基于粒子群算法的拜耳法物料平衡计算研究

摘要

拜耳法是生产氧化铝最主要的方法。基于拜耳法的物料平衡计算是遵循质量守恒定律，对铝土矿输入到氧化铝粉输出的整个化学反应与物理提纯生产流程，并在注入多种补液条件下完成各工艺节点群上的物料信息综合动态平衡计算的过程。它不仅对氧化铝生产线构建，设备成套设计与选型，关键的工艺参数确定具有理论指导意义，而且为投产后的生产工艺改进，产品产出率和质量的提高等提供计算依据。
　　 以建立实际生产流程的精确数学模型为目的，论文从拜耳法氧化铝生产的基本原理出发，介绍一个典型拜耳法生产流程及主要工序的工艺特点，分析了拜耳法氧化铝生产中的物料平衡计算的特点和难点，提出了系统建模的原则，建立了拜耳法实际流程的数学模型。该模型是一个非线性、多反馈的大型复杂生产系统的数学抽象，包含了整个生产流程的全部信息。
　　 为了精确求解数学模型，论文从粒子群算法的背景出发，详细介绍算法的基本原理、特点及算法实现的标准流程，分析了算法中参数的意义和设置规则，并对算法进行改进；介绍了几种常用的优化算法，分析其基本原理和算法特点，并与粒子群算法作比较，显示了粒子群算法在解决此类工程问题中的优越性。
　　 利用MATLAB工具编制整个系统的物料平衡计算软件平台，便于用户使用。文中提出了软件的设计原则，给出了系统的主要结构框架，完成了应用软件的编制。
　　 以山西铝厂实际工程的计算条件为例，验证物料平衡软件的有效性。实践结果表明，优化后的粒子群算法具有较强的全局搜索能力和较高的收敛精度,是进行拜耳法物料平衡计算的有效方法，本软件完全满足实际工程的需要。