连续碳酸化分解过程进料流量软测量.pdf

连续碳酸化分解过程进料流量软测量 吴长河， 胡志坤“ （中南大学冶金科学与工程学院， 湖南长沙 7 8 6 8 A 8 B 4 C 6 DE F ; 8 5 F 8 4 5 GH 5 6 ; 5 8 8 C ; 5 6， 2 8 5 B C 4 E B 31 5 ; I 8 C J ; B D，2 3 4 5 6 J 3 4 5 4； “2 8 6 8 K 5 C L 4 B ; 5E F ; 8 5 F 8 4 5 GH 5 6 ; 5 8 8 C ; 5 6，2 8 5 B C 4 E B 31 5 ; I 8 C J ; B D，2 3 4 5 6 J 3 4 5 4） 8 5 - . , 3 K B ; J I 8 C D ; L M C B 4 5 B C M C F 8 J J M B ; L ; N 4 B ; 5 B L 4 ; 5 B 4 ; 5L 4 B 8 C ; 4 O J B 8 4 G ; D ; 5 B 3 8 M C F 8 J J P Q B ; B ; J G ; ; F B B L 8 4 J C 8L 4 B 8 C ; 4 OG 8B B 3 8J 3 C B B R 84 5 GJ F 4 C 4 L ; 5 4J B ; 5 P K 5B 3 ; JM 4 M 8 C，4 B 8 C B 3 8 5 F B ; 5 C 8 4 B ; 5 M 4 C 4 L 8 B 8 C F 4 C 8 J ; J B 4 5 F 84 5 G M 8 5 ; 5 6G 8 6 C 8 8 B 3 8I 4 I 8 ; JG ; J F J J 8 G，B 3 8 5 F B ; 5 3 8 ; 6 3 B B 3 83 ; 6 3F 8 ， M 8 5 ; 5 6G 8 6 C 8 8 B 3 8 I 4 I 8 4 5 G O ; JG 8 G F 8 GR 4 J 8 G 54 F 5 OQ 5 ; C L 4 B ; 5， 4 5 G 4J B 7 L 8 4 J C 8 L 8 5 BL 8 B 3 GB F L M B 8L 4 B 8 C ; 4 J O; J8 J B 4 R ; J 3 8 G P* 3 8M C 4 F B ; F 4 C 8 J BJ 3 S JB 3 4 B B 3 8 C 8 F 4 J B ; 5 68 C C C ; JS ; B 3 ; 5“ P 4 5 GF 4 5 J 4 B ; J D B 3 8M C 4 F B ; F 4 4 M M ; F 4 B ; 5 P 9 ; 5G 8 F L M J ; B ; 5； O；E B 7 L 8 4 J C 8 L 8 5 B 作者简介吴长河 （ T .） ， 男， 河南省内乡县人， 高级工程师 在烧结法生产氧化铝的连续碳酸化分解过程 中， 上游原料工序生产的波动引起高位槽液位发生 变化， 从而引起分解过程进料量的波动， 导致氢氧化 铝颗粒不合格。因此， 进料量的控制是连续碳酸化 分解过程控制的关键 ［］ 。但是， 由于进料管较短、 管径比较大且容易结疤， 分解槽进料流量难以用常 规的过程检测仪表进行测量， 故不能进行有效控制。 软测量技术 （E B 7 E 8 5 J ; 5 6* 8 F 3 5 ; U 8） 就是选择与被 测参数有关的一组可测参数， 构造某种以可测参数 （二次变量） 为输入、 被测参数 （主导变量） 为输出的 数学模型， 用计算机软件进行计算从而得到被测参 数的估计值， 它为许多难测对象和参数的测量提供 了一种新方法 ［“ . ］ 。