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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
酿造生产过程的综合自动化及监控信息平台
该项目的关键技术已获批国家自然科学基金项目 2 项,江苏省科技厅社会发展项目 1 项,浙江省科技厅优先主题项目 1 项。 1、项目简介 我国是酿造生产大国,传统酿造包括酱油、醋、酒,而酒的份额又占其中的大头,仅白酒黄酒去年销售收入已超过 3000 亿元,而其生产过程目前还处于手工和半机械化生产模式,其科技进步缓慢,自动化程度低,工人劳动强度大,劳动力成本上升,土地资源日益紧张,生产过程高水耗、高能耗与当今社会倡导的低碳循环经济发展模式产生剧烈冲突。因此,采用自动化技术的生产方式迫在眉睫。本项目在已完成的几个酿酒企业的自动化应用示范基础上,进一步研究并解决其中一些关键及共性问题,通过利用计算机、智能控制和物联网技术,推进酿酒生产过程的自动化、信息化,促进传统酿酒企业的科技创新与生产转型。 2、创新要点 实现黄酒发酵过程的多总线分层递阶的控制系统结构;将图像、动画和声音与 LabVIEW 软件结合,PLC 采集的设备实际运行信号转化为 3 维动画显示,实现多媒体控制的黄酒前后酵软件。将智能控制技术引入传统控制系统,根据轻工发酵过程非线性、时变、大滞后的特点,完成动态系统辨识、建模仿真,多变量模型预测控制等技术。 3、效益分析 通过项目的示范应用,预计到“十二五”末白酒、黄酒自动化改造直接经济效益将超过 100 亿元,税利超 1000 亿元,减少酿酒用工,提高产能。强化资源和能源的循环利用,缓解劳动力成本不断攀升、能源短缺等制约酿酒行业持续发展的问题,促进传统酿酒产业生产方式的创新与转变。资金需求总额约 300 万元。 4、推广情况 浙江绍兴女儿红酿酒有限公司;浙江古越龙山绍兴酒股份有限公司;劲牌有限公司劲牌山南健康产业园;江苏今世缘酒业股份有限公司;香格里拉酒业(秦皇岛)有限公司。 授权专利: 一种黄酒开耙控制系统及其应用 201010248472.0 黄酒前发酵过程温度控制系统 201010248471.6 黄酒生产中间罐液位控制系统及控制方法 201010551020.X 
江南大学 2021-04-13
XM-818A人胚受精、卵裂和胚泡形成过程模型
XM-818A人胚受精、卵裂和胚泡形成过程模型   XM-818A人胚受精、卵裂和胚泡形成过程模型由14部件组成,显示受精卵、卵裂球、受精后3天的桑椹胚、受精后5天的胚泡、受精后7天的胚泡、受精后12天的两胚层期胚、受精后18天的三胚层期胚、三胚层期胚放大并附有体蒂和绒毛膜、受精后23天的体节时期人胚、受精后25天的胚及胎膜全部、胎膜与胚胎以及胚内部构造、受精卵植入子宫内膜过程。 尺寸:放大 材质:玻璃钢材料
上海欣曼科教设备有限公司 2021-08-23
工4k危废和城市垃圾等离子体气化多联产工艺模拟
本发明提供一种易装卸四瓣式梁柱装配结构,包括梁柱连接件、立柱、横梁和限位插件;梁柱连接件包括由四个垂直侧板组成截面呈正方形的中空结构,两个立柱固定在中空结构内;中空结构四个面的外壁分别设置U形固定件,U形固定件包括两个垂直板和一个水平板,水平板上设置水平板限位孔和限位凸条,横梁的连接端顶部开设上限位槽,底部设置下限位槽;上限位槽内设置竖向限位孔,限位插件包括水平限位条和竖直限位条,安装后,水平限位条卡接在上限位槽内,竖直限位条穿过竖向限位孔并插入水平板限位孔内,限位凸条卡接在下限位槽内。本发明便于装卸,可回收利用,简化了施工操作,降低了施工难度,提高了施工效率,为装配式建筑提供了新的选择。
南京工程学院 2021-01-12
一种硼、氮共掺杂下有机固废余辉碳点及制备方法和应用
