第一节 概 述
1.1 蒸发概念
将分解作业产生的种分母液加热沸腾，使其中挥发性溶剂部分汽化从而将溶液浓缩的过程称为蒸发。
1.2 蒸发在氧化铝生产中的作用和目的:
在氧化铝生产过程中，由于赤泥洗涤和氢氧化铝赤泥洗涤以及直接加热蒸汽的冷凝等，大量水分进入生产流程中，从而导致回头循环母液浓度降低至不符合生产上的要求，在拜耳法生产过程中，循环母液每经过一次作业循环，更可以从铝土矿中提取出一批氧化铝，通常将一升循环母液在一次作业周期在所生产的氧化铝的克数(或公斤数)称为拜耳法的循环效率。
拜耳法的循环效率是拜耳法生产氧化铝的一项技术指标。循环效率提高，意味着利用单位溶积的循环母循液可以产出更多的氧化铝。这样，设备产能都按比例地提高，而处理溶液的费用也都按比例地降低。循环效率是随着循环母循液的苛性碱浓度的提高而直接上升的.在其它同等条件时, 循环母循液浓度越高，循环效率就越多。因此，在生产过程中过量的水份必须排掉，才能保证循环母液的尝试，以达到均衡生产的要求。
这些水份的排除，除在生产过程中自蒸发掉一部分，赤泥附液和氢氧化铝附液带走一部分外，其余绝大多数水分是靠蒸发作业排除的。因此，蒸发作业的主要作用是平衡全厂的循环液量。
蒸发作业中的加热过程，绝大部分是间接加热。加热蒸气的凝结水是单独排除的，可作为锅炉或洗涤用水，因此，蒸发作业在氧化铝生产过程中，还起到软化水站的作用。
在拜尔法生产过程中，矿石带进CO2，铝酸钠溶液和种子搅拌分解，空气中的CO2亦进入循环母液，使得母液中的碳酸钠逐渐累积，碳酸钠累积到一定浓度后，就将在种分母液经蒸发浓缩后结晶析出，结晶碳酸钠送去进行苛化处理，变成可性碱，返回流程使用。由此可见，蒸发作业还具有流程中排出碳酸钠的作用。
总结起来，蒸发在氧化铝生产中的作用主要有三点：
1、平衡全厂的循环液量；
2、提供软化水；
3、排出流程中的碳酸
第二节 蒸发的基本原理
任何物质都具有三种不同的相态，以水为例子，水有汽相（蒸汽）. 液相（水）和固相（冰）。相态在一定的温度和压力条件下，可以互相转化，即由一相转变为另一相。比如，水在常压下100·C是，便由液相（水）转变为汽相（蒸汽）。
在一个多相体系中，某物质从一相转化为另一相，而不发生化学作用的过程便叫相变过程。液体的蒸发便属于相变过程，相变过程往往伴随着能量的变化，即放热和吸收。水由汽相变为液相时放出热量，反之当液相变为汽相时，则需要吸收热量。
在蒸发过程中，加热室内的加热蒸汽冷凝成水时，放出热量。热量通过加热管壁传递给被加热的溶液，而被加的溶液得到热量后汽化蒸发。由此可见，蒸发过程包括加热蒸汽变成水和溶液中的水变成汽的两种相变过程。在蒸发时影响相变过程的主要因素是传热速度，传热速度越快，相变过程就越激烈。
在无结垢的情况下，影响加热蒸汽相变的因素，除了蒸发器的构造外，还有冷凝水和不凝性气体等。而影响溶液中水的相变因素，除了蒸发器的构造外还有溶液的循环速度和二次蒸汽的排出等。
蒸发是属于传热操作的范畴，借加热作用使用溶液中部份溶剂气化而达到溶液浓缩的过程，称为蒸发过程。溶液的气化，可用分子运动学说来说明。当溶液受热时，靠近加热面的分子获得的动能大于分子与分子间的吸引力，这时分子就脱离液面，逸向空间变为自由分子，这个过程叫做气化。
由气化所产生的蒸汽若不及时地排除，当溶液气化生成蒸汽的蒸汽压力与溶剂蒸汽压力相等时，则蒸汽与溶液将逐渐趋于平衡、气化停止，蒸发作业就无法继续进行。由此可见，欲使蒸发过程不断地进行，必须具备如下条件：
溶液借加热气化，可在沸腾时气化和在低于沸点时气化，工业中的蒸发多数是溶液在沸腾时溶剂的气化。
