一種氧化鋁蒸發(fā)過程降膜蒸發(fā)器的液位優(yōu)化設定方法
【技術領域】 [0001] 本發(fā)明設及一種氧化侶蒸發(fā)過程降膜蒸發(fā)器的液位優(yōu)化設定方法。
【背景技術】 [0002] 在拜耳法氧化侶生產(chǎn)過程中，蒸發(fā)過程是一項高耗能工序，其能耗占整 個氧化侶生產(chǎn)流程能耗的20%W上，出料濃度和加熱蒸汽消耗分別是蒸發(fā)過程技術指標和 經(jīng)濟指標。在降膜蒸發(fā)器運行中，蒸發(fā)器物料液位直接影響蒸發(fā)器分離室壓力和出料溫度 從而影響蒸發(fā)效率和加熱蒸汽消耗，液位過高則直接影響傳熱和氣液分離效率，液位過低 則會出現(xiàn)干罐事故。為了提高蒸發(fā)效率，降低加熱蒸汽消耗，設置合理的蒸發(fā)器液位值十分 重要。然而，實際生產(chǎn)中液位設定在一個較大的范圍內(nèi)，難W優(yōu)化運行。因此，如何在現(xiàn)有 技術條件下，實現(xiàn)對蒸發(fā)器液位值的優(yōu)化設定，是氧化侶生產(chǎn)企業(yè)中備受關注也是亟待解 決的重要問題。
[0003] 目前，對蒸發(fā)器液位值的研究主要集中在液位的控制方法方面，比如用解禪控制 方法對液位和出料密度進行控制，其目的是穩(wěn)定液位和出料密度。對于液位如何影響蒸發(fā) 效率及加熱蒸汽消耗，只有定性的分析，而沒有定量的計算。液位值如何設定，不同工況條 件下最優(yōu)的液位是多少也很難找到理論依據(jù)。
[0004] 為此，研究蒸發(fā)器液位對蒸發(fā)過程的影響和蒸發(fā)器液位的優(yōu)化設定對指導實際生 產(chǎn)，提高蒸發(fā)效率，降低加熱蒸汽消耗有著十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種氧化侶蒸發(fā)過程降膜蒸發(fā)器液位值的優(yōu)化設 定方法。
[0006] 本發(fā)明建立了基于火用效率最大的液位優(yōu)化設定模型，通過物料平衡原理對模型 中的加熱蒸汽流量、二次蒸汽流量和出口料液流量進行計算；再根據(jù)蒸發(fā)器比火用的計算 公式，得到了加熱蒸汽、二次蒸汽、進口料液、出口料液和冷凝水的比火用計算公式，其中出 口料液比火用的計算關鍵在于獲得出口料液溫度，二次蒸汽比火用計算關鍵在于獲得二次 蒸汽壓力；再根據(jù)蒸發(fā)器工作原理，得到了影響出口料液溫度變化的兩個關鍵變量為分離 室壓力和液位高度，影響分離室壓力的兩個關鍵因素分別為加熱蒸汽壓力和液位高度，通 過二階多項式擬合W及最小二乘法參數(shù)辨識，得到了出口料液溫度計算公式和分離室壓力 計算公式；再設定模型中加熱蒸汽壓力、進料條件參數(shù)和工藝要求的出口料液密度，根據(jù)火 用效率最大時，蒸發(fā)效率最高，加熱蒸汽消耗最小，對優(yōu)化設定模型求解即可得到最優(yōu)液位 值，生產(chǎn)中可根據(jù)該液位優(yōu)化設定模型對蒸發(fā)器液位值進行設定，從而提高蒸發(fā)過程火用 效率，降低加熱蒸汽消耗。具體過程如下； 基于最大火用效率的液位優(yōu)化設定模型
【主權項】
1. 一種氧化鋁蒸發(fā)過程降膜蒸發(fā)器的液位優(yōu)化設定方法，其特征在于建立基于最大火 用效率的液位優(yōu)化設定模型：
式中/為火用效率，Wi為加熱蒸汽流量，同時也為冷凝水流量，為二次蒸汽流量， 巧為出口料液流量，€為進口料液流量，2>巧為加熱室溫度與壓力，Γν、ξ為分離室溫 度與壓力，4 6為進口料液的溫度與壓力，？> ξ為出口料液的溫度與壓力， 為二次蒸汽在溫度?；、壓力Pv下的比火用，A(T35P5)為加熱蒸汽在溫度為I；、壓力為巧下 的比火用，5 , ξ)為出口料液在溫度為？；、壓力為巧下的比火用，6供，巧）為進口料 液在溫度為$、壓力為巧下的比火用，$(?；，g)為冷凝水在溫度為?；、壓力為巧下的比火 用，A5R分別為進口料液密度和出口料液密度，其中6、F；單位為kg/h，《5、單位為 m3/h，J單位為％，比火用單位為kj/kg，密度單位為kg/m3,溫度單位為Κ，壓力單位為Mpa ; 根據(jù)物料平衡原理，得蒸發(fā)器穩(wěn)態(tài)運行時物料平衡模型：
