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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
采油井场原油加热低温空气源热泵装置
油井采出液在冬季需要加热才能保证外输。有些井场会伴生套管气,因此可使用简单的水套炉燃烧套管气对采出液进行加热,简单经济效果可靠。但也有相当一部分井场没有套管气副产物,这些井场冬季解决原油加热的手段主要有三种:一是使用燃煤锅炉对原油进行加热,二是直接使用电加热,三是使用太阳能装置进行加热。燃煤方案需要外购燃煤,使用中存在一系列的弊端,如冬季运煤困难,煤炭保管成本较高、煤炭丢失,燃煤炉日常看管工作量大等,因环保因素使用受限等问题。电加热方案通过电磁加热或感应加热装置实现,从一次能源利用率角度衡量,显然经济性非常差,但设备最为简单,也基本无需人员维护。太阳能加热装置则需要很大的集热面积及相应安装场地,另外,冬季太阳辐射强度较弱因此集热量有限,并且冬季阴天较多,晚上也没有太阳能,所以太阳能装置仍需要采用电辅助加热以保证阴天和夜晚的热量供应,相比于电加热而言其总体经济性仍不够理想。
西安交通大学 2021-04-11
“低温粉碎法”工业化生产精细胶粉
我国天然橡胶资源紧缺,年产仅16万吨,而需求量为60余万吨,且逐年增长,国家每年耗用大量外汇进口橡胶。国内每年废橡胶50余万吨,由于技术陈旧,生产工艺落后,废胶利用率低,耗能大,污染严重。国外七十年代已开始研究废橡胶的再生利用,美、日等国先后研究出低温粉碎法生产精细胶粉,获很大经济效益。胶粉不仅用来生产制品,而且大量用于建筑、道路工程,与天然胶掺合生产子午
西安交通大学 2021-01-12
高性能低温烧结BZN基MLC介质瓷料
本项目从材料科学的角度出发,在国内外率先对Bi2O3-ZnO-Nb2O5(BZN)体系陶瓷的相结构、相关系与介电性能进行了系统研究。首次深入系统地研究了三元系统中焦绿石相区的相关系,以结构―性能关系为出发点对BZN基介电陶瓷材料进行了系统的离子取代改性研究,在此基础上获得了低烧结温度、达到CG指标的温度稳定型BZN基和MLCC瓷料,可以作为高频多层陶瓷电容
西安交通大学 2021-01-12
机械切换保温复温模式的低温保存装置
本发明公开了一种机械切换保温复温模式的低温保存装置,包括用于盛放工作溶液和样品的工作容器,还设有保温容器和驱动机构;其中保温容器设有密闭空腔,用于装保温溶液,且工作容器和保温容器的至少一部分外形互补;所述驱动机构与工作容器和保温容器的至少一者联动用以改变工作容器和保温容器的间距。本发明可以精确的控制保温容器内保温溶液的量和温度;可以自由切换工作溶液的保温和复温过程,全程温度可以控制。
浙江大学 2021-04-13
太阳能低温小型LiBr吸收式空调系统
本装置是一种利用太阳能作为驱动力、采用环境友好的LiBr-H2O作为工质的小型空调系统。通过特殊设计的溶液提升管,实现内部溶液的自循环,无需电泵作为动力。运行温度在70至90℃范围,制冷量在5至10kW范围。特别适合中小型别墅或办公楼使用。本装置主要采用了狭逢通道小温差强化传热专利技术、激淋式横管和竖管降膜蒸发与冷凝技术以及多效回热、强化冷凝、强化对流等多项先进的强化传热传质措施,使装置具有节能、稳定和运行温度低的特点。只要有太阳能或发动机余热的地方即可使用,能在20~40℃的环境温度下、在60~90℃的供热水温度范围内正常工作,满足太阳能集热器提供热水的各项技术要求。在80℃的供热水温度下运行时的COP达到0.6以上。
北京理工大学 2021-04-13
