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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
一种基于计算机视觉的浮桥线型自动控制系统及控制方法
本发明公开了一种基于计算机视觉的浮桥线型自动控制系统,包括岸基控制端和数个浮船控制端,岸基控制端设置于河岸,岸基控制端包括摄像头、图像采集卡和工业计算机,浮船控制端分别设置于各个浮船上且位于同侧,浮船控制端包括位于浮船上的标靶、环境数据采集单元和用于驱动浮船移动的驱动单元,摄像头用于监控并捕捉数个浮船上的标靶图像,并由图像采集卡将图像转换为数字信号传输给工业计算机,工业计算机用于分析图像并判断浮桥线型偏差是否超过预设阈值,并根据判断结果控制环境数据采集单元采集信息,工业计算机分析后控制驱动单元驱动浮船移动调节。本发明实现了浮桥线型的自动监控与调整,提高调整效率和准确性,增强浮桥稳定性和安全性。
南京工业大学 2021-01-12
基坑工程内支撑预加轴力活络装置
北京工业大学 2021-04-14
废弃加气混凝土制备绝热材料技术
本项目是利用加气混凝土主要物相托贝莫来石,对托贝莫来石进行活化和托贝莫来石再水化来制备超轻绝热保温板材。该保温板材属于硅酸钙绝热材料体系,具有制备能耗低、容重轻、导热系数小等优点,可获得最佳的节能效果,有利于能源节约。微孔硅酸钙绝热材料是继膨胀珍珠岩、岩棉和矿棉之后的第三代优质绝热材料,其绝热性能是最重要的使用性能,可应用于各种高温绝热保温场合,在电力、冶金、石化、建筑、船舶等领域被广泛使用,比如电力保温,工业窑炉、船舱甲板、冷库等等。本项目采用活化的加气混凝土尾渣,可省去静态法二次反应所必须的凝
南京理工大学 2021-04-14
一种全息位置地图的迭加方法
本发明公开了一种全息位置地图的迭加方法,包括全息位置地图迭加的流程与规则,以及根据这些 规则所定义的迭加参数、以及迭加结果的具体形式。以该规则为基础可以对多源异构的数据提供互联网 地图数据迭加服务。针对多源异构的动态信息通过统一的、灵活的迭加规则,使得迭加后的全息位置地 图数据能够面向知识层面提供数据结果,与用户需求一致。 
武汉大学 2021-04-14
麦洛畅 阿加曲班注射液
适应症 1.用于发病48小时内的缺血性脑梗死急性期病人的神经症状(运动麻痹)、日常活动(步行、起立、坐位保持、饮食)的改善。 2.用于对慢性动脉闭塞症(血栓闭塞性脉管炎,闭塞性动脉硬化症)患者的四肢溃疡,静息痛及冷感等的改善。 用法用量 详见说明书。 剂型 注射液 规格 20ml∶10mg
鲁南制药集团股份有限公司 2021-09-01
高水溶性氟苯尼考前药
项目成果/简介: 氟苯尼考是一种新型兽医专用的广谱抗菌药,是氯霉素的替代品,其在目前的兽药市场中占有及其重要的位置。但是,氟苯尼考的一个缺点是它的水容性很差,几乎不溶于水,影响其药效的发挥以及给药的方便性。目前国产氟苯尼考产品几乎是物理助溶的,其溶解度非常低。现在没有成熟的、水溶性好的国产氟苯尼考产品。 本项目提供一种新型高水溶性氟苯尼考前药,该药品在动物体内代谢为氟苯尼考。溶解度约为56,600 ppm,比目前采用物理助溶法溶解的氟苯尼考1,200 ppm的溶解度,高了约46倍。这样极大程度地发挥氟苯尼考药效、提高给药的方便性,是国内氟苯尼考的更新换代产品。保守预计这是一个数十亿元的市场。效益分析: 该氟苯尼考前药合成路线简洁,转化率高,适合企业生产。知识产权类型:其他技术先进程度:达到国内先进水平成果获得方式:独立研究获得政府支持情况:无
安徽大学 2021-04-11
高水溶性氟苯尼考前药
氟苯尼考是一种新型兽医专用的广谱抗菌药,是氯霉素的替代品,其在目前的兽药市场中占有及其重要的位置。但是,氟苯尼考的一个缺点是它的水容性很差,几乎不溶于水,影响其药效的发挥以及给药的方便性。目前国产氟苯尼考产品几乎是物理助溶的,其溶解度非常低。现在没有成熟的、水溶性好的国产氟苯尼考产品。 本项目提供一种新型高水溶性氟苯尼考前药,该药品在动物体内代谢为氟苯尼考。溶解度约为56,600 ppm,比目前采用物理助溶法溶解的氟苯尼考1,200 ppm的溶解度,高了约46倍。这样极大程度地发挥氟苯尼考药效、提高给药的方便性,是国内氟苯尼考的更新换代产品。保守预计这是一个数十亿元的市场。
安徽大学 2021-05-09
新型抗癌药的化学合成
Ecteinascidin-743(Et-743)是一类新型抗肿瘤药物,其药理活性远远高于目前临床上广泛使用的抗肿瘤药物;对于白血病、黑素瘤、宫颈癌、肺癌、乳腺癌、软组织肉瘤、结肠癌、卵巢癌、直肠癌、肾癌、非小细胞肺癌及前列腺癌等肿瘤细胞都具有良好的抑制活性;针对该药物生产的需要,开发了一条适合工业化生产的合成路线,生产成本仅为国外产品的七分之一,未来有望可以部分甚至全部替代进口药品,为国民医疗提供重要保障。
哈尔滨工业大学 2021-04-14
新型含能配合物类GTG起爆药
Ø  成果简介:GTG起爆药是一种配合物类高能钝感起爆药。GTG起爆药技术是北京理工大学在引进俄罗斯CCP起爆药技术的基础上,通过多年的研究和工艺改进、实施国产化形成的专利技术。大量的研究结果和工业生产使用证明,GTG起爆药可以满足军用、民用雷管的使用要求、从本质上解决了起爆药生产过程安全性和使用过程可靠性的技术难题、极大地减少起爆药生产废水、消除了对环境的污染。Ø  项目来源:自行开发Ø  技术领域:新材料
北京理工大学 2021-04-14
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