连续碳酸化分解过程操作参数优化
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Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｄ ｃ ｍｐ ｓｔ ｎ ｒ ｔ ｒ ｄ ｅ ｔｉ ｈ ｒ ｃ ｓ ｆｃ ｎ ｉ ｕ ｌｃ ｒ ｏ ａｉ ｎ ｐ ｅ ｉ ｉ ｔ ｎ ｏ ｏ ｉ ｍ ｌ ｍｉ ａ ｅ ｓ ｌ ｔ ｎ ｓｒ ｃ ｈ ｅ ｏ ｏ ｉ ｏ ａ ｉ ｇ ａ ｉｎ ｎ ｔ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓ ｏ ｏ ｔ ａ ａ ｂ ｎ ｔｏ ｒ ｃｐ ｔ ｉ ｆｓ ｄ ｕ ａｕ ｎ ｔ ｏ ｕ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ａｏ ｏ
ＨＵ ｏ Ｙ ｎ， ＸＩ Ｙｏ ｇ ｆ ｎ Ｅ ｎ — ａ ｇ
（ｎｏｍａｉｎ Ｓ ｉｎ ｅ＆ Ｅｎ ｉｅ ｒ ｇＣ ｌ ｇ ，Ｃ ｎｒｌ ｏ ｔ ｉｅｓ ｙ Ｉ ｆｒ ｔ ｃｅ ｃ ｏ ｇｎ ｅ ｎ ｏｌ ｅ ｅ ｔａ ｕｈ Ｕｎｖ ｒｉ ，Ｃｈ ｎ ｓａ ４ ０ ８ ， ｈｎ ） ｉ ｅ Ｓ ｔ ａ ｇｈ １ ０ ３ Ｃ ｉａ
解 率 梯度 设 定 不 合理 将 导 致 局部 过 分 ｆ 解率 过 高１ 分
碳 分 过程 是 一 个 多 时滞 、 线性 和 多 变 量 的耦 非
合系统 ， 分解率梯度难 以控制 ， 在生产现场主要是依
靠 操作 人 员 的经验 来 对 操 作参 数 进 行 调 整 ， 分 解 使 率达 到要 求 。 是每 一个 操作 人员 的经 验不 同 ， 到 但 受 主 观 因素 的影 响 较 大 ， 常不 能 够 合 理 的设 定 操 作 通 参数 ， 成生 产过 程 波动 ， 响氢 氧化 铝产 品的质 量 造 影 和产 量 。文献 『１ 基 于变量 聚类 和 Ｐ Ａ的神 经 网 ３采用 Ｃ
量 。 液成 分 又包 括铝 酸钠 溶液 的铝 硅 比、 化 铝含 原 氧
量、 二氧化硅浓度等其他成分 。 二氧化碳的通气流量 同样也受到气体的浓度和压力的影响。
分 解过程 分解率 受到 的影 响因素众 多 ， 并且 相互 耦 合 ， 一个 操作参 数 的调 整都会 影 响其 他参 数对 任何 分 解 过程 的影 响 ， 得 操作 参 数 的调 整 困难 ， 须对 使 必 此进 行协 调调 整 ， 使得 整个 分解 过程 得 到优 化 。
对 所 有影 响 因素 进行 分 层 构 权 重组 ， 再将 分 析 结 果
是在保证质量的同时尽量提高分解率 。
收 稿 日期 ：０ １ ０ — ５ ２ １－ ６ １
用于神经网络的输入 ， 最终得到末槽分解率。 该模型
基金项 目： 国家 自然科学基金项 目（ 目编号：１７ １７。 项 ６ ０ ４ １） 作者简介： ￣（９４ ）男 ， 胡 １８－ ， 硕士研究生 ， 主要从事 复杂工业 过程 的优化 与控制 。
碳 酸化 分 解 的化 学原 理 ， 同的学 者 有 不 同 的 不
见解。 比较公 认 的观 点是 基 于以下 化学 反应 方程 。 一
