氧化鋁蒸發過程的機理建模與仿真

摘要：針對氧化鋁蒸發工序中出口濃度檢測滯后的現狀，建立了氧化鋁生產逆流多效蒸發的動態機理模型。采用常微分方程組的MATLAB工具箱函數解法，并對第五、六效蒸發過程進行了仿真研究。結果表明，該模型能夠較好地逼近實際系統，并對出口濃度的在線實時監測有現實的指導意義。

關鍵詞：氧化鋁；多效蒸發；機理模型

中圖分類號：TP13 文獻標識碼：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

我國的鋁土礦多為難溶出的一水硬鋁石，拜耳法生產氧化鋁工藝的能耗相對較高[1]， 在工藝能耗中，以蒸汽消耗所占比例最大，約占氧化鋁總汽耗40%~50%[2]，因而蒸發效率的高低直接影響氧化鋁生產的能耗和成本。

氧化鋁生產母液蒸發工藝，設備多、操作復雜，描述蒸發過程的變量眾多、變量之間的耦合關系復雜，為了方便控制必須設置較完善的測量儀表。關于氧化鋁生產逆流多效蒸發的研究報道較少，而且這些研究基本上都是基于多效蒸發過程靜態機理模型和神經網絡模型的模擬和優化的。畢慶華等[3]建立了氧化鋁生產四效蒸發加三級閃蒸蒸發工藝的靜態機理模型，采用Newton-Raphson算法#61472;求解模型，結果表明該模型雖然具有較好的全局擬合能力，但其預測精度尚未達到氧化鋁工業生產的要求，預測結果存在嚴重的滯后性，達不到在線實時監測的目的。李春玲[4]以氧化鋁多效蒸發過程的原液流量、Ⅰ效蒸發器的壓力為輸入；以最終出口母液濃度為輸出，建立了多效蒸發的BP人工神經網絡預測模型。結果表明該模型逼近效果良好，然而此種模型的泛化能力有限，而且無法給出內部輸入變量與輸出變量的關系，不易于工況分析和在線實時監測。

然而，動態機理模型可以有效地解決這些問題。它是在工藝機理分析的基礎上，依據物料守恒，熱量守恒等建立的常微分方程組模型，其結果不但給出系統輸入與輸出變量之間的關系，還能給出系統狀態變量與輸入、輸出變量之間的關系。采用動態機理建模方法，必然要對相應的蒸發工藝作深入的分析研究，尤其對于比較復雜的蒸發過程。運用該方法可得到相關對象的詳細描述，模型物理意義明了、應用性強。本文針對氧化鋁生產母液的六效逆流蒸發過程，介紹其動態機理模型的建立步驟。

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