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。

建立“高校-学会-农业技术推广系统-企业”联合推广体系，充分挖掘和利用惠农政策，多作物、大面积的进行辐射推广，推广范围涉及粮、棉、油、果、蔬、茶等六大类作物，根据各地区农作物重大害虫发生规律，按照灯光诱杀关键技术的要求，统一测报，统一防治时间、统一挂灯、统一施药，从而实现技术推广服务组织化、专业化、社会化。建成了武汉、孝感、宜昌等多个主要农作物害虫灯光诱杀关键技术示范样板实现，示范样板带动大面积推广应用。 技术成果可应用至粮、棉、油、果、蔬、茶等六大类作物。 转化条件：转化所需配套条件（资金、场地、设备等）。具有时控开关、天敌保护装置，并配备特定波长灯管的诱虫灯 成果完成时间：2016年

高速公路、城市高架等桥梁、地铁隧道、大坝、房屋建筑等混凝土结构或钢结构在施工或长期运营期间会出现裂纹或其他缺陷，进而带来很大的安全隐患。针对此情况，提出了混凝土、钢结构表观损伤远程非接触测量理论，研发出结构表观损伤的非接触检测仪与分布式监测系统。已经在国内外数十座桥梁、隧道与建筑上得到应用。

该发明属于植物病害生物防治技术领域，具体涉及一种用于油菜根肿病生物防治的菌株拟康宁木霉ReTk1，该菌株能在油菜内进行内生性生长，同时还涉及一种生防菌拟康宁木霉ReTk1菌剂的制备方法，还涉及一种拟康宁木霉ReTk1菌株在制备治疗或预防油菜等十字花科植物根肿病药物中的应用。 可用于油菜等十字花科植物根肿病的生物防控。 转化条件：所需资金小，有大型固体发酵条件，能进行大量发酵产生分生孢子并进行孢子的收集分装等即可。 成果完成时间：2014年

该发明属于农作物标记辅助育种技术领域，具体涉及利用抗除草剂基因的油菜化学杀雄制种方法。该发明提出了一个改良程序，能够简化的、安全的以及经济的利用化学杀雄制种的方法：即在无遮挡措施条件下，利用除草剂苯磺隆的同时处理（喷施相同浓度的苯磺隆溶液）父母本，允许母本植株雄性不育，父本植株（携带又除草剂抗性基因）雄性可育。该程序主要特点是既可以保证优良杂交种的安全生产，又可以允许化学杀雄剂苯磺隆规模化喷施（不需要在遮挡条件下保护父本）可以降低生产成本，提高杂种优势利用在生产甘蓝型油菜杂交种的效率。 市场预期：该成果具有良好的市场前景，可以同时降低油菜化学杀雄制种的风险以及成本。 转化条件：制种试验田、苯磺隆除草剂以及实施田间除草剂处理的机械等。 成果完成时间：2016年

本项目专为开发调味休闲类食品而设计，可实现水产品、禽类、果蔬类的非 发酵腌制食品的快速生产，技术成熟，工艺简洁，操作简单、低能耗，低成本且品质优越。可实现目前市面上主流的非发酵类休闲食品的新型生产和加工，如外婆家醉鱼、江西酒糟鱼、糟鹅、酱鸭或其他浸渍调味的猪皮、凤爪、土豆片、嫩竹笋等产品，品质可全面的提升和超越。本项目中的产品口味除常规的糟香、酱香、泡椒、香辣、五香外，也可根据客户要求进行单独设计和调配。项目可以按技术改造、生产线设计与建设、新工厂交钥匙工程等多种形式实施，交付期短。

项目打破了自工业革命以来欧美人创建的传统纺纱工艺理论，提出了具有革命性和划时代意义的多轴联动数控彩色纺纱工艺理论与柔性数字化加工技术。 发明了8轴联控的三通道数控纺纱系统，研制了世界首台柔性数字化彩色纺纱机，带领纺纱技术由灰色纺纱时代进入彩色纺纱时代。 发明了数控多通道纺纱方法，提出了基于非对称牵伸、非对称加捻、非对称超喂等手段在线调控成纱形态、色彩及结构的新机理，实现了多品种纱线的一体化连续加工； 发明了网格化多基色彩纤高维度混色模型及高维度混色色谱可视化理论，为实现彩色纺纱提供了理论支撑； 发明了全色谱彩色纱、全色谱渐变纱和段彩纱、全色谱段彩竹节纱的数字化设计及纺纱加工方法，实现柔性数字化彩色纺纱。 先进纺织机械生产国高度重视纺织机械智能化，从三个层面创新纺纱智能化技术，一是基于网络传输和资源信息化的车间管理智能化；二是基于物流自动输送的纺纱工序连续化，三是基于多电机协同驱动实现纺纱加工的柔性数字化。本项目发明了柔性数字化彩色纺纱技术，研制了世界首台多通道数控彩色纺纱机，构建了完整的知识产权体系，属于国际首创。

