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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
基于机器视觉技术的马铃薯分级控制方法及装置
本发明公开了一种基于机器视觉技术的马铃薯分级控制方法及装置。在图像检测时,根据导向拨杆的数目将摄像机视场划分成相对应个数的虚拟通道;用逻辑值来表示每个虚拟通道上是否存在待分级马铃薯;控制处理单元根据检测得到的逻辑值来控制导向拨杆是否动作,当逻辑值为1时,其所对应的导向机构才由气缸向上推出,马铃薯与导向拨杆接触而改变运行轨迹,分离到对应的出料斜槽中;马铃薯由摄像机采集图像后,由图像检测结果,以马铃薯横径为直径画一个虚拟圆,根据虚拟圆所占据的虚拟通道来确定采用一个或多个导向拨杆来分离马铃薯。本发明可用于杂质、不同品质马铃薯的快速检测,同时可减少马铃薯的损伤,准确地实现马铃薯的分选。
浙江大学 2021-04-11
基于机器视觉技术的马铃薯分级控制方法及装置
本发明公开了一种基于机器视觉技术的马铃薯分级控制方法及装置。在图像检测时,根据导向拨杆的数目将摄像机视场划分成相对应个数的虚拟通道;用逻辑值来表示每个虚拟通道上是否存在待分级马铃薯;控制处理单元根据检测得到的逻辑值来控制导向拨杆是否动作,当逻辑值为1时,其所对应的导向机构才由气缸向上推出,马铃薯与导向拨杆接触而改变运行轨迹,分离到对应的出料斜槽中;马铃薯由摄像机采集图像后,由图像检测结果,以马铃薯横径为直径画一个虚拟圆,根据虚拟圆所占据的虚拟通道来确定采用一个或多个导向拨杆来分离马铃薯。本发明可用于杂质、不同品质马铃薯的快速检测,同时可减少马铃薯的损伤,准确地实现马铃薯的分选。
浙江大学 2021-04-13
一种智能控制水中机器鱼的展示系统
本实用新型公开了一种智能控制水中机器鱼的展示系统,包括水族箱和用于陈列水族箱的陈列架,还包括智能控制系统,所述的智能控制系统包括图像采集装置、信号收发模块、数据中转模块和用户端,所述的图像采集装置、信号收发模块和用户端均与数据中转模块相连,图像采集装置用于实时采集当前水族箱内的整体图像信息并发送给数据中转模块;用户端用于收集图像信号并接收对机器鱼的选定操作,发出对机器鱼的控制信号;信号收发模块用于接收对机器鱼的控制信号并发射给相应的机器鱼;数据中转模块用于在用户端与图像采集装置、信号收发模块之间中转图像信息和控制信号。该展示系统可实现人与机器鱼之间的互动,实现人对机器鱼的自由远程控制。
浙江大学 2021-04-13
400人!2022年博新计划公示名单出炉
2022年博新计划正式公示,共400人入选!
中国博士后科学基金会 2022-06-16
注塑机机械手人控制系统
项目的背景及目的 在工资水平较低的中国,塑料制品行业仍属于劳动力密集型产业,但机械手的使用已经越来越普及。注塑机专用机械手的作用:第一、节省人力成本。第二、安全生产。第三、提高产品质量。第四、提高生产效率。海尔机械手采用PLC作为控制器。为提高国产化率和自主创新水平,我们与海尔公司合作研制自主知识产权的机械手控制器。控制系统包括两部分:1、多轴运动控制器,2、手持式编程控制器。实现对机器人多轴运动进行协调控制,同时通过手持式编程控制器(盒)完成对多轴
南开大学 2021-04-14
高级老年人静脉穿刺训练手臂模型
XM-S2C高级老年人静脉穿刺训练手臂模型   一、功能特点: ■ XM-S2C高级老年人静脉穿刺训练手臂模型模拟亚洲老年男性右手臂,肘关节稍外旋,皮肤菲薄,血管若隐若现。 ■ 采用高分子材料制成,仿真度高,解剖结构精细,具有头静脉、贵要静脉、肘正中静脉。 ■ 可选择不同类型的穿刺针进行训练,进针有明显的落空感,正确穿刺有回血产生。 ■ 可反复进行练习。   二、标准配置: ■ 老年人静脉穿刺训练手臂模型:1条 ■ 输液套装:1套 ■ 说明书:1册 ■ 保修卡合格证:1张
上海欣曼科教设备有限公司 2021-08-23
XM-60人体经络腧穴模型
XM-60人体针灸模型(男性60cm)   XM-60人体经络腧穴模型显示了14条经络线,标明了经络线上的361个经络穴位和48个经络外穴位,模型左边用中文标记相关穴位。 尺寸:高60cm 材质:PVC材料
上海欣曼科教设备有限公司 2021-08-23
XM-164人体骨杠杆分类模型
XM-164人体骨杠杆分类模型   XM-164人体骨杠杆分类模型由头颅骨(含下颌骨)的矢状切,第1-5颈椎的矢状切,胫骨和腓骨下段、距骨、肱骨、前臂骨、手骨(示手舟骨、头状骨、第三掌骨和中指骨)等组成,根据骨杠杆类型分别将上述骨加以连接,分别贴于杠杆的支点、力点和阻力点等标签,可观察人体骨杠杆概念分类和三类骨杠杆的传递力、平衡力、省力以及增大运动幅度与速度等所起的作用。 尺寸:自然大,60×44×12cm 材质:PVC材料
上海欣曼科教设备有限公司 2021-08-23
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