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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
计算机视觉检测技术的QR码检测识别方法
本发明主要由计算机、数字摄像机、补光装置和声光提示装置组成,数字摄像机的视频信号输出给计算机,接受到视频传感器输入后计算机控制补光设备和声光提示设备,计算机内安装有QR码智能检测模块,通过循环读取扫描视频中的帧数据,检测其中的QR码图形,并提取和译码。
四川大学 2021-04-10
称重式液面位置的检测物块、装置及检测方法
已有样品/n本发明涉及一种称重式液面位置的检测物块、装置及检测方法,该称重式液面位置的检测方法,包括以下步骤:将电子秤位置高度固定,通过不可拉伸的固定长度挂线将检测物块浸入待检测液体中;待检测液面在检测物块上部的中间位置;记录电子秤的读数F1;当电子秤的读数变化时,记录电子秤的读数F2;根据电子秤的读数变化,计算液面位置的变化。该检测方法用于汽车发动机气体喷嘴流量特性试验,该检测方法检测精度高,易于操作,即使微小的液面位置变化也能检测出来。
武汉理工大学 2021-04-11
一种多探针平面度检测仪及其检测方法
本发明公开了一种多探针平面度检测仪及其相应的检测方法,该检测仪包括测量探针阵列、测量物镜、干涉显微镜、CCD 成像装置、垂直扫描工作台和水平工作台,其中干涉显微镜和 CCD 成像装置设置在垂直扫描工作台上,分别用于形成光的干涉条纹和干涉条纹的成像;测量探针阵列包括多个探针,这些探针各自的前端具有探针针尖,后端具有平面反射镜;测量物镜固定安装在干涉显微镜下部并处于探针平面反射镜上方,用于对光线进行汇聚;水平工作台设置在测量探针阵列下方用于放置被测样品。按照本发明,能够实现多探针同时测量,充分利用光干涉的高精度特性并有效避免测量时被测表面材料光学性能的影响,相应能够实现结构简单、测量精度高和成本低的效果。
华中科技大学 2021-04-11
大型回转支承滚道磨损自动检测系统及其检测方法
(专利号:ZL 201310185916.4) 简介:本发明提供一种大型回转支承滚道磨损自动检测系统及其检测方法,属于检测技术领域。该检测系统包括高精度超声波测厚探头、数据采集卡、控制器及显示器、继电器、声光报警器、信号通讯模块、驱动控制模块、数据采集与处理模块、报警模块,在指定时间间隔内,测量回转支承外圈的厚度,通过比较厚度差得到相应时间段内回转支承滚道磨损量。本发明检测系统能自动检测大型回转支承滚道磨损量,磨损量大于磨损允许值时将及时
安徽工业大学 2021-01-12
基于磁共振耦合的无损溶液浓度检测装置及检测方法
本发明涉及利用磁共振耦合无线能量传输检测浓度,具体涉及基于磁共振耦合的无损溶液浓度检测 装置及检测方法,包括温度监测及控制装置、与计算机连接的网络分析仪,还包括与所述网络分析仪连 接的测试设备,所述测试设备包括磁共振耦合系统,所述磁共振耦合系统包括发射端和接收端。该装置 克服了普通传感器来测量溶液的浓度时由于溶液会在传感器上产生结晶甚至腐蚀传感器,而在普通传感 器表明添加防腐材料又会大大影响测量精度,从而影响仪器的使用的缺陷。在谐振线圈的表面添
武汉大学 2021-04-14
地铁隧道病害检测系统
近十余年,随着我国城市建设的大发展,我国新建了大量地铁隧道投入运营使用。已建隧道普遍存在不同程度的隧道衬砌裂缝、变形以及渗漏水等病害,这些病害会严重危及行车安全,需对隧道的健康状况进行全面定期检测。 地铁隧道病害检测系统包含8组线扫相机模块,全方位采集隧道衬砌表面图像,精度0.2mm;采用AI识别算法,快速识别病害类型;高精度定位系统,实现病害精准定位;电控轨道车,速度5-30km/h,能满足快速信息采集要求。只需一名操作人员,一次通行即能完成隧道衬砌表面裂纹、脱落、渗水等病害的采集识别,达到快速、高精度检测的目的。
太原科技大学 2021-05-04
偏振光学检测方法
清华大学深圳国际研究生院生物医药与健康工程研究院马辉教授、何宏辉副研究员团队与深圳市坪山区人民医院张振宇博士团队开展合作,运用偏振光学检测方法助力中医药研究抗击疫情。该合作团队尝试采用自主研发的非标记活体动态偏振检测技术,通过细胞和动物模型定量评估“肺卫防感汤”在抗2019新冠冠状病毒过程中发挥的干预作用及机制,阐明“肺卫防感汤”的主要有效成分,并与黄石市中医院合作观察“肺卫防感汤”治疗新型冠状病毒肺炎的临床疗效。这一研究成果将为中国传统医药治疗新型冠状病毒肺炎提供新的方案和理论依据。
清华大学 2021-04-10
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