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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
汽车教具电动低压电器智能网联控制系统
北京智扬北方国际教育科技有限公司 2021-08-23
伺服控制系统集成版-金属版人型套装
产品详细介绍 整体功能特点 结构化安装:安装更加高效、简便,连接处采用防松螺母。 布线美观:布线更加整齐、方便,整体美观度大大提升。 固件升级:主控器支持固件升级、伺服马达支持内部固件升级。   基本参数 自由度数量:16 尺寸:489x356x 66mm(横高x身高x 体宽) 材质(结构件):铝合金 直流供电:7.4V高倍率锂电池组(推荐7 V-9V DC) 控制方式:用户自主编程控制(可无线遥控、多机同步启动等) 调试与下载端口:Mini USB 保护设计: 短路保护、电量检测与报警 内部传感器: 声音传感器、2.4G高速通讯模块、3D加速度传感器   伺服马达 控制范围:0-359度控制(带数字反馈) 输入电压:4-9V DC 电流:0-2.2 A 力矩:12Kgf·cm 减速比:1:307 齿轮:高强度金属齿、传动效率高 外壳:高硬度环保材料 寿命:>10万Cycle(5kgf·cm下测得) 信号模式:串行命令模式和传统PWM模式 保护功能:过流、短路保护、过压保护、过热保护 特色功能:伺服马达支持内部固件升级 应用方式:舵机控制方式、减速电机控制方式、编码电机控制方式 接线方式:两边侧面各有一个输入/输出口,用于连接上一级与下一级伺服马达(串行连接方式)   3D人型伺服软件 基于微软.net平台+NXA3.1(微软3D开发平台)开发; 图形化编程与代码编程方式相结合,满足不同层次使用者的需求; 支持在线调试与仿真、支持三维与实体同步仿真、支持与传感器结合编程,扩展功能强大; 带偏差修正功能与常用动作库、程序一致性好、调试方便快捷。 通过调整机器人的动作,可以同时在虚拟和实体中仿真机器人动作,调整伺服马达角度的同时,软件会根据马达调整的角度来进行相应的矫正。
广州中鸣数码科技有限公司 2021-08-23
MMW-1A组态控制万能摩擦磨损试验机
产品详细介绍 MMW-1A组态控制万能摩擦磨损试验机 1、性能特点:         该机引入过程控制原理,将工业控制计算机与组态软件技术、网络技术紧密结合;并采用一体化的结构设计,将嵌入式工业控制计算机、组态软件、采集模块、执行器组合在一个框架内,完成对整个试验过程的控制,所有的试验操作都能在计算机主界面中进行,是国内首次应用该项技术的摩擦磨损试验机,具有组态控制方式灵活、摩擦副种类多、调速范围大、能够模拟高温环境,自动化程度高、使用调整方便的特点。 2、适用范围:         该机在一定的接触压力下,能够模拟滚动、滑动或滑滚复合运动,具有多种摩擦副,能够完成点、线、面摩擦模拟试验。可用来评定润滑剂、金属、塑料、涂层、橡胶、陶瓷等材料的摩擦磨损性能。既能满足传统石化行业用户研制、开发、检测各种中高档系列液压油、内燃机油、齿轮机油的需求,又能满足新兴材料开发、新工艺研究用户进行模拟评定测试的需求。 3、主要技术经济指标   序号 项目 技术指标 1 试验力工作范围 10~1000N(无级可调) 2 试验力示值相对误差 ±1% 3 摩擦力矩测量范围 2.5N.m 4 摩擦力矩示值相对误差 ±2% 5 主轴转速范围 1~2000r/min 6 使用减速装置时: 0.05~20r/min 7 试验介质 油、水、泥浆、磨料等 8 温度控制范围 室温~300℃ 9 试验机主轴与下副盘最大距离 >75mm 10 时间控制范围 10s~9999min 11 计算机及数据处理系统      使用工业控制计算机及组态软件,实现对整机和试验过程的全程控制,实时显示各种参数,自动记录摩擦力—时间曲线和温度—时间曲线
济南竟成测试技术有限公司 2021-08-23
一种草坪践踏器
本实用新型公开了一种草坪践踏器,包括框架和位于框架上部的举升装置,在所述框架上设置有可沿所述框架上下移动的活动压板,所述举升装置与所述活动压板通过连接件连接。通过在支脚上设置有活动压板,利用举升部件带动活动压板上升到一定高度后撤去外力,活动压板在重力作用下落向草坪,反复重复该过程来达到不对草坪造成大面积伤害的前提下精确控制对于草坪的践踏强度的目的。
北京林业大学 2021-02-01
光学防抖MEMS驱动器
本发明公开了一种光学防抖MEMS驱动器.现有的光学防抖驱动器,最多仅具有五轴.本发明包括平面三轴驱动器和垂直三轴驱动器.所述的平面三轴驱动器包括第一框架,驱动臂和中间固定板.垂直三轴驱动器包括运动件和驱动件.运动件包括第二框架,第二悬臂,偏转盘,弹簧条,中心盘和第三接触点.多根第二悬臂的一端均与偏转盘连接,另一端均与第二框架连接.驱动件包括底盘和扇环状电极片组.扇环状电极片组包括n片扇环状电极片.n片扇环状电极片均固定在底板上.扇环状电极片组与偏转盘对齐.本发明可实现使图像传感器在平面三轴及竖直三轴上运动,解决由于相机抖动带来的图像模糊问题.
