拜耳法生产氧化铝溶出工艺CAD软件系统的开发

： Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ａ Ｃ Ａ Ｄ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｅ ｄ ｂ Ｖ ｉ ｓ ｕ ａ ｌ Ｃ＋ ＋ ｗ ａ ｓ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ｙ ｐ ｙ ｐ ｐ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｂ ａ ｅ ｒ ａ ｌ ｕ ｍ ｉ ｎ ａ ｄ ｉ ｅ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｎ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ．Ｔ ｈ ｉ ｓ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｓ ｙ ｇ ｙ ｐ ｐ ｐ ｃ ｏ ｍ ｕ ｔ ｅ ｒ ａ ｉ ｄ ｅ ｄ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｆ ｏ ｒ ｕ ｓ ｅ ｒ ｓ ． － ｐ ｇ ： ； ； ； ； Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ａ ｌ ｕ ｍ ｉ ｎ ａ ｄ ｉ ｅ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｃ Ａ Ｄ； Ｂ ａ ｅ ｒ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｍ ｅ ｎ ｔ ｇ ｙ ｐ ｐ ｙ 采用拜 当前氧化铝绝 大 部 分 以 铝 土 矿 为 原 料 ， 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
图 ２ 系统开发流程图 Ｆ ｉ ． ２ Ｆ ｌ ｏ ｗ ｃ ｈ ａ ｒ ｔ ｏ ｆ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｍ ｅ ｎ ｔ ｇ ｙ ｐ
３ 功能实现
３ ． １ 参数输入 通过对全管道预热熔盐加热保温溶出设计的研
（ ： ） 冶炼部分 ） ｓ ｌ ． ｂ ｒ ｉ ｍｍ． ｃ ｎ ２ ０ １ ２ 年 ６ 期 有色金属 （ ｈ ｔ ｔ ? ? ｙ ｙ ｇ ｐ
Ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｃ Ａ Ｄ Ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ Ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ ｆ ｏ ｒ Ｂ ａ ｅ ｒ ｐ ｙ ｙ Ａ ｌ ｕ ｍ ｉ ｎ ａ Ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｄ ｉ ｅ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｇ
收稿日期 ： ２ ０ １ １ １ １ ２ ７ － －
） ； ） 基金项目 ： 国家重点基础研究发展计划 （ 项目 （ 国家自然科学基金资助项目 （ ９ ７ ３ 计划 ） ２ ０ ０ ７ Ｃ Ｂ ２ ０ ６ ９ ０ ３ ５ １ ０ ３ ６ ０ ０ ３ ， 作者简介 ： 黄望梅 （ 女， 湖北咸宁人 ， 硕士研究生 ． １ ９ ８ ７ －）
１］ 。 后料浆经过闪蒸器降压降温后 ， 进入下一道工序 ［
。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 Ｃ Ａ Ｄ 软件开 发系 统。 本 文 将 以 全
２ 软件总体设计
系统 开 发 流 程 如 图 ２ 所 示 。 整 个 溶 出 工 艺 数据处理 、 结果显示 、 参数 Ｃ Ａ Ｄ 软件包括参数输入 、 输出四大部分 。 参数输入主要完成原矿浆和热源物 溶出 相 关 参 数 输 入 、 闪 蒸 级 数 确 定 等。 性参数输入 、 数据处理是整个软 件 的 核 心 部 分 ， 系统总体热平衡 能量平衡 、 设备选型 计算和各单体设备的物料平衡 、 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 Ｏ 对软件计算 ｆ ｆ ｉ ｃ ｅ Ｗ ｏ ｒ ｄ和 Ｅ ｘ ｃ ｅ ｌ为基础 ， 直接形成设计计算书和主要参 结果进行输出保存 ， 数报表 。
（ ： ） 冶炼部分 ） ｓ ｌ ． ｂ ｒ ｉ ｍｍ． ｃ ｎ ２ ０ １ ２ 年 ６ 期 有色金属 （ ｈ ｔ ｔ ? ? ｙ ｙ ｇ ｐ ： ／ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ７ ｄ ｏ ｉ １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ７ ５ ４ ５ ． ２ ０ １ ２ ． ０ ６ ． ０ ０ ７ － ｊ
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拜耳法生产氧化铝溶出工艺 Ｃ Ａ Ｄ 软件 系统的开发
２ ， 黄望梅１， 刘莉娜１， 刘志春１， 陈德２， 阳志洪２， 刘伟１
（ ） 华中科技大学 能源学院 ， 武汉 ４ 贵阳铝镁设计研究院 ， 贵阳 ５ １． ３ ０ ０ ７ ４； ２． ５ ０ ０ ８ １
摘要 ： 基于 Ｖ 以 拜 耳 法 生 产 氧 化 铝 溶 出 工 艺 的 热 工 水 力 计 算 过 程 为 Βιβλιοθήκη Baidu 础， 完成 ｉ ｓ ｕ ａ ｌ Ｃ＋＋ 开 发 平 台 ， 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 。 Ｃ Ａ Ｄ 软件系统的开发 ， 关键词 ： 氧化铝 ； 溶出 ； 拜耳法 ； 软件 ； 开发 Ｃ Ａ Ｄ； （ ） 中图分类号 ： Ｔ Ｆ ８ ２ ３； Ｔ Ｐ ３ ９ １ ． ７ ２ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ７ ７ ５ ４ ５ ２ ０ １ ２ ０ ６ ０ ０ １ ９ ０ ５ － － －