般 认 为 ， 铝 酸钠溶 液 中通 人 二氧 化碳 气 体 ， 氧化 在 二 碳 中和溶 液 中 的苛 性碱 ， 溶 液 的分 子 比降 低 ， 而 使 从 降低 溶液 的稳 定性 ， 起溶 液 的分解 ： 引
ｄ ｃ ｍｐ ｓｔ ｎ ｒ ｔ ｏ ｍａ ｅ ｓ ｒ ｈ ａｉ ｆｉｔ ｒ ｅ ｉｔ ａ ｋ ｉ ｉ ｉ ｈ ａ ｇ ｔｒ ｎ ｅ ｎ ｅ ｒ ｔ ｆｔ ｅ ｌ ｓ ｔｎ ｓ ｍａ ｉ ｍ． ｅ ｏ ｏ ｉ ｏ ａｉ ｔ ｋ ｕ ｅ ｔｅ ｒ ｔ ｏ ｎ ｅ ｉ ｏ ｏ ｍ ｄ ａ ｅ ｔｎ ｎ ｗ ｔ ｎ ｔ ｅ ｔ ｒ ｅ ａ ｇ ，ａ ｄ ｔ ａｉ ｏ ａ ｔ ａ ｋ ｉ ｈ ｈ ｏ ｈ ｘ ｍｕ
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中图 分 类 号 ： Ｐ ８ Ｔ １３ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ４ ４ ４ （ １） — ０ １ ０ １ ０ — ３ ５２ ０ ０ ４ — ６ ０１４
Ｏｐｅ ａ ｉ Ｐａ ａ ｅ ｅ ｓ ｒ ｔｎｇ ｒ ｍ ｔ ｒ Ｏｐｔｍ ｉ ａ ｉ ｏｆ ｉ ｚ ｔｏｎ Ｃｏ ｉｎｕａ Ｃａｒ ｎａ ｏ ｃ ｍ ｐｏ ｉｉ ｎ ｎｔ ｌ ｂｏ ｔ ｎ Ｄｅ ｏ ｉ ｓｔｏ
素有 很多 ， 精液 硅量 指 数一 定 的情 况下 ， 解 率梯 在 分 度是 主要 的影 响因素 。 解过 程影 响 因素众 多 ， 分 且呈 现非 线 性 。由于分 解 过程 是 一个 有 着 固 、 、 三 相 液 气 参与 的化学 反应过程 ， 在分解 过程 中进行 着一 系列 复 杂 的物理化 学反应 ， 包括二 氧化碳 被溶液 中的氢氧 化 钠 中和 以及 氢 氧 化 铝 的结 晶析 出等过 程 ， 因此 受 到
响 须对操 作 参数进 行优 化设 定 ， 证 分解 率梯 度达 到要 求 。 深入 分析碳 分过 程机 理 的基础 上 ， 于现场 必 保 在 基
检 测数 据 ， 合考 虑 影响 分解 率 的 因素 ． 用主成 分 分析 法ｆＣ ） 综 应 Ｐ Ａ 对影 响 因素进 行 降 维处理 ， 用神 经 Ｙ网络 采
２ ａ Ｈ Ｃ ２Ｎ ２Ｏ ＋ ２ Ｎ Ｏ ＋ Ｏ ＝ ａ ３Ｈ ０ Ｃ （） １
量 的影响 ， 操作参 数 的调 整对分 解过程 分解 率影 响有 限 。 献 ［１ 粗 糙集 理 论 建立 碳 分 过程 分 解率 梯 度 文 ４用 优 化模 型 ， 采用 遗传 算法 对分 解 率梯度 进 行优 化 。 但 粗糙 集理 论首先 必须进行 数据 的离散 化 ， 此过程 极 而 有 可能丢 失有用 信息 或增加 噪声扰 动 ， 导致 分解 率梯
． ２． ４
有 色 冶 金 设 计 与 研 究
第 ３ ２卷
泛 化 能 力较 强 ， 并具 有 较 高 的准确 度 ， 是 ， 但 由于 没 有 考 虑整 个 生 产 过 程各 槽 的分 解 率 ， 只是 偏 重 于 提
高 末槽 的分 解 率 ， 而 忽 略 了分解 率 梯 度 对 产 品 质 从
２ ａ Ｉ２４ ２＝ Ａ（Ｈ ３ ＋ Ｎ Ｏ Ｎ Ａ Ｏ＋ ＨＯ ２ Ｉ ） ２ ａ Ｈ Ｏ ｉ （ ２ ） 由工 艺过 程 可 知 ， 解 过 程 是一 个 气 、 、 三 分 液 固 相参加 的复 杂多相反 应 ， 在反应 过程 中伴 随有 大 并且 量 物 理 化学 过 程 。 响碳 分 过程 氢 氧 化铝 质 量 的 因 影
