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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
EFL-GM系列生物墨水及生物3D打印机
浙江大学 2021-05-10
利用可再生生物质资源制备PBS类生物可降解材料
我省沿海地区生物质资源丰富,开发利用各类生物质资源用于制备PBS类生物可降解材料,将有力地推动我省生物基聚酯技术的进步,不仅符合科技创新的精神与节能减排的要求,而且将引领生物经济的潮流,而且将力争为我省循环经济的发展和绿色GDP增长作出贡献。本项目旨在开发利用可再生生物质资源厌氧发酵固定二氧化碳生产丁二酸的新型生产工艺与方法,制备满足聚合工艺和技术要求的丁二酸单体,在此基础之上,进一步开展丁二酸/丁二元醇的直接聚合、再以反应挤出工艺制备PBS类聚酯。南京工业大学科研人员经过不懈的努力,在生物基丁二酸及PBS类聚酯的生物制造研究方面取得了重大突破,技术水平居于国内领先、国际先进水平。课题组筛选获得一株具有自主知识产权的丁二酸生产菌株,可以利用玉米粉以及玉米秸秆、玉米芯等生物质水解液作为碳源,目前已建立一条年产500吨丁二酸的生产线。以上述生物基丁二酸为原料合成了重均分子量为100,000的PBS,以及重均分子量为120,000的PBTS材料。PBS与PBTS的制备已成功完成了50 L釜的中试研究。
南京工业大学 2021-04-13
强化淹没生物膜活性污泥复合生物处理工艺
在国际水科学院终身院士王宝贞教授主持下,哈尔滨工业大学(深圳研究生院与水污染控制研究中心)自主研发成功国内外首创的专利技术——强化淹没生物膜-活性污泥复合生物处理工艺(简称EHYBFAS工艺,专利号200620017991.5)。参与研发人员主要有:金文标、曹向东、王淑梅,以及哈工大深圳研究生院2005级部分研究生、2006级部分研究生。该技术不仅实现了污泥停留时间跟水力停留时间的分离,且实现了悬浮态活性污泥的停留时间与附
哈尔滨工业大学 2021-04-14
微生物/生物技术/海洋/特种药物研究NMT工作站
“NMT界乔布斯”许越先生推荐创新平台 中关村NMT产业联盟推介成员单位创新产品 “生物安全,人人有责” 推出背景: 在国际竞争白热化,战争形态多样化的今天,生物安全已成为国家安全的重要组成部分,为积极应对这一挑战,2019年10月,生物安全法草案于首次提请十三届全国人大常委会第十四次会议审议。本次新冠肺炎疫情的爆发,让各界更加意识到,生物安全对于确保国家安全、保障社会稳定、人民群众生命安全和身体健康的重要性。 国家安全就是国家竞争,归根结底又是科技实力的竞争!因此,作为中国的高新技术企业,中关村NMT联盟的会员单位,旭月(北京)科技有限公司利用20多年的技术积累,以NMT:非损伤微测技术为底层核心技术,迅速推出了与国家生物安全相关多种检验,监测仪器设备,以及适用于多个学科及领域的研发平台: 《NMT生物安全创新平台》特制系列产品!   应对挑战: 1)微生物检测:微生物的生长繁殖及代谢过程,为微生物的药物研究提供了方向,NMT对微生物如细菌、真菌、微藻的分、离子流速检测,能够快速确定微生物生长过程中的产物,有效地对微生物药物进行确定及筛选。 2) 安全性:NMT是用于研究活体材料的生理环境,其所检测的Na+、H+、K+、Cl-等与细胞能量代谢、细胞凋亡、细胞形态维持等生理过程直接相关。 