乙烯工业是石油化学工业的龙头和核心，乙烯生产装置的核心部分是裂解炉，整个乙烯装 置效益与裂解炉的设计和操作有直接的关系，高水平设计和优化操作裂解炉是乙烯生产装置经 济效益提升的前提。本项目以乙烯裂解炉为例，研究了不同辐射模型对裂解炉流动、传质、传 热和反应的影响，建立准确的辐射模型；在此基础上，研究三维燃烧器的燃烧机理，比较不同 燃烧模型对裂解炉运行状况的影响，建立准确的燃烧模型；在以上模型的基础上，研究了裂解 炉炉膛CFD与炉管裂解反应模型耦合模拟和实验验证；在此基础上，建立基于CFD模拟的区域 法数学模型，研究了其在工业裂解炉中的应用，以提高工业装置的操作运行水平，降低成本和 能耗。

该反应器可在较低工作温度下实现甲醇高效重整制氢，在275oC下可以实现94%以上的甲醇转化率，重整气中H2含量为74%，CO2含量为25%，CO含量为1%。经过36小时连续测试后性能稳定。单片反应器输出功率约12W。该反应器可与蒸发器进行集成，用于为小型便携式燃料电池堆栈供燃料气。相关研究结果已发表SCI论文两篇，所申请发明专利处于实质审查阶段。成熟度：已有样品技术创新类型：改革创新期望技术合作方式：技术入股

一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 微米尺度材料、人工肌肉、微型发动机等已经成为机械制造、生物医疗、航空航天等领域必不可少的部分，对它们的扭转力学性能的表征、致动特性的研究、扭矩的计量等是十分必要的，但是如今面临着缺少可靠的微扭转测量设备的重大难题。本技术针对这一难题，开发了多功能原位微扭转测试仪，将测试装置的分辨率提高nNm量级，使其具有高分辨率、高精度、大量程、高稳定性、高可靠性的特点，适宜在不同环境（如温度、湿度等）下使用，为今后微纳米力学领域的实验研究、人工肌肉的制备等方面提供了技术支撑。

长期以来，石油炼制、石化和煤化工产品加工、制药、新材料等生产过程中的副产物多、能耗高、污染大等技术问题一直困扰国际学术界与工程界。团队另辟蹊径，采用完全不同于国际上的方法，解决了大规模制造微气泡（微米级尺度）的理论问题与相关技术原理，并研发了核心装备，发明了数以十亿计的微气泡系统的测试与表征方法，建立并开发了制造和调控微气泡与气液微界面的数学模型与计算机软件，同时在实验室研究和工业应用中，突破了国内外微气泡系统的气/液比不能超过0.05/1的上限，把

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。

生物医学检测技术是现代生命科学与医学发展的重要手段和实 验工具，以生物电极和传感技术为技术基础，将自动化、电子、计算 机、机械、光学等多种学科、多种技术融合为一体并综合运用于生物 医学领域，是检测技术在生物医学领域的具体应用。生物医学检测技 术运用工程的方法去测量生物体的形态、生理机能及其他状态变化的 生理参数，如血压、体温、呼吸、心音、血流量和生理电等，其在临 床应用、运动医学、生理医学研究等诸多领域中起着十分重要

该测试系统可实现手动/全自动高精度高压气体吸脱附过程中重要参数和曲线的测试。配有专用的 LabVIEW 测控软件，所使用的管路 1/4 寸钢管，带旋片式真空泵，加热装置为开式炉，样品管为 316 不锈钢，样品容量为 0-1g(Mg)。在镍氢电池，储氢材料，二氧化碳捕获，氚工程，页岩气，煤层气，催化剂，吸附制冷等领域有广阔的应用前景。

制冷压缩机内部工作过程自动测试系统是集计算机技术、电子技术、压缩机技术、传感器技术于一体的多学科交叉，属于现代化的高科技的机电一体化科研项目。可自动测量全封闭电冰箱压缩机内部的各种动、静态参数32路。对引进型企业加深对产品的了解与认识、引进技术的消化、吸收与提高具有重要的意义。电冰箱压缩机的特点在于体积小、转速高，测量其内部工作参数非常困难，主要表现在：微型传感器的安装、信号的输出、耐油、耐高温、耐氟里昂、测试电路的研制、微弱信号的失真、电噪声的干扰、计算机软件的开发等几个方面，本系统成功地解决了这

在现代工业生产中，大规模的工业生产和日益激烈的市场化竞争，使得企业越来越需要对整个生产过程进行总体优化操作，以得到最优生产过程。因此，为了最大限度发挥过程系统的生产潜力，取得最大的经济效益，必须随着实际操作环境和市场要求的变化及时地进行操作条件的优化，采用实时在线优化技术将稳态操作点逐渐移到相应工况的最佳操作点区域。对二甲苯（PX）氧化反应单元在精对苯二甲酸（PTA）生产过程中处于核心地位，它直接关系到PTA产品的质量、产量、醋酸燃烧损失以及PX单耗等。本项目基于PX氧化反应动力学，结合人工智能方法建立了PX氧化反应过程工艺机理数学模型，并依据工业装置数据采用随机搜索算法对该模型进行了优化校正，形成了能准确描述生产装置特性的机理模型；同时建立了PX与HAC的燃烧损失智能预测模型；建立了PX氧化过程的在线实时流程模拟系统，实现了关键性能指标4-CBA浓度以及PX和HAC燃烧损失的在线实时预测；对PX氧化过程的工艺操作条件进行了在线实时优化，降低了PX和HAC的燃烧损失，确保生产装置运行在最佳状态，产生了显著经济效益