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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
无线通信技术卫星通信
与
定位技术
智能
监控
与
物联网技术
无线通信技术VHF/UHF频段基于OFDM技术的高速数据通信系统 无线通信的突出问题:频率资源严重不足 。 我国无管会允许在这一频段进行数据的传输,如地质矿产、水利、能源、国家地震局、建设部、气象局、军队等部门的专用无线通信系统。
南开大学
2021-04-14
基于互联网
与
智能
计算的质量远程监控
与
优化信息化平台
技术优势: 1)通过物联网、云平台实现质量远程监控、安全连锁报警与管理; 2)根据原料工艺操作条件不断变化,优化计算获取最佳操作参数; 3)远程智能系统具有始于感知、精于计算、巧于决策、善于学习功能。 采用物联网和互联网+的信息化技术实现装置、厂级、园区三废净化装置运行质量远程监控与安全保障系统,为企业、园区提供高效的技术服务,解决化工、制药行业实际运行存在的有机物达标排放难题,满足国家当前“环保法”、“水十条”严格指标要求,在装置节能与污染物零排放面取得明显经济和社会效益。
南京工业大学
2021-01-12
基于激光点云数据的三维
建模
应用实践
本书共11章,第1章阐明了研究背景与意义,国内外研究现状,研究对象概况,三维建模技术方法;第2~6章分别介绍了海清寺的阿育王塔,万年宝鼎,关圣帝君像,浮雕长廊三维建模的技术方法;第7~9章分别介绍了淮海工学院苍梧校区的欣园亭,化工工程学院实验楼,测绘工程学院集中办公区三维建模的技术方法;第10~11章分别介绍了石灰岩矿与地质灾害体的三维建模与应用技术方法.
江苏海洋大学
2021-05-06
一种高速电主轴力-热耦合
建模
方法
本发明公开了一种高速电主轴力-热耦合建模方法,包括:分别 获取轴承与主轴待结合的表面、以及主轴与轴承待结合的表面的工程 参数,并利用分形接触理论以及赫兹接触理论计算轴承与主轴之间结 合面的刚度和热传递系数与接触压力和接触间隙的映射模型,根据轴 承的结构参数和材料参数并使用轴承力学模型和轴承热学模型获得轴 承负载和温度与刚度、轴承外圈接触热阻、轴承内圈接触热阻和发热 功率之间的映射模型,计算主轴的电机热源,计算主轴各表面散热系 数,根据主轴的结构和上述结果构建有限元模型,读取主轴的运行参 数,用有限元模型对运行参数进行处理。本方法能降低现有方法中结 合面所引起误差、模型结合面及轴承力学和热学参数不更新导致的误 差。
华中科技大学
2021-04-11
一种全参数化三维杆塔
建模
方法
本发明公开了一种全参数化三维输电线路杆塔的建模方法,该 方法基于杆塔类型抽象出构成杆塔的所有节点,并进行编号,利用与 杆塔工程参数相关的函数表达式描述每个节点的三维坐标,然后通过 节点配对的形式描述每根钢材的三维空间位置,实现三维杆塔模型的 创建。按照本发明的建模方法,输入不同杆塔工程参数,杆塔三维模 型自动调整,极大降低了杆塔三维模型建模的工作量和修改的工作量, 提高了三维模型的建模效率和准确度。
华中科技大学
2021-04-14
一种高速电主轴力-热耦合
建模
方法
本发明公开了一种高速电主轴力-热耦合建模方法,包括:分别获取轴承与主轴待结合的表面、以及主轴与轴承待结合的表面的工程参数,并利用分形接触理论以及赫兹接触理论计算轴承与主轴之间结合面的刚度和热传递系数与接触压力和接触间隙的映射模型,根据轴承的结构参数和材料参数并使用轴承力学模型和轴承热学模型获得轴承负载和温度与刚度、轴承外圈接触热阻、轴承内圈接触热阻和发热功率之间的映射模型,计算主轴的电机热源,计算主轴各表面散热系数,根据主轴的结构和上述结果构建有限元模型,读取主轴的运行参数,用有限元模型对运行参数进
华中科技大学
2021-04-14
一种自由曲面微细铣削切削力
建模
方法