本发明公开了一种硼、氮共掺杂下有机固废余辉碳点及制备方法和应用,涉及有机固废水热转化技术。该方法是将生物质模型化合物和硼酸混匀,在微波辅助水热的条件下进行反应,之后依次进行离心、透析和冷冻干燥,形成预处理后的碳点;之后三聚氰胺作为外源氮源与预处理后的碳点以及去离子混合后进行水热反应,之后依次洗涤和真空干燥,即可得到目标产品。本发明提出了一种全新的通过有机固废制备余辉碳点的策略,在杂原子掺杂机制的作用下,通过两步水热法构筑碳点,优化掺杂与缺陷调控,实现了荧光向余辉发光的可控转换。
南京工业大学 2021-01-12
一种基于再生热回收的串联无霜空气源热泵系统
本发明公开了一种基于再生热回收的串联无霜空气源热泵系统,包括供热热泵回路、辅助热泵回路、空气回路及溶液回路,本发明通过采用两个热泵系统串联运行,辅助热泵用于从空气中吸收热量,加热再生溶液,而供热热泵负责为室内环境提供热量,一方面利用溶液除湿实现热泵系统的安全无霜运行,另一方面通过闭式空气循环回路回收再生空气中的显热和潜热,极大的提高了溶液的再生效率和系统的运行能效。通过将冬季热泵运行过程中的大温差合理分配到两个热泵中,既降低了压缩机的压比,提高了系统运行的稳定性和能效,又保证了热泵运行过程中的持续供热,提高了室内的热舒适性。
东南大学 2021-04-11
轨道交通车辆制动能量气动回收再利用装置
一种轨道交通车辆制动能量气动回收再利用装置,属于轨道交通车辆技术领域。本实用新型由安装在 车辆转向架车轴上的凸轮,安装在转向架构架上的其余部件组成。其中凸轮、滚子和气缸活塞杆构成凸轮 机构,将车轴的旋转运动转化为气缸活塞杆的往复运动;排气单向阀、吸气单向阀连接在气缸的无杆侧,在气缸活塞杆的往复运动下,实现排气和吸气功能,将机械能转换为气压能。该装置能够将制动能直接回 收成气压能,以供车辆系统使用。
南京工程学院 2021-04-11
自锁连接装置及其在无人艇回收布放中的应用
本发明公开自锁连接装置,包括第一连接件、第二连接件和摇杆定位机构;第一连接件包括锥形凸台和定位槽,锥形凸台侧壁上设有卡孔;第二连接件设有与锥形凸台适配的锥形凹槽和与定位槽适配的定位销;摇杆定位机构包括直线杆和弧线杆;当锥形凸台插入锥形凹槽时,锥形凸台挤压直线杆,摇杆定位机构摆动使得弧线杆插入所述卡孔,定位销插入定位槽,此为自锁连接装置的锁紧状态;当定位销抽离定位槽,锥形凸台抽离锥形凹槽时,弧线杆与定位孔分离,为自锁连接装置的开放状态。本发明的自锁连接装置操作简单方便,对工作人员的技能以及环境要求低,可实现待锁定装置的快速准确锁定,且解除锁定方法简单,通用性强。
东南大学 2021-04-11
一种汽车制动能量回收装置及其分段控制方法
本发明涉及汽车能量回收,旨在提供一种汽车制动能量回收装置及其分段控制方法。该装置包括超级电容和电机、低压端电流表、双向Buck-Boost变换器、高压端电流表、PWM控制器、低压端继电器和高压端继电器;低压端继电器和高压端继电器均为单刀双掷开关,包括动触点、第一静触点和第二静触点;低压端电流表设于超级电容与低压端继电器的动触点之间,高压端电流表设于电机与高压端继电器的动触点之间;各设备分别通过信号线连接至PWM控制器。本发明可直接用于现有电动汽车和油电混合动力汽车上,提高其制动能量回收的效率、增加节能效果、延长其续驶里程。
浙江大学 2021-04-11
吸附-等离子体同步烟气脱硫脱硝回收硫酸技术(APDSNSR)
研究历程:“吸附-等离子体同步烟气脱硫脱硝回收硫酸技术(APDSNSR)”系在国家重点基础研究发展规划项目(973)和国家863计划项目基础上,经七年研究、开发,完成了烟气NOx/SOx 同步脱除及其回收硫酸的机理与方法研究、工程化技术基础和工业试验研究(连续48小时运行试验和累计运行600小时以上)。
东南大学 2021-04-10
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