氧化铝蒸发系统的模拟优化

氧化铝蒸发系统的模拟优化

第32 卷第 2 期文章编导:10064148f2001）024）01103 氧化铝蒸发系统的模拟优化郭海燕（辽阳石油化工高等专科学校辽阳111003）摘要以某氧化铝厂蒸发系统的实际操作数据为依据,建立数学模型,进行计算机模拟,提

出两项改造方案.进行了比较,评价. 关键词蒸发系统,模拟,节能,改造

I 丽菁蒸发是重要的化工单元操作之一.在工业蒸发操作中,往往要蒸发大量的水分,消耗大量的水蒸汽,因此提高加热蒸汽的利用率,是节能的关键问题.在氧化铝生产中.需要耗费大量热能,蒸发除去溶液中的水.例如,拜耳法氧化铝厂,1 吨氧化铝的平均热能为15.5〜15.9x1焦耳,其费用相当于氧化铝成本的13%〜14%.用烧结法处理霞石的氧化铝厂, 热耗约为8.36~109焦耳/吨,其费用相当于成本的7〜10%,因此降低氧化铝生产的热耗是降低氧化铝生产成本的主要途径.

2 模拟计算

2.1 氧化铝蒸发系统操作参数及物性数据进人蒸发系统原料液体积流量为90.1m/h,质量流量为112.625吨/h,进料温度为60C，其它操作参数如下:

以NaOH 溶液浓度为基准（质量百分率）原料液进料浓度Bo=01393

原料液出料浓度BJ=0.2508

原料液体积流量V=90.1mVh

原料液质量流量Go=ll2.625吨/h

原料液的温度t~=609C

新蒸汽的温度S1155.1C

新蒸汽的压力=5.934kgf/cm C 末效的二次蒸汽温度ST(六)=64.99C 末效的二次蒸汽压力P=0.254kgf/em2 新蒸汽的汽化潜热Rc=2102.8kJ/kg

2.2数学模型的建立

收稿日期:2oo1--o5~17

作者筒彳r:韩海燕,(1968 —).女.黑龙江人.jI石油化工高等々科｛杖化工系.实验师,从事实验教学和科研工作.

(1)总蒸发水量

W(t)=Go(l 〜Ik/B %)

(2)各效蒸发水量

为了假设各效的蒸发水量,可以根据错流流程特点.假设各效蒸水量相同Wf.):W./N0=1,N)

(3)各效浓度

对各效作溶质的物料衡算,得各效完成液的浓

度

BI.FB/(E —…'〜w ［卜I｝〜w1)

(4)各效溶液拂点及有效温度差④各效蒸发有效传热总温差由下式计算

L:｛-T3)〜刀△

其中刀△为各效总的温度差损失

="△ + 刀△刀△

各效总的温度损失

△ 1{{〜0.0464B6j+0.4398Bli)) X

(32+1.8STm+(23.422B m 〜110.685BI.f))

②各效传热温差

Kr 〜各效的传热系数

③液室温度及加热蒸汽温度

l1.I-At(I1

l=tO 〜At(…

(5)热利用系数和自蒸发系数

热利用系数

"rli=0.98〜07(Bi-8~)

自蒸发系数

B(〜ti)A

(6)各效蒸发水量对各效进行热量衡算.得出如下关系式l2 浙江化工2001 年N=3(效)

w(七)=(Dj+G. —cp,)】

w:.={DG —C-cwB2J.

w..【D『+(G 广cn.B

1】l

II]+1

w2=D,

wl 【'+wf21w(,IwI

求解以上线性方程组即可求得各效的蒸发水量.

(7)各效传热速率和有效温度差

Qc=DfRL

tw…】.

本多效蒸发装置各效面积Am:l100m2. 故根据传热速率方程式求各效的传热温差. At •••=DI.R_/A …

At【.

-wl,R ㈣/K …AfL)

(8)加热蒸汽的汽化潜热和蒸发系数计算

(£球出各效加热蒸汽温度ST(i:1,N)根据ro~=2521.096-2.6656326ST(i)

②蒸发系数

,..:—(l,N),): ——J,)

(9)初值的复核和初步计算结果的校正在求得各效蒸发水量和有效温度荼后,就需要从末效出发,对末效前各效沸点的初值复核,若复核所得的各效沸点和原定的初值相差较多,则需重新计算.此时可以用复核所得的数据作为新的初值,来

求各效的自蒸发系数.然后求加热蒸汽消耗量合各效蒸发水量,以及有效温度差,并重新复核沸点.

(10)传热系数K的确定

传热系数K以原川一I 一U流程工艺计算中的各效传热系数为计算依据,则K 【: 1 .5 1 8kw/m2qC, K= 0.695kw/m2~C,K川.350kw/moc预热器的传热系数由公式Idmb

KdOhodh

h0023.k/dRP ho=10000

(11)各效加热蒸汽的计算

w/GCpoCpw._B

Dr,F 〜---- 一---

2.3 计算框图 2.4模拟计算结果及优化方案 2.4.1模拟计算结果分析蒸发器的加热热源除第 1 效使用新蒸汽之外其它各效均为前一效的二次蒸汽.

目W（十）B •-TST.1

数吨/h吨/h质量％CC

川16510116337664

I229302215145130

II 10587725112110

蒸发水兽量W.=5008（吨/h）

加热蒸汽总量=3705（吨/h）第32 卷第 2 期浙江化工

在川一I 一I生产流程中.蒸汽5OO7吨/h,每吨水蒸汽耗量074吨/h,从计算中可以发现I效二次蒸汽有浪费现象」效产生的22.98吨/h二次蒸汽.I效使用了8.77吨/h,愿液预热器使用了11.02吨/h,还有 3.19吨/h二次蒸汽随原液预热器的冷凝液放掉r —

另外,有效温差的分配也不尽合理.有效温差的分配是随着末效真空度和I 效加热蒸汽温度的变化自动调节.但操作情况也能影响有效温差的分配,如加热室内积液,惰性气体不能及时排出等,都能影响到有效温差的分配,所以操作条件也是十分重要的 2.4.2氧化铝蒸发系统优化改造方案（1）改造方案一改造后的三效蒸发系统利用了闪蒸罐产生的闪蒸蒸汽.加热预热器中的原料液.同时也利用I效二次蒸汽冷凝液去加热预热器中的原料液,进一步回收低品位的能量,提高原料液人口温度.

改造后的川一I 一U流程蒸发水总量5Oo7吨/h,

耗加热新蒸汽32.08吨/h,每吨水蒸汽耗量064吨/}1. 此川一I一U流程是利用闪蒸蒸汽预热原料液，提高原料液的人口温度,增加自蒸发系数,从而节约r 加热蒸汽,并且各效的加热蒸汽均能得到满足.

(2)改造方案二

改造操作流程增加 1 效,即由原三效蒸发该为四放蔫发,其他设备数量不变

改造后的四效流程，蒸发水总量W=50.07吨/h

耗加热新蒸汽26.55g/h,每吨水蒸汽耗量053吨/h, 各效加热蒸汽均能得到满足.并