Ｔ ｅＧ ｎｔ ｌ ｒｈ （Ａ ｉｕｅ ｅ ｔｅｏ ｔ ｚｔ ｎｓｔｎｓ ｈ ｅｅｉ Ａｇ ｉ ｍ Ｇ ）ｓ ｓｄｔ ｇｔｈ ｐｉ ａ ｏ ｅｔ ｇ． ｃ ｏｔ ｏ ｍｉ ｉ ｉ
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第 ３ — ５期 第 ４２ 卷
有 色 冶 金 设 计 与 研 究
２ １ 年 ０１
１ 月 ０
连续碳酸化分解过程操作参数优化
胡 友 ， 永 芳 谢
ｆ中南大 学 信 息科 学与 工程 学 院， 湖南 长沙 ［ 摘 ４０ ８） １ ０ ３
要 ］ 解率梯 度 是铝 酸 钠溶 液 碳 酸化 分 解过 程 中的 重要 工 艺指 标 ， 产 品质 量和 产 量有 直接 的影 分 对
ｏ ｒ ｔｎ ｒ ｍｅｅ ｐｅ ａｉ ｇ ｐａ ａ ｔｒ
连 续 碳 酸 化分 解 过 程 ｆ 分过 程 １ 烧 结 法 氧化 碳 是 铝 生 产 中 的一 个 关 键 环 节 ［ ， 产 Ａ （Ｈ 粒 且 生 Ｉ ）颗 Ｏ 为前 面 的工 序 提供合 格 的母 液 。 槽 分解 率大 小 ， 各 由 首 槽 到 末槽 分 解 率 从低 到高 的 趋势 ， 成 分解 率 梯 形 度 。 解 率梯 度直 接影 响氧 化铝产 品的质 量和 产量 ， 分 合 理 的 分解 率 梯 度 ， 能够 在末 糟 分 解 率 较 高 的情 况 下 ， 证产 品杂 质含 量低 ， 且 提高 产 品 的粒 度 。分 保 并
度 偏差 较 大 。
本 文 根 据 碳 分 过程 的特 点 ， 建 了基 于 主 元 分 构 析法和 Ｂ Ｐ神 经 网络 的分解 率梯 度模 型 ， 并依 据模 型 对 生 产 过程 的操作 参 数 进行 优 化 设定 。 响 分解 率 影 梯 度 的因素众 多 ， 采用 主成分 分析 法对影 响 因素 进行 降维 ， 降维 处 理后用 作 神经 网络 的输 入 。 建立分 解 在
络 方法 建 立 了末槽 分 解 率 预测 模 型 ， 种 方 法 对 影 这 响 末槽 分 解 率 的因 素进 行 变量 聚类 和 主 成分 分 析 ，
或 欠分 ｆ 率过 ４） 况 的发生 ， 氢氧 化铝 产 品质 分解 ５情 使 量 和循 环 利用 的母 液不 合格 。碳 分 过 程 的生产 目标
众 多 因素 的影 响 ， 括原 液成分 和二氧 化碳 的通气 流 包
率梯度神经网络模型后， 通过调整操作参数使的中间 槽 的分解率满足约束要求 ， 末槽分解率达到最大值 。
１ 连续碳酸化分解工 艺分析和模型研究
碳 分 过 程 的 工艺 流 程 如 图 ｌ 示 ， 脱 硅送 来 所 经
建 立 了分 解率梯 度模 型 ， 高 了模 型的精 度 和泛化 能 力 。通 过调 整 影响 分 解率 的操 作参数 ， 中 间槽 分 解 率 提 使
满足 约束 范围 ． Байду номын сангаас槽分解率达到最 大值 采 用遗传 算法获取操作参数 的优化 设定值 。 ［ 键词 ］ 续碳 酸化 分解 ； 解率梯 度 ； 关 连 分 主成 分分 析 ； 作 参数优 化 操
