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反应与精馏强化过程的自动控制与性能优化技术
1.项目背景 化学反应器与精馏装置是石化生产过程中使用最为广泛的设备,也是最主要的耗能单元,反应器与精馏塔运行的好坏直接关系到石油化工企业的经济效益。反应与分离强化过程通常由多个单元耦合联接而成,其不仅涉及反应与分离能力的协同机制、多单元组合与系统整体运行效能的关系,而且强化过程具有强非线性、大滞后和多变量耦合特性,以及经济、环境与安全等不确定性因素的干扰,都对强化过程的平稳操作、协同调控与分级优化带来诸多的挑战。 采用反应与精馏强化技术,通过传质与传热的强化、物质流与能量流相互耦合,使强化过程具有大幅度提高反应转化率或选择性,降低生产能耗和污染物排放等优越性。然而这种集成优势只有在反应能力与分离能力动态协同作用条件下才能被充分发挥,而且强化过程具有多稳态、强非线性和多变量强耦合特性,这些都对强化过程的自动控制与优化理论提出了新的挑战。 采用传统控制模式,当系统受到干扰时,很容易引起反应与分离能力动态失调和工况发生大范围波动与偏移,造成产品质量不合格和能耗增加等控制难题。因此,在传统控制模式的基础上,探索反应与精馏强化过程的动态协同调控方法与动态优化理论,对解决集成装置的平稳操作与自动控制难题,切实提高系统运行品质,有效降低装置生产能耗和污染物排放方面具有重要意义 2.项目技术原理 南京工业大学绿色化工研究所,经过多年研究发明了不同工况反应与蒸馏集成技术,可根据不同体系的特殊要求,实现不同工况反应与精馏的最佳匹配,解决了反应与蒸馏操作条件必须一致等问题。本项目在对强化过程机理模型、经济稳态优化和动态特性分析的前期研究基础上,研究反应能力与精馏能力的动态协同调控新方法和强化过程的分级优化理论,提出反应与精馏强化过程一体化设计思想,对传统多单元生产过程具有很好的借鉴作用。项目针对反应与精馏过程自动控制系统设计与性能优化调节方面主要开展以下技术: (1)反应与精馏强化过程多变量自动控制方案的设计与性能分析 在对反应与精馏过程机理建模、经济稳态优化设计和动态特性分析基础上,采用稳态增益矩阵和奇异值分析方法,合理选择过程被控变量和操作变量配对模式,运用传统控制策略设计反应精馏强化过程多变量自动控制方案,采用ASPEN PLUS流程模拟软件和ASPEN DYNAMIC模块进行控制方案的动态模拟测试,并根据实际工艺扰动情况,通过在动态流程模拟系统上分别加入不同幅度和方向的多种扰动和改变系统设定值,评价传统控制模式闭环系统性能,在此基础上,改进自动控制方案设计,确保设计的自动控制方案在实际应用中能够维持平稳有效运行。 (2)生产负荷自动调节和优化技术原理 反应与精馏过程的生产负荷经常随着市场需求的变化进行调整,负荷的变化将可能引起系统工况的波动,产品质量下降,能耗增加等问题,甚至造成系统不稳定而被迫停机。本项目采用设定值多步长滚动优化、偏差区域容忍动态矩阵控制与传统控制相融合方法,实现反应与分离能力动态协同调控;本项目在多变量基础控制系统上,在关键控制回路增加设定值智能调节模块和多变量协调预测控制模块,分别采用设定值多步长滚动优化、偏差区域容忍动态矩阵控制(Error tolerant DMC)与传统控制相融合方法,实现反应能力与分离能力动态协同调控,使系统获得了良好的跟踪性能和鲁棒性。解决传统控制模式下扰动引起反应与分离动态失调,导致产品质量不合格、能耗和污染物排放增加等控制问题。在多变量协调预测控制模块设计中,对于反应器出口成分和产品质量等不可在线测量的关键变量,采用机理模型和经验模型建立产品成分软测量模型,实现对产品成分、反应转化率等不可测被控变量的在线估计。 (3)反应与精馏强化过程的系统性能优化技术 在经济稳态优化设计前期研究基础上,开展多目标多约束动态优化与多变量跟踪控制相结合的分级优化理论研究。在上层多目标多约束的动态优化设计中,是以能耗和操作成本最小为优化目标,以质量、尾气/废液排放和过程动态模型等为约束条件,采用多目标优化算法对强化过程的关键操作参数进行动态优化计算,给出工况最优调节方案。根据多目标动态优化给出的关键参数设定值最优调节方案,采用设定值多步长滚动优化给出多变量预测控制的参考轨迹,通过多变量协调预测控制和基础控制回路的跟踪调节,使系统输出快速跟踪设定值的最佳操作值,实现工况优化与平滑调节,确保系统维持高品质运行特性,从源头降低工况大范围波动和事故发生的概率。 