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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
高性能交流伺服系统(机电一体化系统)
交流伺服机电一体化系统对自动化,自动控制,电气技术,电力系统及自动化,机电一体化,电机电器与控制等专业既是一门基础技术,又是一门专业技术,因为它不仅分析各种基本的变换电路,而且结合生产实际,解决各种复杂定位控制问题,如机器人控制,数控机床等。 高性能交流伺服系统(机电一体化系统)研究的内容,就是用电力电子技术解决工业调速、伺服定位及其工业柔性制造系统,大量用于机器人、数控机床、测量设备、纺织、印刷、包装、半导体及军事装备等的机电一体化产品的设计、安装、调试之中,还可广泛应用于数码雕刻,模具生产等工业生产应用场合,具有节约能源,提高劳动生产率的重要意义。 本成果是构成一个三维立体伺服控制系统,通过微机编程,可进行三个自由度的协调控制,实现高速(3000r/min)、高精度(16384P/R)、低震动等伺服特性,该技术代表21世纪最新调速及伺服传动控制。 技术指标: 1.工作台面积(working table):2400×2400(可选); 2.行程(sravels):(x,y,z)2400×2400×120(可选); 3.主轴转速(spindle speed):0~24000rpm精度:0.001mm/步; 4.主轴功率(power of spindle):1kw/1.2kw; 5.驱动马达(drive motor):400w/1kw/2kw(可选); 6.工作台荷重(load of table):150kg。
南京工业大学 2021-01-12
三维机织/编织高性能纤维树脂基复合材料
以高性能纤维(玻纤、碳纤、芳纶等)为增强体,通过自有独特专利技术制备三维正交、角联锁、间隔型机织物以及三维多向编织物,并通过树脂改性、复合成型等技术集成制备成系列三维机织、三维编织复合材料。系列结构材料具有质轻、高强、高模、耐冲击等性能、阻燃、隔音、隔热等特性,可广泛用于交通工具、体育用品、军事、安全防护等领域。 关键技术 ① 重构出“纤维-预制件-复合材料”在空间位置的真实图像,再现复合材料内部纤维束空间路径、偏转和纤维束间的接触状态,定量揭示工艺织造参数之间的关联关系;基于连续介质假设和有限变形理论,建立三维机织多尺度结构设计方法。 ②以界面相的微观结构为切入点,从设计合理的碳纤维-环氧树脂界面微结构入手,将碳纳米材料作为纳米改性剂引入碳纤维/环氧树脂复合材料界面中,揭示其界面增强增韧机理,最终确立界面、结构与性能的关联机制。 知识产权及项目获奖情况 (1)一种用于宽幅扁平碳纤维丝束的连续定型工艺ZL201010519415.1 (2)一种适用于无弯曲织物织造的夹头 ZL201310303000.4 (3)一种适用于无弯曲织物织造的送经装置 ZL201310302349.6 (4)一种无弯曲织物织造的纬纱递进装置 ZL201310302920.4 (5)一种体密度梯度变化的碳纤维针刺预制体 ZL201410159117.4 (6)一种深交联结构碳纤维增强酚醛树脂基摩擦材料及其制备方法ZL201501531119.6 项目成熟度:成熟度 5 级 投资期望及应用情况 :可广泛用于交通工具、体育用品、军事、安全防护等领域。 
江南大学 2021-04-13
工业用高性能、多功能聚合物微球的开发
1、项目简介 (1)地板蜡制品用聚合物微球:利用不同的大分子单体进行乳液聚合制备 具有功能性的高分子微球乳液,用于工业地板蜡水。技术性能指标:蜡膜光泽度高,耐磨擦性能优良,抗静电、硬度高、对基材附着性能优良; (2)水泥添加剂用聚合物微球:通过分子设计合成的亲水核/亲或疏水壳高分子微球乳液应用于水泥砂浆中。技术性能指标:提高水泥砂浆粘接性、耐水性、耐久性、柔韧性,与保温材料聚苯板的粘结强度大于 0.8MPa,与面砖粘结强度大于 1MPa; (3)三次采油用聚合物微球:制备尺寸可控、带有亲水性基团的聚合物微球用作油田三次开采用堵水剂,对油田高渗透层进行选择性堵水驱油。技术性能指标:可制备出不同规格的产品,有针对性地在不同孔径的多孔介质内滞留、胀大、控制水的流度,改善或降低流度比,扩大波及面积,降低驱油过程水相渗透率。
江南大学 2021-04-13
高性能有机染料及重金属离子吸附剂
