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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
新型固体润滑添加剂材料
 新型固体润滑剂层状金属磷酸盐材料具有具有类似于传统固体润滑剂二硫化钼、石墨的层状结构。该产品作为固体润滑剂添加到润滑脂中,通过合理的基础油复配技术,独特的工艺和配方设计,制备的润滑脂产品具有杰出的极压、耐磨、宽温润滑性能,满足多水、多尘和复杂工况的需要。技术指标: Cu-α-ZrP(Cu(OH)2Zr(HPO4)2· 2H2O)是浅蓝色粉末,粒径分布均匀, 在 400-600nm 范围。 作为固体润滑剂添加到锂基润滑脂中, PB(N) 值为 980N(加入量为 5.0 wt %),在同等条件下,比添加 MoS2 润滑脂的 PB 值高 58.8%,表现出优良的润滑性能。 
太原理工大学 2021-05-05
新型电测井的关键技术
新型电测井的关键技术 应用上述关键技术,本项目组先后完成了多个新型电测井仪器的优化设计和论证,硬件电路的研制,后续数据处理的研制,仪器系统的研制: 三分量感应测井仪;微电阻率扫描成像仪;油基泥浆微电阻率扫描成像仪;阵列感应测井仪;随钻电阻率测井仪;阵列侧向测井仪 通过下井测试和应用表明这些测井仪器的测井效果都达到了国际上先进仪器的水平,证明了本项目所研发的关键技术的先进性和适用性。 三维感应测井仪下中海油服科索1井 三维感应测井仪下新疆轮台的一口井 三维感应测井仪
电子科技大学 2021-04-10
新型高效析氧不溶性阳极
电解、电镀、电铸、污水处理、腐蚀阴极保护等电化学工程中阳极不可缺少。近来,产品的质量、特别是生产的高速化的需求,长寿命的不溶性阳极的应用急剧扩大。从节能、节约材料、不污染环境等对于所谓“绿色材料”的要求,长寿命且能使电极反应活化能降低即具有电化学催化性能的不溶性阳极被广泛需求。新型不溶性阳极是在钛基体上涂覆具有高电化学催化性能的贵金属氧化物涂层,涂层中并含有高稳定性的阀金属氧化物。新型不溶性阳极具有高电化学催化性能,寿命与铅阳极相当,析氧过电位比铅合金不溶性阳极低约0.5 V,节能;稳定性高,不污染镀液;重量轻,易于更换。新型不溶性阳极的析氧过电位也比镀铂不溶性阳极低,寿命提高1倍以上。 我国制造汽车、建筑、家电及食品饮料容器用涂镀层钢板高速电镀锌、高速电镀锌锡生产线在我国有20余条,其中13条高速电镀锡生产线用不溶性阳极全部为进口。而这些生产线使用氧析出过电位大电化学催化性能低的铅合金、铸铁、铂等不溶性阳极,存在镀液污染。此外,常规电镀、电解污水处理等方面毒性的铅合金不溶性阳极还被使用。所以,高效析氧不溶性阳极在电化学工程方面有良好的应用领域。  
北京科技大学 2021-04-11
新型电测井的关键技术
本项目组先后完成了多个新型电测井仪器的优化设计和论证,硬件电路的研制,后续数据处理的研制,仪器系统的研制: 三分量感应测井仪;微电阻率扫描成像仪;油基泥浆微电阻率扫描成像仪;阵列感应测井仪;随钻电阻率测井仪;阵列侧向测井仪
电子科技大学 2021-04-10
考古遗址研究及新型保护材料