当溶液被加热、其温度不断地上升，直升到某一固定温度时，溶液内部产生大量的气泡，这些气泡便是溶剂发生气化而形成的，气泡上升到液面而破裂这种现象叫做沸腾，溶液在沸腾时的温度为该溶液的沸点。溶液的沸点均高于溶剂的沸点，因为任何液体沸腾的温度，就是它的蒸汽压力达到与外界压力相等的温度。比如水在标准大气压下于100℃时沸腾，因为在比温度时，水蒸汽的压力恰好等于760毫米汞柱。如果在水中溶解了任何一种物质，则其蒸汽压便要下降，这是由于在溶液中，一部分自由表面被不发挥的溶质分子所占据，所在单位时间内，离开溶液表面所蒸发的分子数，要比在相同温度下离开纯溶剂表面所蒸发的分子数少，故蒸汽压下降。欲使该溶液的蒸汽的蒸汽压达到760毫米汞柱。就必须将溶液加热到100℃.由此可见，在同一压力下，溶液的沸点永远高于溶剂的沸点。高出的温度称为该溶液的沸点升高。沸点升高与溶液的浓度有关，即溶液的浓度越高，则沸点升高就越大。所以蒸发稀溶液比蒸发浓溶液效率要高。
在氧化铝生产中，用来蒸发的溶液是铝酸钠溶液，其溶质主要包括有氧化铝、氧化钠、碳酸钠、硫酸钠和氧化硅等，溶剂则是水。经蒸发后，水被排除一部份，而溶液便于工作被浓缩。
第三节 蒸发器结构原理
根据溶液和加热介质在蒸发器中接触情况，蒸发器可分为间接加热蒸发器和直接接触传热蒸发器。工业上，应用得最多的是间接加热蒸发器，这类蒸发器的加热介质和受热溶液隔离分开，可防止溶液被冲淡或受污染。我厂采用的降膜蒸发器属于间接加热蒸发器。
蒸发浓缩后的溶液由一台出料泵送往下一效进一步处理。加热蒸汽与管束内溶液换热后冷凝成水，引入一台冷凝水罐，冷凝水依靠压力差作用产生流动而排除，管路上安装气动阀来调节冷凝水罐的液位（一般控制在50％）。
在蒸发器操作中，分离室的液位控制十分重要，液位过高或过低都不利于蒸发器的稳定运行和指标的控制。一般分离器液位控制在50％左右，由计算机控制的一套连锁装置自动调节。
为防止二次蒸汽夹带碱滴导致冷凝水受污染，分离室内部要安装专门的除沫器，蒸发器采用的除沫装置，实际上是一种折流除沫器。
第六节 生产原理
我厂一期采用的是六效降膜蒸发器带三级闪蒸自蒸+一个强制效的蒸发器组，设计最大蒸水量240t/h、蒸汽消耗0.28t.汽/t.水。
管式降膜蒸发采用Ⅰ、Ⅱ效直接预热，六效逆流三级闪蒸作业方式，原液进入分离室由循环泵送到加热室顶部，经顶部的布膜器均匀流入加热器内，在溶液自身重力作用下，溶液沿加热管壁呈膜状进入分离室，过程中物料与加热管另侧的蒸汽进行热交换，溶液获得足够的热量使其中的水以蒸气逸出，采取抽真空方法将其及时排走，从而使得母液得到浓缩，浓缩后的母液再经过三级闪蒸降温、降压，进一步浓缩并回收部分热量。
母液经强制效进一步浓缩到了320g/L，碳酸钠溶解度急剧下降，当碳酸钠超过其平衡浓度时：Na2CO3即自溶液中结晶析出，在沉降槽中进一步浓缩，用底流泵送到过滤机过滤，滤液经受液槽自流到溢流槽。和沉降槽溢流一起用溢流泵送母液调配槽，再送到循环母液槽和各清洗点，滤饼与热水混合后送到盐溶解槽和石灰乳混合后用泵送到苛化槽加热进行苛化，苛化后的溶液送到苛化沉降槽，低流送到沉降洗涤槽。
根据蒸发母液，蒸发原液，液碱成分经过计算将其按比例混匀，制成均于合格的循环母液的过程。
第七节 蒸发器技术条件的控制
（一）使用气压的控制：
在蒸发过程中，新蒸汽的加入是蒸发作业的基本条件之一，使用汽压越高，有效温差越大，蒸发效率越高。在使用汽压和水冷器真空度一定的情况下，蒸发器组的总温差是一定的。因此，提高使用汽压可能产生两种结果，一种是提高使用汽压总温差上升，另一种是提高使用汽压引起总真空度下降，使总温差减小，结果蒸发效率反而降低。所以，使用汽压不能无限的提高。