ｄ ｔｒ ｎ ｓｔ ｅ ｏ ｔ ｕ ｓ ａ ｄ ｔ ｅｒ ｑ ａｉ ，ｗｈ ｃ ｓ ｔｅ ｉ ｏ ｔｎ ｒ ｃ ｓ ｎ ｅ ． ｔ ｓｎ ｃ ｓ ａｙ ｔ ｐ ｉ ｚ ｈ ｐ ｒ ｔ ｇ ｐ ｒ ｍｅｅ ｓｔ ｅｅ ｍｉ ｅ ｈ ｕ ｐ ｔ ｎ ｈ ｉ ｕ ｌ ｙ ｔ ｉ ｈ ｉ ｈ ｍｐ ｒ ｔ ｏ ｅ ｓ ｉ ｄ ｘ Ｉ ｉ ｅ ｅ ｓ ｒ ｏ ｏ ｔ ａ ｐ ｍｉｅ ｔ ｅ ｏ ｅａ ｉ ａ ａ ｔｒ ｏ ｎ ｍａ ｅｄ ｃ ｍｐ ｓ ｉｎ ｒ ｔ ｒ ｔ Ｏｎ ｔ ｅｂ ｓｓｏ ｎ ｌｚｎ ｈ ｅ ｏ ｏ ｉ ｏ ｃ ａ ｉ ｏ ｅ ＡＣ ｋ ｅ ｏ ｏ ｉ ｏ ａｉ ａ ｅ ｍｅ． ｈ ａ ｉ ｆａ ａｙ ｉ ｇ ｔｅ ｄ ｃ ｍｐ ｓｔ ｎ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ｔ ｏ ｉ ｍ ｆ ｈ ＣＤＰ ａ ｄ ｔｅ ｍｅ ｓ ｒ ｇ ｄ ｔ ｒ ｍ ｔ ｎ ｈ ａ ｕ ｎ ａａ ｆｏ ｉ
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量、 二氧化硅浓度等其他成分 。 二氧化碳的通气流量 同样也受到气体的浓度和压力的影响。
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是在保证质量的同时尽量提高分解率 。
收 稿 日期 ：０ １ ０ — ５ ２ １－ ６ １
用于神经网络的输入 ， 最终得到末槽分解率。 该模型
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碳 酸化 分 解 的化 学原 理 ， 同的学 者 有 不 同 的 不
见解。 比较公 认 的观 点是 基 于以下 化学 反应 方程 。 一
般 认 为 ， 铝 酸钠溶 液 中通 人 二氧 化碳 气 体 ， 氧化 在 二 碳 中和溶 液 中 的苛 性碱 ， 溶 液 的分 子 比降 低 ， 而 使 从 降低 溶液 的稳 定性 ， 起溶 液 的分解 ： 引
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中图 分 类 号 ： Ｐ ８ Ｔ １３ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ４ ４ ４ （ １） — ０ １ ０ １ ０ — ３ ５２ ０ ０ ４ — ６ ０１４
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响 须对操 作 参数进 行优 化设 定 ， 证 分解 率梯 度达 到要 求 。 深入 分析碳 分过 程机 理 的基础 上 ， 于现场 必 保 在 基
检 测数 据 ， 合考 虑 影响 分解 率 的 因素 ． 用主成 分 分析 法ｆＣ ） 综 应 Ｐ Ａ 对影 响 因素进 行 降 维处理 ， 用神 经 Ｙ网络 采
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量 的影响 ， 操作参 数 的调 整对分 解过程 分解 率影 响有 限 。 献 ［１ 粗 糙集 理 论 建立 碳 分 过程 分 解率 梯 度 文 ４用 优 化模 型 ， 采用 遗传 算法 对分 解 率梯度 进 行优 化 。 但 粗糙 集理 论首先 必须进行 数据 的离散 化 ， 此过程 极 而 有 可能丢 失有用 信息 或增加 噪声扰 动 ， 导致 分解 率梯
