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。

功率电感广泛应用于开关电源中，在电路中起滤波作用，其性能直接影响到开关电源的性能。例如，低的安装高度、小的体积会很大程度上缩小开关电源的体积，提高其功率密度；高的电感值会减小开关电源的纹波大小；低的漏磁场不会干扰其他电子元器件的正常工作；耐大电流的能力使其能传输更大的功率。因此，功率电感必将朝着小型、高感值、耐大电流、磁屏蔽及表面贴装的方向迈进。现有的功率电感，要满足小型、高感值、耐大电流其中的两者是容易实现的。如需满足小型、高感值的要求，则采用线径较细的漆包线绕制较多的匝数即可实现，但其额定电流值很小；如需满足小型、耐大电流的要求，则采用较粗线径的漆包线绕制较少的匝数即可实现，但其电感值小；如需满足高电感值、耐大电流的要求，则可采用线径较粗的漆包线绕制较多的匝数即可实现，但其体积将严重变大。除以上三大特性外，低电磁干扰及表面贴装的设计也是发展潮流。因此，兼具以上五种性能的小型、大电流表面贴装电感必将成为元器件市场争夺的热点。

北京科技大学特种陶瓷研究室开发出一种在金属表面铸渗金属陶瓷梯度材料的技术，其应用前景极其广阔。 本项目可在钢铁，铜，铝等金属的铸造过程中，充分利用铸造金属的热能，用燃烧合成，多孔材料和梯度材料的技术在铸件的表面形成一层毫米级厚度的含碳化物或硼化物等的金属陶瓷梯度材料层。此金属陶瓷梯度材料层与基体是冶金结合，结合牢固。本项目可根据耐磨，耐蚀的具体要求，在一定的范围内对表面铸渗金属陶瓷梯度材料的厚度，硬度，强度，韧性和耐蚀性进行设计。 本项目产品的基本工艺为铸造和燃烧合成等技术的结合。可在复杂形状和较大尺寸的铸件需要的表面进行铸渗。      本项目与大多数表面技术相比，具有表面层厚度大，结合牢固，能耗低，可在铸件任意表面进行等显著优点。      本项目可广泛用于水泥，矿山，冶金，机械，石油，化工等各个行业。

织构化表面在不改变材料本身的情况下，可获得特殊的表面性能。近年来，随着摩擦学理论和实验研究的深入，织构表面作为改变机械摩擦性能的可控技术近年来受到国内外学者的广泛重视，摩擦副表面上规则表面形貌几何造型的设计、加工、试验以及数值分析日益成为研究的热点，针对摩擦学材料表面织构化的研究越来越多。 本项目运用平均流量雷诺方程建立圆坑织构表面微流体动压模型。分析了无限大摩擦接触面织构参数对流体动压润滑影响，并提供了新的优化方法。 本项目可运用电化学法、掩膜压印法和激光加工等方法高效的制备大面积织构表面。图1为电化学法制备的圆坑表面。

本项目针对冶金、矿山、建材、电力、化工等部门有着广泛存在的各种严酷的磨损工况特点，采用铸造复合工艺，在部件的严重磨损部位制备一层（约3-10mm）具有高硬度陶瓷颗粒（WC、TiC、Al 2 O 3 、SiC等）与各种铸铁、钢复合的局部复合材料部件，可大幅度提高这类易损件的使用寿命，降低由于备件更换所造成的设备停机时间。

本项目针对冶金、矿山、建材、电力、化工等部门有着广泛存在的各种严酷的磨损工况特点，采用铸造复合工艺，在部件的严重磨损部位制备一层（约3-10mm）具有高硬度陶瓷颗粒（WC、TiC、Al2O3、SiC等）与各种铸铁、钢复合的局部复合材料部件，可大幅度提高这类易损件的使用寿命，降低由于备件更换所造成的设备停机时间。

