锌湿法冶炼电解过程能耗分析与建模

论文摘要

锌电解过程能耗巨大,占整个湿法炼锌的75%以上。由于影响能耗的工艺参数多,各参数之间耦合严重、非线性强,使得能耗模型建立困难。实际生产中,操作人员凭经验设定工艺参数,这就使得湿法炼锌电解过程能源消耗的控制处于一种盲目的状态,造成我国锌电解的能耗偏高。为此,研究锌电解过程能耗机理,建立能耗模型,对实现锌电解过程的节能降耗、提高企业竞争力具有重要意义。本文着重分析了锌电解能耗的电化学机理及主要工艺参数对能耗的影响,模拟工业实际生产条件进行了大量的电解实验,并对实验结果进行了定性分析;根据电化学公式和电子转移守恒定律,分别建立了锌电解槽电压和电流效率的机理模型,并利用实验所获得的数据对模型参数进行了辨识,然后根据能耗的定义得到了能耗的机理模型。仿真结果表明机理模型具有一定的精度,但是还存在较大的误差,该误差主要是由电流效率机理模型引起的。所以,根据电流效率非线性变化的特点,建立了基于电流密度分段的锌电解电流效率支持向量机模型。最后在深入分析锌电解电流效率机理模型与锌电解电流效率支持向量机模型两者的优点与不足的基础上,采用协调器对两者的输出进行协调,并结合锌电解槽电压的机理模型,最终得到湿法炼锌电解能耗的集成预测模型。能耗集成预测模型的仿真结果表明该模型具有较高精度和可靠性,能很好地实现对湿法炼锌电解过程能耗的预测。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的来源及意义
• 1.2 湿法炼锌过程工艺概述
• 1.3 锌电解能耗的国内外研究现状
• 1.4 研究内容和方法
• 1.5 论文结构
• 第二章 锌电解能耗的机理分析
• 2.1 锌电解工艺过程概述
• 2.2 电化学反应中的一些基本概念
• 2.3 锌电解过程的主要化学反应
• 2.3.1 阴极反应
• 2.3.2 阳极反应
• 2.3.3 锌电解的总化学反应
• 2.4 锌电解的电流效率、槽电压与电能消耗
• 2.4.1 锌电解电流效率
• 2.4.2 锌电解槽电压
• 2.4.3 锌电解能耗
• 2.5 影响锌电解能耗的因素分析
• 2.5.1 影响电流效率的因素
• 2.5.2 影响槽电压的因素
• 2.5.3 结论
• 2.6 锌电解实验
• 2.6.1 实验设备及实验方法
• 2.6.2 实验结果及相关分析
• 2.6.3 结论
• 2.7 小结
• 第三章 锌电解能耗的机理建模
• 3.1 锌电解能耗的机理模型概述
• 3.2 锌电解能耗机理模型
• 3.2.1 槽电压的机理模型
• 3.2.2 电流效率的机理模型
• 3.2.3 机理模型参数的辨识
• 3.3 仿真结果与分析
• 3.3.1 仿真结果
• 3.3.2 仿真结果分析
• 3.4 小结
• 第四章 锌电解电流效率的支持向量机预测模型
• 4.1 支持向量机回归基本理论
• 4.1.1 支持向量机概述
• 4.1.2 支持向量机基本原理
• 4.1.3 支持向量机线性回归
• 4.1.4 支持向量机非线性回归
• 4.1.5 支持向量机模型参数的选择和优化
• 4.2 基于电流密度分段的电流效率支持向量模型
• 4.2.1 依据电流密度分段建模的原因
• 4.2.2 分段电流效率支持向量机模型
• 4.2.3 分段支持向量机模型的模糊组合器
• 4.3 仿真结果与分析
• 4.3.1 仿真结果
• 4.3.2 分析与结论
• 4.4 小结
• 第五章 锌电解能耗的集成预测模型
• 5.1 概述
• 5.2 锌电解能耗的集成模型
• 5.3 模型协调器
• 5.3.1 概述
• 5.3.2 协调器的设计
• 5.4 仿真结果
• 5.5 小结
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要研究成果