分类及用途: 1)《微生物药物研究NMT工作站》(型号:NMT-MDR-100) 基于底层核心NMT技术,以及成熟的技术解决方案,让科研人员可以马上投入相关科研创新工作。   2)《微生物药物研究NMT工作站》(型号:NMT-MDR-200) 基于底层核心NMT技术,结合自身科研兴趣,以及其它相关技术参数,在我方技术人员协助下形成技术解决方案,让科研人员建立更具独有创新特色的实验平台。   《微生物药物研究NMT工作站》(型号:NMT-MDR-100) 应对挑战: 1)微生物检测:微生物的生长繁殖及代谢过程,为微生物的药物研究提供了方向,NMT对微生物如细菌、真菌、微藻的分、离子流速检测,能够快速确定微生物生长过程中的产物,有效地对微生物药物进行确定及筛选。 2) 安全性:NMT是用于研究活体材料的生理环境,其所检测的Na+、H+、K+、Cl-等与细胞能量代谢、细胞凋亡、细胞形态维持等生理过程直接相关。 用途: 基于底层核心NMT技术,以及成熟的技术解决方案,让科研人员可以马上投入相关科研创新工作。   参数: 1.基本功能: 1.1针对微生物药物研究设计 1.2活体、原位、非损伤检测 1.3可检测指标:H+、K+、Na+、NH4+、Ca2+、Mg2+、Cl-、O2、H2O2 2.性能: 2.1自动化操作 2.2长时间实时和动态监测 2.3无需标记 2.4立体3D流速检测 3.软件: 3.1imFluxes智能软件,可直接检测、输出离子分子的浓度与流速 《微生物药物研究NMT工作站》(型号:NMT-MDR-200) 应对挑战: 1)微生物检测:微生物的生长繁殖及代谢过程,为微生物的药物研究提供了方向,NMT对微生物如细菌、真菌、微藻的分、离子流速检测,能够快速确定微生物生长过程中的产物,有效地对微生物药物进行确定及筛选。 2) 安全性:NMT是用于研究活体材料的生理环境,其所检测的Na+、H+、K+、Cl-等与细胞能量代谢、细胞凋亡、细胞形态维持等生理过程直接相关。 用途: 基于底层核心NMT技术,结合自身科研兴趣,以及其它相关技术参数,在我方技术人员协助下形成技术解决方案,让科研人员建立更具独有创新特色的实验平台。   参数: 1.基本功能: 1.1针对微生物药物研究和研发设计 1.2活体、原位、非损伤检测 1.3可检测指标:H+、K+、Na+、NH4+、Ca2+、Mg2+、Cl-、O2、H2O2 1.4可实时监测和记录检测时的环境参数:温度、湿度、大气压、海拔、经纬度 1.5配备新指标拓展功能 2.性能: 2.1自动化操作 2.2长时间实时和动态监测 2.3无需标记 2.4立体3D流速检测 3.软件: 3.1imFluxes智能软件,可直接检测、输出离子分子的浓度与流速,以及检测时的环境参数
旭月(北京)科技有限公司 2021-08-23
1-脱野尻霉素在制备治疗糖尿病肾病药物中的应用
糖尿病肾病是糖尿病最常见、最严重的慢性并发症之一,在我国发病率呈上升趋势, 因此迫切需要深入阐明其发病机制,丰富和完善防治措施。 1-脱野尻霉素是一种哌啶类多羟基生物碱,能够竞争性抑制肠道α-糖苷酶的活性, 应用于糖尿病餐后血糖的升高;还可以进入体内,发挥抑制病毒复制中糖链合成、糖蛋 白中糖基的修饰等功能。对 1-脱野尻霉素及其衍生物的研究为创立临床治疗新方法、新 药开发提供了新的方向。 本发明提供了 1-脱野尻霉素在制备糖尿病肾病药物中的应用,提供了一种有效的组 合药物。通过实验,发现 1-脱野尻霉素对于高糖培养大鼠系膜细胞增值的抑制作用、抑 制系膜细胞α-平滑肌动蛋白表达的升高、系膜细胞 TGFβ1,整合素β1mRNA 表达的影 响,充分验证了 1-脱野尻霉素对于糖尿病肾病的治疗作用。二、应用领域 本发明的药物组合物可直接用于糖尿病肾病的治疗,也可与其它药剂同时使用治疗。 本发明的药物组合物含有安全效量的 1-脱野尻霉素以及药学上可以接受的载体与 赋形剂,配制成适合给药与糖尿病肾病患者的方式。