使用汽压与蒸汽在加热室中的传热速度有关，传热速度的快慢取决于蒸汽与结垢溶液间的温差和加热管的结垢。当加热管内无结垢时，温度差大，传热速度快，反之则慢。在蒸发过程中，汽室压力随溶液不断地增加而自动上升。因此，可利用这一规律来判断溶液的浓度。当溶液的浓度控制在一定值时，汽室压力便不再升高。但随着过程的不断进行，汽室压力又逐渐地自动上升到某一定值时，这就说明加热管内的结垢以经达到了严重的程度，此时便应停车洗罐。
在操作过程中，稳定汽压是十分重要的，若汽压不稳定，波动太大，将导致蒸发器组操作的紊乱，甚至引起影响生产的重大事故等。（二）真空的调节
在多效真空蒸发过程中，系统保持一定的真空，其目的于降低
溶液的沸点，以保持一定的有效温差，并使二次蒸汽能充分的利用和顺利地排除。
蒸发器组的总温差取决于第一效的新蒸汽压力和末效的真空度，当使用汽压一定时，真空度越高，总温差就越大。但由于产生的真空的设备受到一定限制，故真空度一般在600—660毫米汞柱（在海平面高度）。
稳定真空的操作是保证蒸发器正常作业的关键之一，因为真空的波动，势必影响到其它操作条件的变化。比如，真空度突然降低，将引起汽压升高，液面波动等。
真空度突然降低的原因很多，主要有如下几方面：
当发现真空度突然降低时，操作者务必保持清醒的头脑，找出原因及时处理，使真空稳定，保证蒸发作业的顺利进行 。（三）液面的控制
保持操作液面是蒸发器正常运转的标志，液面过高，减少汽液分离的空间，容易造成跑碱事故；液面过低，容易造成循环泵进汽，影响泵的正常运行，导致布膜不均，不严重的还造成加热管变形。
液面的控制可用进、出料量来调节，值得注意的是，某一效液面波动势必影响其它各效。因此，当调节某一效液面时，应注意其它各效液面的变化。
（四）浓度的控制
众所周知，在一定的条件下，蒸发稀溶液比蒸发浓溶液效率高。因为，浓度高、粘度大、溶液的流动性差，则蒸发效率低。
蒸发母液浓度主要是根据生产上的要求而定。母液浓度的高低，对氧化铝生产的影响极大。就拜尔法而言，母液浓度将直接影响高压溶出的溶出率。母液浓度高，不仅可以增加单位体积的配矿量，而且能提高压溶出的溶出率，蒸发母液浓度直接影响全厂技术经济指标的主要因素之一。因此，母液浓度必须控制在工艺范围之内。
在实际操作中，一般可用如下方法来控制出料浓度：
（五）水冷器温度的控制
水冷器出口水温的高低，直接影响蒸发器的真空度，蒸发器的真空度下降，蒸发效率低。在操作中通常是调节上的水量和上水温度来控制水冷的出口水温。
（六）冷凝水和不凝性汽体的排除
在蒸发过程中，加热蒸汽放出热量冷凝成水，冷凝水若不及时排除，存积在加热室内不仅影响传热，而且容易发生汽、水冲击产生强烈的震动，影响蒸发的正常进行。
在生产过程中，带入加热室内的不凝性汽体是不良汽体，在加热室内占了部分加热面积而影响传热，因此，必须及时地排除。
从上述各技术条件的控制和调节可以看出，稳定技术条件的操作是特别重要的，是正常作业的根本保证。因此，在操作时必须做到五稳定(即汽压、真空、液面、浓度和水冷汽的出口水温)是蒸发器组操作的关键。在生产过程中，条件的变化是经常出现的，而且各技术条件下又不是孤立的，他们之间存在着互相制约的关系。因此，在操作中对某一条件进行调整时，必须考虑其它条件的变化。
第八节 蒸发主要岗位操作要领
一、蒸发岗位
1.基本任务：
（1） 将分解车间送来的拜耳法种分原液进行蒸发，使其浓缩到指标要求，保持凝结水合格。
（2）严格控制各项技术指标和操作条件，稳定操作，按时测比重，配合取样，向化验站要分析结果，准确按时填写原始记录，并保持记录完整清洁。
（3） 负责对蒸发器定期煮罐清洗，目镜更换。
（4）负责本岗位所有设备、仪表、阀门、考克的正确操作、维护、保养，保持灵活好用，管道通畅。
（5） 负责本岗位设备和周围环境卫生，杜绝跑冒、滴漏，做到文明生产。
（6） 负责本岗位的工器具保管，节约使用原材物料。
