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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
新冠肺炎疫情
下
的
高等医学教育发展论坛
经研究,中国高等教育学会决定举办“新冠肺炎疫情下的高等医学教育发展论坛”。该论坛是2020年11月8-10日在长沙举办的“第55届中国高等教育博览会(2020)”组成部分。
云上高博会
2020-11-08
新冠肺炎疫情
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的
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经研究,中国高等教育学会决定举办“新冠肺炎疫情下的高等医学教育发展论坛”。该论坛是2020年11月8-10日在长沙举办的“第55届中国高等教育博览会(2020)”组成部分。
云上高博会
2020-11-08
激波驱动
下
密实填充颗粒
的
初始运动机制研究
脉冲气压抛撒技术在军事和民用领域都有广泛应用,如灭火剂喷射、爆炸抛撒等,具有重要的学术和应用价值。本项目以密实填充颗粒为研究对象,在激波管中进行加载实验,借助多种瞬态测量技术,研究密实填充颗粒在脉冲气压驱动下的初始运动机制。
中国人民警察大学
2021-05-03
供应链管理
下
的
中小制造企业采购管理研究
中小制造企业要想在激烈的市场竞争中立足,必须加强采购管理.本文以供应链管理理论为指导,分析了现阶段我国中小制造企业采购管理中存在的问题,并提出了供应链环境下中小制造企业采购管理的策略.同时以长春某汽车零配件企业为例,论证了策略的可行性.
长春大学
2021-04-30
异构并行系统
下
时间能耗权衡优化
的
任务调度算法
本发明提出了一种基于时间-能耗重要性比重的并行任务调度算 法,在满足时间和能耗的双重限制下,实现异构并行系统下任务所用 时间和能耗的权衡优化。本发明考虑到实际情况中任务受各种因素的 影响,执行时间不是固定且确定的,而是近似于正态分布,因此在确 定任务调度顺序时,不采用以往技术中使用执行时间平均值的方法, 而是将执行时间的平均值和方差同时考虑进来使用近似权重。在任务 分配阶段,同时考虑时间和能耗这两个性能指标,并能根据
华中科技大学
2021-04-14
一种多核环境
下
OpenMP 任务并行
的
优化方法
本发明公开了一种多核环境下 OpenMP 任务并行的优化方法, 主要是通过自适应任务粒度控制的方式帮助程序员控制好任务粒度, 来优化任务并行,任务粒度是影响细粒度任务并行程序性能的一个重 要因素。自适应任务粒度控制包括:1)帮助优先与串行化执行的自适 应选取;2)限制细粒度任务的创建。在需要并行任务时采用帮助优先 策略,任务数足够时采用串行化执行策略。设置了可以自动调节大小 的阈值深度,用来限制细粒度任务的创建,若任
华中科技大学
2021-04-14
信息化背景
下
的
高校计算机教改探究
信息化是当前人类社会发展的大趋势,从当前各种信息技术充实到人们生活和工作中的实际情况来看,信息时代已经强势到来。在信息化的背景下,高校计算机教学面临着新的机遇,也急需做出改变,只有这样才能应用信息技术来实现高校计算机教学实效的实质性提升,使高校的计算机教学工作真正实现现代化、信息化。本文对信息化背景下高校计算机教学改革的相关问题进行了简单分析,并提出了一些合理化建议,希望可以从理论角度给予高校计算机教学改革一定的推动力。
成都大学
2015-12-30
超
高速
数码喷印设备关键
技术
研发及应用
该项目发明了基于众核处理器的超大流量喷印数据实时并行处理引擎,实现1.7Gbps 超大流量数码喷印数据的实时处理,喷印速度达到 1055 平方米/小时;发明了基于视频的喷印过程实时监测与控制方法,实时监测 84992 个喷孔的堵塞状态,自适应地对喷印图像实时矫正;发明了基于图像质量评价模型的喷印图像质量缺陷自动检测方法,判定当前喷印图像是否存在缺陷,实时发出报警。项目共授权发明专利 29 项,其中美国发明专利 2 项;获软件著作权 7 项;发表 SCI/EI 论文 27 篇;发布国家纺织行业标准 1 项。行业权威期刊《Digital Textile》认为,该项目成果在喷印速度、喷印色彩等重要指标上达到国际领先水平。项目成果已出口到日本、意大利等 20 多个国家和地区,应用于国内外 200多家企业,近三年实现新增产值 3.07 亿元,出口创汇 9323 万元。行业权威咨询公司 WTiN 2015 年的市场分析报告中,该项目成果喷印的织物占全球市场 13%,为全球第二。
浙江大学
2021-04-11
山区
高速
公路隧道运行光环境及应对
技术
研究
北京工业大学
2021-04-14
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