分解中间降温的水流量分布对分解率的影响

分解中间降温的水流量分布对分解率的影响

刘光华

广西田东锦鑫化工有限公司广西百色531500

摘要：文中从本厂实际生产过程中叙述了氧化铝分解生产、铝酸钠溶液分解机理、温度控制、中间降温换热器的特点和基本工作原理，讨论并分析中间降温换热器流程布局对分解率的影响因素，探索解决中间降温换热器流程布局提升分解率的方法；实践证明：中间降温换热器的流程布局、水流量大小、可操作性是确保分解率的关键因素。

关键词：中间降温换热器；流程布局；水流量；分解

序言

衡量种分作业效果的主要指标是分解率、产出率、分解槽的单位产能以及氢氧化铝质量。分解率是以分解出来的氢氧化铝占精液中所含氧化铝数量的百分数表示的，由于连续生产以及固体物料附液引起溶液组成与体积的变化，溶液的分解率是其中AL2O3浓度的变化并以Na2O含量为内标来计算的，溶液中苛性碱的绝对数量在分解过程中的变化很小。

一、种分分解指标简述

1.1晶种分解生产工艺过程

从控制过滤来的精液经过热交换降温后到达种子过滤区的晶种槽，与种子过滤机的滤饼充分混合后，由晶种泵送到分解首槽，在14个分解槽内进行晶种分解，在4-8#分解槽上各安装一台中间降温，对分解槽料浆进行逐级降温；晶种浆液经40-45h的分解后，由12#（11#）分解槽经立式浸没泵把料浆送往分级机进行分级，分级溢流返回13#（12#）分解槽，底流供给焙烧车间平盘过滤机。

1.2铝酸钠溶液分解过程机理

晶种分解是拜耳法生产氧化铝的关键工序之一，不仅影响产品氧化铝的数量和质量，而且直接影响循环效率。在铝酸钠溶液添加晶种分解过程中，同时发生以下物理化学作用：次生成核、结晶长大、晶粒附聚、晶粒破裂与磨蚀。次生成核又称二次成核，是指在添加到过饱和铝酸钠溶液中的晶种产生新晶核的过程。次生成核所产生的新晶核称为次生晶核。在分解过程中，加入的晶种表面变得粗糙，生长向外突出的细小晶体或树枝状结晶，这些结晶在相互碰撞以及流体剪应力的作用下，一些细小的晶体脱离晶种，形成新的晶核。分解原液过饱和度越大，晶种表面积越小，温度越低，生成的次生晶核越多。为了生产粒度均匀、粗大的砂状氧化铝，必须降低二次成核作用。在生产中采取逐步降低分解温度来控制分解的过饱和度和程度，并且保持必要的晶种数量和质量，使氢氧化铝晶体缓慢长大，避免树枝状结晶的生成，使二次成核减少。当分解温度在75℃以上时，原始晶种量多少都不会出现二次成核。氢氧化铝晶体长大是指从铝酸钠溶液析出来的Al（OH）3直接沉积于晶种表面使之长大的过程，因此，分解速度和分解率都取决于这一过程的速度，氢氧化铝晶体长大的速度取决于分解条件。

1.3分解率

分解率是以分解出来的氢氧化铝中的氧化铝占精液中所含氧化铝数量的百分数表示的。由于连续生产以及固体物料附液引起溶液组成与体积的变化，溶液的分解率是其中AL2O3浓度的变化并以Na2O含量为内标来计算的，溶液中苛性碱的绝对数量在分解过程中的变化很小。

二、分解过程温度的控制

分解温度对分解过程的指标影响很大，因此当分解原液成分一定时，确定和控制好适宜的温度制度至关重要。当其他条件相同时，降低分解温度可提高分解率和分解槽产能。为了保证较高的分解率并得到粒度粗大、质量较好的氢氧化铝，在生产上采用逐渐冷却溶液的变温分解制度。若固定在某一较低的温度下分解，则开始时溶液的分解速度很快，析出很多粒度细的氢氧化铝，随着分解过程的进行，溶液的苛性比值逐渐增大，但是由于分解温度不断降低，分解过程依然在一定的过饱和度下进行，整个分解过程比较均衡，所以变温分解制度比恒温分解制度更为合理。