土遗址是指人类活动遗留下的由土和以土为主的遗迹和遗物。我国土遗址很多,遍布全国各地,由于自然环境恶劣,许多土遗址的状况较差急待保护。 国内外对于土遗址的保护,可采取的措施包括改善环境、防止地下水的影响、防止生物的破坏,以及本体的化学加固等手段。其中土体的化学加固是解决土遗迹本身强度低,不耐水,容易崩散而采取的有效措施。 对于土体的化学加固,国内外经常使用的材料有:有机硅材料、无机的硅酸钾材料(PS材料),非水分散体材料等。 其中有机硅材料在西亚和南美的一些土遗址的保护中得到应用,但是由于毒性和固化容易受环境影响,在国内没有得到应用。 硅酸钾材料(PS) 是敦煌研究院开发的加固材料,在西部地区的土遗址加固中效果良好,可增加土体的抗雨水冲蚀和风沙磨蚀能力。使用的案例有吐鲁番的交河古城,高昌古城,酒泉的破城子古城,宁夏的西夏王陵等遗址。 对于中国东部的土遗址加固和保护,需要开发新有效的保护材料,满足目前大量遗址需要原地展示的需求。因此自1998年起,北京大学考古文博学院不可移动文物保护课题组,以此为研究任务,开发了有机硅改性的丙烯酸树脂非水分散体材料,成功的用于东部地区的土遗址保护工程,取得了良好的保护效果。这种材料处理的土样在重量增加很少的情况下就有较好的加固效果。加固后颜色变化不大,孔隙率变化小;透气性降低小,土样的抗压强度提高。经过处理的土样在耐水能力上表现优异,1%以上浓度加固剂的土样可在水中长期浸泡,非常稳定。应用案例 近年来,课题组负责的项目多以遗址类的本体保护为主,自2003年的湖南里耶遗址保护开始,分别应用到了很多的考古遗址保护。主要有晋侯墓地车马坑本体保护工程(2013)、哈民忙哈遗址本体保护(2013)、临淄战国车马坑遗址本体保护(2014)、内丘邢窑遗址本体保护工程(2018)等,均采用非水分散体材料对遗址进行加固。 晋侯墓地1992年发现,K1车马坑清理后发现殉车总数48辆,这是目前国内已发掘的商周时期车马坑殉葬车子最多者。晋侯墓地车马坑遗址状况基本完好,但是仍有很多的病害,最严重的病害是开裂和附属文物的错位和无依托。因此,北京大学考古文博学院和敦煌研究院合作进行了车马坑遗址本体保护方案的编写,并与河北文物保护中心实施了晋侯墓地车马坑本体保护工程。哈民忙哈遗址,迄今为止在内蒙古乃至东北地区发现面积最大的一处大型史前聚落遗址,具有重要的考古和历史价值。北京大学考古文博学院编写了哈民忙哈遗址本体保护方案,并与河北文物保护中心实施了哈民忙哈遗址本体保护工程。本次保护的对象包括13个房基遗址,合计面积500平方米。遗址保护土体和人骨部分,使用SD-528乳液制作的非水分散材料,环己酮作溶剂对土体进行整体加固,加固深度10厘米,提高强度和耐水能力;对于人骨的保护,采用SD528溶液混合土作为人骨的修补材料,人骨及周围土体均采用从低到高浓度的PVB溶液进行加固。合作方式 非水分散体加固材料经过多年的研究和应用,证明是合适有效的土遗址加固材料,可以进行技术咨询与技术服务,并可以参与遗址本体保护项目。
北京大学 2021-04-11
新型LED有机硅封装胶
近些年LED照明技术革命引起世界各国的普遍重视,市场潜力巨大,其中LED封装胶是LED应用的关键材料之一,其主要功能在于负载荧光粉并为供芯片提供足够的保护,使其发光更亮、更持久。封装胶材料对LED芯片的功能发挥具有重要的影响,散热不畅或出光率低均会导致芯片的功能失效,目前市场上高端LED封装胶主要由道康宁、信越等国外公司垄断。 本项目研制了新一代LED封装胶,并建立了新的胶联理论和方法,解决了以往封装胶合成过程中需要金属催化剂而引起的金属残留问题,提高了封装胶材料的性能和寿命,相对于现用的市场上的国外标杆产品,北航自主开发的新一代LED封装胶在耐老化性能、抗黄变性能方面通过了更为苛刻的实验测试,且原材料成本低廉,极具市场竞争力。
北京航空航天大学 2021-04-10
新型磁致伸缩材料与应用
