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【6h】

基于多特征时间点的针铁矿法沉铁过程动态模型研究

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摘要

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 针铁矿法沉铁过程机理及模型研究现状

1.2.1 针铁矿法沉铁机理研究现状

1.2.2 针铁矿法沉铁模型研究现状

1.3 复杂工业过程建模的研究现状

1.4 本文的研究内容和结构安排

2 针铁矿法沉铁过程工艺概述

2.1 针铁矿法沉铁过程工艺流程分析

2.2 沉铁效果影响因素分析

2.3 本章小结

3 针铁矿法沉铁过程机理分析及动态数学模型

3.1 针铁矿法沉铁过程的机理分析

3.1.1 氧化反应动力学模型

3.1.2 水解反应动力学模型

3.1.3 中和反应动力学模型

3.2 针铁矿法沉铁过程的建模思路

3.2.1 连续搅拌式反应器模型

3.2.2 沉铁过程的建模思路

3.3 沉铁过程动态数学模型

3.4 本章小结

4 基于多特征时间点的时滞系统辨识方法

4.1 非线性时滞系统的参数辨识问题描述

4.2 含时滞的优化问题梯度求解

4.2.1 滞后时间的梯度求解

4.2.2 系统参数的梯度求解

4.3 基于梯度的优化方法

4.4 状态向量的插值

4.5 数值分析验证实例

4.6 本章小结

5 沉铁过程动态模型参数辨识结果及分析

5.1 数据采集及预处理

5.1.1 数据采集

5.1.2 数据预处理

5.2 参数辨识结果及分析

5.3 本章小结

6 总结和展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢

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摘要

针铁矿法沉铁过程是湿法炼锌工艺中的关键工序,它是一个同时涉及氧化、水解及中和反应的复杂生产过程,状态变量间具有较强的非线性和耦合性。同时,针铁矿法沉铁过程的生产特点决定了流程存在较大的时滞,过程建模困难,导致生产过程控制难度大、稳定性差、能耗物耗高且有价金属回收率低。因此,研究针铁矿法的工艺机理,建立沉铁过程的动态数学模型,为实现沉铁过程的优化控制奠定基础,具有十分重要的现实意义。
  本文分析了针铁矿法沉铁过程的工艺机理,深入研究了沉铁过程涉及的氧化、水解及中和反应的动力学机理,得到了描述化学反应速率的相关表达式;着重分析了气固液三相反应的特点以及溶液pH值、氧气通入量、锌焙砂添加量、溶液温度、反应时间、返回晶种、搅拌强度等因素对沉铁效率和铁渣品位的影响,确定了影响沉铁过程效率和品质的主要因素;分析了沉铁反应过程中存在的状态时滞和状态间的耦合关系。利用物料守恒定律和CSTR模型,以氧气通入量、锌焙砂添加量和反应器入口流量为输入变量,以Fe2+浓度、Fe3+浓度以及溶液pH值为状态变量,建立了描述针铁矿法沉铁过程的多重时滞动态数学模型。
  针对模型中时滞及动力学参数未知的问题,利用基于多特征时间点的时滞系统辨识方法,求解动态数学模型关于未知参数的梯度,结合基于梯度优化的序列二次规划方法SQP,辨识了系统的时滞及动力学参数。现场生产数据仿真结果验证了论文所建立动态模型的有效性和可靠性。

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