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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
马铃薯漏播补种装置和马铃薯播种装置
本实用新型提出一种马铃薯漏播补种装置和马铃薯播种装置,该实用新型的漏播补种装置包括补种箱,以及导薯单元,其中,补种箱的底部开设有可安装导薯单元的开口,导薯单元包括卡设补种箱底部开口设置的护薯板,护薯板内部形成导薯空间,护薯板与补种箱底部开口相接处形成种薯从补种箱进入至导薯空间内部的通道;护薯板的底部设置有可落下种薯的落薯通道;护薯板内部的导薯空间中设置有转盘,转盘的圆周均布有多个可从补种箱中导入单个种薯的补种座,转盘的中部设置有可驱动转盘转动的转轴,转轴穿设护薯板外连电机。本实用新型可在马铃薯漏播时自动补种,其不仅结构简单、占用空间小,且补种效率高、工作可靠。
青岛农业大学 2021-04-13
开盒装置
本实用新型提出一种开盒装置,包括用于放置盒胚的料仓,用于抓取盒胚的机械爪,所述料仓包括第一侧板和第二侧板,还包括设于所述第一侧板一侧并向所述第二侧板凸起的凸起件,以及设于所述第一侧板一侧并可向所述第二侧板方向移动以撞击盒胚的第一移动件。本实用新型所述的开盒装置,通过凸起件和第一移动件的设置,先使盒胚与凸起件相撞使盒胚初步变形,在盒胚初步变形后,第一移动件再撞击盒胚棱边,可以确保盒胚的成功打开。
青岛农业大学 2021-01-12
饲料储运装置
本实用新型提供了一种饲料储运装置,包括储运桶、移动小车和起吊机构,储运桶用于存储饲料;移动小车上设置有支撑架,支撑架内部具有容纳并定位储运桶的容纳空间;起吊机构设置在支撑架的上端,起吊机构用于将储运桶由地面吊起并放置在容纳空间内或者将储运桶由容纳空间吊起并放置在地面上。从而能够实现青贮饲料的便捷储存和运输,解决了现有技术中采用窖贮和池贮的青贮饲料运输不便的问题。
青岛农业大学 2021-01-12
婴儿体检装置
本实用新型涉及医疗辅助用具,涉及一种婴儿体检装置,包括体检台,体检台底部设置调平底座,体检台上设置电加热板,电加热板上方设置柔性垫,体检台两侧设置护边,体检台两端设置挡板;称重传感器、超声传感器、温度传感器、AD转换电路,所述称重传感器设置在体检台中部,超声传感器相对设置在体检台两端的挡板上,温度传感器设置在柔性垫下方,AD转换电路将称重传感器、超声传感器、温度传感采集到的数据转换成数字信号;音乐播放器播放安抚音乐;控制面板设置体重、身高、加热、音乐按键;数据传输接口接收AD转换电路的处理数据,并传送到PC机;显示屏显示检测结果。具有测量快速、结果准确、过程舒适、数据采集方便快捷的优点。
青岛大学 2021-04-13
山茶播种装置
本实用新型提供一种山茶播种装置,涉及林业播种技术领域。包括播种装置主体,手持杆,容纳种子的储存箱,测土壤PH值的土壤酸度计,手持杆包括操作台、中空的上段和中空的下段,操作台与上段连接,上段另一端与储存箱顶部连接,储存箱底部的出种口与手持杆的下段连接,储存箱顶部设入种口,土壤酸度计包括头部和金属读取针,头部上部是电流表,头部嵌入操作台,金属读取针沿着上段、储存箱,延伸至下段的底端,操作台上设按钮与按钮连接的弹力装置,弹力装置另一端与位于上段内的导向杆连接,导向杆底端与出种口处的阻片左端通过转动轴连接,手持杆底端呈尖锐状。本实用新型具有结构简单,播种方便,容易判断土壤PH值的有益效果。
青岛农业大学 2021-04-13
扰动挖掘装置
本发明涉及挖掘根茎类作物的机械,尤其是一种扰动挖掘装置。包括机架和电机,电机设置在机架上,其中,还包括减振限位机构、对行调整机构、控制机构和挠动挖掘机构,机架的前端设有对行机架,减振限位机构的上端固定在对行机架上,减振限位机构的下端连接有对行调整机构,对行调整机构上设有控制机构,机架中后部的下方设有挠动挖掘机构,挠动挖掘机构设置在机架上。其结构紧凑,提高了根茎类农作物的准确挖掘率。
青岛农业大学 2021-04-13
树木涂白装置
一种树木涂白装置,包括机架和机架上安装的涂白机构;所述涂白机构包括涂白基座,滑动安装在涂白基座上的驱动滑块,以及与涂白基座相连的涂白组件;所述涂白组件包括指节和驱动杆;所述指节上均安装有喷头。树木涂白装置通过涂白组件的喷头喷射涂白剂,对树干进行涂白,涂白组件具有多个指节,在驱动杆的驱动下,能够改变整体的形状,可呈弧形和直线形,使喷嘴周向分布进行涂白作业,或者直线分布进行喷药作业,增加设备的功能性,提高设备的使用灵活性。并且多个指节,能够改变其呈弧形的弧度,不同粗细树干的涂白,进一步提高设备的适用性。
青岛农业大学 2021-04-13
枣类收获装置
一种枣类收获装置,包括机架和机架上安装的采摘机构,采摘机构包括采摘基座,以及安装在采摘基座上的采摘组件;所述采摘组件包括采摘支架和采摘器,所述采摘器包括设置有多个梳齿的转轴;所述采摘组件设置有两个,分别安装在采摘基座两侧。枣类收获装置通过采摘器设置的梳齿,对树枝进行梳理,树枝不易折断和损伤。采摘组件设置两个,旋转方向相反,能够将果实向内侧波扫,扫向采摘支架之间的收集空间,使收集的果实集中后再向下掉落,减小了果实采摘时掉落的分布面积,进而减小了收集装置的分布面积,降低了设备的面积占用,使枣类收获装置能够在果树间距较为密集的果园中使用,并且降低了果实落地摔坏的概率,提高了经济效益。
青岛农业大学 2021-04-13
常温干燥装置
习惯上的认知,干燥都是通过温度而进行的,所以就有了烘干一说。对于大部分的物料干燥,并不一定需要将温度升的很高,升高温度只是影响脱水的速率,所以使用者都习惯使用高温的方法来干燥物料。 物料干燥是许多工艺过程中必不可少的工序,每脱附 1kg 的水,能耗至少是0.72kW,这仅仅是水的蒸发潜热所需要的热量,还不包括由于装置的散热而带走的热量,加热效率而损失的热量以及将湿气排走的风机消耗的功率。在此暂且按每脱附 1kg 的水,能耗 1.0kW,计算,因此该工艺也就成了名副
上海理工大学 2021-01-12
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