Herald of Technological University Herald of Technological University ВЕСТНИК ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 3034-4689 3033-9219 132515 10.55421/3034-4689_2026_29_6_94 FZCIKX 3. Информатика, вычислительная техника и управление 3. Information teory, computer technology and control 3. Информатика, вычислительная техника и управление MATHEMATICAL MODELING OF A SODIUM CARBONATE EVAPORATOR TRAIN AT RUSAL ACHINSK JSC МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЫПАРНОЙ БАТАРЕИ БЕЗВОДНОЙ СОДЫ НА АО «РУСАЛ АЧИНСК» Чистяков Д. Г. Chistyakov D. G. Брендель М. В. Brendel' M. V. Ордон С. Ф. Ordon S. F. ООО «РУСАЛ ИТЦ» Красноярск Россия ООО «РУСАЛ ИТЦ» Красноярск Russian Federation ООО «РУСАЛ ИТЦ» Красноярск Россия ООО «РУСАЛ ИТЦ» Красноярск Russian Federation ООО «РУСАЛ ИТЦ» Красноярск Россия ООО «РУСАЛ ИТЦ» Красноярск Russian Federation 02 07 2026 02 07 2026 29 6 94 100 01 06 2026 18 06 2026 https://vestniktu.ru/en/nauka/article/132515/view

На глиноземных заводах ОК РУСАЛ избыток технологической воды удаляется на специальном переделе производства - выпарка. На АО «РУСАЛ Ачинск» в цехе кальцинированной соды для удаления избыточной воды и выделения продукционной соли - безводной соды, используется прямоточная выпарная батарея с аппаратами принудительной циркуляции. В 2021-2022 гг. специалистами ООО «РУСАЛ ИТЦ» разработана математическая модель выпарной батареи, включающая материальный и тепловой балансы, полученные на основе статистических данных работы калийного и содового отделений цеха. Компьютерная модель, включающая расчетно-графические схемы, полностью повторяла компоновку действующей выпарной батареи и выступила основой для разработки проектных решений по повышению ее энергоэффективности. На основе разработанной математической модели рассчитано 14 вариантов компоновок выпарной батареи, связанных с установкой дополнительного теплообменного оборудования, изменением схем нагрева раствора после каждого корпуса, изменением теплообменных поверхностей, установкой самоиспарителей раствора и конденсата, изменением схемы движения раствора и пара. Эффективность решений по результатам расчетов определялась на основе экспертной технической оценки, включающей затраты на реализацию проекта по модернизации выпарной батареи, энергоэффективность выпарной батареи после модернизации, техническими возможностями реализации мероприятий. По результатам оценки вариантов балансовых и тепловых расчетов разработаны технические решения, связанные с установкой двух самоиспарителей растворов, одного теплообменного аппарата для подогрева исходного сульфатного маточного раствора, поступающего на выпарную батарею, и переводом выпарной батареи с прямоточного режима движения раствора и пара на противоточный. В 2023 г. специалистами ООО «РУСАЛ ИТЦ» (г. Санкт-Петербург) и ООО «КБ «Химические системы»» (г. Екатеринбург) был разработан технический пакет и проведены строительно-монтажные работы. В 2024-2025 гг. на АО «РУСАЛ Ачинск» проведены опытно-промышленные испытания и подтверждены эффекты, полученные на основе расчетов в математической модели.

At RUSAL’s alumina plants, excess process water is removed in a specialized production stage known as evaporation. At RUSAL Achinsk JSC, in the soda ash calcination shop, a direct-flow evaporator train with forced-circulation units is used to remove excess water and recover the product-anhydrous soda ash. In 2021-2022, specialists at RUSAL Engineering & Technology Center LLC developed a mathematical model of the evaporator train, including material and heat balances derived from statistical data on the operation of the plant’s potash and soda sections. The computer model, which included computational and graphical diagrams, fully replicated the layout of the existing evaporator train and served as the basis for developing design solutions to improve its energy efficiency. Based on the developed mathematical model, 14 layout variants of the evaporator train were calculated, involving the installation of additional heat exchange equipment, changes to the brine heating schemes after each vessel, modifications to the heat exchange surfaces, the installation of self-evaporators for brine and condensate, and changes to the brine and steam flow schemes. The effectiveness of the solutions, based on the calculation results, was determined through an expert technical assessment that included the costs of implementing the evaporator bank modernization project, the energy efficiency of the evaporator bank after modernization, and the technical feasibility of implementing the measures. Based on the results of the assessment of the balance and thermal calculations, technical solutions were developed involving the installation of two solution evaporators, one heat exchanger to preheat the initial sulfate mother liquor entering the evaporator train, and the conversion of the evaporator train from a co-current flow regime for the solution and steam to a counter-current flow regime. In 2023, specialists from RUSAL Engineering & Technology Center LLC (St. Petersburg) and Chemical Systems Design Bureau LLC (Yekaterinburg) developed the technical package and carried out construction and installation work. In 2024-2025, pilot-scale tests were conducted at RUSAL Achinsk JSC, confirming the results obtained from calculations in the mathematical mode

 ВЫПАРКА ВЫПАРНАЯ БАТАРЕЯ ДИАГРАММА СОДА СОДОВЫЙ РАСТВОР МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ EVAPORATION EVAPORATOR TRAIN DIAGRAM SODA SODA SOLUTION MATHEMATICAL MODEL

