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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
二乙基二硫代氨基甲酸钠在制备用于防治由植物病原菌引起的植物病害的杀菌剂中的应用
本发明公开了二乙基二硫代氨基甲酸钠在制备用于防治由植物病原菌引起的植物病害的杀菌剂中的应用,本发明通过室内毒力测定,证明了二乙基二硫代氨基甲酸钠对植物病原真菌具有良好的抑制活性。传统的杀菌剂对环境的污染大、残留高,并且直接威胁着食品安全。大量杀菌剂的使用,导致病原菌的抗药性增强,本发明首次提出将二乙基二硫代氨基甲酸钠作为杀菌剂,具有高效和低毒的优点,适合于植物病害化学防治的要求。二乙基二硫代氨基甲
青岛农业大学 2021-01-12
一种植物组织培养育苗的炼苗装置
本实用新型公开了一种可移动的植物组织培养育苗的炼苗装置,该炼苗装置包括炼苗框架、由若干层隔板将炼苗框架分割成若干放置组培苗的炼苗室和安装在炼苗框架外侧的炼苗窗组成。本实用新型的可移动的组培苗炼苗装置运行稳定,具有防雨、调整光强度、试管苗受光均匀、随意移动等功能,不受炼苗场地的影响,本炼苗装置可以随时调整试管苗受光面,摆放试管苗时可以在瓶与瓶之间不留空隙,因而提高了炼苗空间的利用率,缩短了炼苗时间,提高了炼苗效率。
北京林业大学 2021-02-01
一种植物磷转运蛋白及其编码基因和应用
本发明公开了蛋白质nog1在调控植物产量和/或穗粒数中的应用。所述蛋白质nog1为氨基酸序列是序列表中序列2所示的蛋白质;所述产量为单株产量;所述穗粒数为主茎穗粒数。实验证明,向Guichao 2中导入抑制所述蛋白质nog1表达的物质,得到转基因植物乙;与Guichao 2相比,转基因植物乙的单株产量减少和/或主茎穗粒数减少。将编码蛋白质nog1的核酸分子导入SIL176中,得到转基因植物甲;与SIL176相比,转基因植物甲的单株产量增加和/或主茎穗粒数增加。因此,蛋白质nog1对调控水稻产量和穗粒数具有非常重要的作用。
中国农业大学 2021-04-11
一种植物组织培养育苗的炼苗装置
项目成果/简介:本实用新型公开了一种可移动的植物组织培养育苗的炼苗装置,该炼苗装置包括炼苗框架、由若干层隔板将炼苗框架分割成若干放置组培苗的炼苗室和安装在炼苗框架外侧的炼苗窗组成。本实用新型的可移动的组培苗炼苗装置运行稳定,具有防雨、调整光强度、试管苗受光均匀、随意移动等功能,不受炼苗场地的影响,本炼苗装置可以随时调整试管苗受光面,摆放试管苗时可以在瓶与瓶之间不留空隙,因而提高了炼苗空间的利用率,缩短了炼苗时间,提高了炼苗效率。
北京林业大学 2021-04-11
基于多光谱图像的植物叶片水分含量的检测方法及系统
本发明公开了一种基于多光谱图像的植物叶片水分含量的检测方法及系统,检测方法包括以下步骤:a、获取样本植物叶片的绿光波段、红光波段和近红外波段的单色图像;b、获取单色图像的灰度信息,并获取所述样本植物叶片的灰度纹理特征量;c、将灰度信息转化为样本植物叶片的反射率信息,通过反射率信息获取叶片植被指数值;d、以灰度纹理特征量和叶片植被指数值为输入向量,以样本植物叶片的实测水分含量值为输出向量,建立模型;e、按照步骤a~c的操作获取待测植物叶片的灰度纹理特征量和叶片植被指数值,带入步骤d中模型,即得待测植物叶片的水分含量值。该方法能够实现对植物叶片的水分含量进行准确、快速、无损、实时的检测。
