基于反應(yīng)動態(tài)平衡的噴淋塔氨法脫硫過程機理研究

氨法脫硫作為資源回收型的脫硫技術(shù)是緩解我國SO2污染和硫資源短缺這一矛盾問題的有效途徑，建立其核心裝置噴淋吸收塔的數(shù)學(xué)模型對提高該技術(shù)的穩(wěn)定和經(jīng)濟性及抑制氨的揮發(fā)性損耗和硫酸銨氣溶膠的逃逸具有重要的意義，目前還有待進一步的研究。本項目以噴淋塔氨法脫硫的整體數(shù)學(xué)模型為研究對象，擬通過實驗并采用微分法深入研究氨法脫硫吸收過程中SO2的傳質(zhì)特性隨各主要工藝條件的變化規(guī)律，建立SO2吸收氣相傳質(zhì)系數(shù)的表達式；系統(tǒng)分析液相中的離子電荷守恒和元素物料守恒，結(jié)合NH3-SO2-H2O體系的熱力學(xué)特性及離子平衡原理闡明噴淋塔內(nèi)SO2吸收過程中的氣-液間動態(tài)平衡關(guān)系；在此基礎(chǔ)上，結(jié)合前期 4價硫氧化動力學(xué)研究，深入分析噴淋塔內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)過程，建立基于反應(yīng)動態(tài)平衡的噴淋塔氨法脫硫的整體耦合數(shù)學(xué)模型。本項目旨在揭示氨法脫硫噴淋塔內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)過程機理，為氨法脫硫工程設(shè)計和運行的精確表達奠定理論和技術(shù)基礎(chǔ)。

除銅過程作為鋅直接浸出冶煉工藝凈化工段首道關(guān)鍵工序，具有競爭反應(yīng)機理復(fù)雜、多反應(yīng)器關(guān)聯(lián)以及入口礦源多變、晶種返回底流不確定等特征，導(dǎo)致除銅過程優(yōu)化控制困難，造成生產(chǎn)能耗物耗高、出口銅離子濃度波動大。為此，本項目基于化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)原理和固液非催化反應(yīng)模型，聯(lián)立反應(yīng)器物料衡算原理，建立了除銅過程競爭-連續(xù)反應(yīng)體系機理模型，并研究了面向多工況的模型參數(shù)自適應(yīng)辨識方法；建立基于趨勢分布特征的鋅粉有效性預(yù)測方法，提出了基于鋅粉有效性預(yù)測的鋅粉添加量多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)定方法；提出了基于模糊評估的除銅過程可控域劃分方法以及基于可控域的除銅過程鋅粉模糊校正方法，實現(xiàn)了除銅過程鋅粉添加量優(yōu)化控制，并將成果應(yīng)用于實際工業(yè)過程，提高了除銅過程出口溶液銅離子的合格率和穩(wěn)定度，降低了鋅粉的消耗。 項目執(zhí)行過程中，發(fā)表論文12篇，其中SCI收錄6篇，申請國家發(fā)明專利4項。

直接浸出冶煉是最先進的濕法煉鋅綠色生產(chǎn)工藝，除銅過程通過添加鋅粉置換雜質(zhì)銅，是該工藝凈化工段首道關(guān)鍵工序，具有競爭反應(yīng)機理復(fù)雜、晶種返回底流不確定等特征，使得除銅過程建模和優(yōu)化控制困難，造成鋅粉消耗高、工況波動大，嚴重影響后續(xù)生產(chǎn)流程的穩(wěn)定。為此，本項目針對除銅過程連續(xù)攪拌反應(yīng)槽（CSTR）內(nèi)競爭反應(yīng)的隨機性和閉環(huán)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)底流返回晶種的不確定性，研究競爭反應(yīng)體系概率動力學(xué)模型和基于反應(yīng)深度的閉環(huán)鏈?zhǔn)紺STR模型；分析研究基于競爭判別因子的鋅粉有效性，建立各反應(yīng)槽鋅粉添加量控制的可行域描述，提出面向工況穩(wěn)定的滿意優(yōu)化控制方法，應(yīng)用于鋅直接浸出冶煉除銅生產(chǎn)過程以驗證方法的有效性，形成競爭反應(yīng)體系下除銅過程控制理論與方法。本項目研究對濕法冶煉流程的穩(wěn)定和節(jié)能降耗具有重要意義，也將推動濕法冶金科學(xué)和控制科學(xué)的學(xué)科交叉發(fā)展，具有重要的科學(xué)意義和工業(yè)應(yīng)用價值。

本課題圍繞基于過程的城市建筑三維建模技術(shù)開展理論方法和關(guān)鍵技術(shù)研究工作，重點開展了基于單張圖像的建筑物組件重復(fù)性檢測與幾何過程建模技術(shù)，基于圖像集的建筑建模、組件幾何和反射屬性建模技術(shù)，基于GIS數(shù)據(jù)的城市虛擬場景快速建模技術(shù)與工具等研究工作。 在基于單張圖像的建筑物過程建模技術(shù)方面，研究了針對單張圖像建筑物重復(fù)性組件的檢測算法、建筑規(guī)則和組件生成算法。從分割的單張圖像中自動生成三維建筑組件、建筑規(guī)則及三維建筑模型。通過簡單的人工交互可以生成風(fēng)格相同、形狀可變的三維建筑模型。在基于圖像集的建筑建模技術(shù)方面，以未標(biāo)定數(shù)碼相機拍攝的建筑物多幅照片為輸入，提出了一系列算法，研究了建筑物三維點云數(shù)據(jù)的恢復(fù)與分割、建筑物組件重復(fù)性檢測、建筑物前后層結(jié)構(gòu)自動提取等技術(shù)，能夠全自動的重構(gòu)出逼真度較高的建筑物三維模型。在基于圖像集的建筑物組件幾何和反射屬性建模技術(shù)方面，研究了基于本征圖像分解的建筑物組件材質(zhì)反射屬性建模技術(shù)、基于徑向基函數(shù)的逐像素組件深度插值算法，從而構(gòu)建出可重光照的建筑物組件模型。在基于GIS數(shù)據(jù)和過程建模技術(shù)的城市場景快速建模方面，通過解析地理信息數(shù)據(jù)，提取地圖數(shù)據(jù)中的建筑位置和朝向信息，結(jié)合本課題已研究的單個建筑建模方法生成的建筑模型, 快速生成城市局部區(qū)域的三維場景，研制了場景建模工具原型系統(tǒng)。 在本項目資助下，發(fā)表論文10篇（SCI檢索2篇、EI檢索4篇）、專利申請2項、專利授權(quán)2項，其中8篇文章發(fā)表在《Computers & Graphics》、《The Visual Computer》、《Computer Graphics Forum》、Graphics Interface (GI2013)、Pacific Graphics (PG2013)、Eurographics Symposium on Geometry Processing (SGP2014)，Asian Conference on Computer Vision (ACCV2014)， IEEE International Conference on Image Processing (ICIP2015)等CCF推薦國際B類、C類期刊與會議上。項目負責(zé)人獲2013年教育部技術(shù)發(fā)明一等獎1項，排名第7（總發(fā)明人數(shù)為9），并晉升副教授。3名碩士在本項目資助下完成畢業(yè)論文，2名博士基本完成論文。 2100433B