本发明公开了一种自由曲面微细铣削切削力建模方法。包括如 下步骤:(1)获取包括刀具半径 R、刀具螺旋角β、切削刃数 Nf、每齿 进给量 ft、刀具偏心距ρ和刀具初始偏心角αr 在内的加工参数;(2) 将刀具的切削刃沿刀具轴向离散成一系列切削微元,获取参与切削的 切削微元;(3)计算当前切削刃的轴向位置角为φ的切削微元 P(k,φ)的 瞬时切削厚度;(4)计算切削微元 P(k,φ)的切削力;(5)利用步骤(3) 和(4)计
华中科技大学
2021-04-14
一种液态或半液态金属电池的
建模
方法
本发明公开了一种液态或半液态金属电池的建模方法,包括以下步骤,根据电池阻抗谱进行拟合,构建电池的阻抗谱拟合电路,根 据阻抗谱拟合电路构建电池的等效电路模型;采用对称脉冲对电池进 行混合脉冲功率性能测试,获取用于辨识电池的开路电压、电阻、电 容参数的测试数据;根据测试数据拟合电池的电动势、欧姆内阻、极 化电阻、极化电容、扩散等效电阻和扩散等效电容与 SOC 的函数关系, 辨识出等效电路模型的参数;采用安时法计算电池的 SOC;对 SOC 进 行修正,获得修正 SOC;根据修正 SOC,对等效电路模型的
华中科技大学
2021-04-14
师生办事
智能
自助服务终端
以人性化自助服务为设计理念,面向高校师生提供7X24小时服务,以在线业务系统为支撑具有多种登录认证机制、自助信息查询、自助打印成绩单及证明文件、校园卡或微信自助缴费、微信验证信息真伪、短信智能预警、终端远程管理、参数动态设置等功能,可实现多校区、多部门自助服务一体化管理,推动学校治理理念转变,使学校更多地从"管理"师生向”服务"师生转变,改善工作作风和治理方法,提高学校管理效益和社会效益。 ■线下智能服务终端自助打印输出能力一赋能一取材料场景 ●应用一:成绩单/证明文件材料自助打印 自助打印终端集查询、缴费、打印功能于一体,提供“一站式”服务,可为高校师生提供成绩单、在读证明、学籍证明等各种证明文件的“7*24小时不打烊”自助打印,不受时间、空间限制,提升学校校务管理行政效能。 ●应用二:固定资产标签自助打印 系统对接学校现有资产管理系统,为师生提供稳定、可靠、便捷、7*24小时的固定(无形)资产和低值耐用品等资产的入账单、资产标、申请单、签自助打印服务;资产标签含有唯一二维码,可以通过扫码查看设备基本信息,方便入库。 ●应用三:证件一体化自助办理 系统对接人事系统,实现按照学校、学院(系)、专业、学生等(公司、部门、个人)配置证件卡模板;模板能够实现卡面的不同以及字段位置的不同,卡面上字段能够从系统直接带出,师生(员工)直接能够在自助服务终端免费(付款)打印证件卡。 ■线下智能服务终端自助打印输出能力一赋能一交材料场景 ●应用一:智慧财务报账 智慧财务报账终端告别手动报账的繁琐与不便,开启“人机协作,智慧报账”的全新报账模式。实现智能设备与业务系统深度融合,改变传统报账交单方式,克服时间和空间上的局限性,向广大师生提供全方位、全天候的财务服务,方便快捷,实现报账管理的信息化、智能化。 ●应用二:学生证自助补办 学生证自助补办终端为提供便捷、高效的补办服务。通过身份验证、费用支付、学生证打印、学生证回收盖章、学生证领取等功能,学生可快速完成补办申请。操作简单、安全可靠,支持24小时使用,适用于学生证遗失、损坏或信息变更等场景,极大提升了补办效率,节省排队时间。 ■线下智能服务终端自助打印输出能力一赋能一强身份认证场景 学籍电子注册身份验证基于图像或视频输入进行检测,与注册库比对,实现1:N的人脸比对,或与证件比对,实现1:1的人脸比对。适用于人脸登录、VIP人脸识别、人脸通关等无需刷卡验证的场景。 ■线下智能服务终端自助打印输出能力一赋能一咨询问答场景 学校管理员可通过“问答知识库FAQ管理”,整理录入师生办事过程遇到的常见问题,师生可直接在自助服务终端上通过语音进行咨询问答的服务;师生在操作过程中,系统自动通过语音方式提醒用户操作每一个步骤,完成操作后,可通过语音方式提醒学生注销退出系统、取卡等事项。
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