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。

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产品详细介绍 整体功能特点 结构化安装：安装更加高效、简便，连接处采用防松螺母。 布线美观：布线更加整齐、方便，整体美观度大大提升。 固件升级：主控器支持固件升级、伺服马达支持内部固件升级。   基本参数 自由度数量：16 尺寸：489x356x 66mm(横高x身高x 体宽) 材质（结构件）：铝合金 直流供电：7.4V高倍率锂电池组（推荐7 V-9V DC） 控制方式：用户自主编程控制（可无线遥控、多机同步启动等） 调试与下载端口：Mini USB 保护设计: 短路保护、电量检测与报警 内部传感器: 声音传感器、2.4G高速通讯模块、3D加速度传感器   伺服马达 控制范围：0-359度控制（带数字反馈） 输入电压：4-9V DC 电流：0-2.2 A 力矩：12Kgf·cm 减速比：1：307 齿轮：高强度金属齿、传动效率高 外壳：高硬度环保材料 寿命:>10万Cycle(5kgf·cm下测得) 信号模式：串行命令模式和传统PWM模式 保护功能：过流、短路保护、过压保护、过热保护 特色功能：伺服马达支持内部固件升级 应用方式：舵机控制方式、减速电机控制方式、编码电机控制方式 接线方式：两边侧面各有一个输入/输出口，用于连接上一级与下一级伺服马达（串行连接方式）   3D人型伺服软件 基于微软.net平台+NXA3.1(微软3D开发平台)开发； 图形化编程与代码编程方式相结合，满足不同层次使用者的需求； 支持在线调试与仿真、支持三维与实体同步仿真、支持与传感器结合编程，扩展功能强大； 带偏差修正功能与常用动作库、程序一致性好、调试方便快捷。 通过调整机器人的动作，可以同时在虚拟和实体中仿真机器人动作，调整伺服马达角度的同时，软件会根据马达调整的角度来进行相应的矫正。

产品详细介绍 MMW-1A组态控制万能摩擦磨损试验机 1、性能特点：         该机引入过程控制原理，将工业控制计算机与组态软件技术、网络技术紧密结合；并采用一体化的结构设计，将嵌入式工业控制计算机、组态软件、采集模块、执行器组合在一个框架内，完成对整个试验过程的控制，所有的试验操作都能在计算机主界面中进行，是国内首次应用该项技术的摩擦磨损试验机，具有组态控制方式灵活、摩擦副种类多、调速范围大、能够模拟高温环境，自动化程度高、使用调整方便的特点。 2、适用范围：         该机在一定的接触压力下，能够模拟滚动、滑动或滑滚复合运动，具有多种摩擦副，能够完成点、线、面摩擦模拟试验。可用来评定润滑剂、金属、塑料、涂层、橡胶、陶瓷等材料的摩擦磨损性能。既能满足传统石化行业用户研制、开发、检测各种中高档系列液压油、内燃机油、齿轮机油的需求，又能满足新兴材料开发、新工艺研究用户进行模拟评定测试的需求。 3、主要技术经济指标   序号 项目 技术指标 1 试验力工作范围 10～1000N（无级可调） 2 试验力示值相对误差 ±1% 3 摩擦力矩测量范围 2.5N.m 4 摩擦力矩示值相对误差 ±2% 5 主轴转速范围 1～2000r/min 6 使用减速装置时： 0.05～20r/min 7 试验介质 油、水、泥浆、磨料等 8 温度控制范围 室温～300℃ 9 试验机主轴与下副盘最大距离 ＞75mm 10 时间控制范围 10s～9999min 11 计算机及数据处理系统      使用工业控制计算机及组态软件，实现对整机和试验过程的全程控制，实时显示各种参数，自动记录摩擦力—时间曲线和温度—时间曲线

产品详细介绍整套装置采用模块化设计，实验内容丰富，结构科学合理，用实验模块模拟了多种采用PLC控制的电气系统.适用在电气自动化、自动控制、机电一体化等专业的配套教学实验.既可以做教材章节后的例行实验，也可用于学期末的课程设计和毕业设计。(1)PLC主机：三菱FX2N-48MR。(2)模拟实验模块：利用开关、按钮、LED各色发光管、LED数码管、指示灯、接触器、继电器、蜂鸣器等电气元件构成，即可进行模拟实验指令训练，也可以带电机负载进行实训操作.可采用其他类型PLC主机进行控制。(3)编程工具：便携式编程器、个人电脑。(4)编程方式：指令表、梯形图、SFC语言。