其中，分別為加熱蒸汽潛熱與二次蒸汽潛熱，單位為kj/kg，通過查表得到， 分別為進口料液比熱容和出口料液比熱容，單位為kj/kg · K，7為能量損耗系數(shù)，無量綱； 根據(jù)火用分析方法，得蒸發(fā)器加熱蒸汽和二次蒸汽的比火用均采用下式計算：
其中，A5S為蒸汽比焓值和比熵值，單位為kj/kg，/?,?為加熱蒸汽或二次蒸汽在基準 環(huán)境，即TP273K、Ptl=O. IOlMpa下的比焓值和比熵值，八P為蒸汽的溫度與壓力；根據(jù)實際 蒸汽壓力與溫度，蒸發(fā)器加熱蒸汽與二次蒸汽看作飽和蒸汽，比焓值和比熵值根據(jù)蒸汽壓 力查表獲得，故要獲得加熱蒸汽比火用和二次蒸汽比火用關鍵在于獲得加熱蒸汽壓力和二 次蒸汽壓力； 進口料液和出口料液的比火用計算公式如下：
其中，Γ、i3、e、P分別是進口料液或出口料液的溫度、壓力、比熱容、密度；由公式 (6)可知，對于進口料液與出口料液，要獲得其比火用大小，關鍵在于得到進口料液與出口 料液的溫度和壓力； 冷凝水比火用計算公式如下：
式中ZisS為冷凝水比焓值和比熵值，/?,?為冷凝水在基準環(huán)境，即1^=2731 Ptl=O. KUMpa下的比焓值和比熵值，為冷凝水的溫度與壓力； 根據(jù)蒸發(fā)器運行機理，得出口料液溫度與分離室壓力計算公式； 出口料液溫度為其所處環(huán)境壓力下的沸點值，其所處環(huán)境壓力為分離室壓力與液位高 度靜壓之和，根據(jù)實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)擬合得出口料液溫度與液位和分離室壓力關系式為：
式中JT為液位高度值，單位為m，為待辨識參數(shù)，根據(jù)工業(yè)運行數(shù) 據(jù)，采用最小二乘法辨識可獲得； 分離室壓力受加熱蒸汽壓力與液位高度影響最大，采用下式進行計算：
式中?= 0Λ2,3,4,5為待辨識參數(shù)，根據(jù)工業(yè)運行數(shù)據(jù)，采用最小二乘法辨識獲得； 基于式（1) 一式（9)的火用分析和火用效率的優(yōu)化模型，在給定模型加熱蒸汽壓力6、 進料參數(shù)A A53；及工藝要求的出料密度&后，通過對式（1)求解得到火用效率最大時 的液位值，實現(xiàn)蒸發(fā)器液位值的優(yōu)化設定。
【專利摘要】一種氧化鋁蒸發(fā)過程降膜蒸發(fā)器的液位優(yōu)化設定方法，本發(fā)明建立了蒸發(fā)器穩(wěn)態(tài)運行時的物料平衡關系模型；針對蒸發(fā)過程能量多級利用的特點，建立了火用分析模型對蒸發(fā)器能量利用進行評價；擬合得到了火用計算所需的液位、出口料液溫度、分離室壓力和加熱室壓力的關系模型；以上述模型為約束，建立了以火用效率最大化為目標的蒸發(fā)器液位優(yōu)化設定模型。給定模型參數(shù)條件，對模型求解可獲得相應條件下的最優(yōu)液位設定值。本發(fā)明擬合模型的平均相對誤差分別為0.19%、1.2%，最大相對誤差分別為0.7%、4.5%；通過該方法優(yōu)化設定蒸發(fā)器的液位，最大提高火用效率10%，平均提高火用效率2%，從而降低加熱蒸汽消耗，對蒸發(fā)過程節(jié)能降耗具有重要意義。
【IPC分類】B01D1-22, B01D1-30, C01F7-02, G06F19-00
【公開號】CN104866707
【申請?zhí)枴緾N201510174587
【發(fā)明人】謝永芳, 王曉麗, 左健, 陽春華, 桂衛(wèi)華, 徐德剛, 王峰
【申請人】中南大學
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年4月14日