Д.Г. Чистяков, В.О. Голубев, А.В. Александров. ММТТ-36. 1, 12-16 (2023). D.G. Chistyakov, V.O. Golubev, A.V. Aleksandrov. MMTT-36. 1, 12–16 (2023). М.С. Моисеенков, С.А. Мазунин, В.Л. Чечулин. Вестник Пермского университета. 2, 36-45 (2012). M.S. Moiseenkov, S.A. Mazunin, V.L. Chechulin. Bulletin of Perm University. 2, 36–45 (2012). А.Г. Лаптев, Н.А. Николаев, М.М. Башаров. Методы интенсификации и моделирования тепломассообменных процессов. Теплотехник, Москва, 2011. 335 с. A.G. Laptev, N.A. Nikolaev, M.M. Basharov. Methods for Intensification and Modeling of Heat and Mass Transfer Processes. Teplotekhnik, Moscow, 2011. 335 pp. В.М. Ронкин. Дисс. канд. техн. наук., Ур. гос. техн. ун-т. Екатеринбург, 2004. 24 с. V.M. Ronkin. Ph.D. thesis in Technical Sciences, Ural State Technical University. Yekaterinburg, 2004. 24 pp. В.М. Ронкин, В.М. Ковзель. Химическая промышленность сегодня. 3, 47-56 (2011). V.M. Ronkin, V.M. Kovzel. The Chemical Industry Today. 3, 47–56 (2011). Д.Г. Чистяков Д.Г., В.О. Голубев В.О., А.В. Александров А.В. ВТУ. 26(10), 159-165 (2023). D.G. Chistyakov, D.G., V.O. Golubev, V.O., A.V. Aleksandrov, A.V. VTU. 26(10), 159–165 (2023). Д.Г. Калишук, Н.П. Саевич, А.И. Вилькоцкий.Процессы и аппараты химической технологии. БГТУ, Минск, 2011. 426 с. D.G. Kalishuk, N.P. Saevich, A.I. Vilkotsky. Processes and Apparatus in Chemical Technology. BSTU, Minsk, 2011. 426 pp. Т.Д. Ланина, Б.Г. Варфоломеев, О.А. Карманова.Расчет и конструктивное оформление выпарных установок. УГТУ, Ухта, 2009. 118 с. T.D. Lanina, B.G. Varfolomeev, O.A. Karmanova. Calculation and Design of Evaporation Plants. UGTU, Ukhta, 2009. 118 pp. Alberto de la Calle, Luis J. Yebra, Sebastian Dormido. In: Proceedings of the 9th International Modelica Conference (September 3-5, 2012). Munich, Germany, 2012. P. 941-948. Alberto de la Calle, Luis J. Yebra, Sebastian Dormido. In: Proceedings of the 9th International Modelica Conference (September 3–5, 2012). Munich, Germany, 2012. pp. 941–948. Е.С. Баланкина. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 4, 117-126 (2008). E.S. Balankina. Bulletin of the N.E. Bauman Moscow State Technical University. Natural Sciences Series. 4, 117–126 (2008). Y.A. Sokolov, Y.I. Shamlitsky, D.A. Korchikov, D.A. Semidotskiy, D.A. Boyko, , I. V Rozmanov. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 3, 1-11 (2020). Y.A. Sokolov, Y.I. Shamlitsky, D.A. Korchikov, D.A. Semidotskiy, D.A. Boyko, , I. V. Rozmanov. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 3, 1–11 (2020). R.C. Reid, J.M. Prausnitz, B.E.Poling. The Properties of Gases and Liquids, McGraw-Hill, 10 (1987). R.C. Reid, J.M. Prausnitz, B.E. Poling. The Properties of Gases and Liquids, McGraw-Hill, 10 (1987). М.Л. Варламов, С.В. Беньковский, Е.Л. Кричевская. Производство кальцинированной соды и поташа при комплексной переработке нефелинового сырья. Химия, Москва, 1977. 173 с. M.L. Varlamov, S.V. Benkovsky, E.L. Krichevskaya. Production of Soda Ash and Potash in the Integrated Processing of Nepheline Ore. Khimiya, Moscow, 1977. 173 pp. М.А. Михеев М.А., И.М. Михеева. Основы теплопередачи. Энергия, Москва, 1977. 344 с. M.A. Mikheev, M.A., I.M. Mikheeva. Fundamentals of Heat Transfer. Energiya, Moscow, 1977. 344 pp. Д.А. Лабунцов. Труды ЦКТИ. 95, 82-88 (1961). D.A. Labuntsov. Proceedings of the Central Research Institute of Thermal Engineering. 95, 82–88 (1961). К. А. Козин, Е. В. Ефремов, М. И. Грачев. Молодой ученый. 10(90). 223-228 (2015). K. A. Kozin, E. V. Efremov, M. I. Grachev. Young Scientist. 10(90). 223–228 (2015). Д. В. Ключникова, А. И. Ключников Международный научно-исследовательский журнал, 4(35), 69–70 (2015). D. V. Klyuchnikova, A. I. Klyuchnikov International Scientific Research Journal, 4(35), 69–70 (2015). Э.В. Боровкова, Е.В. Пантюхина, О.В. Пантюхин.Известия Тульского государственного университета. 2. 346-350 (2018). E. V. Borovkova, E. V. Pantyukhina, O. V. Pantyukhin. Proceedings of Tula State University. 2. 346–350 (2018). Э.В. Боровкова, Е.В. Пантюхина. Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 6. 509-513 (2018). E.V. Borovkova, E.V. Pantyukhina. Proceedings of Tula State University. Technical Sciences. 6. 509–513 (2018). Д.Г. Чистяков, В.О. Голубев, А.В. Александров, Е.Ю. Локк, Ю.А. Донцов. Цветные металлы и минералы. 116-122 (2017). D.G. Chistyakov, V.O. Golubev, A.V. Aleksandrov, E.Yu. Lokk, Yu.A. Dontsov. Nonferrous Metals and Minerals.116–122 (2017). Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2018664039, 09.11.2018. Certificate of Registration of a Computer Program RU 2018664039, November 9, 2018.