杭州电子科技大学 2021-05-06
钢水电脉冲处理器
成果简介钢水电脉冲处理器以现代 IGBT 大功率开关器件组成的零电压开通, 零电流关断高频逆变为核心电路, 经变压可控同步整流输出高频脉冲电流, 送至插入钢水中的特殊电极, 产生强大的电磁场, 致使钢水在凝固过程中, 结晶组织由原来的柱状晶转变为细小的等轴晶, 同时改善边裂、 中缩, 提高了钢铁产品的质量,是更新替代造价昂贵、 笨重耗能的电磁搅拌工艺较为理想的钢水处理设备。成熟程度和所需建设条件 本项目先后成功应用于马钢、 南钢、 邢钢和宝钢梅山炼钢厂方、 圆、 板坯连铸机, 结果表明铸坯质量得到提升, 经济和社会效益明显。技术指标脉冲电流可有效提高等轴晶率, 减小二次枝晶间距, 显著改善凝固组织, 提高铸坯质量。市场分析和应用前景本项目成功地将脉冲电场应用于连铸坯的生产过程, 以低成本实现了铸坯质量的优化, 在工程应用方面达到了先进水平。 该项目研究成果具有自主知识产权,可形成脉冲电流改善铸坯凝固组织的国产化技术, 具有较好的推广价值和应用前景, 可为国内同行业使用和借鉴。社会经济效益分析技术应用后, 可以低成本实现改善凝固组织, 减少了废品率, 降低了产品能耗, 符合节能减排的低碳经济要求。知识产权及成果获奖情况已申请国家发明专利。合作方式合作开发、 受托开发联系方式冶金学院 朱正海(13855533713)、 王建军(13805553970)电邮: zhu_zhenghai@163.com 传真: 0555-2311571
安徽工业大学 2021-04-11
蠕动掘进式星壤潜入器
一种蠕动掘进式星壤潜入器,包括:掘进单元,进尺单元,定姿单元,其特征在于:掘进单元中,主掘进电机安装在主机架上,电机轴与花键传动轴相连,花键传动轴与掘进头连接,掘进头与主机架之间安装有密珠轴承,主机架与掘进头之间安装有调力弹簧和压力传感器;掘进头可相对于主机架转动和向下移动实现回转下潜,而下潜压力可以通过调力弹簧和压力传感器进行调节和监控.本发明的有益效果是:结构精巧,设计合理,自动化控制运转,工作过程平稳有序,专门为星体探测设计使用.
哈尔滨工业大学 2021-05-04
钢水电脉冲处理器
钢水电脉冲处理器以现代 IGBT 大功率开关器件组成的零电压开通,零电流关断高频逆变为核心电路,经变压可控同步整流输出高频脉冲电流,送至插入钢水中的特殊电极,产生强大的电磁场,致使钢水在凝固过程中,结晶组织由原来的柱状晶转变为细小的等轴晶,同时改善边裂、中缩,提高了钢铁产品的质量,是更新替代造价昂贵、笨重耗能的电磁搅拌工艺较为理想的钢水处理设备。
安徽工业大学 2021-04-30
PS-Pulsed激光器模块
主要功能和应用领域:非线性光学应用;光纤传感;激光雷达;时间可分辨的荧光分析;赝单光子源产生;量子纠缠光源 技术指标: 重复频率:0.1-300 MHz可设定;最高可达1.25 GHz;脉冲宽度:50皮秒(典型值),25 – 500 皮秒间可设定;周期抖动:10皮秒(典型值);峰值功率:直接输出峰值功率大于10 mW;结合MOPA技术达到百瓦量级峰值功率;输出波长:1.0/1.3/1.5 微米波段可选;中心波长附近3 nm范围内连续可调,波长可定制;同步电信号:LVTTL电平信号;输出形式:尾纤输出带FC/PC或FC/APC连接头;供电电源:+12V,2A直流;通信接口:RS232;提供重复频率,同步信号脉宽及其延时设定界面 图1 PS-Pulsed 模块输出波长 (nm) 图2 PS-Pulesd模块输出光脉 PS-Pulsed 激光器模块: 输出波长:1.0/1.3/1.5 微米波段可选;中心波长附近3 nm范围内连续可调;波长可定制 重复频率:< 0.1-100 MHz可设定;1-1.2 GHz 可选;脉冲宽度:50皮秒(典型值),25 – 500 皮秒间可设定;周期抖动:10皮秒(典型值);峰值功率:直接输出峰值功率大于10 mW;结合MOPA技术达到百瓦量级峰值功率;同步电信号:LVTTL电平信号(延时可设);输出形式:尾纤输出带FC/PC或FC/APC连接头;通信接口:RS232;提供重复频率,同步信号脉宽及其延时设定界面;供电电源:+12V,2A直流 PL-Pulsed 激光器模块是使用直接调制技术实现的皮秒激光脉冲产生模块。模块的典型尺寸为12cm × 8cm,可根据实际条件进行设定。模块具有友好的人机交互界面,对激光脉冲的重复频率和同步输出信号进行灵活设置。激光器输出波长由模块内的温度控制单元进行稳定的控制和调谐。PL-Pulsed 激光器模块可应用在非线性光学、分布式光纤传感、激光雷达、时间可分辨的荧光分析、生物光子学、赝单光子源、量子光学、量子通信以及随机数产生等领域。
电子科技大学 2021-04-10
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