李勇刚等 ［］采用大平面的伯 努利方程， 推导出锌液流量的计算公式， 然后对锌液 流量进行控制， 但其物理模型比连续碳酸化分解过 程简单。 本文建立了一个基于汇流伯努利方程的进料量 软测量模型， 并以此为基础设计了进料流量控制器， 来维持稳定的进料流量。 进料流量软测量模型 连续碳酸化分解工艺一般采用两个高位槽联合 有色金属 （冶炼部分）“ /年“期 万方数据 向两组分解槽供料， 示意图如下图所示。图中， “、 分别为“ 和高位槽的液位， 阀门和分别 为它们的出料控制阀门 （手动阀门） 。为了实现流量 的自动控制， 安装了阀门。为了软测量进料流量， 应将阀门和全打开， 通过控制阀门来实现平 面’ ’的流量控制。 “ 阻力系数计算 直管损失与管长、 管径以及摩擦因数有关， 其沿 程阻力系数“（ “ ， ） 是一个与液体流速“、 密度、 黏度、 管径以及管壁粗糙度有关的值， 一般取* * ’ , “ * * ’ - ［.］ ； 而局部阻力损失则包括高 位槽进入管路突然收缩的损失、 液体通过阀门的损 失以及弯路损失等’部分。 现场阀门均为螺旋型球形阀， 设为阀门的上 升高度， 为阀座的直径， 开度／， 损失系数 和开度是一个复杂的函数关系。为了便于计 算， 本文对文献 ［.］提供的实验数据进行分段线性， 得到螺旋型球形阀门局部阻力损失系数 与开度 的关系如下 当（*， * .］ ， . ’ / 0 （ *） 1 “ . * （“） 当（* .， * .］ ， / （ * .） 1 “ , ’ （） 当（* .， * 2 .］ ， “ * / 0 （* .）1 “ * ’ （’） 当（* 2 .， “］ ， , ’ , （ * 2 .） 1 2 , 0 （/） 相应的， 开度与阀门局部阻力系数 的关系 如下 当 ［, * -， 2 , 0） ，* “ . 2 （ , * -） 1 “ * （.） 当 ［2 , 0， “ * ’） ，* * - . （ 2 , 0） 1 * 2 . （,） 当 ［“ * ’， “ , ’） ，* * / （ “ * ’） 1 * . （2） 当 ［“ , ’， “ . *） ， * * * （ “ , ’）1 * . （0） 阀门全开时 , * -； “ . *时趋近于零， 即阀门趋向于全闭。 “ 进料流量’的计算 设阀门开度为时， 高位槽的精液在、 、 三管中的流速分别为“ 、 “、“， 将三通管直管损失 和侧管损失认为相同， 均为三* /。前图中的流 量计算的物理模型为一个汇流， 故分别对““’ 截 面、 ’ ’’截面以及 ’ 截面、’ ’’ 截面列流体的 伯努利方程 ［,］ ， 得到式 （- “ *） *““ （ 1管1 弯1 , ／ ）“ 1“ （“ 1 1弯1三1 , ／ ）“ （-） *“ （ 1管1 , ／ ）“ 1“ （“ 1 1弯1三1 , ／ ）“ （“ *） 式中 为螺旋型球形阀全开时的阀门损失系 数， , * -；管 为从高位槽流入、 管的损失系 数， 因没有倒角， 取管* .； 弯 为- * -弯头损失， 取弯 “ ； 三 为三通管损失系数， 取三 * /； 为阀门在不同开度时的损失系数， 开度已知 时， 可由 （“） “ （/） 式计算得到。为便于计算， 令 ’““ （ 1管1 弯1 , ／ ） （“ “） ’“ （ 1管1 , ／ ） （“ ） “ （“ 1 1弯1三1 , ／ ） （“ ’） 由流体连续性方程可得 “.1“.“. （“ /） 式中 . /， 为.、 /、0管截面面积。 