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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
双边LCC网络的WPT系统恒流恒压输出可调的参数设置方法
本发明公开了双边LCC网络的WPT系统恒流恒压输出可调的参数设置方法,属于无线电能传输的技术领域。该方法通过设置一组LCC补偿网络参数和输入电压值,在给定变压器参数情况下,无需改变电路结构和参数,调整不同的工作频率即可实现所需的恒流输出或恒压输出,满足电池充电需求,系统无论恒流输出还是恒压输出一直能够实现输入近似零无功功率,减小器件应力,同时实现开关器件软开关,提高传输效率,输出恒流或恒压可调,灵活性高,减少对变压器参数的依赖,避免后级变换器的二次调压或调流,简化系统结构,进一步提高效率。
东南大学 2021-04-11
基于生物体触电阻抗参数计算的多端口阻抗模型构建方法
本发明提供一种基于生物体触电阻抗参数计算的多端口阻抗模型构建方法,包括:采集活体试验对象在完整皮肤和破损皮肤状况下的多组低压配电网生物体触电信号;根据所述生物体触电信号,获取生物体触电阻抗参数;根据所述生物体触电阻抗参数,利用非线性时变电阻和电容元件搭建试验生物体触电阻抗电路模型,对生物体触电的暂态过渡过程进行描述;根据所述试验生物体触电阻抗电路模型,基于外推法获取生物体触电多端口阻抗模型。该方法能计算生物体触电阻抗参数并建立响应精度较高的生物体触电多端口阻抗模型,实现在低压配电网工频状况下对生物体触电暂态过渡过程的精确描述。
中国农业大学 2021-04-11
污染土电导率测量及电渗过程电学参数变化实时监测装置
本实用新型公开了一种污染土电导率测量及电渗过程电学参数变化实时监测装置,包括计算机、数据采集系统、有机玻璃圆筒、程控电源箱、TDR100测试仪、温度检测模块、电压检测模块、电流检测模块、LAQUA电导率测试仪、电子称和过滤收集瓶;有机玻璃圆筒的中轴线上设置金属管作为阴极,内壁缠绕EKG土工布作为阳极;金属管侧壁开有小孔,外层包裹土工布;电渗排水通过土工布进入金属管然后通过有机玻璃圆筒底部的排水孔经排水导管进入过滤收集瓶;三个温度传感器分别插入阴极土体、阳极土体和阴极阳极之间的土体中;本实用新型装置由计算机来统一管理数据采集系统下的节点装置的工作状态,电导率测量更加准确有效。
浙江大学 2021-04-13
一种包含参数估计功能滤波模块的连续血糖监测设备
本发明公开了一种包含参数估计功能滤波模块的连续血糖监测设备,该设备针对连续血糖监测信号进行滤波处理,以便进行准确的高低血糖报警。由于不同病人和不同传感器的情况不同,相应的血糖监测信号的噪声水平也不相同,从而需要设置不同的滤波参数进行血糖滤波处理。本发明设备中的滤波参数能够随着不同病人、不同传感器的改变而调整。本发明中所采用的滤波参数的估计方法能及时准确的估计出卡尔曼滤波所需要的滤波参数,从而更好地对血糖信号进行滤波处理,为提高低血糖实时报警的准确性打下了坚实的基础,具有重要的作用。
浙江大学 2021-04-13
长直注塑件注塑工艺参数对翘曲变形的模流分析
对不同注塑工艺参数下长直注塑件翘曲变形进行模流分析,结果表明,浇注 远端处的翘曲变形量较大,浇注入口处的翘曲变形量较小。保压时间的增加,可 以降低塑件的翘曲变形。保压压力增加,塑件整体翘曲变形减小,尤其在浇注入 口处比较明显。熔体温度从 230°C提高到 270°C,塑件整体翘曲明显减小,特别 在浇注远端处比较明显。降低模具温度,对降低注塑件的翘曲变形有显著地效果。
上海理工大学 2021-01-12
一种水轮机调速系统控制参数的自动整定方法
发明涉及一种水轮机调速系统控制参数的优化整定方法,该方法首先通过对实际机组水轮机调速系统控制对象进行 T-S 模糊模型辨识,得到高精度的水轮机调速系统仿真系统,然后依据该仿真系统建立以 PID 控制参数为优化变量的目标函数,运用引力搜索算法求解目标函数得到最优 PID 控制参数。由于本发明建立的仿真系统精度高,能真实反映实际机组特性,在该仿真系统上得到控制参数优化结果能直接应用于实际机组,有效提高机组调速系统动态品质。
华中科技大学 2021-04-14
一种 X 射线血管造影图像中多运动参数的分离估计方法
本发明公开了一种 X 射线血管造影图像中多运动参数的分离估计方法、首先根据所述的造影图像序列确定心脏运动信号周期以及平移运动变化帧的序列,然后通过对所述的造影图像序列中的血管结构特征点跟踪得到点的运动序列。再通过多变量参数寻优以及傅里叶频域滤波对所述的运动序列进行处理,根据所述的平移运动变化帧的序列,心脏运动信号的周期,呼吸运动信号周期的范围和高频运动信号周期的范围,可以分离出最佳的平移运动曲线、心脏运动曲线、呼吸
华中科技大学 2021-04-14
一种用于机械装备结构的模态参数自动识别方法
本发明公开了一种用于机械装备结构的模态参数自动识别方法, 该方法包括如下步骤:将整个频域区间按照区间宽度分割成宽度相同 的频率小区间,统计固有频率落在各频率小区间内的极点总数;将极 点总数小于阀值的频率小区间内的极点作为计算极点而剔除,剩余的 极点作为物理极点而保留;然后,利用最小方差准则,从上述步骤中 剩下的极点中自动识别各阶模态参数。该识别方法可有效区分计算极 点与结构物理极点,自动识别结构的模态参数,获得机械结构在工作 状态下的动力学特性参数,有效减少模态分析中的人工参与,为机械 结构的在线检
华中科技大学 2021-04-14
一种参数可调的无衍射栅型结构光产生方法和装置
本发明公开了一种无衍射栅型结构光实现方法,包括:(1)将激光器发出的激光光束经过空间滤波准直器进行空间滤波准直,形成平行光束;(2)通过分光镜将所述平行光束分为两束相干光;(3)通过两对称布置且旋转可调的平面反射镜,使两束相干光分别被对应的平面反射镜反射,得到反射后的第一光束和第二光束;(4)使两光束交汇以产生干涉,并通过旋转平面反射镜,使通过两束光束的交汇夹角发生改变,从而即可获得无衍射柵型结构光条纹。本发明还公开了一种无衍射栅型结构光实现装置。本发明可以产生条纹宽度、无衍射范围及无衍射传播距离可
华中科技大学 2021-04-14
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