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1、高压溶出过程的热平衡计算1 高压溶出车间工艺流程高压溶出车间工艺流程如图 1（下页）所示。溶出器组中前面 19 号溶出器（称为预热溶出器）都用各级自蒸发蒸汽和新蒸汽冷凝水蒸汽依次加热到236，最后经 10 号和 11 号溶出器用新蒸汽加热至溶出温度 250；高压溶出后的矿浆依次通过 8 级自蒸发器降压冷却后自流入稀释槽。蒸汽冷凝水罐共 18个，其中 10 个用来收集蒸汽冷凝水，送去作锅炉用水；8 个用来收集自蒸发蒸发冷凝水，送去作赤泥洗水。每个冷凝水罐，既是同级高压溶出器的冷凝水贮槽，又是更高温度冷凝水的自蒸发器。为保证冷凝水自蒸发蒸汽可以加入到其前一级溶出器中，冷凝水罐的压力控制必须保持与该
2、级自蒸发器的压力相同，本级高压溶出器的压力与冷凝水罐的压力保持平衡。2 溶出矿浆的自蒸发水量2.1 溶出矿浆自蒸发级数的确定设定 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） ，经查饱和蒸汽温度约为 119.6，取为 120。取该溶出液的沸点升高为 14，则 8 号自蒸发器矿浆的温度：t8=120+14=1341 号到 8 号自蒸发器温度差：250-134=116 则相邻两级自蒸发器的平均温度差 t=116/8=14.5因为 t 在 13 到 15之间，所以选取 8 级自蒸发为合理的级数。现取温度较高的 14 号自蒸发器每相邻两
3、级的 t 为 14，而温度较低的 58号自蒸发器每相邻两级的 t 为 15。各级自蒸发器参数级数 1 2 3 4 5 6 7 8矿浆温度/236 222 208 194 179 164 149 134自蒸发蒸汽温度/222 208 194 180 165 150 135 120蒸发热/KJ.Kg1845.9 1905,2 1960.8 2011.8 2062.8 2110.8 2406.4 2198.3溶液沸点升高/14自蒸发蒸汽压力/MPa2.462 1.873 1.396 1.022 0.714 0.465 0.319 0.2022.3 矿浆的自蒸发水量矿浆的自蒸发水量按以下公式计算：W=
4、mct/i式子中 W生产 1t 氧化铝所需的矿浆的自蒸发水量，Kg；m生产 1t 氧化铝所需的进入该级自蒸发器的矿浆量，Kg;c矿浆的比热容，计算值为 3.1446KJ/(Kg. );热效率，取 95%；t相邻两级自蒸发器的温度差；i该级自蒸发蒸汽的蒸发热，KJ/Kg。计算如下：W1= =272.92KgW2= =258.43KgW3= =245.59KgW4= =234.26KgW5= = 239.70KgW6= =229.16KgW7= =196.74KgW8= =211.36Kg矿浆的自蒸发总水量：W=W1+W2+W8=1888.16Kg在高压溶出的矿浆多级自蒸发多级预热系统中，原矿浆是
5、由溶出矿浆的自蒸发蒸汽（二次蒸汽）和新蒸汽冷凝水共同加热而提温的。3 原矿浆由溶出矿浆的自蒸发蒸汽预热的温度矿浆由自蒸发蒸汽在该级预热所提高的温度由以下式子计算：=式中： 在该级预热器中矿浆由自蒸发蒸汽加热所提高的温度，/;Q 矿浆 生产 1t 氧化铝的矿浆流量，Kg ；C 水 水的比热容， 4.18KJ/(Kg. );C 矿浆矿浆的比热容，计算值为 3.1446KJ/(Kg. );W, W生产 1t 氧化铝所需的溶出矿浆的自蒸发水总量、进入该级预热器中相关级的自蒸发蒸汽量，Kg;t ,t与进入该级预热器中的自蒸发蒸汽相关级的自蒸发器中进出矿浆的温度，；t-t相邻两级自蒸发器的温度差，；i 与
6、进入该级预热器中的相关级自蒸发器的矿浆蒸发热，KJ/Kg。计算结果如下：1 级预热 = =14.292 级预热 = =14.203 级预热 = =14.104 级预热 = =13.995 级预热 = = =12.966 级预热 = =12.867 级预热 = =12.758 级预热 = = =12.64自蒸发预热蒸汽的总温度为 = + + =107.794 原矿浆由新蒸汽冷凝水预热的温度设每吨 Al2O3 的新蒸汽消耗量为 V（kg） ，根据新蒸汽冷凝水预热矿浆的热平衡关系，即可求得原矿浆由新蒸汽冷凝水在各级预热所提高的温度：1 级预热 = =0.0015725V2 级预热 = =0.0015
7、725V3 级预热 = =0.0015725V4 级预热 = =0.0015725V5 级预热 = =0.0014677V6 级预热 = =0.0014677V7 级预热 = =0.0014677V8 级预热 = =0.0014677V9 级预热 = = =0.0045080V新蒸发蒸汽预热总温度：= + + =0.0166688V5 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+ + =85+107.79+0.0166688VV=式中：G生产 1t 氧化铝的矿浆流量，Kg；C 矿浆矿浆的比热容，计算值为 3.1446KJ/
8、(Kg. );t 加 矿浆由新蒸汽预热所提高的温度， （250-t）;Q 溶解热 铝土矿中的 Al2O3 溶解热，为 639.54KJ/Kg;I 新 新蒸汽的蒸发热，1546.6KJ/Kg;热效率 ，95% 。按铝土矿中的 Al2O3 全部为一水硬铝石计，根据总物料平衡，生产每吨产品需要溶解 1171Kg 的 Al2O3，则需要吸收溶解热：Q 溶解热 =639.54*1171=748901.34KJV= =得 V=1388.10Kg矿浆预热所达到的温度：t 预热=t 原始矿浆+ + =215.93其中：1 级预热 t1= + =14.29+0.0015725*1388.10=16.47 2 级
