本发明专利技术提供一种磷酸生产过程的优化方法及优化装置，所述优化方法对半水反应过程、一次固液分离过程、晶型转化过程和二次固液分离过程各装置构建生产单元机理模型；以经济效益最大为优化目标，操作参数为决策变量，在约束条件下构建全流程生产操作优化模型；求解所述优化模型得到较优的决策变量，充分发挥现有生产流程的潜能，提高企业整体经济效益，对提升整个流程生产运行水平具有重要实际意义。整个流程生产运行水平具有重要实际意义。整个流程生产运行水平具有重要实际意义。
【技术实现步骤摘要】
一种磷酸生产过程的优化方法及优化装置
[0001]本专利技术涉及磷酸生产
，尤其涉及一种磷酸生产过程的优化方法及优化装置。
技术介绍
[0002]磷酸是重要的化工原料，不仅是高浓度肥料的主要原料，也是制造多种精细磷酸盐产品的中间原料。磷酸生产工艺可分为湿法磷酸和热法磷酸。热法磷酸工艺由于能耗高、生产成本较大，为此国内外主要选择湿法磷酸工艺处理磷精矿。
[0003]湿法磷酸工艺又可分为半水法、二水法、半水
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二水法和二水
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半水法。其中二水法由于技术成熟、操作稳定可靠、对矿石的适应性强等优点，在我国湿法磷酸工艺中居于主导地位，约占总磷酸的80％。然而，二水法磷酸工艺依然存在能耗高、磷收率低、磷石膏综合利用困难等瓶颈问题。
[0004]近年来围绕节能减排，我国湿法磷酸生产企业相继引进或消化吸收半水
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二水法，该工艺具有磷回收率高、所生产磷酸浓度高、能耗低、磷石膏质量好、污染排放少等诸多优点。
[0005]但是由于缺乏半水
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二水再结晶过程中的酸解机制、结晶和水化相变规律的深入理解，当前整个流程的生产操作、控制与决策仍然很大程度依赖知识经验来完成，导致操作成本高、效率低、资源能源消耗大、产品质量不稳等问题，生产过程的模拟与优化操作是解决当前磷酸工业资源利用率低、控制难问题的核心。
[0006]当前，国内外对磷酸生产工艺的节能和优化主要集中于单体设备或单一工序，以解决局部优化与控制问题，如磷酸反应槽及结晶过程的模拟和设备优化为主，并未广泛实施统筹资源、能源利用及工艺参数的系统设定方法，这种仅考虑单一设备或工序得到的只是局部优化方案，难以保证全局的最优平衡效果，显然无法支撑企业实现生产成本最小，即经济效益最大的需求。
[0007]因此，需要建立一个能准确描述从原料到产品的半水
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二水法磷酸生产过程全流程模型，实现磷酸生产全流程的协同优化控制与智能优化运行提供模型和方法基础，从而促进湿法磷酸工业的智能化发展。
技术实现思路
[0008]鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种磷酸生产过程的优化方法及优化装置，所述优化方法实现了磷酸生产从原料到产品整个工艺流程的模拟与工艺操作参数的全局优化设定，充分发挥了现有生产流程的潜能，提高了企业整体经济效益，能够为提高整个流程生产运行水平提供重要参考依据。
[0009]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]第一方面，本专利技术提供一种磷酸生产过程的优化方法，所述优化方法包括如下步骤：
[0011](1)根据磷酸生产中的工艺数据，对机理模型中的经验参数进行校正；所述磷酸生产包括半水反应过程、一次固液分离过程、晶型转化过程和二次固液分离过程；
[0012](2)根据校正后的机理模型，构建具有约束条件，以优化目标为导向，对决策变量进行优化的优化模型，并对所述优化模型求解；所述优化目标包括经济效益；所述决策变量包括操作参数。
[0013]本专利技术提供的磷酸生产过程的优化方法以已有实际生产中的工艺数据为基础，对机理模型进行校正，从而得到更优的机理模型中的经验参数，使机理模型能够更加准确的反应磷酸生产过程中的物质变化；并以经济效益为优化目标，构建优化模型，从而基于整体流程对磷酸生产过程中的决策变量进行优化，提高磷酸生产的经济效益，为实际生产提供指导数据。
[0014]优选地，步骤(1)中所述工艺数据包括历史运行数据。
[0015]本专利技术所述工艺数据可以是已有的历史运行数据，也可以是为了本优化模型的建立而新运行的数据。
[0016]更进一步地，可对所述工艺数据进行预处理后再用于校正机理模型。
[0017]优选地，步骤(1)中所述工艺数据包括原料数据、设备参数、工艺控制指标、操作参数和产品参数。
[0018]优选地，所述原料数据包括原料流量、原料组成和原料性质。
[0019]优选地，所述原料组成包括硫酸组成和磷矿组成。
[0020]优选地，所述硫酸组成包括硫酸浓度。
[0021]优选地，所述磷矿组成包括磷矿中P2O5含量、CaO含量和SiO2含量。
