双流法溶出过程操作参数优化方法
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Abstract: The double-stream alumina digestion process is a key production chain in Bayer process of alumina production. It is the unique production technology in China. However, the double-stream alumina digestion process has problems that the evaporate water capacity of flash vessel is not fully exploited, scaling causes increased new steam consumption, meanwhile, working points are set manually, which causes the high energy consumption. Thus, the exergy optimization model of the double-stream alumina digestion is established, and the digestion process is divided into three stages based on the degree of scab in a pickling cycle. An adaptive state transition algorithm is proposed to optimize the operating parameter of the three stages of the digestion process, respectively. Then, optimal process control parameters are obtained, which is meaningful to provide suggestions for practical production.
为生产提供操作指导。
关键词：氧化铝；双流法溶出；㶲；优化；酸洗周期；状态转移算法
中图分类号：TQ 021.8
文献标志码：A
文章编号：0438—1157（2017）03—1014—09
Optimization method of double-stream alumina digestion process parameters
摘要：氧化铝双流法溶出是拜耳法氧化铝生产中的关键环节，是我国特有的生产工艺。但是，双流法溶出过程中
闪蒸器的自蒸水能力没有充分发掘，结疤造成新蒸汽用量不断增加，而人工设定工作点，造成能耗过高。因此，
本文建立双流法溶出过程的㶲优化模型，在一个酸洗周期内根据结疤程度将溶出过程分为 3 个阶段，并提出一种
自适应状态转移算法分别对双流法溶出过程的 3 个阶段进行操作参数的优化，得到有利于节能降耗的操作条件，
Key words: alumina; double-stream digestion; exergy; optimization; cycle of acid cleaning; state transition algorithm
引言
铝是社会发展和国防工业中必不可少的原料， 氧化铝是铝生产的中间产品。拜耳法氧化铝生产中，
溶出过程的能耗占整个氧化铝生产过程能耗的 46% 左右，是氧化铝生产中的主要耗能环节。如何降低 溶出过程的能耗并提高有价铝的溶出率，以降低6-11-30 收到初稿，2016-12-05 收到修改稿。 联系人：王晓丽。第一作者：闫雨晴（1993—），女，硕士研究生。 基金项目：国家高技术研究发展计划项目(2014AA041803)；中央高 校基本科研业务费专项资金 (2016zzts349)。
第3期
闫雨晴等：双流法溶出过程操作参数优化方法
·1015·
目前，溶出过程的节能降耗主要从生产设备及 工艺上进行改进。结合我国的实际情况，我国在强 化溶出方面取得了一定的成果[1-2]。针对我国氧化铝 硅含量高易结疤的特点，发明了双流法氧化铝溶出 工艺[3]，避免了压煮器直接溶出法的循环碱液浓度 高、溶出温度偏低和溶出指标差的缺点，可以提高 热利用率。随着计算机技术的迅速发展，多种模拟 软件和辅助计算方法开发出来，为工艺参数优化问 题提供了快速的解决方法，使复杂的工业优化得以 实现。陈君等[4]针对氧化铝能耗过高问题，提出基 于能流界面的节能降耗方法，实现各单元的协调运 行及全流程的节能降耗。侯炳毅等[5]针对高压溶出 系统二次汽跑冒严重的现状进行分析，提出汽水综 合利用的方案。Sidrak[6]建立了氧化铝溶出过程的动 态仿真模型，提出了控制溶出率的动态模拟方法， 有效地减少了溶出过程的物质损耗。崔书君等[7]针 对氧化铝蒸发过程，采用㶲分析的方法，实现蒸发 过程的能耗优化。柴琴琴等[8]针对蒸发过程无法兼 顾能耗和母液质量的问题，分析蒸发过程能耗情况。 王宇[9]研发了氧化铝生产计算系统，并分析了矿浆 和碱液流量对新蒸汽消耗量的影响。Mabrouk 等[10]、 Ensinas 等[11]针对多级蒸发系统进行能效分析，并指
Received date: 2016-11-30. Corresponding author: WANG Xiaoli, xlwang@ Foundation item: supported by the National High Technology Research and Development Program of China(2014AA041803) and the Fundamental Research Funds for the Central Universities of China(2016zzts349).
