烧碱浓度的数学模型与软测量技术.pdf

文献标识码 A 文章编号 1 0 0 3 0 4 9 2 2 0 1 0 0 9 0 0 9 4 0 2 中图分类号 T B1 1 5 烧碱浓度的数学模型与软测量技术 Th e Ma t h e ma t ica l M o d e l a n d S o f t Me a s u r e me n t M e t h o d o f t h e Co n ce n t r a t io n o f Ca u s t ic S o d a 吴亚凤 1 9 7 5 一 女 陕西渭 南人 硕 士 中国劳 动关系学院 基础部讲师 主要从事应用数学方面的研 究 摘要 本文分析了目前国内烧碱测量技术的现状以及存在的问题 提出一 种高精确度烧碱蒸发过程浓度的数学模型 给出了对于该模型的评价要素 和评价结果 并简要介绍了基于这种数学模型的烧碱浓度软测量技术的实 现 关键词 烧碱 浓度 数学模型t软测量 原理 Abs t r a ct Th is p a pe r a n a ly z e s t h e cu r r e n t s t a t u s a n d e x is t in g p r o b le ms o f d o m e s t ic ca u s t ic s o d a me a s u r e me n t t e ch niq u e s I t p r e s e n t s a h ig h a cc u r a cy ma t h e ma t ica l mo d e l o ft h e c o n ce n t r a t io n o fca u s t ic s o d a d u ri n g t h e e v a p o r a t io n p r o ce s s o f ca u s t ic s o d a a n d g iv e s t h e e v a lu a t i o n f o r t h is t e ch n iq u e s I n a d d it io n we d e s cr ib e b ri e fl y t h e s o f t me a s u r e me n t t e ch no lo g y o f co n ce n t r a t io n o f ca u s t ic s o d a b a s e d o n t h is ma t h e ma t ic a l mo d e l Ke y wo r d s Ca u s t ic s o d a Co n ce n t r a t i o n M a t h e ma t ic M o d e l S o f t me a s u r e me n t me t h o d P ri n c i p le l 现状 目前 国内对于烧碱蒸发过程 中的浓度测量手段依然 比较 有限 测量效果也不是很理想 在线测量的方法通常为音又法 Y射线法 光 电法 密度法等 但是由于烧碱液 的高温 强腐 蚀 结晶 气泡等因素 导致这些在线测量仪表在实际应用中的 效果大打折扣 另外由于这类在线仪表高昂的价格 国内目前的 现状还是以离线测量 手工化验 为主 在线软测量为辅 2 存在的问题 手工化验的方式依然是绝大多数厂家使用的方法 但是这种 方法 自动化程度非常低 生产效率低下 能耗高 不能满足企业 节能降耗 增强竞争力 大规模现代化的生产要求 国内现有的在线软测量技术主要是使用 温差法 使用 的数学模型是 t t k t a x 十 b c 1 其中t 是碱液的沸点 在现实中使用碱液液相温度 t 是汽 相温度 x 是碱液的质量浓度 k a b c是常数 这种方法存在 以下几个问题 测量精度较低 一般认为其理论上误差可达到O 5 在 实际应用中 通常是2 5 需要进行一些补偿才能达到实用的 效 果 现实中汽相温度较难测量 一般使用蒸发器的真空度来 间接测量 已 d gl n P 2 