【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及化工工艺模拟机优化，具体涉及一种磷石膏制酸联产水泥工艺全流程模拟与优化方法。
技术介绍
1、磷石膏是湿法磷酸生产中排放的工业废渣,每生产1t磷酸(以p2o5计，一般产生5吨左右磷石膏，产量巨大。当前国内外磷石膏尚未得到有效利用，主要以堆放方式处理。据统计，当前我国湿法磷酸行业年排放磷石膏废渣7500万吨，累积堆存超5亿吨，资源浪费与环境污染首屈一指，磷石膏治理和综合利用已成磷化行业及环保部门亟待解决难题。
2、磷石膏主要成分为caso4，采用焦炭粉或硫磺可以将其热分解为so2和cao。其中，so2可以重新生成硫酸返回湿法磷酸生产过程，实现磷化工过程的硫循环；cao可以作为生产水泥的原料，也可以直接作为活性氧化钙用于水处理或其他建材制品生产。目前，利用磷石膏分解制备硫酸联产水泥属于相对成熟的技术，但由于目前的工艺路线(焦炭还原热分解磷石膏存在能耗高，运行稳定性差、装置投资大等问题，且技术经济指标无法满足工业化生产条件，导致该工艺没有得到大规模推广应用。为此，研发一种投资经济性好、运行稳定且能耗低、运行成本低的磷石膏制酸联产水泥工艺显得尤为重要。
3、为了改进和优化当前磷石膏分解制备硫酸联产水泥工艺的整个系统的经济性和稳定性，需要科学合理进行系统优化设计。然而，由于实际工业生产系统的高度复杂性，工艺的流程设计、生产设备选型等各种备选方案的可行性评定,难以通过现场试验的方式来实现。如果直接将工艺进行运营投产，其工业过程存在稳定性和可靠性必定很低，会带来不确定性的资源浪费和安全隐患。为此，亟需一种高
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种磷石膏制酸联产水泥工艺全流程模拟与优化方法，能够对该工艺不同的生产规模或工况的物耗、能耗、产品质量等指标进行量化、科学、高效模型分析，以便进一步稳定生产、优化操作参数和工艺流程设计，达到节能减排提高企业经济效益的目的。
2、为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
3、一种磷石膏制酸联产水泥工艺全流程模拟与优化方法，包括如下步骤：step1、获取磷石膏热分解过程实验数据，采用机理建模与回归支持向量机相结合的方法，构建磷石膏热分解过程混合代理模型，并将训练好的代理模型保存到python文件中；
4、step2、搭建aspen plus与python的数据接口，将python文件的代理模型关联到aspen平台中的自定义用户模块，获得基于aspen plus-python接口的磷石膏热分解装置反应模块；
5、step3、在aspen plus平台搭建磷石膏热分解制酸联产水泥流程的工艺仿真模型，包括生料制备、生料分解烧成、烟气净化和烟气制酸4个过程；
6、step4、设置aspen plus模拟环境全局参数，输入起始的物料数据和单元操作模块参数信息，启动全流程模拟仿真计算与结果验证；
7、step5、磷石膏分解工艺参数寻优和全流程换热网络优化设计；在全流程模拟的基础上，对磷石膏热分解装置的操作参数进行灵敏度分析和操作参数优化，确定最优的工艺条件。
8、上述的step1的实验数据包括磷石膏与焦炭配比、磷石膏组分、磷石膏热分解温度、磷石膏热分解时间和硫酸钙分解率；
9、所述的混合代理模型，即对其中己知的确定部分，包括物料平衡和能量平衡，采用机理建模方法建立，对于模型中的未知部分，包括硫酸钙分解率采用回归支持向量机数据驱动方法建模。
10、上述的step1的具体步骤为：
11、step1.1、基于物料平衡和能量平衡关系，构建磷石膏热分解装置的机理模型；
12、step1.2、采用回归型支持向量机svr建立硫酸钙分解率的数据驱动模型，包括如下内容：
13、step1.2.1、数据处理；首先，对采集到的磷石膏热分解过程实验样本数据进行归一化处理，避免各个因子之间的量级差异，使得特征值和输出值落在[-1，1]的范围之间；然后，采用随机抽样的方法对归一化处理后的数据进行划分，随机形成训练样本和验证样本集；
14、step1.2.2、确定svr模型的网络结构；选取磷石膏与焦炭配比、磷石膏组分、磷石膏热分解温度和磷石膏热分解时间为输入变量，选取硫酸钙分解率为输出变量，选择径向基函数rbf作为核函数；
