针铁矿法沉铁过程铁离子浓度预测模型研究及系统开发

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沉铁是湿法炼锌的关键工序,通过向含杂质铁的硫酸锌溶液中加入中和剂(锌焙砂)和氧气,使溶液中的铁离子以针铁矿的形式沉淀到渣中,从而达到除铁的目的。实际生产中,沉铁过程出口铁离子浓度采用人工化验方式获得,存在很大的滞后,给沉铁过程的实时控制带来了极大的困难。为此,研究针铁矿法沉铁过程出口铁离子浓度与各工艺参数之间的关系,实时预测出口铁离子浓度,对实现针铁矿法沉铁过程的优化控制,保证出口铁离子浓度满足后续生产工序要求具有十分重要的意义。本文在分析湿法炼锌沉铁过程工艺机理的基础上,确定了影响出口铁离子浓度的主要因素;深入分析了沉铁过程亚铁氧化和铁水解反应原理,建立了基于反应动力学、气液相平衡和物料平衡的沉铁过程出口铁离子浓度预测模型。为确定预测模型中的未知参数,提出了一种引入粒子群平均位置信息和位置更新约束因子的非线性动态惯性权重粒子群优化算法(NIWPSO),实现了对机理模型未知参数的优化估计。最后,利用实际生产数据验证了铁离子浓度预测模型的精度和可靠性,仿真结果表明模型可用于工业实际生产,为沉铁过程的优化控制提供了可用信息。在此基础上,采用基于Visual C++的模块化程序设计方法,开发了针铁矿法沉铁过程铁离子浓度预测系统,详细介绍了系统软件的设计。本系统实现了沉铁过程工艺参数的实时监测、出口铁离子浓度的在线预报及报表打印等功能,为下一步优化控制针铁矿法沉铁过程中锌焙砂和氧气的添加量奠定了基础。
摘要第3-4页
ABSTRACT第4-5页
第一章 绪论第8-13页
    1.1 研究背景及意义第8-9页
    1.2 针铁矿法沉铁工艺研究现状第9-10页
    1.3 过程生产指标预测的研究现状第10-11页
    1.4 论文的研究内容及结构第11-13页
第二章 湿法炼锌针铁矿法沉铁工艺分析第13-22页
    2.1 常用富氧直接浸出炼锌工艺概述第13-15页
    2.2 针铁矿法沉铁过程工艺介绍第15-17页
    2.3 影响沉铁效果因素分析第17-19页
    2.4 沉铁过程铁离子浓度预测的建模思路第19-21页
    2.5 本章小结第21-22页
第三章 基于机理的沉铁过程铁离子浓度预测模型第22-29页
    3.1 沉铁过程反应动力学模型第22-25页
        3.1.1 Fe~(2+)氧化反应动力学第22-24页
        3.1.2 Fe~(3+)水解反应动力学第24-25页
    3.2 气液相平衡模型第25-27页
    3.3 反应器物料平衡模型第27-28页
        3.3.1 沉铁反应器的简化第27页
        3.3.2 物料平衡分析第27-28页
    3.4 本章小结第28-29页
第四章 机理模型参数的优化估计及仿真分析第29-50页
    4.1 机理模型参数优化估计描述第29-30页
    4.2 粒子群优化算法第30-34页
        4.2.1 粒子群优化算法简介第30页
        4.2.2 粒子群优化算法的基本思想第30-32页
        4.2.3 粒子群优化算法的构成要素第32-33页
        4.2.4 粒子群优化算法流程第33-34页
    4.3 改进粒子群优化算法NIWPSO第34-37页
    4.4 NIWPSO算法的优化性能分析第37-42页
        4.4.1 常用标准测试函数第37页
        4.4.2 各粒子群算法的参数设置第37-38页
        4.4.3 实验结果分析第38-42页
    4.5 数据采集及预处理第42-45页
        4.5.1 数据采集第42页
        4.5.2 数据预处理第42-44页
        4.5.3 数据时序匹配第44-45页
    4.6 仿真实验分析第45-49页
    4.7 本章小结第49-50页
第五章 沉铁过程铁离子浓度预测系统开发第50-64页
    5.1 系统概述第50-52页
        5.1.1 系统总体结构第50-51页
        5.1.2 系统工作流程第51-52页
    5.2 系统开发平台及工具第52-53页
    5.3 系统设计原则第53-54页
    5.4 系统软件设计第54-59页
        5.4.1 系统界面设计第54页
        5.4.2 软件功能设计第54-56页
        5.4.3 数据库设计第56页
        5.4.4 数据通信设计第56-59页
    5.5 软件主要功能实现第59-63页
    5.6 本章小结第63-64页
第六章 总结与展望第64-66页
    6.1 本文总结第64页
    6.2 未来工作展望第64-66页
参考文献第66-71页
致谢第71-72页
攻读学位期间主要研究成果第72页
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