（7）严格遵守规章制度，保证安全生产，对违章的一切责任事故负责，并积极采取措施进行处理。
2 技术条件及指标控制：
（1） 新蒸汽压力0.5MPa，温度170±2℃，流量60t/h；
（2） 蒸发器组蒸发能力：240t/h，
（3） 蒸发系统真空度 -0.080~-0.090MPa ；
（4）蒸发原液温度 80~90 ℃；浓度165g/l≤NK≤175g/l
（5） 汽耗≤0.28t/t·H2O；
（6）蒸发三闪出料浓度NK ≥250g/l；
（7）新蒸汽冷凝水全碱含量NT≤0.01g/l；
（8） 二蒸汽冷凝水全碱含量NT≤0.03g/l；
（9） 强制效母液浓度NK≥320g/l；
3 开车前的准备：
（1）接到蒸发器开车的通知后，了解原液槽存，并及时通知原液岗位、循环水泵房、热水站岗位、沉降槽岗位，做好开车准备。
（2）检查目镜，人孔是否良好，垫子应换的换了没有，放料阀门是否关死；加热室、热水罐是否有积水，现场是否有检修工正在干活。
（3）检查自控仪表是否齐全好用。
（4）检查泵的盘根各部螺丝，电机接地线，电机及对轮罩等是否完好。
（5）检查各润滑点、加油、盘车。
（6）检查冷却水是否正常。
（7）检查并改好溶液、蒸汽、水等流程，详细检查管道的来龙去脉，以防流程改错，达到流程通畅，阀门灵活好用。
（8）停车4小时以上再开车时，联系电工检查绝缘情况（阴雨天或发现电机进水，也要及时联系电工摇绝缘）。
（9）检查所有电动执行器的调节显示开度与现场阀门实际开度是否一致。
（10）打开疏水阀。
（11）检查安全阀定槽位置。
4蒸发器启动步骤：
（1）通知楼下启动循环水系统，启动冷却水系统，投入机封冷却水压力连锁系统。
（2）启动原液泵，打开原液进料阀门及原液进料气动阀，同时给四、六效进料。
（3）启动真空泵。
（4）打开新蒸汽管道疏水阀，新蒸汽管道通气暖管。
（5）四、六效蒸发器液位达到距蒸发器底部2ｍ后，启动四、六效循环泵，液位达到设定值时，启动过料泵，往上一效装液面，同时将四、六效液位投入自动控制状态。
（6）五效蒸发器液位达到距蒸发器底部2ｍ后，启动循环泵，液位达到设定值时，启动出料泵打循环；三效蒸发器液位达到距蒸发器底部2ｍ后，启动循环泵，液位达到设定值时，启动过料泵打循环往二效装液面，同时将三效液位投入自动控制状态。依此类推向二效、一效进料，启动相应设备。
（7）一效蒸发器液位达到距蒸发器底部2m后启动一效循环泵，当液位达到设定值时，打开一效出料调节阀，将一效出料调节阀与一效面投入自动控制状态。
（8）一效循环泵启动后，逐渐打开新蒸汽调节阀，缓慢向蒸发器通汽。
（9）溶液依次自压进入一、二、三级闪蒸器，三级自蒸发器液面达到2 m时，将三级闪蒸器液位投入自动控制，向原液槽打循环。
（10）依次将各冷凝罐液位投入自动控制。
（11）1-3#、2-6效冷凝水罐水位达到设定值后，启动冷凝水泵，并将冷凝水电导系统置于自控状态。
（12）一效汽压力达到0.07MPa时，关闭相关的疏水阀。
（13）当循环母液碳碱超过规定值后，开强制效。
（14）检查连锁和报警系统，蒸发器进入正常运行状态。
5强制效开车程序：
（1）认流程畅通，强制循环泵具备开车条件，启动强制效进料泵进料。
（2）强制效液位在第1目镜时，启动强制循环泵。
（3）缓慢打开强制效加热蒸汽阀门，逐步按降膜蒸发器通汽程序进行提压。
（4）强制效出料比重符合要求后，出料到排盐沉降槽。
6停车步骤：
1. 蒸发器的正常停车步骤
（1）接到停车通知后，通知沉降热水站手动改回水到不合格槽，汇报调度室后通知各相关岗位做好停车准备。
（2）关闭新蒸汽阀门，打开疏水阀。
（3）出料泵流程改循环原液槽。
（4）停原液泵。
