23n=2.3预脱硅槽的选择与计算选用ϕ10m×10m，容积785mQ保温搅拌4.5小时，设备容积利用率η=95%，则所需与脱硅槽的数量：n=取6个2.4自蒸发器的选择与计算自蒸发器内径：DQiυiρi蒸汽体积密度，t/m3查得各级自蒸发蒸汽温度ρ值，为表4-1表4-1各级自蒸发蒸汽温度与体积密度自蒸发蒸汽温度/℃246232218204190176162148134120自蒸发蒸汽体积密度/kg·m-30.053640.068930.088610.11630.15920.21190.29960.41490.59730.8917自蒸发器的蒸发水量：Q1=W1×114.1553×自蒸发器内径：D1=4×13702.388×0.068933600×π×0.2=1.292m

D设自蒸发器的高度为H，可按H/D=3~4来确定。现取1~2级自蒸发器的D1~2=1.5m，高度H=6m,共需2×3=6台；3~4级自蒸发器，D3~4=2m，高度H=7m，共需2×3=6台；5~6级自蒸发器，D5~6=2.5m，高度H=8m，共需2×3=6台；7~8级自蒸发器，D7~8自蒸发器的壁厚按压力容器壁厚计算公式计算：δ计算1、2号的自蒸发器壁厚，要用压力大的1号的压力p1=2.891MPaδ对于3~4号自蒸发器，取pδ对于5~6号自蒸发器，取pδ对于7~8号自蒸发器，取pδ对于9号自蒸发器，其自蒸发器的压力pδ综上，取自蒸发器壁厚为9mm。2.5油压泵的选择与计算1.溶出阻力损失（1）直管段的摩擦阻力损失：h式中λ摩擦阻力系数，λ=0.03~0.04L长度，mhfd直径，mv矿浆平均流速，m/s（2）弯头部位的局部压力损失：hε阻力损失系数，包括ε2.溶出器系统的阻力损失计算（1）2~5号预热器的阻力损失。2~5号加热管的总长度为1861m，d内λ=式中ρ=1466.7kg/μ=0.002Re=0.299×1466.7×2.2所以λ=则h换算成压头损失为：∆he2包括进出连接管口在内共有2次突然扩大或缩小，根据预热器具体结构尺寸可以计算得到：A1A2=0所以h∆所以前1~5号预热器总压力损失为：∆（2）对于6~9号和10~11号预热器采用压煮器加热，取每个罐的压力损失为0.02Mpa，则其总压力损失：∆（3）对于5号和6号中间脱硅罐和7号和8号中间脱硅罐，以及1~5号保温溶出器，总共是7个保温作用的罐，每个压损仍然为0.02Mpa，则：∆所以溶出系统总压损为∆=0.305+0.12+0.14=0.5651.1号自蒸发器的矿浆饱和蒸气压根据1号自蒸发器矿浆温度为246℃，查饱和蒸汽表得到，其饱和蒸汽的绝对压力：P2.油压泵总工作压力：PP5.油压泵的型号与数量：选用ZPM1200型油压泵，P=6.5Mpa，Q=400m3A取2台，则三组压煮器选用油压泵2×3=6台，备用2台，总计需要8台。2.6高压溶出车间主要设备明细见设备表4-2

表