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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
DF-101S集热式磁力搅拌器
集热式磁力搅拌器型号:101S    产地:郑州技术参数DF-101S 特征:平板 ; 搅拌容量:最大2000ml ; 搅拌速度:无级调速 0-2600; 加热温度:室温-400℃ ; 控温方式:智能自动; 工作电压:220V/50Hz ; 整机尺寸:239×245×220 ; 主要特点随意设定,自动恒温,使用更加方便、直观,控温精度高、准确可靠。 仪器介绍DF-101S在DF-101B基础上,增加了高精度时间比例式数显温控仪和智能型数字显示温度两种型号,随意设定,自动恒温,使用更加方便、直观,控温精度高、准确可靠。
巩义市城区众合仪器供应站 2025-05-12
基于人类动力学的城市交通拥堵建模技术研究
该项成果应用于诸如机动车跟驰、换道和并道的交通仿真模型,目前随着交通管理以及新的交通信息感知技术的发展,交通检测器布设不断增加,交通基础数据规模急剧加大,交通大数据时代已经到来,在这样大数据的时代的背景下,运用新技术手段构建道路交通仿真技术体系,将是我国智能交通发展的一个重要的方向。 项目首先是研究人类行为模式与交通拥堵的关系。其次,建立城市交通网络的数学模型结合人类行为规律和人口分布模型最终建立城市交通拥堵模型。最后,构建基于人类动力学的城市交通仿真平台。交通仿真平台包含交通地图编辑工具和分布式微观交通仿真系统两部分组成,硬件设备要求1台数据库服务器运行交通仿真数据库;1台台式机运行交通仿真平台总控端系统;若干台台式机运行仿真端仿真系统。 运行仿真平台总控端系统的1台机器安置在监控中心;运行仿真平台仿真端系统的若干台机器安置在计算中心;运行仿真数据库服务器的1台机器安置在数据中心。 展示内容如下: 微观交通仿真平台由地图编辑工具、总控端系统和仿真端系统组成; 使用地图编辑工具绘制仿真交通地图,导入总控端系统; 由总控端系统创建仿真任务,并且发送至已经上线的仿真端设备,总控端开始仿真任务,命令发送至仿真端,仿真端推进仿真计算,总控端能够对仿真端的仿真进行控制。能够完成暂停、恢复、停止等操作; 仿真端将每一仿真步计算的数据保存到仿真数据库中; 总控端可以利用仿真数据库中的数据进行交通状况分析。
电子科技大学 2021-04-10
基于蚯蚓生物效应的城市污泥处理技术研究与工程实践
利用蚯蚓动物反应器将有机废弃物与脱水污泥进行同步处理,能够解决区域一定范围内的以污水处理厂污泥为主的有机废弃物污染问题。蚯蚓的适应和消化能力强,能够起到分解混合物中的有机物,调节系统的氧化还原条件和改善微生物群落结构等作用,迅速的完成将污泥到处理产物(蚯蚓粪和蚯蚓)的转化。本研究从资源循环利用角度出发,主要研究蚯蚓动物反应器对污泥处理的最佳反应条件及处理产物的应用前景,以期为更好的将有机废弃物与污泥一并资源化利用提供科学指导与理论依据。
浙江大学 2021-04-11
基于人类动力学的城市交通拥堵建模技术研究
该项成果应用于诸如机动车跟驰、换道和并道的交通仿真模型,目前随着交通管理以及新的交通信息感知技术的发展,交通检测器布设不断增加,交通基础数据规模急剧加大,交通大数据时代已经到来,在这样大数据的时代的背景下,运用新技术手段构建道路交通仿真技术体系,将是我国智能交通发展的一个重要的方向。项目首先是研究人类行为模式与交通拥堵的关系。其次,建立城市交通网络的数学模型结合人类行为规律和人口分布模型最终建立城市交通拥堵模型。最后,构建基于人类动力学的城市交通仿真平台。交通仿真平台包含交通地图编辑工具和分布式微观交通仿真系统两部分组成,硬件设备要求1台数据库服务器运行交通仿真数据库;1台台式机运行交通仿真平台总控端系统;若干台台式机运行仿真端仿真系统。
电子科技大学 2021-04-10
城市循环经济发展共性技术开发与应用研究