同济大学 2021-04-13
具有片状结构的聚苯胺/蒙脱土复合吸附剂的制备方法
(专利号:ZL 201210405199.7) 简介:本发明提供一种具有片状结构的聚苯胺/蒙脱土复合吸附剂的制备方法,属于高分子纳米复合材料制备技术领域。本发明方法所制备的具有片状结构的聚苯胺/蒙脱土复合吸附剂,通过在蒙脱土表面修饰上具有掺杂功能的高分子酸,利用蒙脱土独特的二维纳米结构和巨大的比表面积等特点,采用原位化学氧化聚合方法将聚苯胺和蒙脱土有机结合形成具有片状结构的复合材料。本发明方法制备工艺简单、条件可控,制得的聚苯胺/蒙脱土复
安徽工业大学 2021-01-12
一种可同时在线活化和喷射脱汞吸附剂的方法
本发明公开了一种可同时在线活化和喷射脱汞吸附剂的方法, 其通过可同时在线活化和喷射脱汞吸附剂的装置对汞吸附剂进行在线 活化和喷射,其中,该装置包括用于喷射汞吸附剂的喷射机构、设置 在所述喷射机构侧面并与之相通的在线活化机构以及用于监测烟气中 汞浓度的汞浓度在线监测仪(11);根据监测得到的汞浓度,动态调节所 述调节风门(4);同时动态调节所述在线活化机构上的调节阀门(9);从 而对吸附剂进行在线活化,进而实现烟气脱汞。本发明的方法实现了 汞吸附剂的实时在线活化,适应汞浓度的频繁波动,并较大程度的提 高了汞吸附剂和活性组分利用效率,降低了吸附剂的用量,大大节约 了脱汞成本。
华中科技大学 2021-04-13
一种吸附剂活化及喷射脱汞一体化方法
本发明公开了一种吸附剂活化及喷射脱汞一体化方法,其利用 汞浓度在线监测仪(6)实时监测烟气中的汞浓度,动态调节所述第二调 节阀门(10),控制汞吸附剂注入量和注入速率;动态调节所述第三调节 阀门(14),控制压缩空气的注入量和注入速率;同时动态调节所述在线 活化机构上的第一调节阀门(7),控制活性组分前驱体的注入量和注入 速率;实现对吸附剂的在线活化;活化后的吸附剂通过所述喷射机构 被喷射注入烟道中,从而实现烟气脱汞。本发明的方法使得吸附剂的 脱汞性能达到最优的同时避免活性组分浪费,降低了吸附剂的用量, 大大节约了脱汞成本,同时本发明实现了汞吸附剂的实时在线活化, 适应汞浓度的频繁波动。
华中科技大学 2021-04-13
一种燃尽风与 SNCR 耦合的燃煤锅炉脱硝系统及方法
本发明属于燃煤锅炉脱硝领域,并公开了一种燃尽风与 SNCR 耦合的燃煤锅炉脱硝系统及方法,该系统包括 SNCR、燃尽风和 DCS 控制分系统,SNCR 分系统包括喷枪、热电偶、电动调节阀和电子流 量计,该喷枪共设置有三层,热电偶设于炉膛内,其布置高度与三层 喷枪的布置高度对应;燃尽风分系统共设有两层,每层包括燃尽风风 管、电动调节门和测速器;DCS 控制分系统用于接收各个分系统发送 的数据,并根据数据调节各个分系统。所述方法利用上述系统进行脱 硝处理。本发明可实现温度窗口宽范围调节和脱氮效率最高化,降低 了还原剂使用量,提高锅炉运行的安全性和经济性。
华中科技大学 2021-04-13
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