成果与项目的背景及主要用途： 本成果可以帮助企业降低生产成本，提高经济效益和市场竞争能力。其技术 途径是通过系统优化，降低企业的用能及原材料消耗，进而降低成本。可以起到 节能、减排、增效、降耗的综合效果。 本成果以化工原理、化工热力学、化工系统工程的原理和方法为基础，以计 算机模拟、过程集成为技术手段，着眼于整个系统的优化，可以显著降低企业的 能量消耗和物料消耗，降低生产成本。其特点是使用成熟设备的优化组合及优化 操作，通过加工过程的合理化及能量发生、利用、回收、输送的合理化达到节能、 降耗、增效、减排的目的，技术成熟可靠。 大多数节能工作着眼于局部。例如，低温热回收只着眼于低温热怎样回收， 本成果则通过系统优化设法将低温热降到最低，然后再考虑其回收；根据能量守 恒定律，低温热的降低，必然带来外部能量供应的降低，因而，可以显著降低外 部能来能量消耗，同时，将低温热回收系统的负荷降到最低。再如，精馏系统的 20天津大学科技成果选编 21 能量优化，单纯考虑精馏塔系统节能是一个局部优化，但是，从整个装置的角度 考虑精馏塔系统的能量优化则是一个整体优化，整体优化的节能效果会更显著。 随着过程系统工程和热力学分析两大理论的发展及其相互结合与渗透，产生 了过程系统节能的理论和方法，把节能工作推上了一个新的高度。 主要包括： 1. 化工装置潜力分析与瓶颈诊断 2. 工艺系统优化 3. 化工能量系统分析与集成优化 4 Total Site 能量系统优化 该技术成果适用于各类过程工业过程，包括石油化工、煤化工、精细化工、 食品化工、制药过程、钢铁、电力等，技术成熟可靠，没有风险，投资回收期可 控制在 1 年以内，也可根据工厂要求控制在 3 年以内。 技术原理与工艺流程简介： （1） 化工装置潜力分析与瓶颈诊断 采用数学及计算机技术对现场采集的数据进行分析，修正模型参数，建立与 现场操作数据基本吻合的机理模型，寻求对工艺及设备的深刻理解，诊断系统及 设备的潜力和瓶颈。 通过计算机模拟与标定计算，诊断装置与设备的潜力及存在的瓶颈因素，通 过少量的改造或操作优化，实现装置扩产或节能。 （2） 工艺系统优化 反应系统：采用夹点技术，有效利用反应热。对于吸热反应，则实现有效供 热。 精馏系统：优化精馏塔序列及回流比、采出量，采用夹点技术实现精馏塔内 部及外部能量系统的集成优化，以及多效精馏、热泵精馏、隔壁精馏等技术的优 化运用。 换热网络优化：通过夹点技术分析节能潜力，优化换热网络。对冷系统和热 系统采用。 设备强化：采用计算机模拟技术优化工艺操作及设备选型，通过选用高效分天津大学科技成果选编 离、换热、蒸汽回收装置实现设备强化。设备强化同时带来最小换热温差的变化， 进而，通过夹点技术，实现设备强化后的反应系统、精馏系统及换热网络的再优 化。部分装置的优化效果可达 40%以上。本技术若用于工艺包效果会更好。 （3） 化工能量系统分析与集成优化 含换热网络优化和蒸汽动力系统优化二项内容。通过夹点分析和换热网络优 化技术，实现对用热及用冷过程的优化，对新过程，一般可节能 2040%，对已 有过程，一般可节能 1030%。蒸汽动力系统优化含锅炉系统，蒸汽储能，热电 联产，燃料系统等的优化，节能效果在 1030%范围。 （4） Total Site 能量系统优化 以夹点技术为核心，从各装置的工艺优化入手，首先实现能量需求侧的优化， 然后对各装置进行夹点分析和换热网络优化，使能量回收达到最优，然后考虑各 装置之间的能量优化，最后是公用工程系统的能量优化。最终，做到全系统的能 量优化。Total Site 能量系统优化是工厂能量优化的最佳解决方案，可显著提高 系统能效。 技术水平及专利与获奖情况： 该技术具有近 30 年的研究历史，数千套装置的工业实践，是美国国家能源 署首推的过程工业节能减排先进技术。 本项目组自 2008 年与英国曼彻斯特大学过程集成中心（CPI）展开合作，在 近 20 年过程模拟优化研究基础上，消化吸收 CPI 的过程集成技术，经过 10 余个 工厂，近 30 套不同工业装置（涉及石油化工、煤化工、精细化工、食品工业、 制药工业、电力等过程）的工业实践，积累了丰富经验。 优化过的典型工业过程有： 20 万吨/年二甲醚装置优化 60 万吨/年煤制甲醇过程优化 10 万吨/年水玻璃生产过程优化 10 万吨/年白炭黑生产过程优化 2 万吨/年大豆制油过程优化 2 万吨/年大豆蛋白生产过程优化 22天津大学科技成果选编 120 万方/天天然气处理过程优化 150 万吨/年常减压装置优化 20 万吨/年催化裂化装置优化 4 万吨/年气分及 MTBE 装置优化 2 万吨/年 HFC125 装置优化 应用前景分析及效益预测： 系统优化的目标是降低能耗和企业的生产成本，同时，带来节能减排的社会 效益。 节能减排势在必行，系统优化是帮助企业提高技术水平，实现节能减排的有 效技术途径。 应用领域：石油化工、煤化工、精细化工、食品、制药、电力等行业 合作方式及条件：面议