太阳能低温小型LiBr吸收式空调(产品)
成果简介:本装置是一种利用太阳能作为驱动力、采用环境友好的LiBr-H2O作为工质的小型空调系统。通过特殊设计的溶液提升管,实现内部溶液的自循环,无需电泵作为动力。运行温度在70至90℃范围,制冷量在5至10kW范围。特别适合中小型别墅或办公楼使用。本装置主要采用了狭逢通道小温差强化传热专利技术、激淋式横管和竖管降膜蒸发与冷凝技术以及多效回热、强化冷凝、强化对流等多项先进的强化传热传质措施,使装置具有节能、稳定和运行温度低的特点。只要有太阳能或发动机余热的地方即可使用,能在20~40℃的环境温度下
北京理工大学 2021-04-14
一种低温等离子体射流装置
本实用新型公开了一种低温等离子体射流装置,包括高压脉冲电源、金属软管和等离子体喷枪;内部包含高压导线和气管的金属软管由高压脉冲电源的面板引出,并与等离子体喷枪相连;高压脉冲电源外壳、金属软管以及金属材质的等离子体喷枪表面都与地线连接;等离子体喷枪内部包含绝缘芯、一端封闭的内绝缘管及外绝缘管,高压电极插入内绝缘管中;气体经过等离子体喷枪时,在高电压脉冲作用下,电离成等离子体并形成射流。本实用新型等离子体喷枪可直接手持,并通过金属软管较大的活动范围,用于不同的场合,比如皮肤的消毒灭菌、龋齿的处理、血液的凝固、伤口的愈合、皮肤病的治疗以及癌症治疗等临床医疗上,也可用于生物医用材料的表面处理。
浙江大学 2021-04-13
四川海盛杰低温科技有限公司
四川海盛杰低温科技有限公司位于四川省成都市温江区成都医学城,是青岛海尔生物医疗股份有限公司(股票代码:688139)的控股子公司,是全球液氮罐产品及液氮应用设备开发制造基地。 公司立足成为全球物联网生物安全科技生态品牌。公司始终坚持“诚信、务实、敬业、创新”的经营理念,以始于初心、敬于善心、持于恒心、臻于匠心的企业精神,实现“让生命更美好”的企业使命。 公司严格贯彻执行ISO9001质量管理体系,产品获得欧盟CE认证和MDD认证,公司是拥有多项发明专利的高新技术企业。 公司拥有“海尔”和“盛杰”两个品牌,以用户需求为导向,海尔品牌液氮罐向生物医疗物联网科技生态发展,盛杰品牌向深低温应用产品个性化定制服务方向发展。 公司聚焦生物医疗领域,以生物样本存储为中心,为用户提供生物样本库建设整体解决方案,同时向食品保鲜和工业制冷两个方向进行产品拓展。 公司产品包括液氮供给系统(液氮塔及低温管道)、液氮生物容器、样本中转设备、监控管理及软件系统、液氮冰激凌机、海鲜冻存罐、液氮恒温器等,产品型号从1升到6000升共计100多个规格,广泛应用于医疗、畜牧、科研、军工、食品、工业等领域,已经销往全球60多个国家和地区。
四川海盛杰低温科技有限公司 2021-12-07
交变高低温湿热试验箱
产品详细介绍交变高低温湿热试验箱/高低温湿热试验箱      产品用途该系列产品适用于航空航天产品、信息电子仪器仪表、材料、电工、电子产品、各种电子元气件在高低温或湿热环境下、检验其各性能项指标。 交变高低温湿热试验箱箱体结构 箱体采用数控机床加工成型,造型美观大方,并采用无反作用把手,操作简便。箱体内胆采用进口高级不锈钢(SUS304)镜面板,箱体外胆采用A3钢板喷塑,增加了外观质感和洁净度。补水箱置于控制箱体右下部,并有缺水自动保护,更便利操作者补充水源。大型观测视窗附照明灯保持箱内明亮,且利用发热体内嵌式钢化玻璃,随时清晰的观测箱内状况。加湿系统管路与控制线路板分开,可避免因加湿管路漏水发生故障,提高安全性。水路系统管路电路系统则采用门式开启,方便维护和检修。箱体保温采用超细玻璃纤维保温棉,可避免不必要的能量损失。