李文斌

（東北大學(xué)設(shè)計研究院（有限公司），遼寧 沈陽 110000）

氧化鋁原液蒸發(fā)是氧化鋁生產(chǎn)工藝中一個關(guān)鍵工序，在蒸發(fā)過程中需要利用蒸發(fā)器，蒸發(fā)器作為氧化鋁廠蒸汽系統(tǒng)中的核心裝置，其主要作用是利用蒸汽的熱量對氧化鋁原液進(jìn)行加熱蒸發(fā)，是氧化鋁生產(chǎn)中的水量和排出雜質(zhì)鹽類得到平衡，進(jìn)而使其達(dá)到一定的濃度。根據(jù)國內(nèi)鋁土資源的特征以及生產(chǎn)需求，大部分氧化鋁廠均采用管式降膜蒸發(fā)器來對氧化鋁進(jìn)行生產(chǎn)，根據(jù)蒸發(fā)方式的不同，氧化鋁廠蒸發(fā)技術(shù)分為單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)，而管式降膜蒸發(fā)器就屬于單效蒸發(fā)[1]。管式降膜蒸發(fā)器沒有靜壓區(qū)和過熱區(qū)，在實際應(yīng)用過程中換熱效果比較好，并且蒸發(fā)效率比較快，工藝操作比較簡單，適用性較強(qiáng)，這也是管式降膜蒸發(fā)器被廣泛應(yīng)用在氧化鋁生產(chǎn)領(lǐng)域中的主要原因[2]。但是管式降膜蒸發(fā)器屬于單效蒸發(fā)，單效蒸發(fā)的特點是單位能力消耗較大，并且氧化鋁原液完成一次加熱蒸發(fā)后，如果氧化鋁濃度指標(biāo)不達(dá)標(biāo)，還需要重新返回蒸發(fā)器繼續(xù)蒸發(fā)，直到氧化鋁濃度符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，將會消耗大量能量，雖然管式降膜蒸發(fā)器經(jīng)過了多次升級和改造，但仍然存在耗能高、循環(huán)效率低等弊端[3]。據(jù)第十一屆氧化鋁廠蒸汽技術(shù)交流會統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，氧化鋁廠蒸汽耗能占總生產(chǎn)耗能的35.4%～46.1%，蒸汽投資成本占總生產(chǎn)成本的26.4%～34.5%，由此可見基于傳統(tǒng)管式降膜蒸發(fā)器的蒸發(fā)方式已經(jīng)無法滿足氧化鋁廠節(jié)能生產(chǎn)需求，為此提出氧化鋁廠MVR蒸發(fā)器與傳統(tǒng)管式降膜蒸發(fā)器相結(jié)合的新方式。MVR蒸發(fā)器作為一種多效蒸發(fā)設(shè)備，其能夠?qū)Χ握羝M(jìn)行回收利用，具有節(jié)能減排優(yōu)點，目前MVR蒸發(fā)器已經(jīng)成功用于醫(yī)藥、食品、造紙等生產(chǎn)領(lǐng)域中，但在國內(nèi)氧化鋁廠尚無使用先例，此次將MVR蒸發(fā)器與傳統(tǒng)蒸發(fā)器相結(jié)合，形成一種新的蒸發(fā)方式。

1 氧化鋁廠MVR蒸發(fā)器與傳統(tǒng)管式降膜蒸發(fā)器相結(jié)合的新方式

此次根據(jù)氧化鋁廠生產(chǎn)需求，降低氧化鋁蒸發(fā)能量消耗，將MVR蒸發(fā)器與傳統(tǒng)管式降膜蒸發(fā)器的優(yōu)點與缺點相結(jié)合，首先利用傳統(tǒng)管式降膜蒸發(fā)器對氧化鋁原液進(jìn)行首次加熱蒸發(fā)，然后利用管式降膜蒸發(fā)器蒸發(fā)過程中產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)行收集，利用管束將蒸汽傳輸?shù)組VR蒸發(fā)器中，MVR蒸發(fā)器利用蒸汽的熱量對氧化鋁原液在進(jìn)而二次蒸發(fā)，直到達(dá)到氧化鋁蒸發(fā)濃度要求。這種MVR蒸發(fā)器與傳統(tǒng)管式降膜蒸發(fā)器相結(jié)合的新方式可以節(jié)約能力消耗，以下將對這種新的蒸發(fā)方式進(jìn)行詳細(xì)說明。