针对全谷物杂粮糙米、黑米、青稞米、豇豆、绿豆和红小豆等难煮、难吃的问题，采用专利技术及装备对其蒸煮食用品质进行改良，在保持杂粮籽粒天然形态条件下，实现了其与白米一起煮饭的同煮同熟，杂粮不用浸泡、气味芳香，好吃易煮。杂粮的营养健康价值体现在于主食化，其主食化消费痛点就是难煮、难吃、难贮藏，本项目成功解决了杂粮与白米煮饭难以同煮同熟的行业痛点问题，满足了消费者对杂粮食用方便，好吃易煮的需求，产品受到消费者广泛好评。技术与装备成果已在企业产业化，交钥匙工程。 创新要点 经过六年潜心研发，构建了以全谷物杂粮同煮同熟关键技术为基础、产业化装备为支撑、高食味值中低 GI 全谷物米饭引领的健康主食（米饭）产业体系，实现了全谷物杂粮米饭“比白米饭好吃、像白米样易煮”。核⼼技术被陈福温院士领衔的专家组评定为“国际领先”（农科（中心）评价字[2018]第 95 号），研 究成果获得了“黑龙江省科技进步一等奖”（证书号：2019-028-02）。同一套装 备可加工处理多种杂粮，生产自动化、柔性化、环境友好。

通过转变黄酒等传统发酵食品生产方式，创制优质高效、绿色环保、智能化的生产技术与装备，是“新常态”下黄酒持续发展的必由之路。在国家项目的支持下，毛健教授团队创新性地对黄酒生产关键技术进行绿色、智能化改造，显著提高了黄酒生产的自动化水平，成功发明了黄酒绿色、安全、智能酿造新技术体系，并实现了工业应用，产品保持了传统黄酒风味特色，有效助推黄酒行业的“供给侧”改革，实现黄酒产业技术转型升级。 创新要点 攻克生麦曲质量严重依赖气候条件的技术难题，创新生麦曲生产环境智能模拟技术，创制高效、不受季节限制的生麦曲自动化“流水线式”生产装备。解决陈化过程劳动强度高、不受监控的生产问题，加速优良风味形成，攻克陈化过程酒液难澄清、无法监控的技术难题。创新酸化发酵技术，减除浸米工艺。项目在黄酒酿造关键技术的理论研究、技术创新及工程应用方面具有原创性和实用性，项目已获授权主要知识产权 21 项，形成了涵盖全产业链的知识体系。 

项目组系统研究了拉舍尔花边生产的关键技术，研制了具有自主知识产权、替代进口的高效花边生产系列装备，研发了功能强大、替代进口的花边设计仿真系统，建立了系统全面的花边设计理论，开发了多品种系列化的高端原创花边面料，形成了拉舍尔花边快速设计和高效生产的产业模式。 关键技术 （1）拉舍尔花边生产装备的高速化技术：构建了拉舍尔花边梳栉横移动运动、成圈运动、送经运动和牵拉运动的力学模型，采用高速运动控制技术、有限元分析和轻量化设计技术、多轴联动和分频技术等，研发了基于高动态响应的拉舍尔花边装备集成控制系统，实现了电脑花边装备的高速化。 （2）拉舍尔花边生产装备的复合提花技术：设计了多连杆凸轮组合压纱板运动曲线，建立了压电陶瓷贾卡选针和偏移模型，研制了压纱与衬纬复合、贾卡提花和多梳提花复合、剪线提花和多梳提花复合的系列化高端拉舍尔花边生产装备。 （3）拉舍尔花边设计系统的仿真与三维展示技术：建立了拉舍尔花边仿真的几何模型、力学模型和纹理模型，实现了对花边的真实感模拟，采用三维建模技术和 Web3D 技术，实现了花边的三维虚拟展示。 （4）拉舍尔花边设计理论的建立与应用：研究了拉舍尔花边图案构成方法、设计元素、设计风格，创立了花边风格分类方法，创新性的将金属丝、竹炭丝、羊毛纱、花式纱等用于花边设计，提出花边定位设计的理念，带动了国内花边产业的原创设计。 知识产权及项目获奖情况 论文 7 篇，专利一篇 项目成熟度 批量生产阶段 投资期望及应用情况 项目累积新增产值约 30 亿元，新增利润 6.7 亿元，新增税收 2.1 亿元。项目研究成果为拉舍尔花边生产的高速化和智能化提供了解决方案，增强了企业产品创新能力，推动了产业升级与技术进步。项目成果通过两种形式推广应用，一是应用装备生产关键技术，与机械制造企业联合开发高速化的系列拉舍尔花边整机装备，二是应用设计系统和设计理论，与花边生产企业联合开发高端花边产品。2012 年以来，已与江苏润源联合开发并推广高速化的拉舍尔花边整机装备 500 余套，与国内主要花边生产企业联合开发高端花边产品 420 余款，向中国大陆和台湾、美国、西班牙、日本等 11 个国家和地区推广花边设计系统 350 余套。