箱体左侧配直径50mm的测试孔,可供外接测试电源线或信号线使用。  交变高低温湿热试验箱可程式控制器  温湿度控制仪表采用(韩国三元)全进口超大屏幕画面,荧幕操作简单,程式编辑容易。控制器操作界面设中英文可供选择,实时运转曲线图可由屏幕显示。具有100组程式1000段999循环步骤的容量,每段时间设定最大值为99小时59分。资料及试验条件输入后,控制器具有荧屏锁定功能,避免人为触摸而停机。具有RS-232或RS-485通讯界面,可在电脑上设计程式,监视试验过程并执行自动开关机等功能。具有自动演算的功能,可将温湿度变化条件立即修正,使温湿度控制更为精确稳定。 交变高低温湿热试验箱冷冻及风路循环系统  制冷机采用法国原装“泰康”全封闭压缩机。冷冻系统采用单元或二元式低温回路系统设计。采用多翼式送风机强力送风循环,避免任何死角,可使测试区域内温湿度分布均匀。风路循环出风回风设计,风压、风速均符合测试标准,并可使开门瞬间温湿度回稳时间快。升温、降温、加湿系统完全独立可提高效率,降低测试成本,增长寿命,减低故障率。 交变高低温湿热试验箱符合标准GB/T2423.1-2001 GB/T2423.2-2001 GB/T2423.3-1993 GB/T2423.4-1993 国军标、IEC  交变高低温湿热试验箱规格与技术参数   型号 GDw(J)S-100 GDw(J)S-225 GDw(J)S-500 GDw(J)S-010 GDw(J)S-013 工作室尺寸D×W×H 450×450×500 500×600×750 800×700×900 1000×1000×1000 1000×1000×1300 性能指标 温度范围 A:-20℃~130℃ B:-40℃~130℃ C:-60℃~130℃ D:-70℃~130℃ 湿度范围 30~98%R.H 波动/均匀度 ≤±0.5℃/≤+2℃ 湿度偏差 +2、-3%R.H 升温时间 -20℃~100℃约35min -40℃~100℃约45min -70℃~100℃约55min 降温时间 25℃~-40℃约50min 25℃~-60℃约65min 25℃~-70℃约80min 温湿度运行控制系统 控制器 进口可编程触摸式液晶中文对话式显示.微电脑集成控制器 精度范围 设定精度:温度±0.1℃、湿度±1%R.H,指示精度:温度±0.1℃、湿度±1%R.H 温湿度传感器 铂金电阻 PT100Ω/MV 加热系统 全独立系统,镍铬合金电加热式加热器 加湿系统 外置隔离式,全不锈钢浅表面蒸发式加湿器 除湿系统 采用蒸发器盘管露点温度层流接触除湿方式 供水系统 加湿供水采用自动控制.且可回收余水.节水降耗 制冷系统 全封闭风冷单级压缩制冷方式/原装法国“泰康”/全封闭风冷复迭压缩制冷方式 循环系统 耐温低噪音空调型电机.多叶式离心风轮 使用材料 外箱材质 优质碳素钢板.磷化静电喷塑处理/SUS304不锈钢雾面线条发纹处理 内箱材质 SUS304不锈钢优质镜面光板 保温材质 聚胺脂硬质发泡/超细玻璃纤维绵 门框隔热 双层耐高低温老化硅橡胶门密封条 标准配置 多层加热除霜附照明玻璃视窗1套、试品架2个、测试引线孔(25、50mm)1个 安全保护 漏电、短路、超温、缺水、电机过热、压缩机超压、过载、过电流保护/控制器停电记忆 电源电压  AC220V/AC380V±10% 50±0.5Hz 三相五线制 使用环境温度 5℃~+30℃ ≤85%R.H   
北京东工联华科学仪器设备有限公司 2021-08-23
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