本成果可以帮助企业降低生产成本，提高经济效益和市场竞争能力。其技术途径是通过系统优化，降低企业的用能及原材料消耗，进而降低成本。可以起到节能、减排、增效、降耗的综合效果。本成果以化工原理、化工热力学、化工系统工程的原理和方法为基础，以计算机模拟、过程集成为技术手段，着眼于整个系统的优化，可以显著降低企业的能量消耗和物料消耗，降低生产成本。其特点是使用成熟设备的优化组合及优化操作，通过加工过程的合理化及能量发生、利用、回收、输送的合理化达到节能、降耗、增效、减排的目的，技术成熟可靠。大多数节能工作着眼于局部。例如，低温热回收只着眼于低温热怎样回收，本成果则通过系统优化设法将低温热降到最低，然后再考虑其回收；根据能量守恒定律，低温热的降低，必然带来外部能量供应的降低，因而，可以显著降低外部能来能量消耗，同时，将低温热回收系统的负荷降到最低。再如，精馏系统的能量优化，单纯考虑精馏塔系统节能是一个局部优化，但是，从整个装置的角度考虑精馏塔系统的能量优化则是一个整体优化，整体优化的节能效果会更显著。随着过程系统工程和热力学分析两大理论的发展及其相互结合与渗透，产生了过程系统节能的理论和方法，把节能工作推上了一个新的高度。主要包括：1. 化工装置潜力分析与瓶颈诊断2. 工艺系统优化3. 化工能量系统分析与集成优化4 Total Site能量系统优化该技术成果适用于各类过程工业过程，包括石油化工、煤化工、精细化工、食品化工、制药过程、钢铁、电力等，技术成熟可靠，没有风险，投资回收期可控制在1年以内，也可根据工厂要求控制在3年以内

苯乙烯单体是一种重要的有机化工原料，主要用于聚苯乙烯(PS)、ABS树脂、丁苯橡胶、 不饱和树脂等产品的生产。相对来说国内苯乙烯生产装置规模偏小，优化运行技术在苯乙烯行 业的应用相对落后，缺乏国际竞争力。为了改变这一现状，本项目综合应用化学工程技术、建 模技术、计算机应用技术、数据分析处理技术及优化技术，针对乙苯脱氢制苯乙烯工业生产装 置的实际情况，开展烷基化制乙苯过程的机理建模、烷基化产物精馏过程的机理建模、乙苯脱 氢制苯乙烯反应过程的机理建模、乙苯脱氢制苯乙烯产物精馏过程的机理建模、以及基于上述 模型的工业装置关键工艺参数操作特性研究，完成苯乙烯装置在线优化运行技术的研发；并通 过工业装置实际应用，在满足装置约束的前提下，使得生产装置更加接近于约束边界的条件运 行，实现装置运行过程中物耗和能耗的降低与生产效益的最大化。此外，开发了优化系统的界 面，操作人员在浏览器端就可以按要求输入优化系统所需的参数，提交完毕后，优化系统会根 据输入的参数计算出优化值。根据系统给出的优化操作值，调整现场的相关参数指导了苯乙烯 全流程的调优，实现了装置的节能降耗。 该项目在齐鲁石化20万吨/年乙苯/苯乙烯装置上实施以后，烷基化反应产物分离过程蒸汽 消耗降低了2.7%，乙苯脱氢反应过程蒸汽消耗降低了2.6%，脱氢反应产物分离过程蒸汽消耗降 低了2.1%，综合能耗降低2.3%，各项技术和经济指标达到了令人满意的效果，经过技术科经济 核算，可净创直接经济效益425.6万元/年。