高氮不锈钢是近年来随着冶金科技进步出现的一种新型工程材料，具备高强度，良好的韧性、优异的耐磨性、耐腐蚀性能等优异的性能，大幅提高武器装备在海洋、空中、地下及其它恶劣环境下的抗腐蚀及“三防”能力，可广泛用于高抗打击能力、高隐蔽性能、高压与深潜、高抗腐蚀性、耐磨耐高温及减少维护的军工重要产品及基础设施等国防军工领域。超高强度高品质高氮不锈钢，具有超高强度、硬度和优异的耐蚀性能，在航空航天材料和军用装备中具有广阔的应用前景。

2019年上海市技术发明特等奖 燃料电池“高功率密度、大功率输出、长寿命运行、低成本制造”是长期制约燃料电池汽车规模化推广的国际难题，变革燃料电池核心部件，采用金属双极板替代现有石墨双极板，是破解难题的有效途径。上海交通大学来新民教授团队历经十余年研发，与上汽集团、新源动力、上海治臻等企业开展产学研合作，发明了薄型金属双极板设计与制造新方法、新工艺和新装备。主要发明如下： 1、提出了“岛群-流道”复合的大规模并联流场均匀分流原理，解决了现有叉分流道分流的过约束问题，创建了错层密封的冲压单极板背对背焊合方法，发明了薄型金属双极板“两板三场”新构型。 2、揭示了大面积超薄板细密流道的成形回弹及焊接变形规律，建立了细密流场成形及焊接的残余应力分析模型，发明了极板多步成形误差补偿与激光焊接变形抑制技术。 3、提出了“非晶碳耐蚀-石墨微晶导电”的涂层性能综合原理，探明了石墨微晶纵向生长机制；提出了非晶碳沉积过程伴生石墨微晶生长的控制方法，发明了非晶-微晶复合涂层及其磁控溅射制备技术。 4、发明了耐蚀导电复合涂层的多腔连续磁控溅射等工艺装备，研制了融合多步成形-多工位焊接-多腔溅射的金属双极板生产装备系统，创建了我国首条金属双极板批量化生产线。 本项目获授权中国发明专利37项，申请PCT专利5项，牵头和参与制订国家标准13项，发表SCI论文91篇(全球双极板主题论文数第一)。开发的金属极板在国内率先通过5000小时车载工况寿命考核，在国内金属极板市场上占主导地位；成果应用于我国首辆金属极板燃料电池轿车与客车、首个上汽P390型115kW车用全功率电堆开发，为上汽、东风、长城等国内金属极板燃料电池汽车开发提供了自主可控的核心技术。 金属双极板 金属双极板连续冲压成形   金属双极板多工位连续激光焊接 金属双极板多腔连续磁控溅射工艺装备 金属双极板生产