令， 1 （* “*） ’“ ， 2 ’ ’“， 3 （* （* “*） ’“ ， 4 （’ 1 （“1 2）） ， 5 3 4 /1 ， 64 / 2 整理得 “ 55 / 6 3 “ “6 （“ .） “11 2 “ “ （“ ,） 则进料量的体积流量 ’为 ’ ’ , * **“. - * ** （“ 1“）1 （“ 2） -“ 有色金属 （冶炼部分） * * .年期 万方数据 式中， 为修正因子， 根据理论计算与实验记录 （系统平稳时的出料流量） 比较， 取平均值得 “ ，为系统的随机误差。 因此， 如已知 、 ’ 高位槽的“ 、 “’， 以及阀门 开度的， 可以根据式 （ ） 计算出进料流量 。 ’ 实验验证 连续碳酸化分解在稳态时的周期一般为 ， 现 以’ “ “ *年 月’ 日某段时间的出料量作为 之 前的进料量， 即下表中的实际流量， 假设对应时 刻 （ 之前） 的阀门为半开状态， 即“ “ *， 对应 的高位槽液位以及上述软测量模型计算的模型流量 如下表所示。 ’／’’／ 模型流量“ ／ （ * , ） 实际流量 ／ （ * , ） 绝对误差 ／ （ * , ） 相对误差 ／- . ’ / * ’’ ’ / / ’ * * “. / *’ “ . “ / * ’’ ’ 0 ’’ ’ “ 0 ’“ . * * 0 / . ’ ’ “ “’ ’ * /’ * “ ’ * 0 ’ / * ’ ’ 0 . .’ ’ . ’ . .“ . * / ’ * “ . ’ 0’ ’ /’ . ’ 0 “ . . / . ’ * “ * ’ * ’ ’ * . “ 上表说明 该模型较好的反映了实际流量， 相对 误差， 可靠性高。 * 结语 用软测量模型可以根据两个高位槽的液位和阀 门的开度， 实时在线测量进料量； 也可以根据两个高 位槽的液位自动调节阀门开度， 维持进料量的稳定。 仿真实验和模拟计算表明该模型可靠性高， 对现场 生产具有较大的指导意义。 参考文献 ［］王志， 杨毅宏铝酸钠溶液碳酸化分解过程的影响因素 ［1］2有色金属， ’ “ “ ’， . （’） . * , . 2 ［’］李海青， 黄志饶2软测量技术原理及应用 ［3］2北京 化 学工业出版社， 0 0 0 2 ［*］杨欣荣， 凌玉华2软测量技术及其在铝电解槽温度测量 中的应用 ［1］2中南工业大学学报 （自然科学版） ， ’ “ “ *， * （） , . 2 ［.］胡燕瑜， 桂卫华， 李勇刚， 等2基于4 5神经网络的熔融 锌液流量检测 ［1］2有色金属， ’ “ “ *， （） . * , . 2 ［］陈敏恒2化工原理 ［3］2北京 化学工业出版社， 0 0 0 2 ［］张远君， 王平， 等译2流体力学大全 ［3］2北京 北京航 空航天大学出版社， 0 0 2 （上接第 页） （.）对启动后长期铁含量高或稳步上升的槽， 要进行认真检查， 确定破损部位， 采用镁砂修补。 “ 出现电解质、 铝液渗漏现象时， 应立即采取以 下措施 （）用镁砂 （氟化镁） 、 氧化铝、 碎壳面块等补砸 渗漏部位。 （’）提高渗漏部位对应的阳极组* “ . 6 ， 减少 该处导电。 （*）降低渗漏部位局部温度 （用风管吹或用冷 水刺） 。 （.）在灌铝前经常向渗漏处添加固体物料， 保 证局部的低槽温， 直至灌铝结束。 . 结语 造成电解槽早期破损的原因很多， 但只要把好 筑炉材料关、 筑炉质量关、 焙烧启动关和后期管理 关， 减少早期破损、 杜绝被迫停槽是完全可能的。 “’ 有色金属 （冶炼部分）’ “ “ 年’期 万方数据