1.1 傳統(tǒng)管式降膜蒸發(fā)器過濾氧化鋁原液雜質(zhì)

MVR蒸發(fā)器對蒸汽溫度有一定的要求，蒸汽溫度通常為76℃～82℃左右，其不能達(dá)到氧化鋁蒸汽溫度標(biāo)準(zhǔn)，并且氧化鋁原液中通常情況下會含有部分原料顆粒，MVR蒸發(fā)器管束半徑較小，容易造成堵塞，所以氧化鋁廠不能直接用MVR蒸發(fā)器對氧化鋁原液進(jìn)行蒸汽，因此首先利用傳統(tǒng)管式降膜蒸發(fā)器對氧化鋁原液中多余的雜質(zhì)過濾出去，同時將原液中的大量水分排除，然后再用MVR蒸發(fā)器對氧化鋁液體進(jìn)行多效蒸發(fā)。

管式降膜蒸發(fā)器由加熱蒸發(fā)室、循環(huán)管束、氣流通道以及制冷劑分配器四部分組成，氧化鋁原液經(jīng)循環(huán)管束將其傳送到加熱蒸發(fā)室的頂部，然后由制冷劑分配器分布制冷劑后，在重量的作用下使氧化鋁原液自上而下流動，氧化鋁原液在加熱狀態(tài)下變成蒸汽，最后蒸汽經(jīng)過氣流通道流出體外[4]。管式降膜蒸發(fā)器在對氧化鋁原液雜質(zhì)進(jìn)行過濾之前，首先將蒸發(fā)器的循環(huán)管束采用叉排的方式進(jìn)行排列，并且降膜區(qū)的管束采用轉(zhuǎn)45°三角形排列，滿液區(qū)的管束采用矩形排列，這種排列方式可以降低滿液區(qū)的位置，以此減少制冷劑的使用量，降低管式降膜蒸發(fā)器的萃取成本[5]。此外，管束與管束之間的距離在條件允許的范圍內(nèi)進(jìn)行小，通常情況下在0.15m～0.18m之間，這樣可以取得良好的換熱效果。排列完管序之后，對管式降膜蒸發(fā)器的運行參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)定，運行參數(shù)的設(shè)定將直接關(guān)系到氧化鋁原液蒸汽質(zhì)量，根據(jù)氧化鋁廠蒸汽需求，設(shè)定管式降膜蒸發(fā)器運行參數(shù)如下表所示。

表1 管式降膜蒸發(fā)器運行參數(shù)

除此之外，為了保證管式降膜蒸發(fā)器在運行過程中能夠形成連續(xù)的氧化鋁液膜，氧化鋁廠蒸汽物料的操作流量需要大于氧化鋁液膜最小成膜流量，如果物料的操作流量需要小于氧化鋁液膜最小成膜流量，則管式降膜蒸發(fā)器不能保持連續(xù)、穩(wěn)定的成膜，氧化鋁液膜最小成膜流量計算公式如下：

公式（1）中，xmin為氧化鋁液膜最小成膜流量，單位為kg/（h.m）；d為管式降膜蒸發(fā)器物料的黏度，單位為kg/（h.m）；l為物料密度，單位為kg/m3；a為物料的表面張力，單位為N/m。利用上述公式計算出氧化鋁液膜最小成膜流量，對管式降膜蒸發(fā)器參數(shù)進(jìn)行設(shè)定[6]。在設(shè)定管式降膜蒸發(fā)器參數(shù)之后，將氧化鋁廠鍋爐產(chǎn)生的蒸汽通過管束傳輸?shù)焦苁浇的ふ舭l(fā)器中，對管式降膜蒸發(fā)器內(nèi)溫度進(jìn)行預(yù)熱，當(dāng)蒸發(fā)器內(nèi)溫度達(dá)到110℃時，將氧化鋁原液導(dǎo)入到蒸發(fā)器循環(huán)管束內(nèi)，同時在蒸發(fā)器制冷劑分配器加入制冷劑，制冷劑的質(zhì)量流量取值要與制冷產(chǎn)生的蒸汽質(zhì)量流量相等，這樣可以使管式降膜蒸發(fā)器滿液區(qū)內(nèi)液體始終保持穩(wěn)定，進(jìn)而使管式降膜蒸發(fā)器性能達(dá)到最優(yōu)[7]。管式降膜蒸發(fā)器對氧化鋁原液過濾的時間最好保持在15min～25min之間，氧化鋁原液蒸汽經(jīng)過冷卻變成液體流出體外，多余的雜質(zhì)會滯留在蒸發(fā)器底部雜質(zhì)槽中，以此完成氧化鋁原液與雜質(zhì)的分離。