使用 2 的经验公式计算 其中f 是汽相温度 P 是蒸发器 的真空度 d e g 是常数 由于汽相温度也是软测量得来的 因 此会引入间接测量误差 假温差 的扰动 当真空度变化时间接计算的汽相温 度会发生变化 而实际的碱液浓度并没有变化 但是软测量值发 生的变化 即所谓的 假温差 3 数学模型的建立过程 现在人们对烧碱溶液的物理性状 已经有非常丰富和准确的认 识 我们 已经有了足够的数据 借助于这些数据 使用比较先进 的数学模型与算法 可以比较准确地对烧碱浓度进行软测量 在烧碱蒸发过程中 其液相温度 蒸发器 内的压力 真空 度 是可测变量 因此 如果能由这两个变量直接求出烧碱的质 量浓度的话 则省却了较多的中间环节 从而获得较为准确的软 测量数值 Z 自 主 力 匕 博览 2 0 1 0 年O 9 月干 IJ 8 薯 r 乡 0 r r J J J r r J 7 7 一 I 3 O 一 f f 一 I r I 5 O J l r I 墨 r r r I 厂 一 I 一 r 7 0 一 r 温度 图l 烧碱水溶液的沸点一压力一浓度曲线 一 一一 l f J 温度 图2 烧碱水溶液的沸点一浓度曲线 常压下 由图1 和图2 的曲线形状 我们能大致得出一些结论 温度对浓度的影响应该是一个对数曲线 压力对浓度的影响应该是一个指数曲线 因此 我们假设烧碱质量浓度 压力 温度之间的关系是 C f P 了 a 0 a J x P 十 a 2 ln T 3 其中 c是烧碱质量浓度 P 是压力 cmHg 丁 是 烧 碱沸点温度 a o a a k 是常数 上式实际上是 一个 三维非线性数学模型 为了求解多维方 程的未知数 一般采用最 b 乘法 使得 实测值c 与计算 值c f P 丁 的差值的平方和最小 一般是需要测得一组数据 如 c P 丁 C P T 并使得 c c 最小 因此 求解过程如下 设M 一 口 l 口 2 l n 7 删 冷 O a n o 0 o OI C o I 从而得到 一 n a 喜 喜 一 z 喜 一 嘻 一 喃 喜 o 5 喜 e t n 喜 喜 喜 6 也 喜 喜 n n 喜 7 将 4 5 6 7 式联立方程组 并解之 由于可以取多组 C P T 的值 因此 求解的 a o a a 2 k 也有多组数值 一般是将多组数值取平均值 即 n 窆 i 1 喜 q a 喜 七 喜 鼻 求得的数据是 0 一 3 26 21 a 0 0 0 07 6 f1 2 7 5 7 3 k 3 1 3 4 数学模型的回归验证 对于理论求出的数学模型 需要使用回归分析的方法验证其 数据的有效性 即 数学模型是否可以较好地拟合实际数据 一 般是借助相关系数 R 统计量 F 剩余标准偏差 S 进 行判断 R 越趋近于l越好 F 的绝对值越大越好 S 越趋近于 0越好 如果对于一个求解出的数学模型 回归分析的 R F s 参数不理想 就需要考虑该数学模型在初始选定参数关 系式时不合适 并重新选择一个参数关系式进行求解参数和进行 回归验证 直到R F s 参数在可接受的范围 对于该数学模型 使用现场实际测量的数据 计算出这几个 参数是 R 0 9 9 8 4 F 7 3 8 1 9 9 S O 2 7 5 因此 该数学模型是 比较准确的一个烧碱蒸发浓度软测量模型 5 软测量技术的应用 基于该软测量模型的烧碱蒸发浓度软测量算法 在和利时的 MA CS 系统上集成为一个标准算法模块 该算法模块的定义结构 见 图3 下转1 0 4 页 96襄 定 校验接地电阻值 确保重复接地电阻 lO Q 接地导线应 为截面积 4 mm 的多股铜心黄 绿双色线 架空 保护零线应满足架空线路要求 7 照明 合理的电气照明是保证安全生产 提高劳动生产效率和保护 工作人 员视 力健康的必要条件 为确保照明的安全 照明灯具的 金属外壳必须保护接零 单相 回路的照明开关箱必须装有漏 电保 护器 室外灯具距地面不得低于3 m 钠 铊 锢等金属卤化物的 灯具安装高度宜在5 m以上 室内灯具距地面不得低于2 4 m 