按照“顶层设计、节点联动、政策保障”的技术路线,以“生产、流通、消费与处理处置”生命周期全过程相结合的思路,通过关键技术突破和示范工程建设,形成了由“规划集成、清洁生产、废物回收交易、废物资源化、政策管理规范化”五类支撑城市循环经济发展的共性技术支持体系。其中,在城市循环经济规划顶层设计方面,按照投入产出分析技术和空间物质流分析技术,研究编制了《苏州市循环经济发展规划(2008)》;在生产环节,选择试点企业实施了全过程清洁生产以及组团式水热能综合利用网络的示范工程,突破了电子、电力、化工、印染和采选矿五类行业的清洁生产技术,并推广应用到约1000家企业;在流通环节,构建了再生资源交易标准化平台,建立了餐厨垃圾和电子废物等废物回收体系;在消费与处理处置环节,针对东部城市大量产生的废轮胎、餐厨垃圾、焚烧飞灰和电子废物4种典型废物,开发了废旧轮胎常温精细粉碎生产塑化胶粉技术、餐厨垃圾湿热水解资源化处理技术、焚烧飞灰水泥窑煅烧资源化技术、成套化电子废弃物处理和资源化利用技术,并建立相应的规模化示范工程;在政策保障部分,研究提出了循环经济规划、餐厨垃圾、电子废物等回收政策与管理办法,支撑出台了政府绿色采购、清洁生产管理办法等一系列支撑循环经济的地方政策、法规以及管理办法,并在苏州市得到了实施。
清华大学 2021-04-10
城市气溶胶相态垂直分布的激光雷达遥感技术
大气气溶胶,即大气中的悬浮颗粒物。通常所说的PM10(粒径小于10微米,可吸入颗粒物)或者PM2.5(粒径小于2.5微米,可入肺细粒子)是大气气溶胶的重要组成部分。从生成来源上看,大气气溶胶分为一次气溶胶(Primary Aerosols)和二次气溶胶(Secondary Aerosols)。一次气溶胶指自然界或人类活动直接排放的气溶胶粒子;二次气溶胶指通过大气中的物理、化学过程新生成的气溶胶粒子。在大气污染过程中,汽车尾气以及人类其他燃烧过程中产生的氮氧化物、煤炭等含硫燃料燃烧产生的二氧化硫等气体通过参与这些复杂的过程产生二次气溶胶,即“气-粒”转化过程。二次气溶胶是重度霾过程的气溶胶污染物的重要来源。 大气气溶胶以固态、半固态或者液态几种形式的相态而存在,其相态与上述大气中的化学过程有着紧密的联系。气溶胶粒子可以作为大气化学反应的“容器”,在气溶胶表面或内部进行与二次气溶胶生成有关的化学反应。气相分子在不同相态的颗粒物中的传输速率差别很大,固态气溶胶几乎只有表面能发生气相化学反应,而液态气溶胶在颗粒内部也能发生化学反应。因此化学反应加速与液态气溶胶表面积和体积的增大会形成正反馈过程,在液态气溶胶上发生的异相化学反应生成二次气溶胶,对雾霾过程中颗粒物爆发性增长有重要的贡献。因此,对城市气溶胶在边界层内以什么相态存在的空间分布的探测,是研究二次气溶胶生成、演化和扩散所迫切需要的一项技术,对于理解雾霾形成的机理有着重要的意义。 气溶胶的相态与颗粒物的化学组分和环境的相对湿度有关。目前对于颗粒物相态的测量,通常仅限于地面采样观测,缺少垂直空间方向上颗粒物相态的探测手段。在颗粒物浓度相对较高的大气边界层内,垂直方向上相对湿度往往有很大的变化,气溶胶的相态也一定存在很大差异。 北京大学物理学院大气与海洋科学系李成才副教授研究组与北京大学环境科学与工程学院朱彤教授研究组、吴志军研究员研究组共同合作,提出了一种新的利用偏振激光雷达获得气溶胶粒子相态垂直廓线的方法。气溶胶粒子对入射电磁波的散射过程,会造成散射光偏振特性的改变,如果利用线偏振光照射,散射光的偏振度相对于入射光会减小,这种改变称为气溶胶的退偏振能力。利用激光雷达观测的大气退偏振比可以对气溶胶粒子进行分类,例如非球形的冰晶和沙尘具有较大的退偏振比,而近于球形的城市气溶胶细粒子具有较小的退偏振比,区分沙尘与城市细粒子气溶胶的观测技术在国内外已经比较成熟,通常也是激光雷达业务观测的一项主要内容。但是把类似的观测进一步应用于区分城市气溶胶细粒子的特性,国际上尚没有相应的研究结果。通常来说,固态颗粒物形状不规则,而液态颗粒物更趋近于球型,不同相态的粒子退偏振能力存在差异。