目錄第一章概述 1
1.1 設計目的 2
1.2 具體任務 2
1.3 氧化鋁生產的意義 2
第二章氧化鋁高壓溶出工序介紹 3
2.1 鋁工業的國內外現狀 3
2.2 氧化鋁生產過程 4
2.3 高壓溶出工序 9
第三章氧化鋁高壓溶出工序生產裝置及控制要求 12
3.1 雙程預熱器 12
3.2 溶出器 12
3.3 自蒸發器 13
3.4 蒸汽緩衝器 14
第四章氧化鋁高壓溶出工序3#溶出器溫度控制系統設計 16
4.1 方案論證 16
4.2 硬體設計 17
4.3 控制演算法 20
4.4 軟體設計 21
第五章總結 24
5.1 方案評價及改進方向 24
5.2 收穫及體會 24
參考文獻 26
第一章概述
現代工業生產過程，隨著生產規模的不斷擴大，生產過程的強化，對產品質量的嚴格要求，以及各公司的激烈競爭，人工操作與控制已遠遠不能滿足現代化生產的要求，工業過程控制系統已成為工業生產過程必不可少的裝置，因為，它是保證現代企業安全、優化、低功耗和高效益生產的主要技術手段。
由於工業生產過程各種各樣而且非常複雜，工業生產過程可分連續的生產過程和離散的生產過程。因此，在設計工業生產過程控制系統時，必須花大量的時間和精力了解該工業生產過程的基本原理、操作過程和過程特性，這是設計和實現乙個工業生產過程控制系統的首要條件。工業生產過程由簡單到複雜，規模由小到大。
至今，已有各種各樣的生產工業過程，生產出各種各樣的產品滿足人們的生活需要。作為工業生產過程的一部分的工業過程控制系統也在不斷發展和提高。在工業生產過程中，通常需要測量和控制變數有：
溫度、壓力、流量、物位（液位）、物質成分和物性（ph值）等。
1.1 設計目的
經過乙個學期的過程控制系統課程的學習，對過程控制有了乙個基本的了解。然而僅僅在理論方面是遠遠不夠的，需要將所學的應用於實際生產過程中，只有這樣才能真正的對過程控制有乙個比較深入的認識，為以後的學習和工作打下乙個良好的基礎。通過這次課程設計，我們可以了解具體生產工業過程控制系統設計的基本步驟和方法。
同時也對氧化鋁的生產工藝有乙個大概的認識，只有弄清楚生產工藝對控制的具體要求，才能去設計乙個過程控制系統。
1.2 具體任務
由於氧化鋁的生產工序相當複雜，相關的控制系統也很複雜。因此在此次的課程設計中所做的是氧化鋁生產中的高壓溶出工序，其具體生產裝置源自於鄭州鋁廠。本次課程設計的具體任務是設計氧化鋁高壓溶出工序中的3#溶出器溫度控制系統。
3#溶出器需要將其溫度控制在工藝要求的溶出溫度245攝氏度左右，精度控制在+0.5攝氏度。溶出器的溫度是溶出溫度，對氧化鋁的溶出率影響很大，保持溶出溫度穩定，是提高溶出率的關鍵之一。
1.3 氧化鋁生產的意義
鋁由於其自身的優良效能，一直以來都是經濟發展過程中的重要材料，在國民經濟的各個領域得到廣泛的應用。近年來，鋁產量大幅增長，作為電解鋁的原料，氧化鋁的**顯得尤為重要，國內氧化鋁**緊張、**不斷攀公升。近年以來氧化鋁的產量大幅攀公升，**的壓力得到一定的緩解，**也有一定程度的回落。
但從長遠來看，氧化鋁作為資源性產品的**應該得到重視，我們不僅要增加產量，更重要的是提公升氧化鋁的質量。從而提高鋁產品的質量，滿足日益增長的國民經濟的需要。要提公升氧化鋁的質量，除了改進工藝之外，改善控制系統和提高控制精度也至關重要。
第二章氧化鋁高壓溶出工序介紹
2.1 鋁工業的國內外現狀
鋁和鋁合金是國民經濟、國防軍工和民用製品的基礎原材料。鋁工業是國家的基礎工業之一。高效能鋁合金是製造飛機、潛艇、火箭、飛彈、魚雷、坦克的重要部件的原材料，被稱為國家的戰略物資。
氧化鋁是鋁生產的主要原料，2噸氧化鋁可以生產1噸鋁錠。我國具有豐富的鋁土礦資源，迄今，我國已探明鋁土礦礦區310處，分布於全國19個省、自治區、直轄市。其中工業儲量7.
05億t，佔總保有儲量的31%。 國內的氧化鋁生產從50年代起步，80~90年代得到了快速發展，年生產能力已達到近800萬噸。2023年氧化鋁年產量約高達1300萬噸，較去年同期提高57%，居世界第二位 。
國內氧化鋁生產狀況，改革開放以來，為適應國民經濟發展的需要，國家在鋁土礦資源豐富的四省區內大力發展氧化鋁工業，規劃並建成了山西鋁廠，平果鋁廠和中州鋁廠等氧化鋁專案。採用新工藝、新技術和先進裝置，加大對已有的山東鋁廠、貴州鋁廠和鄭州鋁廠的技術改造，提高產能，形成了六個氧化鋁廠為基地的生產布局。為進一步發揮桂西和晉北鋁土礦資源優勢，國家規劃建設華銀氧化鋁和晉北氧化鋁基地，進一步擴大氧化鋁產能，使氧化鋁基地由六個增加到八個。
國內氧化鋁**緊張、**不斷攀公升。據有關資料，2023年1-2月份，我國共生產氧化鋁177.6萬噸，同比增長44.