利于镍基层状双氢氧化物LDH纳米材料比表面积大、层间阴离子可以交换的特点,先后研发了NiFe系、 NiCo系、CoFe系LDH吸附剂,实现了对有机染料亚甲基橙色MO、重金属离子Cr6+、As3+的吸附,可用于环保行业对处理污水及重金属离子污染。成果先后发表于Chemosphere 152 (2016) 415-422、Microporous Mesoporous Mater. 234 (2016) 230-238、Colloids and Surfaces A 529 (2017) 907–915、Environ. Eng. Sci. 2018,35(4):373-381对有机染料MO的处理能力:NiFe-NO3-LDH 205.78 ;NiFe-Cl-LDH为 769.23 mg/g;NiCo-LDH为497 mg/g;CoFe-NO3-LDH 1,206mg/g。
重庆大学 2021-04-11
SC-0109润滑脂抗水淋性能测定仪
仪器概述  本仪器是根据石油和石油产品行业标准SH/T0109-2004《润滑脂抗水淋性能测定法》的要求设计制造的,用于规定的实验条件下,在38℃和79℃试验时来评价润滑脂抵抗被水冲出轴承能力的新型产品。崇尚国际流行的人性化设计理念,采用数字显示器,简单明了。浴温控制精度高,抗干扰能力强,稳定可靠。 技术参数 1、工作电源:AC 220V±10%;50Hz 2、消耗功 率:600W 3、控温方式:数字显示温控仪 4、水槽控温范围:室温~100℃,可调 5、水槽控温精度:±2℃ 6、温度传感器:Pt100(铂电阻) 7、轴承套转速:600±30r/min 8、喷射口水流速:5±0.5ml/s 9、水槽容量:≥750ml 10、环境温度:20~30℃ 11、环境湿度:≤85% 性能特点 1、本仪器采用电加热棒加热方式,加热速度快。 2、本机按标准来选购球轴承,计时器可精确到0.1S。 3、采用进口温控仪器,确保试验所需精度且稳定可靠。 4、水浴温度通过PT100传感器(电阻测温包)输入到温控器,本传感器反映灵敏,工作可靠。 5、本仪器压缩机体积小、质量轻、运行稳定、无振动,很适合化验室之用。 网址链接 http://www.csscyq.com/proshow.asp?id=748  
长沙思辰仪器科技有限公司 2021-12-21
图像级超高分辨率高性能 激光雷达
Pandar128 图像级超高分辨率高性能激光雷达
上海禾赛科技有限公司 2022-03-01
区域经济增长与人口结构及变动研究
课题组提出了管理和疏解西城区人口的对策和建议,得到专家和政府相关部门的认可和肯定,研究成果具有较强的指导作用,相关研究结论和政策建议已被应用于实践。
中央财经大学 2021-02-01
一种复杂结构耦合损耗因子的预示方法
本发明提供了一种复杂结构耦合损耗因子的预示方法,将系统切割成连续耦合的子系统,并对子系统在耦合边上的边界条件进行近似,分别建立耦合子系统的有限元模型,施加边界条件,并对结构有限元模型进行模态分析,提取模态数据,利用两个子系统耦合边的应力模态振型和位移模态振型计算模态相互作用的功,利用双模态方程法预示结构的耦合损耗因子。本发明结合了有限元法和双模态方程法预示复杂结构的耦合损耗因子,使用有限元法得到耦合边处的位移和应力模态振型、子系统的固有频率和模态质量,通过计算耦合子系统的相互作用功,再结合双模态方程法得到耦合损耗因子,能够准确且高效地预示复杂结构的耦合损耗因子。
东南大学 2021-04-11
水滑石插层结构紫外阻隔材料的制备技术
太阳光中过量的紫外福射对地球上的生物及材料造成极大的破坏作用,每年材料的紫外老化导致了大量的资源浪费和经济损失。水淆石(LDHs)作为一类无机超分子结构功能材料,已经被广泛应用于医药材料、阻燃材料、催化材料等领域。近年来LDHs材料在耐紫外老化沥青的应用中表现出了良好的效果,可明显减缓沥青的老化。为进一步提高LDHs材料的紫外阻隔性能,有必要更深入地探索和研究LDHs材料的超分子结构对紫外光的阻隔机理及构效关系,从而为开发性能优异的新型超分子结构层状紫外阻隔材料及进一步探索其在高分子材料抗紫外老化领域的应用提供实验依据和理论支持。本项目针对高分子材料的紫外老化现象和目前紫外阻隔材料在应用过程中存在的问题,基于结构化学和超分子化学基本原理,探索了FLDHs材料的紫外阻隔技术,对LDHs层状材料的超分子结构、能级特征、缺陷结构、主客体相互作用W及协同作用等方面进行了系统研究。结合高分子材料的老化机理和LDHs材料的结构特征,对LDHs的层板结构和层间客体进行了调控,制备了一系列性能优良的超分子结构紫外阻隔材料。进一步将其添加到沥青和聚丙稀(PP)中进行紫外加速老化实验,考察了其对高分子材料的抗紫外老化效果,为其实际应用提供了一定的理论基础和技术支持。
北京化工大学 2021-02-01
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