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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
南京农业大学资环院沈其荣院士团队揭示了植物残体自然腐解的“分解者-剥削者”互作模型
该研究通过模拟不同复杂度的植物残体分解环境,结合传代演化实验、多组学分析、系统生物学模拟和合成微生物群落实验,系统揭示了细菌与真菌在植物残体分解过程中的生态角色分化及互作机制,提出了“真菌主分解-细菌主剥削”的互作模型。
南京农业大学 2025-03-06
聚变等离子体微波反射成像系统
主要功能和应用领域:微波反射结合准光学技术是测量等离子体密度涨落空间分布在国际上新的发展方向。微波反射成像诊断是近十年来在微波反射技术和准光学成像技术基础之上发展起来的,主要用于测量等离子体二维或三维磁流体不稳定性以及电子密度涨落的新技术。 微波反射成像系统照片 特色及先进性:采用微波反射及准光成像相结合的方式,探测聚变等离子体内部密度扰动,为诊断等离子体提供新的更有力工具。 技术指标:纵向分辨率3-8cm可调;接收阵列:2*8。 能为产业解决的关键问题和实施后可取得的效果:可以通过多个频率,将通常的二维密度扰动诊断变为三维诊断,为更深入的研究聚变等离子体内部机理提供有力手段。
电子科技大学 2021-04-10
中心体调控大脑皮层发育机制研究
放射状胶质细胞是大脑发育最为关键的一种神经前体细胞,分裂产生大脑皮层几乎所有的神经元和胶质细胞。所有动物细胞都有中心体,通常位于细胞核附近的细胞质中。然而中心体在放射状胶质细胞内的定位十分独特,位于远离细胞核的顶端细胞膜上,即脑室腔的表面上。这种独特的亚细胞特征已被发现数十年,但其成因及功能一直令人困惑。图1. 中心体的顶端膜锚定调控神经前体细胞机械特性和大脑皮层的大小及折叠时松海教授和史航研究员课题组采用基于透射电镜成像的连续超薄切片技术,首次观察到了放射状胶质细胞内的中心体是通过附着在母体中心粒上的远端附属物(distal appendages)锚定在顶端细胞膜上的(图1)。为了探索其分子调控机制和生理功能,研究人员在大脑皮层放射状胶质细胞内特异性地去除了远端附属物的重要构成蛋白CEP83,使得远端附属物无法形成,从而阻止中心体与细胞膜的连接。结果发现,去除CEP83蛋白后,母体中心粒上不再形成远端附属物,中心体和顶端膜发生了微小的错位,不再锚定在顶端膜上。进一步研究表明,中心体这一不足1微米的位移,不是通过影响初级纤毛的形成,而是破坏了顶端膜上特有的环状微管结构,导致顶端膜被拉伸、变硬。这一物理特性的改变引起了放射状胶质细胞内机械敏感信号通路相关的YAP蛋白(Yes-associated protein)的过度激活,从而导致了放射状胶质细胞前期的过度扩增以及之后中间前体细胞的增多,最终使得大脑皮层神经细胞显著增加,体积扩大,并引发异常折叠。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-020-2139-6
清华大学 2021-04-10
烯烃热塑性弹性体本体嵌段聚合技术
以苯乙烯与二烯烃嵌段共聚物SBS、SIS、SEBS、SEPPS的热塑性弹性体,在全世界已形成 了数百万吨的生产能力和消费量,我国也有30多万吨的生产能力。由于其优异的性能和不可替 代性,在办公用品、家用电器、汽车、化工、仪表、压敏胶、制鞋、高速公路等领域都具有极 为广泛的应用。 这一类热塑性弹性体目前是采用苯乙烯聚合至预定分子量后,继而进行二烯烃的嵌段聚 合,达一定分子量后再进行苯乙烯的嵌段,或者采用多官能团偶联剂将嵌段分子结合成线型或 星型结构共聚物的方式生产的。然而这样复杂的分子设计和聚合过程必须采用无终止的活性聚 合方式方能实现,例如采用阴离子聚合。遗憾的是阴离子聚合很难控制。聚合体系内有害杂质 含量不能高于数ppm范围。 反应挤出之所以可以进行本体聚合或高分子化学反应,就是因为设备本身——挤出机原本 就是专用于高聚物高黏度熔体加工的,因此反应挤出技术可使高粘度本体聚合体系很容易得到 有效剪切、流动和表面更新,聚合热得以有效传导,使几乎运用其它方法都难以实现的高速放 热的本体活性聚合得以实现。因此,为了实现该类热塑性弹性体现低碳、环保、绿色的本体聚 合,也许只能寄期望于反应挤出聚合的制造技术了。 反应挤出聚合可以大量节约能源,其主要原因是采用本体聚合可以避免使用大量溶剂,在 溶剂的回收与复用上不仅可以节约巨大的能量,而且也极为有利于环保控制与生产安全。有一 种观点认为采用螺杆挤出同样需要消耗能量,但实际上无论采用何种聚合方式,甚至包括聚乙 烯、聚丙烯这样的本体聚合,最终也都需将聚合物与各种添加剂复配,经历一个造粒过程。所 采用的也是螺杆挤出机,耗费几乎同样的能量。而反应挤出聚合只是将聚合与造粒两步并作为 一步进行而已。此外,聚合过程中释放出的热量,还可以充分利用。因此从能耗上考虑,无论 如何计算都是一场节能的大革命。
华东理工大学 2021-04-11
