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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
SC-0109润滑脂抗水淋性能测定仪
仪器概述  本仪器是根据石油和石油产品行业标准SH/T0109-2004《润滑脂抗水淋性能测定法》的要求设计制造的,用于规定的实验条件下,在38℃和79℃试验时来评价润滑脂抵抗被水冲出轴承能力的新型产品。崇尚国际流行的人性化设计理念,采用数字显示器,简单明了。浴温控制精度高,抗干扰能力强,稳定可靠。 技术参数 1、工作电源:AC 220V±10%;50Hz 2、消耗功 率:600W 3、控温方式:数字显示温控仪 4、水槽控温范围:室温~100℃,可调 5、水槽控温精度:±2℃ 6、温度传感器:Pt100(铂电阻) 7、轴承套转速:600±30r/min 8、喷射口水流速:5±0.5ml/s 9、水槽容量:≥750ml 10、环境温度:20~30℃ 11、环境湿度:≤85% 性能特点 1、本仪器采用电加热棒加热方式,加热速度快。 2、本机按标准来选购球轴承,计时器可精确到0.1S。 3、采用进口温控仪器,确保试验所需精度且稳定可靠。 4、水浴温度通过PT100传感器(电阻测温包)输入到温控器,本传感器反映灵敏,工作可靠。 5、本仪器压缩机体积小、质量轻、运行稳定、无振动,很适合化验室之用。 网址链接 http://www.csscyq.com/proshow.asp?id=748  
长沙思辰仪器科技有限公司 2021-12-21
中国工程科技发展战略内蒙古研究院关于征集2023年咨询研究项目(中国工程院资助)的通知
中国工程科技发展战略内蒙古研究院(以下简称“内蒙古研究院”)是内蒙古自治区人民政府与中国工程院合作共建的高端智库。为充分发挥决策部门与智库之间的桥梁纽带作用,推动智库研究与自治区经济社会高质量发展,紧紧围绕中央交给内蒙古自治区的五大任务,征集2023年咨询研究项目(中国工程院资助),现将有关事项通知如下。
内蒙古自治区科学技术战略研究中心 2023-07-14
材料学院生物功能材料研究团队在Matter发表中药材料学策略治疗H1N1~MRSA混合感染肺炎成果
临床上,由于病原体与宿主之间复杂的相互作用,病毒-细菌混合肺炎会导致非常高的死亡率,对全世界人类健康造成了严重威胁。在新型冠状病毒肺炎(COVID-19)全球大流行期间,几乎所有严重的COVID-19患者都因继发性细菌感染而接受抗生素治疗,许多患者死于细菌继发感染而非病毒本身,包括多重耐药细菌感染。
天津大学 2021-09-23
复杂岩体多场广义耦合理论及工程应用
本研究成果包括岩体初始地应力场计算仿真、岩体参数选取及反分析、岩体多场耦合机理及多场耦合数值模拟、复杂岩体开挖与锚固支护计算仿真、施工爆破效应计算仿真等诸多方面,形成了较为独特的岩体多场广义耦合分析的科学研究体系
武汉大学 2021-04-10
大风量低浓度有机废气深度治理工程技术
高校科技成果尽在科转云
西安交通大学 2021-04-10
组织工程角膜上皮的基础研究和临床应用
"组织工程角膜上皮构建技术是现代组织工程领域的前沿技术。厦门大学“组织工程角膜上皮的基础研究和临床应用”项目组在973计划项目等国家级基金资助下,历时10余年,针对组织工程角膜上皮构建技术开展了系统的基础研究,发现了角膜上皮干细胞体内以及体外扩增的多种调控因子;优化了组织工程角膜上皮构建系统,制备了高效的组织工程角膜上皮生物反应器;构建了多种羊膜来源的细胞载体,开发了多种新的滋养层细胞,显著提高了组织工程角膜上皮的质量和功能。该项目在国内首次注册基于羊膜载体组织工程角膜上皮的临床实验,率先开展自体细胞来源的组织工程角膜上皮移植术,应用于严重角膜上皮干细胞缺乏患者的治疗,获得了良好的临床效果。该项目的开展,填补了我国眼科临床组织工程角膜上皮移植的多项空白,为大量角膜上皮干细胞缺乏患者带来了光明的希望,取得了显著的社会效益。 该项目自开展以来在国际杂志发表论文28篇,主要论文已被SCI收录论文引用800余次;主持编写或者参编专著或教材8本,申请5项中国发明专利,并在高水平国际学术会议进行大会报告和专题讲座70余次。项目负责人获得了运盛青年科技奖、紫金科技创新奖、中华眼科学会奖、华夏医学科技
厦门大学 2021-04-10
中国煤炭地质综合勘查关键技术与工程运用
该成果为 中国煤炭地质总局,中国矿业大学(北京),西安科技大学,山东科技大学,陕西省煤田地质局,河北工程大学,河北省煤田地质局等多家单位合作成果,获 2010 年度国家科学技术进步二等奖。项目 建立了以煤炭地质理论为支撑,以遥感调查技术、高精度地球物理 勘查技术、煤炭地质快速精准钻探技术、煤矿区环境遥感监测与工程治理技术、煤炭地质信息化技术为关键技术的中国煤炭地质综合勘查理论与技术体系。
西安科技大学 2021-04-11
混合式光纤传感技术在工程安全监测的应用
本项目属于光纤传感领域。项目适应多种应用环境和工程需求,发明了高精度、高稳定混合式光纤传感解调技术,恶劣环境下高可靠性光纤多传感器封装技术,多波段混叠式光纤多气体传感技术和混合式光纤传感组网融合技术。授权发明专利56项,其中美国专利3项。制定国家军用标准1项。获光纤传感产品测试认证38项。已应用到多项国家航空航天试验及电力、石化重大关键基础设施工程安全监测上,在光纤传感安全监测领域起到引领作用。
天津大学 2021-04-10
基础工程设施安全防护水灾害防治非开挖修复
研发了新型工程防护高聚物注浆修复材料,具有环保、早强、高韧、耐久、抗渗性强等特点。构建了 土质堤坝柔性防渗体新方法,建立了非水反应高聚物扩散理论,发明了堤坝及地下工程防渗堵涌高聚物注 浆成套技术及装备。建立了层状结构介电特性及力学特性反演理论,提出了基于无损检测的高聚物精细注 浆方法,开发了高速公路、高铁无砟轨道及地下管道快速非开挖修复技术。技术及产品特点:通过微孔注 射,材料柔韧性强,耐久性好(5~10年);采用自动控制精密注浆系统,施工速度快;无需养生;微创修 复,注浆孔16mm,避免了开挖维修造成的资源浪费和环境污染,对结构扰动小;造价低。
中山大学 2021-04-10
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