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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
高精度图像对焦伺服控制器及显微成像系统
        技术成熟度:技术突破         领域存在着景深影响效率的突出问题,本产品以高性能异构处理器为核心运算单元,以嵌入式手段通过视觉流与控制流的严格对位,高性能实时完成视频控制信息的结算,并直接输出电机驱动信号控制相关执行机构完成闭环控制。         本产品主要面向高性能伺服闭环控制的视频应用领域,能够显著提升显微工业自动化领域的视频对焦及对位处理的效率及精度,亦可实现宏观领域的视觉嵌入化控制闭环应用。         意向开展成果转化的前提条件:中试放大及产业化工艺开发资金支持
东北师范大学 2025-05-16
一种联合最佳接纳控制和剔除控制的流量控制方法
本发明涉及认知无线电网络中的服务质量保证和性能优化,提出了一种联合最佳接纳控制和剔除控制的 QoS 保证机制,包括系统的初始化、计算出最佳接纳概率和剔除概率以及认知用户的各个性能指标。本发明基于动态接纳概率和剔除概率的 QoS 保证机制,可以在使得系统吞吐率最大化的情况下,同时严格地保证认知用户的 QoS 要求;所述方法可以在集中式网络中得以实现。
华中科技大学 2021-04-11
无泵喷射式制冷机
本发明公开了一种无泵喷射式制冷机,包括:发生器、第一喷射器、冷凝器、节流元件、蒸发器、三通阀、第一储液罐和第一单向阀,第一喷射器依次与冷凝器、节流元件、蒸发器串联构成回路;三通阀依次与第一储液罐、单向阀、发生器串联构成回路;发生器与第一喷射器之间设有连通的管路;冷凝器与三通阀之间设有连通的管路。本发明突破传统思路的束缚,利用三通阀的切换实现了从低压的冷凝器向高压的发生器输送流体,取代了传统循环中的循环泵,提出一种无泵喷射式制冷机,另外利用本发明可用于改进各种现有喷射式制冷机。
浙江大学 2021-04-11
安全绿色无硝肉制品的开发
本项目将采用均一分子量的壳聚糖,简化反应体系,以壳聚糖-血红蛋白分子结构的分析揭示复合物多功能性的物质基础,为解决肉类腌制中依赖亚硝酸钠的现状、达到真正的无硝生产和提高肉制品的安全性提供理论依据,具有重大的经济效益和社会意义。
青岛科技大学 2021-05-11
SC-601无创呼吸机
无创呼吸机适用于肺泡通气不足、持续性低氧血症、高碳酸血症、呼吸功能衰竭及上气道阻塞等疾病的治疗。该类机型采用面罩对病人进行辅助通气,无需气管插管,免去了病人在使用呼吸机时的痛苦。通常用于神志清醒,呼吸困难的病人,可辅助病人通气,对病人的损害小,对于早期呼吸疾病患者辅助治疗有明显的效果。无创呼吸机比较多功能呼吸机具有结构轻巧,使用方便,价格相对低廉等优点。因此,在呼吸疾病的早期治疗中由于有独到的性能价格比而被广泛用于临床和家庭治疗。 无创呼吸机微涡轮制造技术是其中的关键技术,采用低噪声的无刷直流电机,解决风叶的动平衡和降低涡轮输出气流的噪声,并保证有较高的输出压力(最高4kPa)和大于200升/分钟的输出流量;通过采用低噪音电机,微涡轮的优化设计、精确动平衡工艺和气道的优化设计及降噪材料的应用而自主研发的低噪声旋涡泵,使整机噪音降低至40~50分贝以下。技术参数:噪音降低至40~50分贝以下; 输出压力0.2-3 kPa(最高4kPa); 输出流量大于200升/分钟。
上海理工大学 2021-04-11
无创无碍式实时健康监测设备
1 成果简介通过对传统心电、血压、血氧、血糖、体重、脂肪等设备的改进,结合远程医疗和家庭健康监护的具体需求,研制出可以用于实时健康监测的无创无阻碍式的新型便携设备,并且正努力达到微小型化、隐藏式的前端设备目标。2 技术指标单导心电,无导联线;心电数据采样率 250Hz 以上;心电准确率和临床比较达到 95%以上;无线心电、脉搏采集,数据率达到 8kbps;血压、血氧、体重、血糖数据准确率 95%。
清华大学 2021-04-13
一种无门滚镀装置
本实用新型公开了一种无门滚镀装置。网眼袋为倒梯形圆柱筒体,顶边与顶圈连接,底边与底圈连接,顶圈和底圈可用十字交叉支撑杆连接,底圈内翻向上构成滚袋,待镀零件和阴极置于滚袋底部圆环型空间内;滚袋放入装有镀液的镀槽中,镀槽内侧面安装阳极;顶圈和底圈通过两根缆绳与各自的十字交叉点和各自的驱动机构连接,相互上下运动;或将顶圈固定,缆绳一端与底圈的十字交叉点连接,使底圈上下运动,进行滚镀。该装置改善了滚袋内外镀液的交换,缩短电镀时间,有利于镀层厚度的均匀性;零件分布在滚袋底部整个圆环型空间内,提高零件的装载量,减小镀槽的体积,并能使更多的零件与阴极充分、均匀接触;滚袋的制作和更换方便,有利于降低滚镀成本。
浙江大学 2021-04-13
无脂密封易再生干燥器
本实用新型公开了一种无脂密封易再生干燥器,包括罐盖与罐主体,还包括扣片及密封圈;罐主体顶部设置有用于放置密封圈的罐主体密封圈槽;所述罐盖下边沿设置有用于压紧密封圈的罐盖密封凸起;罐盖侧壁设置有至少三个罐盖扣块,罐主体顶部侧壁对应设置有与罐盖扣块配合的罐主体扣块,在其中任意一个罐主体扣块的底部设置有与罐主体内外部相连通的通气孔;扣片分别与罐盖扣块及罐主体扣块扣合;罐主体内设置有隔板。采用该无脂密封易再生干燥器,能实现使用干净、方便的扣合方式密封,且无需使用凡士林等矿脂。
浙江大学 2021-04-13
密闭水系统全有机无磷缓蚀剂
密闭的新水、软水、纯水系统在运行过程中会发生严重的腐蚀,水质变差、发黄甚至产生“红水”,且对系统中的设备产生严重的危害。本产品为全有机缓蚀剂,不含磷,不含重金属如钨、钼、锌等元素,在投加量为2000mg/L时,可对水系统中的碳钢、不锈钢、铜、铝等金属设备提供全方位的保护。
南京工业大学 2021-04-13
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