浙江大学 2021-04-11
植物应答温度和高盐胁迫基因的挖掘和调控机制研究
高温、低温和盐碱胁迫已成为限制作物生产和植物生长发育的重要环境因子。本项目历时14年,以重要作物棉花和模式植物拟南芥为材料,将基因挖掘、机理探索与利用紧密结合,分离鉴定了多个温度和高盐胁迫应答基因、高效特异表达启动子及基因表达调控元件,探讨了其调控机制,为作物遗传改良提供了新基因资源和理论支撑。①发现了高温诱导的miRNA可变剪切新机制,探讨了低温胁迫下GhDREB1与激素的调控关系,为阐明植物应答温度胁迫的分子机理提供了新证据。②解析了GhZFP1、GhMT3a和GhNHX1等基因在植物高盐胁迫适应中通过调节Na+积累和清除活性氧发挥作用,为作物抗逆品种改良提供了重要基因资源。③发掘并鉴定了植物组织特异高效启动子和调控元件,阐明了核基质结合序列在提高遗传转化效率和转基因表达水平方面的作用,为植物遗传转化提供了有效表达载体。本成果在Molecular Cell等国内外学术刊物发表论文71篇,其中SCI论文62篇;总影响因子235,影响因子5以上论文15篇,单篇最高影响因子15.28,他引总计2227次。高温诱导的miRNA可变剪切阐明了环境胁迫与植物miRNA加工的调控关系,是本领域研究的重大发现,在国内外产生了较大影响,为提升我国在该领域研究的国际影响力发挥了积极作用。
山东农业大学 2021-04-23
一种用于克隆植物相连分株遮光处理的培养装置
本实用新型涉及植物培养装置技术领域,具体涉及了一种用于克隆植物相连分株遮光处理的培养装置,包括相互配合的遮光盖体和遮光盒体,所述遮光盒体包括遮光上盒体和遮光下盒体,所述遮光上盒体与所述遮光下盒体活动连接,且所述遮光上盒体与所述遮光下盒体一面有活动连接,其余三面之一可开有缝隙,所述遮光盖体的下沿位于所述缝隙下侧。本实用新型提供的一种用于克隆植物相连分株遮光处理的培养装置,遮光盖体可随时取下,遮光上盒
青岛农业大学 2021-01-12
一种具有植物营养作用的复合材料及其工艺
本发明涉及一种具有植物营养作用与结构强度的复合材料及工艺。由泥炭 40-60%; 固化剂 10-30%;吸附剂 10-30%;营养添加剂 5-10%;附加剂 0-1%组成。泥炭除水破碎后, 按上述重量百分比称量好。在泥炭中加入吸附剂、营养添加剂、附加剂和固化剂拌匀, 制成本发明的复合材料。最后,或运到使用现场或预制库存。前者为运到现场压制成型, 填入种籽,铺设使用。后者为在生产地压制成型,固化后填入种籽,入库贮存。也可制 成涂敷的浆料,直接涂敷在各种造型表层,填埋种籽立体绿化。本发明工艺简单成本低, 具有植物营养作用和一定结构强度及与建筑物表面有亲和兼容性,可广泛应用于退化草 原、林地、沙漠和盐碱地等的改造,也可用于立体农业、无土栽培、人工造型绿化等。
同济大学 2021-04-13
硬脂酰乙醇胺在提高植物灰霉病抗性中的应用
本发明公开了硬脂酰乙醇胺在提高植物灰霉病抗性中的应用以及在制备提高植物灰霉病抗性的制剂中的应用。本发明以硬脂酰乙醇胺为主要有效成分制备的制剂,通过诱导植物体内的茉莉酸以及乙烯的信号路径,可显著增强植物对灰霉病的抗性,减少因灰霉病给植株带来的经济损失。采用本发明制剂防治植物灰霉病简单易行,成本较低,可显著延迟和抑制灰葡萄孢病原菌在叶片上的生长及病害的扩散,大大提高了植株对灰霉病的抗性。
浙江大学 2021-04-13
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