3.关键技术路线 项目针对反应与精馏过程,融合了化学工程理论、自动控制理论、智能学习算法与计算机模拟技术,采取理论研究、模拟实验和工业应用相结合的技术路线,如下图所示。项目分别开展反应精馏过程的多变量基础控制系统设计、反应与分离能力动态协同调控新方法、强化过程分级优化理论研究,并将项目成果融合,开展不同工况反应与精馏强化过程的一体化工程设计,研制一套流程模拟综合实验平台,进行模拟验证和工程应用研究。 4.项目技术特色和创新性 (1)针对反应与精馏强化过程,在传统控制模式下扰动引起反应与分离动态失调和工况偏移,导致集成优势难以充分发挥工程问题,项目提出将设定值多步长滚动优化、偏差区域容忍动态矩阵控制、多目标多约束动态优化与传统基础控制相融合的动态协同调控新方法与分级优化理论,在反应与分离动态协同作用下实现工况的优化与平滑调节,确保系统维持高品质运行特性。 (2)项目沿着学科交叉与融合方向,将化学工程理论、自动控制理论、智能学习算法与计算机模拟技术相结合,提出不同工况反应与精馏强化过程流程模拟、控制系统设计与集成优化理论相结合的一体化工程设计思想,并在常压反应与减压精馏集成的甲苯氯化反应精馏工业装置上进行工程应用研究,解决装置自动控制与平稳操作等实际控制问题,发挥强化过程高转化率/高选择性、低能耗的集成优势。
南京工业大学 2021-01-12
光梓科技高速模拟光电子芯片领域成果
光梓科技是一家专业从事高速低功耗模拟光电子集成电路芯片的研发、生产和销售的高新技术企业。项目优势:1)高速低功耗模拟IC芯片在光模块的应用中有较大的成长空间且处于快速发展的阶段。2)公司拥有自己独特的多项专利技术,公司研发的CMOS全兼容高速低功耗光电子集成电路芯片目前处在全球领先水平,技术和产品的壁垒都很高。 3)与多个重量级客户已建立深度沟通与合作机制,未来3年光梓科技的业绩确定性较高,且每年保持高增速是大概率事件。4)国际化的团队。创始人史方博士和姜培教授长期在光电子集成电路领域耕耘多年,分别是成功企业家和技术领域内的国际级专家。点击上方按钮联系科转云平台进行沟通对接!
浙江大学 2021-04-10
耐候性云母钛珠光颜料系列产品
成果描述:该项目的生产装置属通用化工设备,不仅可生产耐候性云母钛珠光颜料系列产品,还可用于生产通用性的云母钛珠光颜料以及其它精细化工产品。本项目组长期从事云母钛珠光颜料的研究开发工作,除耐候性珠光颜料技术外,还可向生产厂家提供彩虹类云母钛珠光颜料、云母铁珠光颜料、着色类云母钛珠光颜料三大系列数十个产品的成熟技术,使生产厂家具有多样化的产品结构来满足市场需求,从而保证销售的灵活性,获取大而稳定的经济效益。市场前景分析:这些通用性的云母钛珠光颜料都具有珠光颜料独特华丽的装饰功能,用于化妆品、塑料、皮革、家具、家用电器、油墨印刷印染、包装装璜等中,具有广泛的用途和市场前景。与同类成果相比的优势分析:饰性颜料,具有璀璨的珠光效应和华丽的装饰效果;无毒、耐热、耐候、耐化学品,性能稳定,用途广泛。 规格:外观:白色或微黄色粉末。 干涉色: 银色、金色等。 粒度:80目、120目、200目、240目、325目、400目、500目等。 TiO2包覆率:≥20% 金红石含量:> 90% 光泽:达到标准样亮度
四川大学 2021-04-10
光流传感阵列实现的光斑追踪智能平板数据
随着信息技术的发展,平板电脑已经得到了普及,但是平板电脑的性能尤其是触摸屏幕的性能仍待改 进。新装置:具有自主知识产权的光点追踪智能板
中山大学 2021-04-10
光载太赫兹无线通信与网络技术
面向数据中心IDC或光接入网PON的短距离400G以上(多波或者单波)光相干通信技术,包括解决方案设计、低复杂度DSP技术、功耗和成本分析等。相干光通信技术通常被广泛应用于长距离通信或数据中心互连(DCI),但近年来相干光通信技术逐渐具有向短距离通信场景(光接入网PON和数据中心内部)下沉的趋势,用以解决单波长的数据传输能力。该成果在此短距离+高传输速率的应用场景下,提供从系统级相干光通信仿真系统与相干光通信系统实验验证平台的整体解决方案,在此方案基础上,分析研究传输技术性能指标,简化数字信号处理(DSP)功能,研究分析系统功耗和成本,并基于FPGA芯片对DSP算法进行功能验证
