氧化铝蒸发过程的机理建模与仿真

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摘要：针对氧化铝蒸发工序中出口浓度检测滞后的现状，建立了氧化铝生产逆流多效蒸发的动态机理模型。采用常微分方程组的MATLAB工具箱函数解法，并对第五、六效蒸发过程进行了仿真研究。结果表明，该模型能够较好地逼近实际系统，并对出口浓度的在线实时监测有现实的指导意义。

关键词：氧化铝；多效蒸发；机理模型

中图分类号：TP13 文献标识码：A

Knowledge Modeling and Simulation of Alumina Evaporation Process

ZHENG Chuan-zeng，HE Xiao-yang

(College of Electrical Engineering，Guangxi University，Nanning 530004，China)

Abstract: Facing up to the fact that the detection of the outlet concentration severely lags in the alumina evaporation

process, the dynamic knowledge model for alumina production back-feed multi-effect evaporation is established.

Matlab tool case functions have been presented to solve the ordinary differential equations in the model, and the fifth-effect, sixth-effect evaporation process has been computed analogically. The results of the calculation show that the dynamic knowledge model can simulate the actual system very well and has guidance significance in online real-time monitoring.

Key words: alumina; multi-evaporation; knowledge model

1 引言

我国的铝土矿多为难溶出的一水硬铝石，拜耳法生产氧化铝工艺的能耗相对较高[1], 在工艺能耗中，以蒸汽消耗所占比例最大，约占氧化铝总汽耗40%~50%[2]，因而蒸发效率的高低直接影响氧化铝生产的能耗和成本。

氧化铝生产母液蒸发工艺，设备多、操作复杂，描述蒸发过程的变量众多、变量之间的耦合关系复杂，为了方便控制必须设置较完善的测量仪表。关于氧化铝生产逆流多效蒸发的研究报道较少，而且这些研究基本上都是基于多效蒸发过程静态机理模型和神经网络模型的模拟和优化的。毕庆华等[3]建立了氧化铝生产四效蒸发加三级闪蒸蒸发工艺的静态机理模型，采用Newton-Raphson算法求解模型，结果表明该模型虽然具有较好的全局拟合能力，但其预测精度尚未达到氧化铝工业生产的要求，预测结果存在严重的滞后性，达不到在线实时监测的目的。李春玲[4]以氧化铝多效蒸发过程的原液流量、Ⅰ效蒸发器的压力为输入；以最终出口母液浓度为输出，建立了多效蒸发的BP人工神经网络预测模型。结果表明该模型逼近效果良好，然而此种模型的泛化能力有限，而且无法给出内部输入变量与输出变量的关系，不易于工况分析和在线实时监测。

然而，动态机理模型可以有效地解决这些问题。它是在工艺机理分析的基础上，依据物料守恒，热量守恒等建立的常微分方程组模型，其结果不但给出系统输入与输出变量之间的关系，还能给出系统状态变量与输入、输出变量之间的关系。采用动态机理建模方法，必然要对相应的蒸发工艺作深入的分析研究，尤其对于比较复杂的蒸发过程。运用该方法可得到相关对象的详细描述，模型物理意义明了、应用性强。本文针对氧化铝生产母液的六效逆流蒸发过程，介绍其动态机理模型的建立步骤。

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