第 68 卷 第 3 期 2017 年 3 月
化工学报 CIESC Journal
Vol.68 No.3
·10M14a·rch 2017
DOI：10.11949/j.issn.0438-1157.20161688
双流法溶出过程操作参数优化方法
闫雨晴，谢永芳，王晓丽，尉思谜，张杏婵
（中南大学信息科学与工程学院，湖南 长沙 410083）
YAN Yuqing, XIE Yongfang, WANG Xiaoli, WEI Simi, ZHANG Xingchan
(School of Information Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, Hunan, China)
Abstract: The double-stream alumina digestion process is a key production chain in Bayer process of alumina production. It is the unique production technology in China. However, the double-stream alumina digestion process has problems that the evaporate water capacity of flash vessel is not fully exploited, scaling causes increased new steam consumption, meanwhile, working points are set manually, which causes the high energy consumption. Thus, the exergy optimization model of the double-stream alumina digestion is established, and the digestion process is divided into three stages based on the degree of scab in a pickling cycle. An adaptive state transition algorithm is proposed to optimize the operating parameter of the three stages of the digestion process, respectively. Then, optimal process control parameters are obtained, which is meaningful to provide suggestions for practical production.
为生产提供操作指导。
关键词：氧化铝；双流法溶出；㶲；优化；酸洗周期；状态转移算法
中图分类号：TQ 021.8
文献标志码：A
文章编号：0438—1157（2017）03—1014—09
Optimization method of double-stream alumina digestion process parameters
摘要：氧化铝双流法溶出是拜耳法氧化铝生产中的关键环节，是我国特有的生产工艺。但是，双流法溶出过程中
闪蒸器的自蒸水能力没有充分发掘，结疤造成新蒸汽用量不断增加，而人工设定工作点，造成能耗过高。因此，
本文建立双流法溶出过程的㶲优化模型，在一个酸洗周期内根据结疤程度将溶出过程分为 3 个阶段，并提出一种
自适应状态转移算法分别对双流法溶出过程的 3 个阶段进行操作参数的优化，得到有利于节能降耗的操作条件，
Key words: alumina; double-stream digestion; exergy; optimization; cycle of acid cleaning; state transition algorithm
引言
铝是社会发展和国防工业中必不可少的原料， 氧化铝是铝生产的中间产品。拜耳法氧化铝生产中，
溶出过程的能耗占整个氧化铝生产过程能耗的 46% 左右，是氧化铝生产中的主要耗能环节。如何降低 溶出过程的能耗并提高有价铝的溶出率，以降低6-11-30 收到初稿，2016-12-05 收到修改稿。 联系人：王晓丽。第一作者：闫雨晴（1993—），女，硕士研究生。 基金项目：国家高技术研究发展计划项目(2014AA041803)；中央高 校基本科研业务费专项资金 (2016zzts349)。
第3期
闫雨晴等：双流法溶出过程操作参数优化方法
·1015·
目前，溶出过程的节能降耗主要从生产设备及 工艺上进行改进。结合我国的实际情况，我国在强 化溶出方面取得了一定的成果[1-2]。针对我国氧化铝 硅含量高易结疤的特点，发明了双流法氧化铝溶出 工艺[3]，避免了压煮器直接溶出法的循环碱液浓度 高、溶出温度偏低和溶出指标差的缺点，可以提高 热利用率。随着计算机技术的迅速发展，多种模拟 软件和辅助计算方法开发出来，为工艺参数优化问 题提供了快速的解决方法，使复杂的工业优化得以 实现。陈君等[4]针对氧化铝能耗过高问题，提出基 于能流界面的节能降耗方法，实现各单元的协调运 行及全流程的节能降耗。侯炳毅等[5]针对高压溶出 系统二次汽跑冒严重的现状进行分析，提出汽水综 合利用的方案。Sidrak[6]建立了氧化铝溶出过程的动 态仿真模型，提出了控制溶出率的动态模拟方法， 有效地减少了溶出过程的物质损耗。崔书君等[7]针 对氧化铝蒸发过程，采用㶲分析的方法，实现蒸发 过程的能耗优化。柴琴琴等[8]针对蒸发过程无法兼 顾能耗和母液质量的问题，分析蒸发过程能耗情况。 王宇[9]研发了氧化铝生产计算系统，并分析了矿浆 和碱液流量对新蒸汽消耗量的影响。Mabrouk 等[10]、 Ensinas 等[11]针对多级蒸发系统进行能效分析，并指
Received date: 2016-11-30. Corresponding author: WANG Xiaoli, xlwang@ Foundation item: supported by the National High Technology Research and Development Program of China(2014AA041803) and the Fundamental Research Funds for the Central Universities of China(2016zzts349).
第 68 卷 第 3 期 2017 年 3 月
化工学报 CIESC Journal
Vol.68 No.3
·10M14a·rch 2017
DOI：10.11949/j.issn.0438-1157.20161688
双流法溶出过程操作参数优化方法
闫雨晴，谢永芳，王晓丽，尉思谜，张杏婵
（中南大学信息科学与工程学院，湖南 长沙 410083）
YAN Yuqing, XIE Yongfang, WANG Xiaoli, WEI Simi, ZHANG Xingchan
(School of Information Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, Hunan, China)