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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
基于机器视觉的材料与结构损伤智能化检测技术
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。
南京工业大学 2021-01-12
利用抗除草剂基因的油菜化学杀雄制种技术
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
华中农业大学 2021-01-12
拉舍尔花边生产的关键技术研究与应用
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。 
江南大学 2021-04-13
微生物发酵生产果糖软骨素的关键技术
硫酸软骨素是一种典型的硫酸化糖胺聚糖,由 D-葡糖醛酸和 N-乙酰氨基半乳糖以β-1,4-糖苷键连接的重复二糖聚合,并在 N-乙酰氨基半乳糖的 C-4 位或C-6 位羟基上发生硫酸酯化。由于其具有多种药物活性,被广泛用于药品、保健品及化妆品行业。本研究室利用诱变育种及高通量筛选策略获得一株产果糖软骨素的大肠杆菌。通过代谢工程改造及发酵优化策略,大幅度的提高了果糖软骨素的产量。目前,正在进一步构建并筛选高产菌株。
江南大学 2021-04-11
评价转基因抗虫水稻水生环境安全性的技术
该发明提供一种评价转基因抗虫水稻水生环境安全性的方法,包括如下步骤:转基因稻田和非转基因稻田布置和管理;稻田水层和淤泥中外源蛋白的测定,包括样本预处理和外源蛋白的抽提和测定;稻田水层中浮游生物的分离,包括水样采集、沉淀分离浮游生物;稻田水层中浮游生物种类和丰度的测定,包括活体鉴定和数量计数;转基因抗虫水稻的种植对浮游生物的安全性评价,利用分析软件对浮游生物种类、数量、发生时期进行统计分析,得出多样性指数、均匀性指数等参数,并和常规稻田进行比较,从而对转基因抗虫水稻水生环境安全性进行评价。 在我国的许多地方,稻田和鱼塘往往交织在一起,而且素有稻田养鱼、稻鸭共生等传统生态种植模式,再加上水稻田的特殊灌溉方式,即从上游田到下游田的串联灌溉。如果转基因水稻存在对水体生态系统存在安全问题,则极易波及到下流的水田和鱼塘生态系统。该发明对于系统评估转基因抗虫水稻的水生环境安全性具有实际应用价值。 转化条件:转化需要资金和国家政策支持。 成果完成时间:2015年
华中农业大学 2021-01-12
导航信号欺骗干扰技术(技术)
成果简介:项目在星地高精度时间同步和数据同步仿真等技术方面取得了突破性的进展,并设计研发了GPS欺骗干扰模拟设备。该设备可用于多卫星导航系统间信号的干扰和抗干扰的研究。 项目来源:横向项目 技术领域:信息技术/地球观测与导航技术 应用范围:潜在合作领域 现状特点:国内先进 技术创新:星地高精度时间和数据同步仿真技术 所在阶段:研发阶段 成果转让方式:合作开发
北京理工大学 2021-04-14
可控离子渗入技术(PIP 技术)
项目简介: PIP 可控离子渗入技术是一种金属表面改性技术, 是在Q PQ  技术(盐浴氮碳氧多元共渗)的基础上研究开发的新技术 , 进一步降低了零件的处理温度, 达到 480
西华大学 2021-04-14
综合智能视频监控技术(技术)
成果简介:本项目是在长期的学术研究和工程实践基础上,结合计算机技术、 模式识别技术和 DSP 技术研发的综合性智能视频监控技术。它以高速计算和 控制模块为核心,实现视频图像的自动分析,发现并跟踪重要目标,抽取图 像中蕴含的有价值信息,实现视频监控环境下对视频信息的自动处理。本项 目中技术成果包括:基于 DSP 系统的复杂背景下运动目标自动检测和自动跟 踪技术;实时图像和录像中的特定目标自动搜索技术;多摄像机自
北京理工大学 2021-04-14
技术需求:肿瘤异体移植技术
该项目为一个三靶点的小分子一类抗肿瘤新药,是全球首创在一个小分子化合物上同时具备两类三个重要靶点抗肿瘤活性药物。我公司拥有完全自主知识产权,在中国和美国均已授权专利;我公司已完成前期原料和制剂工艺研究,同时也开展了较多的体外活性和动物药效研究,抗肿瘤药效比对临床一线药物更强,安全窗口更大,市场预期销售额超过10亿;现已进入按国家药品监督管理局规定进行一类新药研究申报的研究阶段,需要委托有相关资质并符合国家药品监督管理局要求的机构进行药理药效和药代动力学实验,临床前安全性评价实验,原料的制备工艺和中试研究及稳定性研究,制剂的制备工艺和中试研究及稳定性研究;获得临床批件后还需要进行原料及制剂的生产放大验证工艺研究及稳定性研究,在具有GCP资质的三甲医院开展1--3期临床试验研究,并进行生物样本的检测,同时向国家药品监督管理局申报生产批件正式上市。整个研究耗时较长,资金投入相当大,需要与国内各顶尖研究机构合作,需要相关专家技术支持!
南昌双天使生物科技开发有限公司 2021-11-01
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