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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
一种压力平衡式水下插拔电连接器
本发明提供了一种压力平衡式水下插拔电连接器。本发明的水下插拔电连接器包括插头和插座两个部分。插头部分主要由插针、插头壳体、插头支撑板、插头尾盖组成。插座部分主要包括插座前支撑板、插座后支撑板、插座外壳、插座滑动套筒、插接组件、压力平衡组件、插座尾盖等组成。其中插接组件包括导电轴、导电环、活塞杆、活塞杆弹簧等组成;压力平衡组件包括油囊、活塞、活塞弹簧组成。插座前支撑板分别与活塞杆和插座外壳形成密封,可有效保证密封性能。插头和插座外壳设置有相配合的插接导向结构,可以避免误插。本发明的装置可以实现深海环境下带电可靠插拔。
东南大学 2021-04-11
压力补偿式内镶圆柱滴灌管及农业大棚系统
本实用新型公开了一种压力补偿式内镶圆柱滴灌管及农业大棚系统。压力补偿式内镶圆柱滴灌管包括水管和多个圆柱滴头,水管上开设有多个出水口,圆柱滴头的外管壁的中部形成有螺旋状凹槽,圆柱滴头一端部的内管壁开设有连通螺旋状凹槽的进水孔,圆柱滴头另一端部的外管壁上开设有环形凹槽,环形凹槽中设置有硅胶筒,硅胶筒上开设有多个贯通孔,硅胶筒的内筒壁与环形凹槽之间形成压力调节腔体,圆柱滴头设置在水管中,螺旋状凹槽与水管的内管壁之间形成螺旋缓冲通道,硅胶筒的外筒壁与水管的内管壁之间形成稳压出流腔体,出水口与对应的稳压出流腔体连通,压力调节腔体与螺旋缓冲通道连。实现提高压力补偿式内镶圆柱滴灌管的使用可靠性。
青岛农业大学 2021-04-13
耐高温微型压力传感器实用化开发
研究基于SIMOX技术的耐高温压力传感器,达到目标为工作温度200℃-400℃,抗1000℃高温冲击,量程从1MPa~100MPa。非线性±0.5%Fs。固有频率20Hz-150Hz。主要研究内容:带有导电通道的选择性氧离子注入SIMOX技术的SOI硅片制作,抗瞬时超高温和长期高温冲击的总体结构设计与优化;长期工作稳定性研究等。产品达到同类产品的先进水平。
西安交通大学 2021-01-12
一种压力自适应的海底序列采水器
本实用新型公开了一种压力自适应的海底序列采水器,包括采样装置,所述的采样装置包括:采样腔,两端开口;平衡活塞,设置在采样腔内;顶盖,通过导向滑杆与所述采样腔的顶部连接;滑盖,滑动设置在所述采样腔与顶盖之间的导向滑杆上,用于密封所述采样腔,滑盖与所述采样腔相对的一侧设有用于推动所述平衡活塞的推杆;触发机构,设置在所述顶盖上,用于固定所述滑盖并在接收到释放信号后释放滑盖;施力机构,设置在所述顶盖与所述滑盖之间,用于将所述滑盖推向采样腔。本实用新型采水器通过平衡活塞调节采样腔内部的压强,保证采样腔内外压强平衡,防止海水样品中溶解性气体的析出;支撑装置对采样装置起缓冲作用,防止海底对采样装置产生碰撞。
浙江大学 2021-04-13
脚型三维扫描和足底压力集成测试分析系统
已有样品/n前期与安徽大学电子信息工程学院联合研制了基于激光扫描的三维脚型测量系统, 实现了三维脚型参数的采集、 脚型重构和纹理修饰等功能, 已经用了江苏省体科所的脚型调查研究, 为基于光学方法的非接触式三维脚型测量技术开发奠定了坚实的实践基础。 此外, 团队成功掌握了大面积柔性阵列压力传感器的一整套生产工艺, 并在此基础上开发了大面积的足底压力感应场地系统, 所提供的高精度步态分析系统已被国内几个主要的体育大学作为日常教学训练设