15、step1.2.3、基于训练样本集进行模型参数寻优；采用网格搜索与k-fold交叉验证相结合的方法进行svr参数，即惩罚因子c和影响因子gama；
16、step1.2.4、采用测试样本数据对所建svr模型进行模型验证和评估，采用的模型评价指标包括评价绝对误差mae、均方误差mse、均方根误差rmse和平方相关系数r2；
17、step1.3、将硫酸钙分解率数据驱动模型与热分解装置的机理模型串联融合，构建磷石膏热分解装置的混合代理模型。
18、上述的step3中，生料制备过程采用aspen plus中rstoic模块、ryield模块和rgibbs模块来模拟燃料煤干燥、分解过程和燃烧任务，采用rstoic模块和用mixer模块来模拟磷石膏烘干和生料配料任务；
19、生料分解烧成过程采用多个heater模块、mixer、cyclone模块来模拟生料料预热任务，采用rstoic模块、ryield模块和rgibbs模块来模拟燃料即煤粉燃烧任务，采用step2中定义自定义用户模块来模拟磷石膏热分解任务，采用rstoic模块和ssplit模块分别用于模拟水泥熟料烧成、热分解产物气固分离任务；
20、烟气净化过程采用cyclone模块模拟烟气除尘任务，采用radrrac模块和heatx模拟来模拟烟气酸洗任务，烟气酸洗任务包括烟气中so3吸收及氟化物气体去除，采用heatx模块和flash模块来模拟干燥前的间接冷凝任务，采用radrrac模块和heatx模块来模拟浓硫酸干燥烟气任务；
21、烟气制酸过程采用多个rcstr反应器本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种磷石膏制酸联产水泥工艺全流程模拟与优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种磷石膏制酸联产水泥工艺全流程模拟与优化方法，其特征在于，所述的Step1的实验数据包括磷石膏与焦炭配比、磷石膏组分、磷石膏热分解温度、磷石膏热分解时间和硫酸钙分解率；
3.根据权利要求2所述的一种磷石膏制酸联产水泥工艺全流程模拟与优化方法，其特征在于，所述的Step1的具体步骤为：
4.根据权利要求3所述的一种磷石膏制酸联产水泥工艺全流程模拟与优化方法，其特征在于，所述的Step3中，生料制备过程采用Aspen Plus中RStoic模块、RYield模块和RGibbs模块来模拟燃料煤干燥、分解过程和燃烧任务，采用RStoic模块和用Mixer模块来模拟磷石膏烘干和生料配料任务；
5.根据权利要求4所述的一种磷石膏制酸联产水泥工艺全流程模拟与优化方法，其特征在于，所述的Step4中的Aspen Plus模拟环境全局参数，包括组分选择、物性方法和流股类型的设置，具体设置如下：
6.根据权利要求5所述的一种磷石膏制酸联
7.根据权利要求6所述的一种磷石膏制酸联产水泥工艺全流程模拟与优化方法，其特征在于，所述的Step5的步骤包括：
...【技术特征摘要】
1.一种磷石膏制酸联产水泥工艺全流程模拟与优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种磷石膏制酸联产水泥工艺全流程模拟与优化方法，其特征在于，所述的step1的实验数据包括磷石膏与焦炭配比、磷石膏组分、磷石膏热分解温度、磷石膏热分解时间和硫酸钙分解率；
3.根据权利要求2所述的一种磷石膏制酸联产水泥工艺全流程模拟与优化方法，其特征在于，所述的step1的具体步骤为：
4.根据权利要求3所述的一种磷石膏制酸联产水泥工艺全流程模拟与优化方法，其特征在于，所述的step3中，生料制备过程采用aspen plus中rstoic模块、ryield模块和rgibbs模块...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾玉娇，肖炘，杨刚，王云山，张意博，郑光明，习本军，汪凤玲，
申请(专利权)人：湖北三峡实验室，
类型：发明
国别省市：
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