一、 项目简介磁致伸缩材料具有磁致伸缩大、能量密度高、响应速度快等特点,在功率换能器、精密控制系统、传感器等方面得到广泛应用。针对磁致伸缩材料存在的制备工艺复杂、难于制备复杂形状及高频特性差等问题,提出一种方法来制备磁致伸缩材料。应用制备的材料研制了换能器与传感器等,在企业和大专院校得到应用。二、 项目技术成熟程度已完成实验工作,进入中试阶段,部分产品得到应用。三、 技术指标取向Tb-Dy-Fe合金样品在40 kA/m磁场下的磁致伸缩为1000×10-6。粘结Sm-Dy-Fe合金样品在低磁场下具有较高的磁致伸缩数值,当磁场为100 kA/m时,磁致伸缩可达265×10-6。Fe-Ga合金样品在10 kA/m磁场下的磁致伸缩为260×10-6。获得实用新型专利,已申报发明专利。四、 市场前景材料在功率换能器、精密控制系统、有源消振及传感器等方面得到广泛应用,市场前景广阔。五、 规模与投资需求根据生产规模确定。六、 生产设备真空熔炼炉、模具、压机等。七、 效益分析按每年生产4吨计算,可获利约1500-2000万,八、 合作方式面谈。九、 项目具体联系人及联系方式王博文, 翁玲: 电话:022-60204363;E-mail: bwwang@hebut.edu.cn
河北工业大学 2021-04-11
新型光触媒型空气清新剂
目前由于建筑、装饰和家具造成居室内空气污染严重危及人们身体健康,其污染物主要为甲醛和苯系物。室内空气的污染越来越引起人们的关注,而关于空气清新剂的制备与成为许多学者研究的热点。其中纳米级光触媒作为一种新型的无机材料,具有光催化活性,能利用太阳光催化降解很多有毒、有害的物质(如:室内装饰用的人造板,地毯等合成织物,化妆品、清洁剂、杀虫剂、防腐剂的使用也能释放出甲醛、苯系物),具有广阔的应用前景。纳米级光触媒作为空气净化材料可有效地降解室内外有机污染物,氧化除去大气中苯系物、甲醛等污染物。若用阳光作为光源来激发反应发生,大约一星期能消除空气中的苯系物、甲醛等污染物;若用紫外光作为光源来激发反应发生,大约两天能消除空气中的苯系物、甲醛等污染物,效果理想。更有价值的是该产品可加工成各种形态,便于包装和使用。例如:可制成薄膜贴附于车窗上,用于消除车内空气的污染。该产品生产成本较低,在目前家装、购车非常热门的时期,尤其具有商业价值。
武汉工程大学 2021-04-11
新型冠状病毒肺炎护理手册
中国科学技术大学第一附属医院、中国科学技术大学出版社特地组织相关专家加急编写了《新型冠状病毒肺炎护理手册》,日前已由中国科学技术大学出版社出版。 本书由中国科学技术大学附属第一医院(安徽省立医院)护理部主任储爱琴主编,安徽省新型冠状病毒感染肺炎医疗救治工作专家组组长、中华医学会安徽省内科学分会主任委员、安徽省医院协会护理专业委员会主任委员徐晓玲教授主审。本书将在中国科学技术大学出版社天猫旗舰店、当当店、京东店、畅想之星电子书平台免费上架电子书,以供下载阅读。 为提高各级医院对新型冠状病毒感染的肺炎的护理防控能力,有效帮助各级医疗单位,特别是基层医院、非专业医院以及相关医护人员,开展抗疫工作提供规范化、同质化、标准化模板,强化护理规范,加强卫生防护,敏锐识别病例,本书根据国家各项关于新型冠状病毒感染肺炎的防控、诊疗、监测方案及相关法律法规,总结了疫情防控经验,梳理出适用于医务人员的防护流程及策略,在提升医务人员防控水平和应对能力、防止疫情扩散、保障医疗质量和医务人员职业安全等方面发挥重要积极作用。本书内容涵盖疫情应急护理管理、发热门诊建设、隔离病区建设、患者照护流程、住院患者照护措施、职业防护等与疫情防控工作密切相关的内容。
中国科学技术大学 2021-04-10
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