东南大学 2021-04-11
一种基于光图案的室内定位方法
本发明公开了一种基于光图案的室内定位方法,包括以下步骤: (1)设置光图案发射装置;(2)对所述待定位目标的光信号进行检测;(3) 定位所述待定位目标的位置,得到该待定位目标距扇叶旋转轴的距离 ρ,以及该待定位目标相对基准线的偏转角度θ。本发明通过对光图 案发射装置的组成及设置、以及相应的基于光图案的室内定位方法的 测量参数等进行改进,与现有技术相比能够有效解决室内定位精度不 高的问题,该室内定位方法可实现厘米级定位精度,并且定位目标数 量多,定位范围广;此外,该室内定位方法对定位目标的硬件功能要 求不高,可大大扩展应用范围。 
华中科技大学 2021-04-11
小型化高稳定度光频原子钟
小型化高稳定度光频原子钟是一项结合小体积和高稳定度优点的时频计量科学仪器设备,性能指标超越传统微波原子钟,基于创新性的研究方案,克服了光晶格钟和离子光钟普遍存在的体积庞大、系统复杂的问题,具有巨大的应用前景和产业化能力。该项目已实现基于钙、铷、铯不同原子体系的小型化高稳定度光频原子钟。在钙原子方面,创新性提出热原子能级转移探测方案被国际著名研究单位广泛引用效仿。在铷、铯原子方面,通过与国内科研机构的项目合作,实现了研究成果处于国际先进水平的小型化高稳定度光频原子钟。
北京大学 2021-02-01
平板显示用上转换光扩散微球及其制备方法
本发明公开一种平板显示用上转换光扩散微球及其制备方法,该光扩散微球为多壳层结构,微观上表现为“三明治”结构,最内层为铒镁双金属复合氧化物Er2O3?MgO微球,其平均直径为2~4μm,中间层为多孔g?C3N4,层厚为100~200nm,最外层为聚硅氧烷缩聚物,层厚为400~600nm;该光扩散微球是通过先在Er2O3?MgO微球上原位生长一层多孔g?C3N4制得多孔g?C3N4/Er2O3?MgO复合微球,再在该复合微球上原位水解缩聚硅氧烷单体制得,具有上转换发光现象,在980nm激光器激发下呈现绿光;由其紫外光固化制备的光扩散膜具有较佳的光扩散效果,光扩散膜的可见光透过率为90%~95%、雾度为80%~88%,同时具有上转换发光性能、良好的机械性能、耐老化性能和阻燃特性,实现了光扩散膜的多功能化,具有广阔的应用前景。
东南大学 2021-04-11
光控软体机器人运动方向便捷调控技术
控软体机器人是智能仿生机器人研究领域的热点方向。然而,如何实现软体机器人运动方向的便捷调控,是该领域目前急需解决的一个关键科学性问题。传统的光刺激调控法,需要将光束集中在软体机器人的某个局部区域,或者沿某个角度或方向去照射软体机器人,使之产生局部的形变差异,进而推动软体机器人沿某个方向前进。例如,在文献中经常看到的场景是,将光束照射在软体机器人的头部,使其后退;照射在尾部,使其前进;从左向右扫描软体机器人,使其右拐;从右向左扫,使其左转。此类光刺激调控法缺乏便捷性,非常不方便。东大科研团队另辟蹊径,构建了多层次结构的液晶弹性体基软体机器人,在不同的结构层次中加入三种分别对520nm、808nm、980nm波段光源响应、且互不干扰的有机光热转换试剂,从而利用可见和红外三个波段光的开/关变化去操控软体机器人的运动方向。和传统的光刺激调控法相比,该方法是通过软体机器人不同区域对光刺激的选择性吸收,来实现整体的形变差异,进而推动软体机器人运动,因此光源的照射位置、方向、角度等因素都不会对运动方向产生根本性影响。该策略为实现软体机器人运动方向的便捷调控提供了新思路。
东南大学 2021-04-11
太阳能型独立灌溉补光螺旋栽培立柱
项目简介 本成果太阳能型独立灌溉补光螺旋栽培立柱,由太阳能对微型水泵供电或圆筒形 LED 灯管供电,从而实现无电能消耗的螺旋栽培立柱独立自动灌溉与补光,整体结构简单可 靠,便于拆装,属国际首创项目。该成果处于中试研究阶段,并申请了专利,专利号: 201410000816.4。 性能指标 (1)整机尺寸:≤1.6m╳1m╳1m(升降台折叠)。 (2)承载量:150kg;92 (3)升降高度:1m~3m; (4)行走速度:5kg/h
江苏大学 2021-04-14
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