（5）解除各效液位连锁和热水罐液位连锁。
（6）停真空泵。
（7）从六效开始逐效向前放料，待各效液位接近1m时，从六效开始，依次停五、四、三、二、一效循环泵和过料泵，开泵进出口管道放料阀门放泵进出口管道内积料。
（9）打开各级闪蒸器放料阀放料，待蒸发器和闪蒸器内料全部放完后停出料泵。
（10）停循环水系统，停冷却水系统。
（11）按生产指令水洗或清理检修（若清理须加凉水按水洗流程降温后才能进入蒸发器内部）。
2.6.2. 强制效的正常停车步骤
（2）停进料泵，关闭三闪出料门并放净泵进出口管道料；
（3）当液室液位低于第二目镜时，停循环泵，液室内料拉完后，停出料泵；
（4）关闭二次汽出口阀门，打开排空阀；
（5）按生产指令水洗或清理检修。
（6）强制效水洗：启动热水站不合格回水泵，进水洗强制效(操作方法与启动时同)；
（7）水洗时间4小时，水洗结束后，水放热水站回水槽。
第十节 蒸发器的化学清洗
蒸发器的化学清洗指的是稀硫酸的清洗方法，针对的结疤成分是水洗方法无法清除铝硅酸钠结疤。因为，酸洗方法会多或少对加热管束产生腐蚀作用，故不提倡频繁对蒸发器进行酸洗。最科学的方法是，根据生产实际统计数据结果，蒸汽单耗上升幅度较大、出料浓度无法满足要求以及各效总传热系数下降较大，此时才考虑对某一效进行酸洗。一般酸洗周期为：第I效1－2个月，第II效3－4个月，其它各效周期半年或更长些。
蒸发器酸洗过程中要注意以下几方面问题：
1)酸洗前要用新水冲刷蒸发器，其目的是降低蒸发器内部的温度（<500C）。因为，在较高温度下进行酸洗，硫酸溶液对加热管的腐蚀非常严重；
2）要根据配酸量精确计算出钝化剂（若丁）加入量：钝化剂重量＝ （2－2.5）％硫酸重量（100％），具体计算方法见例题，酸洗前10－15分钟加入；
3）由浓硫酸配制稀硫酸时，应先往槽内加入适量的密度较小的新水，然后再加入密度较大的浓硫酸。这样，浓硫酸稀析产生大量热量将会很快散发，可有效的防止酸液飞溅而产生事故。
4）稀硫酸浓度100－130g/l；酸洗时间控制在1.2－1.5h，避免过分延长酸洗时间，以防止钝化剂失效而导致加热管受到酸液的强烈腐蚀；
5）酸洗过程中要打开二次蒸汽管上的排空阀，排除酸洗时产生的硫化氢等气体，同时酸洗现场要严禁烟火，防止硫化氢发生爆燃事故发生。
举例：若丁加入量的计算方法
已知：稀酸槽的规格Ø4.4×4.0m，60m3；配酸后测得稀酸槽上空高度1.5 m；质量百分比浓度8.5％，密度1.08t/ m3；要求若丁加入量为纯硫酸的2％。根据以上参数计算若丁加入量。
解：1、计算稀硫酸体积：
Vx=60 ×（4-1.5）/4=37.5 m3
2、计算纯硫酸质量：
Mn=1.08 × Vx ×8.5%=3.44 t
3、计算若丁加入量：
Mr=2% × Mn × 1000＝ 2% × 3.44 ×1000＝68.8 kg
第十一节 碳酸钠的石灰苛化回收
在生产流程中，碳酸钠逐渐积累，如果不加以排除，将会影响一些设备运行的正常运行。尤其是蒸发器及溶出闪蒸器过料管结疤严重，不但影响生产指标的控制，还会导致生产中断的事故。因此，要不断地把碳酸钠从流程中排除出来，使流程中的碳酸钠保持一定的平衡。蒸发器组中的强制效就是为排盐而特别设置的设备。
从溶液中析出的碳酸钠晶体，经热水溶解后，采用加入石灰乳进行反应的方法加以回收，苛化反应式如下：
Na2CO3+Ca(OH)2＝Na OH+ CaCO3
因为苛化反应属于可逆的，上式中Na2CO3反应后变为Na OH的转化率称为苛化效率，其计算式：
苛化效率＝(NC原/NT原- NC淡/NT淡 )÷NC原/NT原×100%
第十二节 碳酸钠的来源
拜耳法氧化铝生产流程中，碳酸钠主要来自以下几个方面：
