化工过程虚拟仿真实验教学模式探索

针对化工专业实验中实验装置体积大、流程复杂、物料和设备损耗大、化学物料易燃和有毒等特点,自主研发了20余套化工专业实验教学虚拟仿真软件,并实现了虚拟仿真实验教学资源共享。按照虚实结合、能实不虚的原则构建了高度仿真的虚拟实验环境,提供了可靠、安全和经济的实验项目。虚拟仿真实验实现了真实实验难以完成的教学功能,提高了学生的计算动手能力和解决实际工程问题的能力。

FCCU反再系统异常工况的安全分析

石油化工行业因生产规模大、生产工艺复杂、原料多易燃易爆,所以具有高危险性。对石化行业进行安全分析是保证安全生产的重要途径。基于石油催化裂化(FCCU)反再系统动态模型实现了再生催化剂失活、再生器稀相尾燃、反应器催化剂跑损3种异常工况的动态模拟。将工商管理模式的及时生产方式(just-in-time,JIT)应用于反再系统的安全分析,建立了上述4种异常工况的简化模型,实现了异常工况的及时识别。该方法能够有效地辨识不同状态下过程的运行规律,具有一定的可行性和优势,可以为实际生产安全提供准确、可靠的指导。将JIT理论用于动态过程的非线性分析,希望为动态系统的辨识提供一种新思路。

催化裂化反应器异常工况的动态模拟

建立了石油催化裂化(FCCU)装置反应器的动态数学模型。反应动力学采用五集总模型,模型中原料油、柴油、汽油、气体和焦炭由性质相似的烃类代替。建立仿真系统模拟了正常工况,并研究了两种异常工况对原料预热温度的影响,这两种异常工况分别从原油带水、含烃两方面考虑,通过原料预热温度的变化情况查找出原油的带水量或含烃量。结果表明:该动态模拟系统可以较好和较为准确地模拟催化裂化反应器的异常工况。

精馏过程单变量扰动原因的智能反演

由于精馏过程存在大量扰动,使得扰动原因难以确定,扰动量信息诊断精度难以提高,本文对精馏过程扰动问题进行了研究。以精馏塔回流量(L)、上升蒸汽量(V)、进料组成(zF)及进料量(F)扰动为例,在单变量扰动的基础上,将物理领域的反演思想应用于精馏故障诊断,结合精馏过程内嵌机理,建立了各扰动量与欧氏距离之间的反演模型,经过运算实现扰动量的定量分析。并将此方法录入规则,以便嵌入专家系统,实现智能辨识扰动原因。本文将此方法运用到高纯度的二元精馏塔中,实现了单变量扰动原因的定量辨识,证明了该方法的有效性。

非稳态过程故障诊断方法研究

针对化工非稳态过程动态特性强、变化范围大等特点,结合动态时间规整(DTW)和主成分分析算法(PCA)提出了一个新的混合故障诊断方案。利用DTW除去非线性特性构建残差变量,然后利用稳态过程的故障诊断方法进行诊断,降低了诊断难度,并以青霉素发酵过程进行了验证。诊断结果表明,该诊断方案对非稳态过程有很好的诊断效果。

SO4^2-/Fe2O3-ZrO2固体超强酸的制备及催化异丁苯酰基化反应

采用水热合成-浸渍法制备SO42-/Fe2O3-ZrO2(SFZ)固体超强酸催化剂,并将其用于异丁基苯酰基化反应。采用FT-IR、NH3-TPD、TG、Py-IR、XPS、N2吸附-脱附手段对制备的SFZ固体超强酸催化剂进行了详细表征。对SFZ催化异丁苯反应进行优化,在n(异丁苯)∶n(乙酰氯)=1∶1.2,反应温度70℃,反应时间3 h的条件下,SFZ-600(600℃焙烧)催化反应中异丁苯转化率达79.09%,IBAP收率为60.10%,对比相同条件下制备的SF-600(SO42-/Fe2O3、600℃焙烧)催化剂,异丁苯转化率69.25%,IBAP收率为53.88%。SFZ-600催化剂在循环使用5次过程中,异丁基苯转化率>68.66%,IBAP收率>55.09%,SF-600催化剂在循环使用5次过程中,异丁基苯转化率>56.67%,IBAP收率>40.30%。证明复合型固体超强酸催化剂SFZ可显著提高单一型SF催化剂的活性和稳定性。

WO_3/M_xO_y催化氧化环戊烯合成戊二酸

以黄钨酸为钨源,分别以ZrO_2、Al_2O_3、SnO_2为载体,采用浸渍法制备了用于催化氧化环戊烯(CPE)合成戊二酸(GAC)的多相化催化剂。考察了WO_3负载量、载体种类、焙烧温度对GAC收率的影响。采用傅里叶红外吸收光谱(FTIR)、X-射线衍射(XRD)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、透射电镜(TEM)等测试手段对催化剂进行了表征。实验结果表明,当制备催化剂的条件为以ZrO_2为载体,w(WO_3)=30%,焙烧温度500℃,在n(H_2O_2)∶n(CPE)=4.2,85℃下反应7h,GAC收率高于70%。

基于“Just-in-Time”动态精准对接产业需求的化工过程开发与设计课程改革与实例

化学工业是国民经济的基础产业和支柱产业,而化工过程开发与设计在化工生产中扮演着至关重要的角色,是调整产业结构、优化产业布局、提高自主创新能力及发展循环经济的重要基础和支撑。本文创新性地提出基于准时制“Just-in-Time”动态精准对接产业需求的教学模式,结合环戊烯绿色催化氧化制戊二酸技术开发对化工过程开发与设计课程进行教学改革,并构建了一种高校化工专业课程建设与产业需求精准对接的动态调整机制,寄望为校企协同育人提供参考和借鉴。

基于PCA权重的化工报警阈值优化

为避免海量报警影响正常操作,对报警阈值进行了优化.考虑了变量相关性,利用主元分析法(PCA)分析变量的重要程度,并求出变量权重;结合国际标准,根据变量权重分配变量报警数,优化报警阈值;在平行坐标图上将变量数据及报警阈值可视化,查看正常和异常工况区域,考察各变量之间的变化趋势,提取有效报警值;对某工业原油常减压操作数据进行验证,结果表明优化方法能有效减少报警数.