1.2 MVR蒸發(fā)器多效蒸發(fā)氧化鋁原液

當(dāng)氧化鋁原液經(jīng)過管式降膜蒸發(fā)器萃取之后，其濃度指標(biāo)不符合標(biāo)準(zhǔn)，因此利用MVR蒸發(fā)器對加熱蒸發(fā)得到的氧化鋁液體進(jìn)行多效蒸發(fā)。首先利用蒸汽管將管式降膜蒸發(fā)器加熱蒸發(fā)過程中產(chǎn)生的蒸汽傳送到MVR蒸發(fā)器體中，管式降膜蒸發(fā)器加熱蒸發(fā)過程中產(chǎn)生的蒸汽溫度為70℃～80℃之間，正好符合MVR蒸發(fā)器對蒸汽的要求[8]。蒸汽管的長度需要根據(jù)管式降膜蒸發(fā)器到MVR蒸發(fā)器之間的直接距離來設(shè)定，為了降低蒸汽管管壁溫度對蒸汽溫度的影響，蒸汽管的半徑要控制在15cm～20cm之間，蒸汽管材質(zhì)選用耐熱性能良好的pom碳纖維塑料原料。MVR蒸發(fā)器屬于多效蒸發(fā)設(shè)備，共有六個效數(shù)，其中一效面積為1400m2～1600m2；二校面積在1600m2～1800m2之間；三效面積為1800m2-2000m2之間；四效面積為2000m2～2200m2之間；五效面積為1800m2～2000m2之間；六效面積為1600m2～1800m2之間。這種多效蒸發(fā)設(shè)備在運行之前，需要對氧化鋁蒸發(fā)原液、氧化鋁蒸發(fā)母液、新蒸汽、新蒸汽冷凝水、二次蒸汽冷凝水、循環(huán)上水、循環(huán)回水等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，下表為MVR蒸發(fā)器參數(shù)設(shè)置表。

表2 MVR蒸發(fā)器參數(shù)設(shè)置表

設(shè)定完參數(shù)后，開啟蒸汽管閥門，將蒸汽順利流入MVR蒸發(fā)器內(nèi)對蒸發(fā)器內(nèi)溫度進(jìn)行預(yù)熱，當(dāng)溫度達(dá)到70℃～75℃時，將加熱蒸發(fā)后的氧化鋁液體倒入一效管束中，氧化鋁液體經(jīng)過多效蒸發(fā)后，將最后的蒸汽進(jìn)行冷卻流出蒸發(fā)器體外，對氧化鋁液體濃度進(jìn)行檢測，如果檢測濃度不符合標(biāo)準(zhǔn)，繼續(xù)返回MVR蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)，直到符合標(biāo)準(zhǔn)為止，以此完成氧化鋁廠MVR蒸發(fā)器與傳統(tǒng)管式降膜蒸發(fā)器相結(jié)合的新方式研究。

2 結(jié)束語

此次結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)資料，將氧化鋁廠MVR蒸發(fā)器與傳統(tǒng)管式降膜蒸發(fā)器相結(jié)合，形成氧化鋁廠一種新的原液蒸汽方式，有利于提高氧化鋁廠生產(chǎn)效率，降低氧化鋁廠運營生產(chǎn)成本，節(jié)約能源消耗，為氧化鋁廠帶來實際的經(jīng)濟(jì)利益，同時還有利于優(yōu)化氧化鋁廠蒸發(fā)技術(shù)，具有一定的工程應(yīng)用價值，對氧化鋁廠MVR蒸發(fā)器與傳統(tǒng)管式降膜蒸發(fā)器相結(jié)合的新方式研究具有一定的借鑒意義。由于此次研究時間有限，雖然取得了一定的研究成果，但在研究內(nèi)容上還存在一些不足之處，今后仍會對氧化鋁廠MVR蒸發(fā)器與傳統(tǒng)管式降膜蒸發(fā)器相結(jié)合的新方式進(jìn)行深一步研究，提高氧化鋁廠蒸發(fā)裝置的性能，以使用于更廣泛的蒸發(fā)領(lǐng)域。