． ２． ４
有 色 冶 金 设 计 与 研 究
第 ３ ２卷
泛 化 能 力较 强 ， 并具 有 较 高 的准确 度 ， 是 ， 但 由于 没 有 考 虑整 个 生 产 过 程各 槽 的分 解 率 ， 只是 偏 重 于 提
高 末槽 的分 解 率 ， 而 忽 略 了分解 率 梯 度 对 产 品 质 从
２ ａ Ｉ２４ ２＝ Ａ（Ｈ ３ ＋ Ｎ Ｏ Ｎ Ａ Ｏ＋ ＨＯ ２ Ｉ ） ２ ａ Ｈ Ｏ ｉ （ ２ ） 由工 艺过 程 可 知 ， 解 过 程 是一 个 气 、 、 三 分 液 固 相参加 的复 杂多相反 应 ， 在反应 过程 中伴 随有 大 并且 量 物 理 化学 过 程 。 响碳 分 过程 氢 氧 化铝 质 量 的 因 影
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有 色 冶 金 设 计 与 研 究
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１ 月 ０
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胡 友 ， 永 芳 谢
ｆ中南大 学 信 息科 学与 工程 学 院， 湖南 长沙 ［ 摘 ４０ ８） １ ０ ３
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本 文 根 据 碳 分 过程 的特 点 ， 建 了基 于 主 元 分 构 析法和 Ｂ Ｐ神 经 网络 的分解 率梯 度模 型 ， 并依 据模 型 对 生 产 过程 的操作 参 数 进行 优 化 设定 。 响 分解 率 影 梯 度 的因素众 多 ， 采用 主成分 分析 法对影 响 因素 进行 降维 ， 降维 处 理后用 作 神经 网络 的输 入 。 建立分 解 在
络 方法 建 立 了末槽 分 解 率 预测 模 型 ， 种 方 法 对 影 这 响 末槽 分 解 率 的因 素进 行 变量 聚类 和 主 成分 分 析 ，
或 欠分 ｆ 率过 ４） 况 的发生 ， 氢氧 化铝 产 品质 分解 ５情 使 量 和循 环 利用 的母 液不 合格 。碳 分 过 程 的生产 目标
众 多 因素 的影 响 ， 括原 液成分 和二氧 化碳 的通气 流 包
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１ 连续碳酸化分解工 艺分析和模型研究
碳 分 过 程 的 工艺 流 程 如 图 ｌ 示 ， 脱 硅送 来 所 经
建 立 了分 解率梯 度模 型 ， 高 了模 型的精 度 和泛化 能 力 。通 过调 整 影响 分 解率 的操 作参数 ， 中 间槽 分 解 率 提 使
满足 约束 范围 ． Байду номын сангаас槽分解率达到最 大值 采 用遗传 算法获取操作参数 的优化 设定值 。 ［ 键词 ］ 续碳 酸化 分解 ； 解率梯 度 ； 关 连 分 主成 分分 析 ； 作 参数优 化 操
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