如室 内灯具高度无法满足要求 则采用3 6 V 安全电压 同时 照明变压 器必须使用双绕组型 严禁使用自耦变压器 在一般场所宜选用额定电压2 2 0 V 的照明电器 但在潮湿和易 触及带电体场所的照明电压不得大于2 4 V 使用行灯必须满足以 下条件 1 电源 电压 3 6 Vt 2 灯泡外部有金属保护 网 3 灯体与手柄应坚固 绝缘良好并耐热耐潮湿 8 结语 综上所述 要搞好施工现场安全用电管理工作 需做到 首先 要使企业各级领导和职工对安全用电有充分的认识 职工是企业的主人 保障每个人生产过程中用电的安全 是一项 极其重要的工作 不能以经济效益 工期等理 由而放松对安全用 电的重视 企业的每一位职工 在生产和生活中 使用或操作电 气设备都应遵章守纪 严格按有关规定和操作规程正确使用 提 高自我保护意识 加强防范措施 杜绝各种违章违纪行业 其次 施工单位要加强对施工用电的投入 完善安全用电设 施 第三 提高电气操作人员的素质也是很迫切的 应利用黑板 报 橱窗 工地小报等形式向广大职工普及安全用电知识 提高 自我保护能力和防范意识 最后 加强监督 查处违章一点都不能松懈 发现违章要及 时指出 对不听劝告连续违章的要严肃查处 对情节比较严重或 造成后果者 要抓住典型 严肃处理 教育群众 使安全用电意 识深入人心 更正声明 自动化博览 2 0 1 0 年7 1 刊 论电力系统供电可靠性管 理 P 6 4 一文中 作者简介 现就职于广东电网公司珠海 供 电局 刊登有误 应为 现就职于广东电网公司广州海珠 供电局 特此更正 并对给作者和广大读者造成的不便 深表歉意 上接9 6 页 F UNC TI ON B L O CK C a u 删c8 o d a CO n ce 咖H 0 n 翱咀 软测量梗块 帕 INP U T P R E A L 蛊内真空度 K P a 5 T R E A L i 覆 柏温度 ENDV NR C AR OUT PUT C R E A L 烧碱质量谁度 E ND v A R v A R P 0 R E A L JJ 空度 cmHg a 0 R E A L C 项 a l R A L 璜t a 2 R E A L C 数顶 k R E A L 数顶 ND v R 图3 和利 时MACS 系统烧碱软测量算法模块 头信息 该软测量模块随着MAC S 系统被应用在多个现场 取得了较 好的测量效果 从现场实际运行数据上看 可以达到0 3 的测量 精度 并配合 自动烧碱出料程序 实现了很好的经济效益 表 1 是 一 些现场实际运行数据 从中可以看出最大软测量偏差是0 2 5 表 1 现场实际运行数据 时间 化验值 软测值 T I 一 3 0 7 E P I 一 3 0 6 K P a 偏差值 2 0 0 7 3 6 9 0 0 4 2 7 4 4 2 8 5 91 2 3 8 0 4 O 1 1 2 0 0 7 3 6 1 2 1 O 4 2 4 6 4 2 2 2 91 8 3 7 5 3 O 2 4 2 0 0 7 3 6 1 5 3 0 4 2 4 0 4 2 6 5 91 3 3 7 9 l O 2 5 2 0 0 7 3 6 1 8 5 0 4 2 6 0 4 2 7 2 9 0 8 3 8 1 3 0 1 2 2 0 0 7 3 6 2 2 2 0 4 2 9 4 4 2 7 5 9 l 4 3 7 9 2 O 1 9 该软测量模块在实际的工程 应用中 需要注意以下几点问 题 确保测量数据的精度 一般采用选取合适的仪表量程 烧碱液相温度仪表选取的量程范 围是5 0 2 1 5 0 C 压 力仪表的量 程范围是0 一 7 0 K P a 真空度 确保测量数据的准确性 在算法模块中 对于异常数据 进行抛弃处理 对于突变数据进行平滑处理 工况保护 对于出料 进液等非正常工况下 其软测算 法要进行保护 只有工况进入稳态时 才进行运算与控制 6 结束语 采用新的数学模型 利用软测量技术对烧碱浓度进行软测量 以及出料控制 省去 了在线分析仪表建设初期高