中国科学院大学 2021-01-12
压力补偿式外镶圆柱滴灌管及农业大棚系统
本实用新型公开了一种压力补偿式外镶圆柱滴灌管及农业大棚系统。压力补偿式外镶圆柱滴灌管包括水管,水管上开设有多个出水口,还包括多个圆柱滴头,圆柱滴头的内管壁的中部形成有螺旋状凹槽,圆柱滴头的内管壁的端部形成有环形凹槽,环形凹槽中设置有硅胶筒,硅胶筒上开设有多个贯通孔,硅胶筒的外筒壁与环形凹槽之间形成稳压出流腔体,圆柱滴头的外壁上开设有与稳压出流腔体连通的排水孔,圆柱滴头套在水管的外部,螺旋状凹槽与水管的外管壁之间形成螺旋缓冲通道,硅胶筒的内筒壁与水管的外管壁之间形成压力调节腔体,压力调节腔体与螺旋缓冲通道连通。实现提高压力补偿式外镶圆柱滴灌管的使用可靠性。
青岛农业大学 2021-04-13
科技创新与产业创新深度融合:模式、堵点与突破
促进科技创新与产业创新深度融合,是推动新质生产力发展的必然选择,也是破解科技和经济“两张皮”现象的关键抓手。科技创新各个环节衔接不紧凑,科技成果向现实生产力转化不顺畅,在一定程度上制约了高质量发展的新动能培育。
北京行政学院学报 2025-02-17
复杂选矿工艺流程的优化控制与综合自动化
本项目以选矿过程增产、节能、降耗和减少污染为目标,实现了三项工艺控制技术创新,构建了一个信息化网络控制平台,主要内容如下:1)首次实现了基于在线粒度检测的球磨机粒度闭环控制。采用多变量解耦控制结合专家控制的方法,使磨矿粒度稳定在±2%范围内。而传统的通过控制浓度间接控制粒度的工艺方法,粒度波动范围可达±10%,显著提高了粒度控制效果。2)通过自寻优算法,实现磨机负荷的最佳控制。自系统2001年投入运行起,经过不断调整,3年中设备台时产量每年提高8%以上,吨矿耗电量、耗水量和钢球消耗量共降低8%以上,抛尾量共降低4%以上。3)采用模糊控制技术和变频技术,实现了高压大功率破碎机负荷优化,及多段破碎负荷平衡控制。平均节能7%以上,降低备件消耗6%以上。4)构建了一个信息化网络控制平台,实现了跨多个生产车间、跨不同系列集散控制系统、跨多期自动化工程的网络化系统的信息集成。
东南大学 2021-04-10
快速道路交通安全设计与主动控制关键技术
"该成果获2017年度国家技术发明奖二等奖(通用项目)。(1)创立了快速道路交通安全状态辨识事故风险预警方法体系。 (2)提出了事故前兆的快速道路交通安全分析与多目标优化设计方法。 (3)研发了基于速度引导的快速道路交通安全主动调控技术。 建立了快速道路交通事故前兆特征的表征与识别方法,系统解析了交通事故风险形成机理及演变规率,提出了快速道路交通安全状态类归与主动辨识技术,构造了快速边路交通审故风险主动预警技术。提出了事故前兆特征的快速道路交通安全分析技术,研制了事故前兆特征的交通事故风险分析与优化设计软件,研发了快速边路出入交通冲突仿真快速提取技术,提出了综合考虑效率、安全、环境和能耗的快速道路典型节点交通设计多目标协同优化技术。某于交通安全影响系数构建了常用车速管控设施综合优化技术,提出了不利天气条件下快速道路限速值优化设计技术,构建了面向安全增强、效率提升和多目标协同优化的可变限速控制和系统搭建技术。 "
东南大学 2021-04-10
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