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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
酿造生产过程的综合自动化及监控信息平台
该项目的关键技术已获批国家自然科学基金项目 2 项,江苏省科技厅社会发展项目 1 项,浙江省科技厅优先主题项目 1 项。 1、项目简介 我国是酿造生产大国,传统酿造包括酱油、醋、酒,而酒的份额又占其中的大头,仅白酒黄酒去年销售收入已超过 3000 亿元,而其生产过程目前还处于手工和半机械化生产模式,其科技进步缓慢,自动化程度低,工人劳动强度大,劳动力成本上升,土地资源日益紧张,生产过程高水耗、高能耗与当今社会倡导的低碳循环经济发展模式产生剧烈冲突。因此,采用自动化技术的生产方式迫在眉睫。本项目在已完成的几个酿酒企业的自动化应用示范基础上,进一步研究并解决其中一些关键及共性问题,通过利用计算机、智能控制和物联网技术,推进酿酒生产过程的自动化、信息化,促进传统酿酒企业的科技创新与生产转型。 2、创新要点 实现黄酒发酵过程的多总线分层递阶的控制系统结构;将图像、动画和声音与 LabVIEW 软件结合,PLC 采集的设备实际运行信号转化为 3 维动画显示,实现多媒体控制的黄酒前后酵软件。将智能控制技术引入传统控制系统,根据轻工发酵过程非线性、时变、大滞后的特点,完成动态系统辨识、建模仿真,多变量模型预测控制等技术。 3、效益分析 通过项目的示范应用,预计到“十二五”末白酒、黄酒自动化改造直接经济效益将超过 100 亿元,税利超 1000 亿元,减少酿酒用工,提高产能。强化资源和能源的循环利用,缓解劳动力成本不断攀升、能源短缺等制约酿酒行业持续发展的问题,促进传统酿酒产业生产方式的创新与转变。资金需求总额约 300 万元。 4、推广情况 浙江绍兴女儿红酿酒有限公司;浙江古越龙山绍兴酒股份有限公司;劲牌有限公司劲牌山南健康产业园;江苏今世缘酒业股份有限公司;香格里拉酒业(秦皇岛)有限公司。 授权专利: 一种黄酒开耙控制系统及其应用 201010248472.0 黄酒前发酵过程温度控制系统 201010248471.6 黄酒生产中间罐液位控制系统及控制方法 201010551020.X 
江南大学 2021-04-13
XM-818A人胚受精、卵裂和胚泡形成过程模型
XM-818A人胚受精、卵裂和胚泡形成过程模型   XM-818A人胚受精、卵裂和胚泡形成过程模型由14部件组成,显示受精卵、卵裂球、受精后3天的桑椹胚、受精后5天的胚泡、受精后7天的胚泡、受精后12天的两胚层期胚、受精后18天的三胚层期胚、三胚层期胚放大并附有体蒂和绒毛膜、受精后23天的体节时期人胚、受精后25天的胚及胎膜全部、胎膜与胚胎以及胚内部构造、受精卵植入子宫内膜过程。 尺寸:放大 材质:玻璃钢材料
上海欣曼科教设备有限公司 2021-08-23
单目视觉城市建筑物参数化三维建模
本书结合作者对图像处理,分析和三维重建等进行的研究和工作,对从数码相机拍摄的建筑物图像中以参数化建模的方法恢复建筑物的三维几何结构进行了论述和探讨.
江苏海洋大学 2021-05-06
一种参数可调智能高性能发动机主构架
成果描述:本发明公开了一种参数可调智能高性能发动机主构架,通过曲柄摇杆机构、摆杆、摇杆滑块机构将曲轴的圆周运动转化为副活塞的上下往复直线运动,主副活塞所受侧向力、阻力均较小,发动机噪声低、热效率高;通过特定尺寸大小关系,发动机体积和重量大幅降低;排量调整机构调整发动机的排量、压缩比与发动机其它辅助系统协调工作实现发动机热力循环类型可调。本发明可以根据负载、路况的变化实时调节发动机排量、压缩比、热力循环,确保发动机在各种负载、路况下都有良好的工作条件,中小负载时该发动机的节能减排效果更明显,四缸发动机排量的最大调整范围在1.2-3.5之间,发动机压缩比的最大调整范围在6-6之间。市场前景分析:内燃机工程技术领域。与同类成果相比的优势分析:技术先进,性价比较高。
电子科技大学 2021-04-10
一种电力线路参数准确度的测定方法
本发明属于电力系统参数辨识技术领域,涉及一种数据误差影响电力线路参数准确度的测定方法,先根据电力传输线路等值电路的参数确定其对PMU数据灵敏度的影响,然后判定线路参数对PMU数据误差的敏感性并给出参数准确度的计算方法,通过数据误差增量与参数偏离量之间的数量关系,判断每一个数据对电力线路参数的定量影响程度,改善实测PMU数据质量并提高参数辨识的准确率;其设计原理可靠,判定工艺科学性强,准确度高,定量精确,应用范围广,测算效率高。
青岛大学 2021-04-13
一种用于动态无线充电的装置及其参数获取方法
本发明公开了一种用于动态无线充电的装置及其参数获取方法, 包括能量发射模块和能量接收模块;能量发射模块包括依次连接的高 频逆变单元、LC 滤波单元、第一补偿单元和功率发射线圈;高频逆变 单元将直流源转换为高频交流电,经过 LC 滤波和第一补偿单元的调节后,以高频磁场耦合方式发射能量;能量接收模块包括依次连接的 功率接收线圈、第二补偿单元和不控整流单元,将接收的高频交流电 转换为直流供给负载。本发明能够根据功率线圈的互感耦合程度自动 地调节原边功率线圈电流,从而获得保持稳定输出功率的特性,适用 于宽偏
华中科技大学 2021-04-14
一种新能源混合系统控制参数的优选方法
本发明公开了一种新能源混合系统控制参数的优选方法,用于在新能源混合系统中对 PID 控制参数进行优选。根据新能源混合系统建立模型,然后依据该仿真系统建立以 PID 控制器输入和输出参数为状态量的目标函数,运用本发明设计的优选方法求解目标函数得到最优 PID 控制参数。本发明设计的新能源混合系统控制参数的优选方法,采用一种新型启发式优化算法优化目标函数,能搜索到更优的目标函数值,得到的解代表更优的 PID 控制参数。更优的 PID 控制参数能使新能源混合系统频率偏差更小,调节速度更快,系统响应曲线更加
华中科技大学 2021-04-14
面向对象遥感影像分析中的尺度分割参数自动选择方法
本发明兼顾地学空间统计学和模式识别理论方法,基于统计方法提出分割前最优尺度分割参数自动选择及分割后的尺度效应评价及尺度分割参数的优化调整,提高了面向对象遥感影像信息提取和分析的精度、效率和自动化程度。
中国地质大学(北京) 2021-04-14
一种永磁同步电机机械参数的在线辨识方法
本发明公开了一种永磁同步电机机械参数的在线辨识方法。基于电机运动方程,首先通过获取的电机加速度信号、速度信号和实际 输出的电流信号,求解电机运动方程;随后将求解得出的辨识参数投 影到三维坐标系中,并将坐标等分成小区域,比较得出坐标系中的数 据分布密度最大的区域;最后将该区域内的解求平均值,从而辨识电 机本体的转动惯量、负载转动惯量、辨识时刻转速下的电机粘滞摩擦 系数和负载转矩等电机的机械参数。算法的计算量小,计算时间短, 因而实现了对永磁同步电机机械参数的实时准确的在线辨识,能为电 机控制提供更为准
华中科技大学 2021-04-14
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