矿浆中和沉降分离过程模型软件的研发

论文摘要

湿法冶金是提取低品位矿石非常有效的方法并得到广泛的应用。此方法对金属的综合回收程度高,有利于环境保护,并且生产过程较易实现连续化和自动化。在大部分湿法冶金工艺中,矿浆中和沉降分离过程是其中重要的一环。此工序目的是把来料中的金属离子尽可能多的转变成对应的碱的晶体。本过程具有运行工况变化频繁、多变量、强耦合、强非线性、大惯性和不确定性等控制难题,难以实现优化控制和保证生产的稳定和高效。因此,为了提高产品质量和生产效率、为了给控制系统分析、设计提供必要的研究平台,本文依托东北大学“985工程”流程工业综合自动化科技创新平台建设项目,建立了矿浆中和沉降分离过程动态模型并对这些模型进行了仿真研究。本文主要完成了如下几方面的工作：(1)建立了矿浆中和沉降分离过程动态机理模型。本文首先研究矿浆中和沉降分离过程,然后基于化学反应过程中的离子守恒、溶度积平衡常数原理建立起了一段中和过程和二段中和过程的动态数学模型,这两个模型描述了输入变量来料溶液的流量、晶种矿浆的流量、碱液的加入量和中和槽出口pH值、中和槽出口的晶体量之间的动态关系。基于物料守恒原理、斯托克斯定律和柯尔森公式建立了浓密过程的动态数学模型,该模型描述了输入变量来料矿浆的流量、絮凝剂的添加量、底流流量、晶种流量和泥层界面的高度、底流浓度之间的动态关系。在此基础上建立了全过程动态机理模型。(2)设计了矿浆中和沉降分离过程的实时仿真软件,采用Honeywell PKS C300, VBscript和MATLAB平台工具实现了设计的内容。开发的软件具有矿浆中和沉降分离过程实时动态模拟、仿真变步长、仿真过程选择、仿真进程控制、操作参数设置、边界条件在线修改等功能。该软件主要包括工艺流程界面、参数设置界面、趋势显示界面等前台人机交互界面,后台模型与求解算法程序以及前后台通讯接口。(3)在仿真模型软件上进行了改变操作变量和边界条件的各种阶跃响应实验,考察了过程的开环动态特性。从矿浆中和沉降分离机理角度验证了前面建立的动态模型的正确性以及仿真软件的有效性、实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 复杂工业过程建模和仿真技术研究现状
• 1.3 矿浆中和沉降分离过程建模研究现状
• 1.3.1 中和过程建模的研究现状
• 1.3.2 浓密过程建模的研究现状
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 矿浆中和沉降分离过程描述
• 2.1 工艺描述
• 2.1.1 总体工艺描述
• 2.1.2 一段中和过程
• 2.1.3 二段中和过程
• 2.1.4 浓密过程
• 2.2 影响矿浆中和沉降分离过程生产的因素
• 2.3 建模目的及相关难点分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 矿浆中和沉降分离过程模型的建立
• 3.1 一段中和机理模型的建立
• 3.2 二段中和机理模型的建立
• 3.3 浓密过程机理模型的建立
• 3.4 总流程机理模型
• 3.5 本章小结
• 第4章 矿浆中和沉降分离过程模型软件的设计与开发
• 4.1 矿浆中和沉降分离过程仿真实验平台总体结构
• 4.2 矿浆中和沉降分离过程模型软件功能设计
• 4.3 矿浆中和沉降分离过程模型软件结构设计
• 4.4 矿浆中和沉降分离过程模型软件的开发
• 4.4.1 软件开发环境
• 4.4.2 硬件平台
• 4.4.3 前后台程序通讯的实现
• 4.4.4 模型软件人机界面的开发
• 4.4.5 后台程序的开发
• 4.5 本章小结
• 第5章 仿真实验研究
• 5.1 一段中和的仿真实验研究
• 5.2 二段中和的仿真实验研究
• 5.3 浓密过程的仿真实验研究
• 5.4 矿浆中和沉降过程总流程实验研究
• 5.4.1 流程的进料阶跃变化的开环仿真实验及结果分析
• 5.4.2 流程中碱液的进料阶跃变化的开环仿真实验及结果分析
• 5.4.3 流程中絮凝剂添加量的阶跃变化的开环仿真实验及结果分析
• 5.4.4 流程中系统流出量的阶跃变化的开环仿真实验及结果分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的主要工作