（1）自主研制了适用于高速、高温、恶劣环境下的铸坯、异形坯、型钢、棒材、中厚板、带钢等多个系列金属板带表面缺陷在线检测系统，主要指标达到或超过了国外同类产品；（2）提出多光路照明成像技术，提高高精密板带产品低对比度和微小缺陷的检出率，提高缺陷的检测精度与检出率；（3）开发出了表面质量在线检测软件、表面缺陷样本库管理软件、缺陷识别算法软件等个软件模块，建立了智能在线检测平台。本项目系统达到的技术指标是：检测速度 22 米/秒（可按用户要求提高）；检测精度为 0.2mm（可按用户要求提高）；对生产线上常见缺陷的检出率≥95%，常见缺陷的识别率≥90%。

一种储油罐表面作业机器人，是由本体机架、行走系统、升降系统组成；它借助两 组行走方向互相垂直、吸附力可调的电磁履带吸附行走在储油罐的表面，并由行走方向互相 垂直的两组电磁履带切换工作实现转向；其公共安装平台上可以根据作业需要选择性的安装 焊机、喷砂枪、喷涂枪、探伤仪等作业器具；作业时，该机器人安装着相应的作业器具行走 在储油罐表面代替人工完成焊接、除锈、喷漆、检测等高空作业，从而解决了人工高空作业 危险性高、效率低、完成质量不高的难题。

提出并制备了非线性光学准晶超构表面，并研究了超构单元局域对称性和排布方式的全局对称性对超构表面远场非线性光辐射的共同影响。该非线性光学准晶超构表面运用了基于非线性光学贝里几何相位的金属等离激元结构单元，依据经典的彭罗斯准周期拼接和具有六重对称性的六角准周期拼接形成了不同种类的准晶结构。彭罗斯结构的准周期拼接具有五重对称性，其衍射图案则具有十重对称性，这些都是晶体衍射定理所不允许的对称性。而六角准周期拼接是2017年提出的一种准周期拼接，它具有晶体衍射定理所允许的六重对称性，却并不遵从短程有序的规律。这两种拼接方式可以与某些特定的比例联系起来，这些比例由不同阶次的迭代规则决定：彭罗斯结构对应一阶迭代过程，其比例是人们熟知的“黄金分割比”，而六角准周期晶格对应三阶过程，其比例可称为“黄铜分割比”。自六角准周期晶格从理论上提出以来，本项工作中的非线性光学准晶超构表面是首个利用黄铜分割比实验实现的人工光学结构。 非线性光学准晶超构表面中不同转向的超构单元对入射基频光的响应是均匀的，因此其线性光学衍射仅能反映超构表面的全局对称性，即晶格结构决定其远场光衍射。而在倍频实验中，即出射光的频率是入射光的两倍（如1200nm 变为600nm）。由于打破了超构单元的中心反演对称性并引入了非线性光学几何相位，其非线性光学衍射与晶格结构的局域对称性、全局对称性同时相关。因此，可以通过调控超构单元的指向分布，进而有效地调控倍频光衍射中的零级。非线性光学准晶超构表面这一概念或将为设计超构表面非线性光源、人工微纳光学结构材料提供新的思路。

增透膜（Anti-reflective coating），又称减反射膜、抗反射膜，涂敷于材料表面以减少反射。作为光学涂层，广泛应用于各种光学器件中。在太阳能光伏玻璃表面涂敷增透膜，可以消除或减少反射，进一步提高光利用率，从而以较低的成本提高发电量为进一步提高光伏太阳能板的光透过率。设计了一种TiO2/SiO2/GQDs双层增透膜结构。此SiO2-TiO2/TiO2-GQDs结构的双层薄膜厚度为120 nm时，太阳能板上的光透过率由未涂敷的85%增加至95%。接触角实验和室外耐沾污实验测试表明，复合膜层接触角为10°，并具有良好的亲水性和耐环境性能。此外，户外实验表明，涂覆该薄膜的太阳能电板发电效率提高6%。由此说明双层增透膜可有效提高太阳能电池板的光能利用率和使用寿命，可高效利用太阳能。