9、预热 t2= + =14.20+0.0015725*1388.10=16.383 级预热 t3= + =14.10+0.0015725*1388.10=16.284 级预热 t4= + =13.99+0.0015725*1388.10=16.175 级预热 t5= + =12.96+0.0015725*1388.10=15.006 级预热 t6= + =12.86+0.0015725*1388.10=14.907 级预热 t7= + =12.75+0.0015725*1388.10=14.798 级预热 t8= + =12.64+0.0015725*1388.10=14.689 级预热 t9=
10、0.0045*1388.58=6.26各级预热后矿浆所达到的温度：t1=85+16.47=101.47t2=101.47+16.38=117.85t3=117.85+16.28=134.13t4=134.13+16.17=150.30t5=150.30+15.00=165.30t6=165.30+14.90=180.20t7=180.20+14.79=194.99t8=194.99+14.68=209.67t9=209.67+6.26=215.936 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 tm 表示如下：tm=tm1= =25.90tm
11、2= =24.43 tm3= =23.06tm4= =21.79tm5= =21.33tm6= =20.35tm7= =19.48tm8= =18.72tm9= =23.06新蒸发器的 1011 号预热器中蒸汽与矿浆的平均温度差：tm1011= =43.85高压溶出车间主要工艺设备的选择与计算1 溶出器的选择与计算1.1 溶出器生产能力的确定：每组溶出器的生产能力按下式计算：A=式中：A溶出器的产能， /h;V 矿浆生产 1t 氧化铝进入溶出器的原矿浆量， ；M生产规模为 800000t/a；b原矿浆流量波动系数，取 1.1;876024*360=8760hn溶出器组数，取 n=3 组； 溶出
12、器运转率，取 90%。取铝土矿的密度 铝矿=3.5t/ ，石灰的密度 石灰=3t/ ,则生产 1t Al2O3所需的原矿浆体积：V 矿浆=V 铝矿+V 石灰+V 苛化液+V 新碱液+V 循环母液=1.6517/3.5+0.13214/3+0.18199+0.202208+7.399=8.29932原矿浆密度： 矿浆=Q/V 矿浆=12.04544/8.29932=1.4514 t/所以 A= = =308.7823 /h1.2 预热器传热面积计算 预热器的传出面积计算公式： miitKcF式中 F-第 i 级预热器的传热面积 2mm-通过预热器的矿浆流量 kg/h )/(63.481.5783
13、.0hkgV矿 浆矿 浆 C-原矿浆的比热容，3.1446kj/(kg. )C0-原矿浆出、入 i 级预热器的温度差it-i 级预热器蒸汽与矿浆的对数平均温差mi-i 级预热器传热系数，kJ/（ ） ，其数值与该预热器内矿浆的流速有关，iKChm02及矿浆流速快，则 值大。iA 13 号预热器的传热面积与加热管数取 13 号预热器内的矿浆流速为 1.2m/s,K=4180（kJ ） ，则 13 号预热器所需的传h02热面积分别为： 211 40.190.25487.6136. mtKmcF222 6.8.tm231 03.806.23418. mtKmcF选用 40mm、壁厚 3mm、高 70
14、00mm 钢管的管式预热器，假设长期使用时有 1mm 厚的结疤，则加热管内的自由截面直径，故与 1-3 号预热器所需的传热面积相适应的加热管数：hdn自 由式中 加热管的根数；预热器的加热面积，13 号预热器均取为 240；每根加热管的长度，取为 7m。则 n13= = =341 根此 13 号预热器各取总管数根 341 根，分为 4 程，则每个单程的管数为 341/4=86 根。b 48 号预热器的传热面积与加热管数取矿浆流速为 1.4m/s,K=4598kJ/(.h.),则 48 号预热器所需的传热面积分别为：244 5.779.2158.636. mtKmcF= = =215.54= =
15、 =224.31= = =232.71= = =240.36取 F=242 ,n48= =344 根911 号预热器传热面积与加热管数：取矿浆流速 2m/s，K=5016KJ/( .h. ),则 9 号预热器传热面积：= = =76.27F10=F11= =109.15 ,按 110 计算。n911= =157 根 为保证加热效果，选用 169 根加热管；F=dhn=3.14*0.032*7*169=118 ,所以取 1201.3 溶出器壁厚计算溶出器壁厚计算，就是计算其机械强度，目的是为了在压力操作下，器壁不被蒸汽压力破坏。根据强度方程，溶出器器壁的理论厚度按下式计算：= +C式中 =溶出器器壁厚度，mm；=材料极限抗拉强度，取 400MPa;P=溶出器内压力， MPa；D 内=溶出器的内径，取为 1600mm；=接缝强度系数，取为 0.9；C=磨损量，取为 2mm.。10-11= +2=18.58mm取 为 2cm，保证 10-11 号溶出器安全。8 号预热器壁厚度：