结合激光雷达垂直观测以及地面颗粒物相态仪的测量,研究组发现,激光雷达观测的城市气溶胶细粒子后向散射退偏振比与气溶胶粒子的弹跳率(与相态相关)具有很好的关系,从而建立了利用气溶胶粒子后向散射退偏振比反演气溶胶相态的参数化方案,并在国际上首次实现了长时间实时连续的气溶胶相态垂直廓线的探测。偏振激光雷达反演气溶胶粒子相态概念图 该研究成果已在线发表在美国化学学会(ACS)主办的环境与生态领域国际顶级期刊Environmental Science & Technology Letters(2018 IF=6.934)上。大气与海洋科学系博士研究生檀望舒为论文第一作者,通讯作者为李成才副教授。北京大学为唯一通讯作者单位。论文评审人之一对论文成果基于高度评价:“......to my knowledge, it is the first time in field studies. Particle phase states have been a hot topic because they can potentially influence the rates of gas-particle partitioning and multiphase reactions. I think this is a timely paper on this topic. The use of lidar depolarization to detect the particle phase states is novel”。
北京大学 2021-04-11
一种适用于海绵城市建设的辐射渗井
本实用新型提出了一种适用于海绵城市建设的辐射渗井,包括筒状井体、第一出水管、第二出水管、进水管、第一栅网和第二栅网,井体侧壁从下到上依次设有第一出水口、第二出水口、进水口,井体底部细砂层,细砂层覆盖第一出水口,细砂层顶面从靠近第一出水口一端向远离第一出水口一端倾斜,细砂层上方设有粗砂层,粗砂层顶面从靠近第一出水口一端向远离第一出水口一端倾斜;第一栅网设置在第一出水口处,第二栅网覆盖在粗砂层上方,第二栅网上设有用于调节第二栅网倾斜度的调节阀;第一出水管、第二出水管、进水管分别与第一出水口、第二出水口、
安徽建筑大学 2021-01-12
网络环境下城市事件驱动的决策信息聚焦服务方法及系统
本发明公开了网络环境下城市事件驱动的决策信息聚焦服务方法及系统,本发明提出的从关联城市 事件类型及阶段的抽象决策信息聚焦服务链建模与注册,到城市事件驱动的关联的抽象决策信息聚焦服 务链的发现,到抽象决策信息聚焦服务链的实例化与执行,到最后的决策结果的网络化共享的整个流程, 是一种网络环境下城市事件驱动的决策信息聚焦服务方法,实现了抽象决策信息聚焦服务链网络化共享 及协作管理、事件驱动的抽象决策信息聚焦服务链精确高效发现和决策结果的网络化共享,为智慧城市 突发事件的科学准确决策和快速应急响应提供了支持。 
武汉大学 2021-04-13
苏州高新区长江路沿线城市更新设计
规划区位于苏州市高新区城市中心区,东临京杭大运河,西接狮山、何山,南靠竹园路,北近太湖大道,是高新区的主要南北发展轴。涉及长江路南北沿线狮山街道和枫桥街道部分辖区,规划长度约4.2公里,总规划面积约2.38平方公里。北至马运路、南至竹园路,东、西向地块径深约100-500米不等。 创新要点: 长江路不仅仅是一条路的问题,是支撑高新区中心经济发展,功能完善,体现形象的关键。 从周边关系来看,长江路自南向北依次串联了南部生活组团、狮山路商务板块、狮山生态板块、何山生态板块、北部产业区,板块之间的联系和互动可以为长江路地区带来巨大的发展机遇,同时长江路自身也将为周边地区提供资源和支撑。 作为高新区的主要生活服务轴,长江路目前已形成美罗,绿宝两个市级大型公共活力节点,在未来长江路还将打造狮山公共广场、客车西站、港龙城市广场等公共活动和商业服务节点,具有生态、文化、交通及城市功能优势。 因此,长江路的发展将兼顾周边板块之间的联系发展和地区功能更新升级,注入活力与动力。
北京交通大学 2021-04-13
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