随着全球变暖和能源危机加剧，节能减排越来越受到关注。大型流程加工工业能量消耗甚巨，所以对其进行过程用能诊断，找出用能不合理的环节，通过能量集成是同时节约能源和减少排放的有效途径。探讨在过程工业企业等生产过程中如何更有效地利用能源，如何使过程中产生的各种废物和副产品得到最大限度地回收利用，如何使整个生产过程产生最小的污染并把过程对环境和生态的影响降到最小，是本研究项目的主要目标。 本项目根据流程加工过程企业实际流程和运行数据，利用ASPEN PLUS软件模拟整个过程。根据模拟结果分析系统运行性能和主要设备能量利用率。基于能量平衡与火用分析理论确定系统用能不合理的环节。基于整厂能量集成思想，利用多目标遗传算法（GA）和关联向量机（RSVM）对能量优化利用和变工况操作范围进行探讨。依据分析结果，提出多化工流程、余热回收单元和公用工程管网相耦合的新型节能系统。最后针对改进系统，进行能量优化评价、减排效果评价、改造设计和经济性分析。 本课题组在本项目的应用方面，在多家石油化工和化工厂开展了系统用能诊断与能量优化的研究工作，为工厂节能改造提供了优化方案，实现了节能减排增效的目的。本项目适合在石油化工、化工、冶金、造纸等企业应用

解决奥氏体不锈钢、高强度钢和超高强度钢、钛合金及镍基合金的切削加工难题，优化加工工艺方案，包括刀具的结构与参数优选，切削参数的选择与优化，工艺路线的确定，冷却润滑方案的制定等，提高加工效率与经济效益。主要内容包括：（1）刀具的选型及结构优化 根据被加工材料的物理力学特性，选择合理的刀具材料及结构，进行下列工作：①不同涂层材料切削仿真对比；②不同刀具角度的切削仿真对比；③不同刃型的切削仿真对比，主要考察直线刃、圆弧刃、倒棱、修光刃等单一刃型及复合刃型对切削结果的影响规律。

轿车车身是轿车的重要组成部分，是整个轿车零部件的载体，其重量和制造成本约 占整车的 40%～60%，它通常由 300～500 多个具有复杂空间曲面的薄板冲压零件，由 55～75 个装配站在生产线上大批量、快节奏地焊装而成，装夹定位点多达 1700～2500 个，焊点多达 4000～5000 个，因此中间环节众多，给白车身的工艺及生产线的规划和 设计带来很大的困难。目前，白车身的工艺整体布局和设计仍然依靠人工凭经验设计， 其设计思想，设计手段仍相当落后，使白车身生产线的规划设计不得不花费大量外汇， 依靠国外来设计规划，不适应我国汽车工业的发展。利用开发的“白车身工艺规划和设 计系统”，可以在计算机上完成白车身的工艺规划和设计工作，解决白车身的拼焊工艺 的设计、生产过程信息管理和生产线规划等一系列问题，把可能发生巨额损失的可能性 降到最低限度，它产生的经济效益是不可估量的。 白车身工艺规划和设计系统是一个复杂而庞大的系统，为整个白车身制造系统提供 用于制造工艺设计、规划、管理和优化的完整的协同工作环境。涉及到人、计算机软硬 件、生产环境等等因素，实现白车身的制造过程管理。 应用说明： 工艺过程设计是把产品的设计信息转化为制造信息。计算机辅助工艺设计利用在计 算机内存储的大量工艺设计信息来进行的工艺过程设计。它的基本原理正是基于人工设 计的过程及需要解决的问题而提出的。通过利用建立的产品零件信息的数据库；制造资 源、工艺参数等以适当的形式建立制造资源和工艺参数库；工艺知识方法库；能够充分 的利用和共享工艺人员的工艺经验、工艺知识，使工艺人员无需重复查阅各种手册和规 范，充分利用标准工艺方法和工艺经验生成新的工艺过程，快速制定工艺文件。

集成电路制造工艺虚拟仿真是模拟实际工厂，对集成电路产业的晶圆制造、芯片制造和封装制造工艺，与真实生产操作环境和工艺环境下的虚拟现实仿真。

本项技术融合3D打印、半固态快锻、柔性机器人3项重大技术，将金属增材-等材-减材合三为一，实现3D打印锻态等轴细晶化、高均匀致密度、高强韧、形状复杂的金属锻件，全面提高金属制件强度、韧性、疲劳寿命及可靠性，解决锻件增材制造世界性难题。

目前国内由于电费、废钢昂贵，电炉一般需要添加铁水才能保证其经济性，添加铁水量受到铁水供应的影响，较难保证铁水兑入比例的稳定性。采用全废钢冶炼时，各个钢厂都有固定的供氧、供电、造渣制度，冶炼节奏稳定。但添加铁水，尤其是铁水兑入比例不稳定，导致冶炼工艺不容易掌握，电炉炉长对工艺的理解不够，全凭经验操作，冶炼指标受到极大影响。主要体现在：冶炼周期长、电耗高，石灰、氧气、天然气等辅料消耗高。以某厂 110t 超高功率电炉为例：在工艺优化前，电炉兑入铁水比例在 40%

技术人才：智能制造、氢能源相关专业，研究生及以上学历，10年以上研发经验，能够指导产品研发。