6％。06年前9個月氧化鋁產量為944萬噸，較去年同期提高57%。
2023年的國際市場上，雖然鋁市呈現供需兩旺的局面，但由於佔全球鋁產量近三分之一的中國鋁產量增長過快，鋁市短期內出現了供過於求格局。全球金屬統計局（wbms）去年10月中旬表示，2023年1-8月份全球鋁市過剩36.8萬噸。
8月份原鋁產量為325.76萬噸，消費量為302萬噸，去年前8個月原鋁需求為2450萬噸，較去前年同期增加19.67萬噸。
同期鋁產量增加25.85萬噸至2484萬噸。全球鋁需求的增長趕不上產出的增速。
**增長的壓力在庫存上得以顯現，並成為鋁價大幅回落的主要因素。
2023年1-9月我國累計生產原鋁890 .1萬噸，同比增長37.1%；累計生產鋁材839.
8萬噸，同比增長47.1%。下游消費需求大幅增長的同時，氧化鋁**亦高水平增長。
1-9月我國累計生產氧化鋁1439.7萬噸，同比增加50.7%。在供需兩旺的情況下，**方面的因素主導了下半年來氧化鋁**的走勢。
2.2 氧化鋁生產過程
2.2.1生產過程簡介
自然界產出的鋁礦石有各種型別，同一種型別的鋁礦石中各種雜質的含量又各不相同。為了最經濟地生產出氧化鋁，對不同的鋁礦石便需採用不同的生產方法。鋁土礦的特點是化學組成和礦物組成多種多樣，要採用不同的方法來處理。
鋁土礦處理方法和合理的工藝裝置的選擇取決於許多因素，其中主要的是：a.矽指數，b.
原料中硫化物；碳酸鹽和有機物的含量；c.鋁化合物和矽化合物的礦物組成；d.氧化鐵含量。
已經提出的氧化鋁生產方法可以歸納為四類，即鹼法、酸法、酸鹼聯合法與熱法。目前用於大規模工業生產的只有鹼法。
鹼法生產氧化鋁的實質是將鋁轉變為鋁酸鈉進入苛性鹼溶液。鋁原料中可溶sio2含量越高，轉變為不溶性沉澱的水合鋁酸鈉就越多。而從原料提取到鋁酸鈉溶液的氧化鋁則越少。
鋁矽比是評價鋁土礦質量和選擇其具體處理方法的主要指數。
生產氧化鋁的鹼式法有四種：拜耳法，燒結法，混聯法，選礦拜耳法。拜耳法適合al/sio2較高（al/sio2〉16）的礦石，其成本較低；燒結法適合al/sio2較低（al/sio2〈8）的礦石，其成本較高；混聯法則適合al/sio2適中（大部分礦石的al/sio2在12以上，小部分礦石的al/sio2在8以下）的礦石，成本也適中；選礦拜耳法適合al/sio2為中低的礦石。
我國由於礦石成分的原因，適合採用混聯法生產氧化鋁。
2.2.2 拜耳法
高溫和高濃度的鋁酸鈉溶液處於介穩狀態，而在溫度和濃度降低的時候則自發分解析出氫氧化鋁沉澱，拜耳法便是建立在這樣的基礎上的。
鋁土礦所含的一水和三水氧化鋁在一定條件下（提高溫度和濃度）以鋁酸鈉的形式進入溶液。在95~100攝氏度時鋁酸鈉穩定，當降低溫度和濃度時它轉變為不穩定狀態，析出氫氧化鋁。
圖2.1 拜耳法生產流程
按拜耳法制取氫氧化鋁的過程：
1、鋁土礦的溶出
鋁土礦在溶出之前，先在礦山粗碎，然後再冶金混勻、中碎、細碎和濕磨。堅硬的鋁土礦在工廠中用2~3級破碎，鬆軟的用1~2級破碎。鋁土礦在球磨機中濕磨，磨機與分級機或水利旋流器組成閉路迴圈。
細磨過程在鋁酸鈉中進行，液固比為0.8~1.0。
大部分迴圈溶液在其加熱溶出之前加入到分級機和攪拌槽中，以製備原礦漿。鋁土礦的溶出應該在消耗最小而氧化鋁進入溶液的溶出率最高的條件下進行。對於鋁土礦的溶出速度和程度起作用的主要因素如下：
溫度、迴圈液的濃度和苛性比、鋁土礦的細磨程度、原礦漿的攪拌速度和石灰新增量。
溫度是影響溶出過程的主要因素。為了達到目前實踐中所允許的速度，三水鋁石型鋁土礦的溶出過程是在95~100攝氏度進行的，一水軟鋁石型鋁土礦是在150~200攝氏度進行的，一水硬鋁石型鋁土礦是在230~245攝氏度進行的。
石灰石對一水軟硬鋁石型鋁土礦的溶解速度和程度有十分良好的作用，向過程中新增石灰石對一水鋁石型鋁土礦的溶出過程有很大的意義。鋁土礦中未溶出的氧化鋁一般為0.5~5%。
2、赤泥的分離和洗滌
鋁土礦溶出後的漿液用赤泥洗滌過程得到的一次洗液稀釋至三氧化二鋁的濃度為120~150克/公升。為了實現鋁酸鈉的脫矽並保證溶液黏度降低到赤泥分離過程能以工業要求的速度進行，這種稀釋過程是必要的。赤泥的分離和洗滌方法和裝置流程取決於鋁土礦的處理方法。
3、鋁酸鈉溶液的分解
過濾之後的鋁酸鈉溶液，在分解前，在換熱器中自95~100攝氏度冷卻到50~55攝氏度，分解過程持續很長時間（50~60小時）。
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