[0022]本专利技术所述磷矿组成还可包括磷矿中F含量。
[0023]优选地，所述原料性质包括磷矿粒径和磷矿密度。
[0024]优选地，所述设备参数包括设备流程、设备结构和设备特性参数。
[0025]优选地，所述设备特性参数包括反应装置尺寸参数和搅拌装置尺寸参数。
[0026]优选地，所述工艺控制指标包括操作过程中物料组成和物料性质。
[0027]优选地，所述操作参数包括不同原料配比、循环流股流量占比、搅拌速度、操作温度、操作时间或操作压力中任意一种或至少两种的组合。
[0028]优选地，所述产品参数包括产品产量和产品组成。
[0029]优选地，所述产品产量包括成品磷酸产量。
[0030]优选地，所述产品组成包括成品磷酸组成和磷石膏组成。
[0031]优选地，所述成品磷酸组成包括成品磷酸中二氧化二磷浓度和成品磷酸中硫酸浓度。
[0032]优选地，所述磷石膏组成包括磷石膏中残磷含量、磷石膏中水溶磷含量和磷石膏中游离水含量。
[0033]优选地，步骤(1)中所述机理模型包括物料平衡模型、能量平衡模型、磷矿反应动力学模型和硫酸钙结晶动力学模型。
[0034]优选地，所述磷酸生产还包括一次真空闪蒸冷却和二次真空闪蒸冷却。
[0035]优选地，所述物料平衡模型包括半水反应过程物料平衡模型、一次固液分离过程物料平衡模型、晶型转化过程物料平衡模型和二次固液分离过程物料平衡模型。
[0036]优选地，所述物料平衡模型还包括真空闪蒸冷却物料平衡模型。
[0037]优选地，所述能量平衡模型包括半水反应过程能量平衡模型和晶型转化过程能量平衡模型。
[0038]优选地，所述能量平衡模型还包括真空闪蒸冷却能量平衡模型。
[0039]优选地，步骤(1)中所述经验参数包括磷矿反应动力学模型中料浆液相密度函数的拟合系数。
[0040]优选地，所述经验参数包括磷矿反应动力学模型中粘度函数的拟合系数。
[0041]优选地，所述经验参数包括硫酸钙结晶动力学模型中硫酸钙溶解度模型的回归系数。
[0042]优选地，步骤(1)中所述校正包括：以工艺指标预测值与实际值差的平方最小为目标，对机理模型优化求解，获得校正后的机理模型经验参数。
[0043]优选地，所述工艺指标包括转化率和反应料浆中晶体含量。
[0044]优选地，所述优化采用差分进化算法进行优化求解。
[0045]优选地，步骤(2)中所述约束条件包括机理模型约束、工艺控制指标约束、产品流量约束、产品组成约束、装置负荷约束和决策变量的边界条件约束。
[0046]优选地，所述工艺控制指标包括生产中料浆的组成约束、料浆的温度约束和真空闪蒸冷本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种磷酸生产过程的优化方法，其特征在于，所述优化方法包括如下步骤：(1)根据磷酸生产中的工艺数据，对机理模型中的经验参数进行校正；所述磷酸生产包括半水反应过程、一次固液分离过程、晶型转化过程和二次固液分离过程；(2)根据校正后的机理模型，构建具有约束条件，以优化目标为导向，对决策变量进行优化的优化模型，并对所述优化模型求解；所述优化目标包括经济效益；所述决策变量包括操作参数。2.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，步骤(1)中所述工艺数据包括原料数据、设备参数、工艺控制指标、操作参数和产品参数；优选地，所述原料数据包括原料流量、原料组成和原料性质；优选地，所述原料组成包括硫酸组成和磷矿组成；优选地，所述硫酸组成包括硫酸浓度；优选地，所述磷矿组成包括磷矿中P2O5含量、CaO含量和SiO2含量；优选地，所述原料性质包括磷矿粒径和磷矿密度；优选地，所述设备参数包括设备流程、设备结构和设备特性参数；优选地，所述设备特性参数包括反应装置尺寸参数和搅拌装置尺寸参数；优选地，所述操作参数包括不同原料配比、循环流股流量占比、搅拌速度、操作温度、操作时间或操作压力中任意一种或至少两种的组合；优选地，所述产品参数包括产品产量和产品组成。3.根据权利要求1或2所述的优化方法，其特征在于，步骤(1)中所述机理模型包括物料平衡模型、能量平衡模型、磷矿反应动力学模型和硫酸钙结晶动力学模型；优选地，所述物料平衡模型包括半水反应过程物料平衡模型、一次固液分离过程物料平衡模型、晶型转化过程物料平衡模型和二次固液分离过程物料平衡模型；优选地，所述物料平衡模型还包括真空闪蒸冷却物料平衡模型；优选地，所述能量平衡模型包括半水反应过程能量平衡模型和晶型转化过程能量平衡模型；优选地，所述能量平衡模型还包括真空闪蒸冷却能量平衡模型。4.根据权利要求1～3任一项所述的优化方法，其特征在于，步骤(1)中所述经验参数包括磷矿反应动力学模型中料浆液相密度函数的拟合系数；优选地，所述经验参数包括磷矿反应动力学模型中粘度函数的拟合系数；优选地，所述经验参数包括硫酸钙结晶动...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖炘，曾玉娇，杨刚，陆冬云，聂亚玲，朱闽，耿爱东，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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