自闭合盒盖一体化手提盒
本实用新型涉及一种自闭合盒盖一体化手提盒,具体实施为:盒盖(1)与 盒子(2)相连,在盒盖(1)两 端开有孔,其上穿了分散手提带(5),在盒子 (2)边上设有通线槽(4),分散手提带(5)通过通线槽(4)汇集 成手提带(3)。 装物品时打开盒盖(1),分散手提带(5)和手提带(3)被抽回;提起手提带 (3),手提带(3) 和分散手提带(5)被抽出,盒盖(1)关闭。本实用新型从 而具有安全和保洁的功能。
南京工程学院 2021-04-11
“海空天”一体化海洋立体观测
在国家海洋强国战略中,“海空天”对海观测和探测是必要手段。面向我国海洋强国战略需求和十四五规划中军民领域技术挑战,以及山东省地方经济发展和产业升级重大需求,威海校区“海空天”对海观测团队开展了关键技术突破、观测装备研发、系统研制和应用服务,同时与涉海企业和科研院所合作,升级传统行业,提升产业行业竞争力,服务新旧动能转换。课题组十三五期间承担了国家级、省部级项目30余项,包括国家自然科学基金、山东省自然科学基金在内基金的基础研究类项目,国家、省市重点研发计划等民口类项目,此外还承担了军委科技委、装备发展部等国防类项目,形成了诸多科技成果。科研经费累计约1.5亿元。获批国家双一流高校基础设施建设——新一代海空天对海观测技术综合试验平台、工信部对海监测与信息处理重点实验室、山东省海洋通信与智能无人观测装备工程技术中心、山东省海洋智能无人装备工程技术协同创新中心等7个省部级科研平台。课题组重点打造一个中心:海洋信息综合获取技术及装备创新中心,建设两个基地:数据获取及处理平台建设,标准化综合试验测试平台建设;解决三大难题:海洋探测手段不完善、海洋探测装备可靠性低、海洋技术复合型人才严重不足的难题;提供四个支撑:支撑“海空天”一体化空海协同探测技术体系、海洋装备试验测试标准化体系、山东省十强产业和新旧动能转换、海洋强国和海防建设。 面向我国海洋强国战略重大需求,军民领域对海观测技术挑战,以及山东省地方经济经济发展和产业升级重大需求,针对我国海洋智能装备企业研发投入大、产出慢、可靠性差、稳定度低,难以满足应用需求的问题,威海校区“海空天”对海探测团队开展智能装备核心技术突破和共用技术研发,降低装备研发成本。通过标准化试验和测试保障可靠性和稳定度,形成了涵盖综合环境感知目标探测、智能观测平台技术(无人机、无人船、水下自主航行器和水下机器人)、跨域通信协同组网技术、观测数据处理、服务与应用等为一体的“海空天”对海观测技术体系。基于“海空天”一体化空海协同观测技术体系,开展相关探测装备研发,构建演示示范系统。取得典型研究成果如图所示。 科研团队规模60余人,目前乌克兰外籍院士1人、教授/研究员3人,副教授10人,讲师4人,基本科研岗和任务型工程师2人,研究生40余人。 研究成果将为组建山东省“高密度、多要素、全天候、智能化的海空天立体观测网”,提升我省乃至国家的自主海洋装备研发能力、海洋资源开发能力以及建立海洋装备测试服务体系提供技术及装备支撑。本项目所研究成果不仅能够突破海洋传感器低功耗设计、自主无人观测平台控制、异构网络组网、海洋数据深度学习及处理等关键技术,进而实现海洋观测装备的立体化和智能化跨越式发展,而且对于树立我国海洋观测产品品牌的国际形象,提升国际影响力和市场竞争力,增强对全球性资源要素的控制能力具有重大战略意义,在海工装备、航空、航天、军工等领域具有广阔的技术应用产业化前景。 项目产品旨在通过关键技术的开发满足我国在海洋国防安全、海洋地形观测、海洋渔业养殖环境监测、勘探、打捞等以及灾害预警方面的智能化装备亟需,有着极其广泛的应用市场,特别对于山东省半岛蓝色经济带和海上粮仓的需求,具有极大经济价值和效益。预计未来3 年,年投资增幅超过百亿元,保守估计平均年复合增长率将达到40%以上,行业前景良好,将提升我省海洋产业的可持续发展能力。同时,我国其他临海省份也存在巨大海洋和渔业需求,同时为相关行业的竞争力起到不可估量的作用。项目研发将推动牵头公司产品提档升级,具有海空天立体化监测功能的智能海洋观测装备在未来将成为市场上极具竞争力的主流产品之一,市场容量极大,可达数千亿元。
哈尔滨工业大学(威海) 2021-05-11
体感式虚拟现实(VR)事故体验系统
应用多媒体、VR等技术,将已发生的重大事故或潜在重大安全事故制作成警示教育体验资源,应用VR体验硬件平台进行身临其境式体验,以提高体验者的安全意识与知识。体验内容包括事故发生发展过程、原因分析、处置措施、自我防护知识等内容。
中国石油大学(华东) 2021-05-11
聚变等离子体微波反射成像系统
微波反射结合准光学技术是测量等离子体密度涨落空间分布在国际上新的发展方向。微波反射成像诊断是近十年来在微波反射技术和准光学成像技术基础之上发展起来的,主要用于测量等离子体二维或三维磁流体不稳定性以及电子密度涨落的新技术。
电子科技大学 2021-04-10
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