成果描述：聚乙烯醇缩丁醛树脂（Polyvinyl Butyral，简称PVB），是由聚乙烯醇树脂（PVA）在催化剂存在下和正丁醛进行缩聚反应得到功能性树脂。 聚乙烯醇缩丁醛树脂分为低粘和高粘两类，低粘度PVB主要用于制备一般的薄膜、粘结剂、涂料、纸张处理、陶瓷等领域；高粘聚乙烯醇缩丁醛树脂PVB主要用于汽车、飞机、高层建筑玻璃幕墙、潜艇等用安全玻璃的夹层材料，可以在保持良好透光性的前提下提高安全玻璃的抗冲击性性能。 本成果在高品质PVB树脂的合成技术的研究开发上进行了卓有成效的工作，应用新型高效混合剪切反应技术、洗液/滤液循环利用技术、无乳缩醛化反应技术和新型高效强制外循环缩醛化反应器成功地解决了现阶段国内PVB树脂普遍存在的问题，改善了高分子链条微观结构，避免高分子链条间的交联，使缩醛度更高更均匀，由此树脂制得的膜片具有高透光率和低雾度等光学性能，完全可以满足安全玻璃中间膜的需要。 同时，该技术成果避免了传统工艺上的低温反应，可以使初始反应温度从20℃开始，避免了使用冷冻带来的高能耗。且工艺过程大大提高了丁醛利用率，降低了生产成本，适合工业化转化。市场前景分析：聚乙烯醇缩丁醛树脂分为低粘和高粘两类，低粘度PVB主要用于制备一般的薄膜、粘结剂、涂料、纸张处理、陶瓷等领域；高粘聚乙烯醇缩丁醛树脂PVB主要用于汽车、飞机、高层建筑玻璃幕墙、潜艇等用安全玻璃的夹层材料，可以在保持良好透光性的前提下提高安全玻璃的抗冲击性性能。 目前，世界上生产高品质聚乙烯醇缩丁醛树脂的公司主要集中在美国、日本和西欧等经济发达地区， 主要是美国首诺公司( SOLUTION) 、杜邦公司(DUPONT) 、日本积水化学工业公司( SEKESUI) 和德国佳氏福公司( TROSIFOL) 。 我国聚乙烯醇缩丁醛树脂及膜片的生产企业大概有十余家，树脂总生产能力达到40000吨/年，膜片总生产能力达到35000吨/年。但其中低粘度聚乙烯醇缩丁醛树脂占80%以上，安全玻璃用高粘度产品（包括回收国外废PVB料）不到10%，且品质和国外相比还存在较大差距，主要表现在：颜色发黄、酸值偏高、缩醛度较低（国内一般70%以下，国外可以达到80%以上），透明度、雾度和柔软性较差等等，每年需要直接从国外进口高粘度高品质的PVB树脂和膜片，以满足国内汽车工业和建筑工业的发展所需。 对于国内需求量来说，现在低端产品市场已趋于饱和，但中高端产品市场仍供不应求，许多高端产品仍需从国外大量进口。目前国内仅汽车工业对安全玻璃用的高粘度聚乙烯醇缩丁醛树脂需求在1.5万吨/年，且年增长率大约在15%-20%左右，市场发展前景广阔。与同类成果相比的优势分析：以500吨/年的规模计算，该项目的投资额大致在1300万元左右（其中100万元为流动资金）。据可行性分析计算，聚乙烯醇缩丁醛树脂的直接生产成本为1.43万元/吨，车间成本为2.046万元/吨，工厂成本为2.68万元/吨，销售成本为2.71万元/吨。现目前该产品的市场售价为3.3万元/吨。企业的年纯利润为220.76万元，净投资收益率为16.98%。 国际先进。

项目成果/简介:2019年上海市技术发明特等奖燃料电池“高功率密度、大功率输出、长寿命运行、低成本制造”是长期制约燃料电池汽车规模化推广的国际难题，变革燃料电池核心部件，采用金属双极板替代现有石墨双极板，是破解难题的有效途径。上海交通大学来新民教授团队历经十余年研发，与上汽集团、新源动力、上海治臻等企业开展产学研合作，发明了薄型金属双极板设计与制造新方法、新工艺和新装备。主要发明如下：1、提出了“岛群-流道”复合的大规模并联流场均匀分流原理，解决了现有叉分流道分流的过约束问题，创建了错层密封的冲压单极板背对背焊合方法，发明了薄型金属双极板“两板三场”新构型。2、揭示了大面积超薄板细密流道的成形回弹及焊接变形规律，建立了细密流场成形及焊接的残余应力分析模型，发明了极板多步成形误差补偿与激光焊接变形抑制技术。3、提出了“非晶碳耐蚀-石墨微晶导电”的涂层性能综合原理，探明了石墨微晶纵向生长机制；提出了非晶碳沉积过程伴生石墨微晶生长的控制方法，发明了非晶-微晶复合涂层及其磁控溅射制备技术。4、发明了耐蚀导电复合涂层的多腔连续磁控溅射等工艺装备，研制了融合多步成形-多工位焊接-多腔溅射的金属双极板生产装备系统，创建了我国首条金属双极板批量化生产线。本项目获授权中国发明专利37项，申请PCT专利5项，牵头和参与制订国家标准13项，发表SCI论文91篇(全球双极板主题论文数第一)。开发的金属极板在国内率先通过5000小时车载工况寿命考核，在国内金属极板市场上占主导地位；成果应用于我国首辆金属极板燃料电池轿车与客车、首个上汽P390型115kW车用全功率电堆开发，为上汽、东风、长城等国内金属极板燃料电池汽车开发提供了自主可控的核心技术。金属双极板金属双极板连续冲压成形 金属双极板多工位连续激光焊接金属双极板多腔连续磁控溅射工艺装备金属双极板生产知识产权类型:发明专利 、 其他技术先进程度:达到国内领先水平成果获得方式:独立研究获得政府支持情况:国家级计划/专项类别:国家高技术研究发展计划、上海市科技创新行动重大项目等