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管道预热熔盐加热 保 温 溶 出 技 术 为 例 ， 介绍溶出工 艺Ｃ Ａ Ｄ 软件开发系统的研究过程 。
。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
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图 ３ 参数输入界面 Ｆ ｉ ． ３ Ｐ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｕ ｔ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｇ ｐ 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 但其精确度 验公式的运用减少 了 设 计 人 员 工 作 量 ， 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 图 ４ 套管预热器原理示意图 Ｆ ｉ ． ４ Ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｌ ｅ ｓ ｋ ｅ ｔ ｃ ｈ ｍ ａ ｏ ｆ ｔ ｕ ｂ ｅ ｒ ｅ ｈ ｅ ａ ｔ ｅ ｒ ｇ ｐ ｐ ｐ 了水和水蒸气在 ０～３ ７ ５ ℃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 换热面积 、 能量平衡等计算函 算中如综合换热系数 、 数均可重 复 应 用 ， 这也大大提高了 Ｃ Ａ Ｄ 软件的效 （ ） ２ （ ） ３ 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 Ｃ Ａ Ｄ 软件的初衷 。 ３ ． ３ 结果显示及输出参数保存 以１ 全管道预热熔盐加热保温溶 ０ 级闪蒸为例 ， 出结果显示界面如图 ５ 所示 。 界面上方以文字说明 同时 的方式给出了图片 上 各 个 符 号 所 代 表 的 设 备 ， 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 Ｒ ａ １ １ 为 例，
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 ３ 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 故应用 Ｏ 复杂 ， Ｄ Ｂ Ｃ（ Ｏ ｅ ｎ Ｄ ａ ｔ ａ ｂ ａ ｓ ｅ Ｃ ｏ ｎ ｎ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｐ ｙ） 应用程序接口设计 了 输 入 参 数 数 据 库 列 表 ， 并以输 以数据组为单位在数据库操 入参数序号为关键 字 、 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 。 ３ ． ２ 数据处理 ３ ． ２ ． １ 热工水力计算 由图 １ 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 ４ 所示 。 套管预热器中来自相应级闪蒸罐和冷凝水罐的 冷凝后排出预 高温闪蒸蒸汽对低 温 矿 浆 进 行 加 热 ， 热器 。 矿浆 进 出 口 温 度 分 别 为 ｔ 进出口焓值 ｔ ｉ、 ｏ， ｐ ｐ 为ｈ 质量流 量 为 ｍｐ； 闪蒸罐和冷凝水罐的高 ｈ ｉ、 ｏ， ｐ ｐ 温闪蒸蒸汽温度为ｔ 二 者 质 量 流 量 之 和 为 ｍｇ， 出 ｉ， ｇ ； 。 口冷凝水温度为ｔ ｌ ｏ 总换热量为 Ｑ 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 γ。 则套管 ｔ ｔ ｉ＝ ｌ ｏ， ｇ 预热器总体热平衡计算式为 ：
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１ 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 其 工 艺 流 程 示 意 图 见 图 １。 原 矿 浆 凝水罐等设 备 ， 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
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（ ： ） 有色金属 （ 冶炼部分 ） ｓ ｌ ． ｂ ｒ ｉ ｍｍ． ｃ ｎ ｈ ｔ ｔ ０ １ ２年６期 ? ? ２ ｙ ｙ ｇ ｐ
图 １ 氧化铝溶出工艺流程示意图 Ｆ ｉ ． １ Ｓ ｋ ｅ ｔ ｃ ｈ ｍ ａ ｏ ｆ ａ ｌ ｕ ｍ ｉ ｎ ａ ｄ ｉ ｅ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｌ ｏ ｗ ｃ ｈ ａ ｒ ｔ ｇ ｐ ｇ
１ １， ２ １ ２ ２ １ ， ， ， ， ＨＵＡＮＧ Ｗ ａ ｎ ｅ ｉ Ｌ Ｉ Ｕ Ｌ ｉ ｎ ａ Ｌ Ｉ Ｕ Ｚ ｈ ｉ ｃ ｈ ｕ ｎ ＣＨＥ Ｎ Ｄ ｅ ＹＡＮＧ Ｚ ｈ ｉ ｈ ｏ ｎ Ｌ Ｉ Ｕ Ｗ ｅ ｉ －ｍ － － － ｇ ｇ，
（ ，Ｗｕ ； １．Ｈ ｕ ａ ｚ ｈ ｏ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｈ ａ ｎ ４ ３ ０ ０ ７ ４， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｇ ｙ ｇ ｙ ， ） ２． Ｇ ｕ ｉ ａ ｎ Ａ ｌ ｕ ｍ ｉ ｎ ｕ ｍ ＆Ｍ ａ ｎ ｅ ｓ ｉ ｕ ｍ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ Ｇ ｕ ｉ ａ ｎ ５ ５ ０ ０ ８ １， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｙ ｇ ｇ ｇ ｙ ｇ