堿煮工藝過程的智能集成建模探討

《堿煮工藝過程的智能集成建模探討》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、堿煮工藝過程的智能集成建模探討摘要：通過對堿煮工藝過程的機(jī)理分析，建立了WO3浸出率的動態(tài)機(jī)理模型，并利用最小二乘支持向量機(jī)對機(jī)理模型的預(yù)測偏差進(jìn)行了補(bǔ)償，實現(xiàn)了對WO3浸出率的智1能集成建模；利用MATLAB對智能集成模型進(jìn)行了仿真分析，驗證了模型的有效性和泛化性，并分析了主要因素對WO3浸出率的影響。堿煮工藝是鵠冶煉濕法冶金屮的重要工藝，近年來，很多大、屮型鉤冶煉企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)了餌冶煉工藝的自動化控制⑴，但堿煮工藝過程復(fù)朵，具有非線性、時變性、強(qiáng)耦合和不確定等特點，關(guān)鍵生產(chǎn)參數(shù)無法檢測，傳統(tǒng)的建模

2、方法很難建立過程的精確模型，各種優(yōu)化技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)難以利用，致使先進(jìn)的自動化控制設(shè)備難以實現(xiàn)堿煮工藝的優(yōu)化控制。堿煮工藝的主要目標(biāo)是在盡可能短的時間獲得盡可能高的WO3浸出率，因此,如何實現(xiàn)對浸出率的檢測及對其影響因素的研究成為實現(xiàn)堿煮工藝優(yōu)化控制的關(guān)鍵。文獻(xiàn)［2］利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對WO3浸汕率進(jìn)行了軟測量，但沒有對影響WO3浸出率的因素進(jìn)行分析；文獻(xiàn)［3?6］對特定條件下堿煮工藝的熱力學(xué)和動力學(xué)進(jìn)行了研究，為本文的機(jī)理建模提供了理論基礎(chǔ)。木文利用智能集成建模原理，對堿煮工藝進(jìn)行機(jī)理建模，然后利

3、用最小二乘支持向量機(jī)對機(jī)理模型與實際值的偏差進(jìn)行補(bǔ)償，完成WCH浸出率的智能集成建模，并對影響浸出率的因素進(jìn)行了仿真分析。1堿煮工藝過程機(jī)理建模1.1堿煮工藝過程簡介堿煮工藝過程的核心是三氧化鉤的浸出過程，該過程一般在高壓釜中進(jìn)行，屬于間歇式浸出過程，即將物料一次性加入反應(yīng)器中，密閉反應(yīng)器并反應(yīng)一定時間后將反應(yīng)物從反應(yīng)器中移出。在反應(yīng)過程中，主要是細(xì)磨的鉤礦漿與盤氧化鈉反應(yīng)生成可溶的鉤酸鈉，并伴隨少量雜質(zhì)與浸出劑的反應(yīng)。影響三氧化鉤浸出率的主要因素由：鉤礦物品位、精礦粒度、堿用量、固液比、溫度、壓力

4、、雜質(zhì)等，反應(yīng)過程具有不連續(xù)、非穩(wěn)態(tài)、不確定性等特點⑺。1.2堿煮工藝過程機(jī)理建模在堿煮工藝過程屮，由于反應(yīng)釜內(nèi)攪拌槳的作用，假設(shè)反應(yīng)器內(nèi)物料達(dá)到了分子尺度上的均勻混合，釜內(nèi)物料濃度處處相等，因此不考慮物質(zhì)的傳遞問題；由于釜內(nèi)物料均勻混合和良好的傳熱條件，假設(shè)反應(yīng)器內(nèi)的溫度也處處相等，因此也不考慮反應(yīng)器內(nèi)的傳熱問題。通過文獻(xiàn)可知，在溫度為100°C左右時，固體產(chǎn)物膜也不成為反應(yīng)進(jìn)行的障礙。文獻(xiàn)［8］通過試驗研究了氫氧化鈉濃度、礦物粒度、溫度、時間對三氧化鵠浸出率的影響，結(jié)果表明，該反應(yīng)過程僅由受表面

5、化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)控制。根據(jù)表面化學(xué)反應(yīng)控制動力學(xué)原理切，反應(yīng)速率可表示為：-^L=kscn（1）dt式川，N為固體礦粒在時刻f的摩爾數(shù)；S為固體顆粒表而積；C為浸出劑的濃度；K為化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù);//為反應(yīng)級數(shù)。反應(yīng)過程屮，顆粒的表面積S會發(fā)生改變，設(shè)礦粒為球形且致密無孔隙，并設(shè)其半徑為廠，密度為p,M為礦物的摩爾質(zhì)量，貝％S=4加丄N=^P/MdN一4處，pdr=x—dtMdt帶入式（1）得：drkMCn/、=（2）dtp反應(yīng)浸出分?jǐn)?shù)X可表示為:根據(jù)阿累尼烏斯公式:3-E/RT(3)(4)式中，力為

6、活化系數(shù)，E為礦物活化能，R為氣體常數(shù)，卩為浸出液溫度。將(3)、(4)式帶入(2)式，可得氫氧化鈉分解鵠礦的動力學(xué)方程為：—沁S*(5)dtr^p1.3堿煮工藝過程物料平衡方程隨著堿煮過程的進(jìn)行，浸出液氫氧化鈉濃度在不斷變化，引起浸出液濃度變化的原因主要是其與含鉤礦漿中的部分組分進(jìn)行反應(yīng)，并且大多被含鵠組分所消耗，氫氧化鈉溶液的物料平衡方程可表示為：C=C0-N.aX/VL=CO(1-N.aX/VLCQ)(6)式中，乙為浸出液總體積；Q為1mol鉤礦浸出時消耗的氫氧化鈉摩爾數(shù)。1.4堿煮工藝過程能

7、量平衡方程堿煮時，采用蒸汽加熱反應(yīng)釜，并通過攪拌槳攪拌物料，在這個過程中能量從攪拌槽的釜壁向物料中擴(kuò)散。該過程的熱量衡算可用如下方程表示：—=(7x5x(w,-y)/(mxC)(7)dt式中，y為釜體溫度；B為高壓釜的換熱面積；U為高壓釜的傳熱系數(shù)；“1為溫度控制量；加為整個浸出液的質(zhì)量；Cp為浸出液平均比熱。式(5)?(7)即為堿煮過程的動態(tài)機(jī)理模型。2基于最小二乘支持向量機(jī)的誤差補(bǔ)償建模以上建立的機(jī)理模型是在對工藝機(jī)理分析的基礎(chǔ)上，利用冶金動力學(xué)、物料平衡、能量平衡建立的，能夠反應(yīng)系統(tǒng)的主要規(guī)律

8、，在描述系統(tǒng)的整體行為上是有效的，但是建立的模型是在很多假設(shè)條件下進(jìn)行的，實際生產(chǎn)過程復(fù)雜多變，機(jī)理模型與實際值之間還存在偏差，精度不高，對以利用工業(yè)過程生產(chǎn)數(shù)據(jù)、經(jīng)驗知識運(yùn)用押能建模技術(shù)對機(jī)理模型預(yù)測偏差進(jìn)行補(bǔ)償“叫本文建立的堿煮工藝并聯(lián)補(bǔ)償智能集成模型如圖1所示。圖1智能集成模型結(jié)構(gòu)Fig>lStructureofintelligentintegratedmodeling2.1最小二乘支持向量機(jī)簡介支持向暈機(jī)的基本思想是將輸入向暈通過非線性映射0映射到一個高維乃至