高铝粉煤灰是氧化铝含量35.0%～55.0%的粉煤灰,与我国中低品位的铝土矿中的氧化铝含量相当,是一种重要的非传统氧化铝资源。此外,高铝粉煤灰中还含有镓、锂等有价元素。因此,从高铝粉煤灰中提取铝、硅、镓和锂元素可实现粉煤灰的高值化利用,达到固废综合利用和生态环境保护的目的。该工作基于Aspen plus对高铝粉煤灰协同提取铝、硅、镓和锂元素的工艺流程进行了重现,随后提出了该工艺的热集成方案,并对预脱硅过程的反应器进行了设计。主要研究内容和结论如下:（1）利用Aspen plus中的ELECNATL模型模拟重现高铝粉煤灰酸法协同提取铝、硅、镓和锂元素的工艺流程,其中,利用“预脱硅-碱活化-酸浸”法提取铝、硅元素,用吸附法提取镓元素,沉淀法提取锂元素。计算结果表明:年处理20万吨高铝粉煤灰可以实现年产氧化铝6.2万吨,产氢氧化镓12.0吨、产碳酸锂180.8吨。（2）为了降低过程能耗,本文针对高铝粉煤灰酸法协同提取铝、硅、镓和锂元素的工艺提出热集成方案。将结晶氯化铝煅烧阶段的热量用于产出蒸汽,并利用夹点技术,提出全流程换热网络优化方案。结果表明:年处理20万吨高铝粉煤灰可产出7.2万吨10 bar的蒸汽和1.1万吨4 bar的蒸汽。原流程需要冷热公用工程共计29.47×10~7 kJ/h,经换热网络改造之后需23.67×10~7 kJ/h,可节省19.7%的公用工程用量。（3）基于高铝粉煤灰预脱硅反应的动力学方程设计了一套反应装置,根据反应器实际运行情况,年处理20万吨高铝粉煤灰的预脱硅过程反应装置为4套装置并行,其中每套装置串联4个反应釜,每个反应釜配套相应的换热器。依据国家标准以及物料特性对反应釜进行设计选型,设计内容包括反应釜的体积,反应釜筒体内径、高度和厚度,封头、搅拌器的选用。换热器的设计和选型利用Aspen EDR基于反应釜热量与冷却介质流量以及换热器标准完成。