2.1温度控制

分解温度（特别是初温）是影响氢氧化铝粒度的主要因素。将温度50℃提高为85℃，晶体长大的速度增大约6-10倍。分解温度高有利于避免或减少新晶核的生长，得到结晶完整、强度高的氢氧化铝。因此，生产砂状氧化铝的工厂，分解初温控制在70-85℃之间，终温也达到60℃，这对分解率和产能显然是不利的。生产面粉状氧化铝的工厂，对产品粒度无严格要求，故采用较低的分解温度。合理的初温、终温以及降温速度的制定是决定产品氧化铝砂状或面粉状的先决条件。实践证明：合理的降温制度应当是分解初期较快地降温，分解后期则放慢，这样既能保证分解率又不致明显的影响产品粒度。

2.2宽通道换热器在分解中间降温的应用

分解槽降温主要方式有：在分解槽内安装冷却水管进行水冷或在分解槽槽体外壁用水喷淋冷却。前者冷却水管易结疤，清洗困难；后者耗水量大，冷却效率低，易使周围环境恶化。此外部分氧化铝厂在分解槽顶部留2m左右的空气通道，进行空气冷却，但冷却效果仍然不佳。80年代澳大利亚Wagerup氧化铝厂采用精液在第1分解槽中附聚，在第1和第4分解槽分解后，分别抽出氢氧化铝浆液与循环水间接换热的方法进行降温，效果显著。

三、宽通道板式换热器的特点

分解中间降温设备布局符合前面所提的“温度控制”条件，可以满足生产所需的控制温度。但是从流程布局、实际操作等方面分析存在以下弊端：

3.1流程布局

上、下水主管是采用DN400螺旋焊管，实际生产流量可达到1600m3/h以上的水量，可以满足生产；在支管上8#换热器接入DN350管道，7#换热器接入DN250管道，6#、5#、4#换热器接入DN200管道，主管上、下水从8#槽侧面开始布置，往7#-4#换热器延伸；8#换热器离主管道最近，水量最大达到900m3/h以上，占总水量1/2；7#换热器离主管道次之，水流量在700m3/h以上；8#、7#两台换热器几乎把总水量消耗完，剩下的6#-4#换热器几乎无水可用；

3.2实际操作

在此情况下必须采取措施来控制、调整并平衡各台换热器的用水量，从而达到分解降温制度要求。在此条件下必须把8#、7#换热器的阀门关小才能将水压往位置更高的6#-4#进行降温，受到“局部阻力”限制，水在截面突然收缩处边缘流体直接撞击管壁，进入小截面后，中心流束由于产生速度重新分布，在截面及其附近产生漩涡，截面比越小，漩涡区越大，损失相应增大。故把水从后面压往前面、从低处压往高处会损失流量并增加动力。

四、降温幅度（用水量）对分解率的影响

下表是一系列104-107降温槽与二系列204-207降温槽进行实践操作控制并取样化验分析得出的数据：

表1：中间降温冷却水量对分解率影响对比

结论

通过以上两个系列中间降温冷却水量的生产实践上的调整运行、测试对比发现：分解中间降温在前期4#、5#、6#较快降温，则阶段内的分解速度较快，因为分解反应在前期20h内已经进行了80%，在此阶段较快降温可以最大程度促进铝酸钠溶液析出；且冷却水用水量相对较少，可以保证在夏季冷却水用量不足、温度较高时仍然能得到较高的分解率。

参考文献：

[1]毕诗文.氧化铝工艺学[Z].

[2]杨重愚.轻金属冶金学[Z].

[3]梅炽.有色冶金炉[Z]