闪速炼铅过程多相平衡计算方法与流程

技术特征：

1.一种闪速炼铅过程多相平衡计算方法，其特征在于，基于系统最小吉布斯自由能原理，建立闪速炼铅分区域多相平衡模型，并以产物元素质量守恒为约束条件，将复杂的相平衡计算转换为线性约束最优化问题，采用粒子群算法对模型进行求解，最终得到闪速炼铅产物各相组分的物质的量。

2.根据权利要求1所述的闪速炼铅过程多相平衡计算方法，其特征在于，所述的闪速炼铅分区域多相平衡模型中的分区域处理为：基于闪速炼铅炉炉体结构、物质流与能量流，将闪速炼铅炉分为反应塔计算区域、焦滤层计算区域及电炉计算区域，总称为Z区域。

3.根据权利要求2所述的闪速炼铅过程多相平衡计算方法，其特征在于，建立闪速炼铅分区域多相平衡模型及约束条件如下：

1)闪速炼铅分区域多相平衡模型：

$G_Z=\underset{z_p=1}{\overset{Z_P}{\Σ}}\underset{z_{pc}=1}{\overset{Z_{PC}}{\Σ}}{N}_{z_{pc}}\[G_{z_{pc}}^{\mathrm{\θ}}+{\mathrm{RT}}_Z\ln \left({\mathrm{\γ}}_{z_{pc}}\underset{k=1}{\overset{Z_{PC}}{\Σ}}\frac{N_{z_{pc}}}{N_{z_{pk}}}\right)\]---\left(1\right)$

式中，G_Z为Z区域体系总的吉布斯自由能，J/mol；

Z_P为Z区域中体系的相数；

z_p为Z区域中的第p相；

Z_PC为Z区域p相中的组分数；

z_pc为Z区域p相中的第c个组分；

N_zpc为z_pc组分的物质的量，mol；

为z_pc组分为纯物质标准生成吉布斯函数，J/mol；

R为通用气体常数，J/(mol·K)；

T为Z区域的温度，K。

γ_zpc为z_pc组分的活度系数；

2)约束条件

$\underset{z_p=1}{\overset{Z_P}{\Σ}}\underset{z_{pc}=1}{\overset{Z_{PC}}{\Σ}}{A}_{z_{pce}}{N}_{z_{pc}}-A_{Z_e}=0,(e=1,2,3,......,Z_E)---\left(2\right)$

式中，A_zpec为z_pc组分分子式中e原子的个数；

A_Ze为Z区域体系中e原子的总物质的量，mol；

Z_E为Z区域体系中元数种类数。

4.根据权利要求1所述的闪速炼铅过程多相平衡计算方法，其特征在于，采用粒子群算法对建立的闪速炼铅分区域多相平衡模型依次进行求解，即采用前一区域的求解结果作为后一区域的输入结果，并最终得到闪速炼铅熔炼产物各相成分。

5.根据权利要求4所述的闪速炼铅过程多相平衡计算方法，其特征在于，具体求解步骤如下：

1)种群初始化

根据所求解区域各相组分的数目，确定粒子群的个数及维度，进行种群初始化，包括位置初始化和速度初始化；

2)评价种群

根据闪速炼铅分区域多相平衡模型，计算每个粒子的适应值；

3)对种群速度进行更新；

4)对种群位置进行更新；

5)速度S扰动

计算对种群速度进行干扰的S扰动，然后根据该S扰动对种群最优位置进行更新，并且根据闪速炼铅分区域多相平衡模型，判断新的种群位置是否优于步骤4)中位置更新产生的种群位置，如果优于，则用速度S扰动产生的种群最优位置代替位置更新产生的种群最优位置；

6)速度D扰动

首先根据种群初始化来产生新的种群速度矩阵，再根据这个种群速度矩阵计算对种群速度进行干扰的D扰动；

以D扰动产生的速度对种群最优位置进行更新，并且根据闪速炼铅分区域多相平衡模型判断新的种群位置是否优于步骤4)中位置更新产生的种群位置，如果优于，则用速度D扰动产生的种群最优位置代替权利要求5中所述的4)位置更新产生的种群最优位置；

7)终止准则

终止准则为当前迭代步数超过最大迭代步数，检查算法是否满足终止准则，若满足，则结束计算；否则，重新返回步骤3)速度更新，依序进行计算。

6.根据权利要求5所述的闪速炼铅过程多相平衡计算方法，其特征在于，所述的步骤1)中，位置初始化首先要根据所求解区域中各相组分的物质的量给定粒子的位置边界，对含有主要元素的物相进行在边界范围内的随机赋值，剩余粒子的位置则根据元素质量守恒来确定；

速度初始化首先将约束条件改写为线性方程组的形式，通过矩阵列变换保证系数矩阵A的行列式不为零，其中A为m行、n列的矩阵，且n>m，从A的n列中选出m个线性无关的列，用B表示这个m阶的方阵，用N表示A中剩下的m行、(n-m)列矩阵，即A＝[B；N]，再将v的分量对应的分解为v＝[v_B；v_N]，对v_N进行随机赋值，然后根据下式求解v_B：

v_b＝-B^-1Nv_N (3)

7.根据权利要求5所述的闪速炼铅过程多相平衡计算方法，其特征在于，所述的步骤3)中，种群速度更新按下式进行：

v_ij(k+1)＝wv_ij(k)+c₁r₁(p_ij(k)-x_ij(k))+c₂r₂(p_gj(k)-x_ij(k)) (4)

式中，i＝1,2,3,……,m，j＝1,2,3,……,n；

v_ij为粒子的速度；

k为当前迭代次数；

w为权重因子，计算公式如下：

w＝w_min+(w_max-w_min)·(K-k)/K (5)

式中，w_min为初始惯性权重因子；

w_max为迭代至最大代数时的惯性权重因子；

K为总迭代次数；

c1、c2为加速因子；

r1、r2为[0,1]之间的随机数；

p_ij(k)为粒子迄今为止搜索到的最优位置；

p_gj(k)为整个粒子群迄今为止搜索到的最优位置；

x_ij(k)为粒子的位置。

8.根据权利要求5所述的闪速炼铅过程多相平衡计算方法，其特征在于，所述的步骤4)中，

种群位置更新按下式进行：

x_ij(t+1)＝x_ij(t)+λ_iv_ij(t) (6)

式中，λ_i为速度约束因子。

9.根据权利要求5所述的闪速炼铅过程多相平衡计算方法，其特征在于，所述的步骤5)中，对种群速度进行干扰的S扰动具体公式如下：

tempv_i＝p_p1-p_p2 (7)

式中，p为粒子迄今为止搜索到的最优位置的集合，p1、p2为粒子数范围内的随机整数，且p1≠p2。

10.根据权利要求5所述的闪速炼铅过程多相平衡计算方法，其特征在于，所述的步骤6)中，新的种群速度矩阵v为为m行、n列的矩阵，且m>n，然后从m行矩阵中随机抽取n行矩阵组成一个n×n的方阵vsquar。对种群速度进行干扰的D扰动具体公式如下：

tempv_i＝v_i·vsquar_i/||vsquar_i|| (8)。