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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
现代设施农业“3+2”技术体系
通过“3+2”技术体系的应用与推广,达到节水减肥,全面提高劳动效率、生产效率与产品质量,实现设施农业持续高效发展。设施农业“3+2”技术是国务院有关农业“一控、两减、三基本”政策的全面贯彻与落实,大型的设施结构提高了设施农业规模化程度、机械化程度、土地利用率及劳动效率,基质袋式栽培及水肥一体化技术实现了水分高效利用,化肥施用量显著减少,作物秸秆与畜禽粪便等农业废物循环利用,产品品质大幅度提高的目标。设施农业“3+2”技术已在陕西、甘肃、青海、宁夏等地推广应用。初步估计推广面积1.3万亩以上,节约棚体建造成本3亿元。
西北农林科技大学 2021-05-11
SARS-CoV-2抗原表位研究
2020年3月3日,浙江大学在bioRxiv 预印本平台上传了题为Multi-epitopevaccine design using an immunoinformaticsapproach for 2019 novelcoronavirus in China (SARS-CoV-2)的研究成果。该研究基于可用病毒基因组数据进行计算机模拟,以鉴定B细胞抗原决定簇和人白细胞抗原HLA限制性T细胞抗原决定簇。在鉴定出的61个B细胞表位中19个具有较高潜在的免疫原性,可用于疫苗设计。预测有499个T细胞表位和中国人群中34个较普遍的HLA等位基因具有亲和力。点击查看原文
浙江大学 2021-04-10
SARS-CoV-2的S蛋白研究
2020年3月8日,福建师范大学在bioRxiv上上传了一篇题为 Cryo-electron microscopy structure of the SADS-CoV spike glycoprotein provides insights into an evolution of unique coronavirus spike proteins 的研究,识别了SARS-CoV-2的S蛋白的低温-EM的融合前结构,分辨率为3.55埃。
福建师范大学 2021-04-10
复方灭鼠剂(特杀鼠 2 号)
已有样品/n特杀鼠2号(原复方灭鼠剂系列,复方灭鼠剂配制方法专利申请号为9110774.6)是依照害鼠生理生态特性和药物相互作用原理,以抗凝血剂为基底,配以多种增效、增诱、助溶剂配制成的新型杀鼠药。具有灭鼠效果显著、毒杀历程缩短、且适口性好、安全性高,使用方便等特点。经国内同行专家鉴定其“具独创性,先进性,达到了同类研究的国际先进水平”。本研究成果还在国内首例推出了可溶性液剂这一杀鼠剂剂型,填补了国内空白,为杀鼠剂的应用开辟了—条广阔的途径。使用对人畜无毒或低毒的药物作增效剂、增诱剂,既提高了对鼠的
中国科学院大学 2021-01-12
瓠瓜品种华瓠杂2号
可以量产/n成果简介:华瓠杂2号为一代杂种,具有很强的生长势和抗逆性,第一分枝节位在3-4节,分枝1-3节连续着生雌花,雌雄花节位均较低,早熟性好。商品瓜浅绿色,微甜,平均瓜长39.6cm,横径4.02cm,瓜形较粗短,平均单瓜重0.46kg。对霜霉病和白粉病的抗性较强,一般亩产5000 kg左右,温室大棚栽培在8000 kg左右,适宜在长江中下游地区早春大棚保护地、春露地和秋季栽培。该组合为早春设施栽培的优良组合,田间表现对白粉病、霜霉病有明显的耐病性。其维生素C含量7.01mg/100g,可溶性
华中农业大学 2021-01-12
2Z—45机动插秧机
该机型为我国首个引进消化吸收与自主创新相结合的项目。由于该机型的出台,打破了我国步进式插秧机械韩、日产品对我国的垄断。出现了我国第一台能与韩、日同类产品竞争的机型。
扬州大学 2021-04-14
直径 2CM 纹影仪研制
成果简介: 直径 2m 纹影仪研制是用于大尺度火灾、爆炸、 气体泄漏等领域的冲击波、火焰精细结构的科学化仪器及检测 装置。 其主要功能包括: 利用非接触式光学原理,通过测量流场 的密度梯度,可精确判断冲击波、火焰、泄漏气体扩散区气体 界面等的精细结构。项目处于应用大型化阶段。2010-2016 年, 项目的小尺度研制产品(直径小于 200mm),尤其是中尺度研制 产品(
合肥工业大学 2021-04-14
猪圆环病毒2型合成肽疫苗
通过研究PCV2免疫保护抗原和抗原表位,设计并筛选出两个50-51个氨基酸组成的多肽序列,建立了多肽固相载体合成法和纯化工艺,制定了疫苗制造规程和质量标准,创制成功合成肽疫苗。 一、项目分类 显著效益成果转化 二、技术分析 国际首创,引领了国际该病疫苗的研发。通过研究PCV2免疫保护抗原和抗原表位,设计并筛选出两个50-51个氨基酸组成的多肽序列,建立了多肽固相载体合成法和纯化工艺,制定了疫苗制造规程和质量标准,创制成功合成肽疫苗。 猪圆环病毒2型(PCV2)是危害世界养猪业的重要病原,给我国养猪业带来巨大经济损失。疫苗接种是预防和控制该病的最重要手段。针对该病毒培养和疫苗抗原制备工艺技术难题,我校姜平教授团队深入研究挖掘该病毒与细胞相互作用、致病和免疫机制,成功创制成功合成肽疫苗,获得5项国家发明专利。疫苗安全有效,免疫保护效力100%,免疫持续期4个月,疫苗技术达国际领先水平,于2021年获得一类新兽药注册证书。
南京农业大学 2022-07-25
黄瓜新品种—康秀2号
早中熟短果厚肉型黄瓜,早春栽培从出苗到始收期约 59 天;基部节较易产生侧蔓;在第 2-3 节开始产生雌花,每节着生 1 朵以上雌花;低温弱光下雌花单性结实力强;果长 16.26 厘米,无果把,果径 3.6 厘米,果肉厚 0.84 厘米,果皮少刺少瘤,皮色墨绿;果实质地较脆嫩,无苦味,香甜味较浓;商品果外形美观,单果重 134.6 克;生长势旺,座果性强,抗枯萎病、白粉病和霜霉病。
扬州大学 2021-04-14
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