精細化工過程控制技術(shù)及其發(fā)展趨勢

作者簡介：石坤杰（1976.6-）；男；籍貫：安徽淮北濉溪縣；學歷：本科；單位：濉溪縣巨成精細化工有限公司，職務(wù)：技術(shù)員；研究方向：化工工藝技術(shù)

摘要：隨著精細化工市場的快速成長，對于產(chǎn)品的需求也在不斷發(fā)生著變化，從而使得目前的精細化工一般采用小批量的方式進行生，同時其生產(chǎn)過程具有典型的間歇性、時變性、工藝復雜等特點。而且，大部分的精細化工材質(zhì)具有一定毒性或者腐蝕性，因此精細化工的過程控制環(huán)節(jié)是至關(guān)重要的。為了進一步提升精細化工的水平，需要對其過程控制的技術(shù)特點以及發(fā)展趨勢進行研究。本文主要對當前精細化工過程控制進行研究，對精細化工的技術(shù)特點進行分析，并且結(jié)合國外先進經(jīng)驗對精細化工過程控制技術(shù)的發(fā)展趨勢進行分析。

關(guān)鍵詞：精細化工；過程控制；技術(shù)特點；發(fā)展趨勢

一、引言

精細化工的發(fā)展是以快速發(fā)展的市場為導向的，其核心是高新技術(shù)，并且產(chǎn)品定位于高附加值、多層次、小批量特點的生產(chǎn)。隨著我國精細化工市場需求的增加，在過去的幾年時間我國精細化工技術(shù)取得了快速發(fā)展，而且已經(jīng)成功實現(xiàn)了由商品化學產(chǎn)品向功能化學品的轉(zhuǎn)換，而且其生產(chǎn)也由大規(guī)模轉(zhuǎn)向小規(guī)模，由依靠價格競爭向質(zhì)量競爭轉(zhuǎn)換，使得精細化工在技術(shù)以及市場化方面取得了巨大進步。目前，在化工產(chǎn)業(yè)中精細化工已經(jīng)占到了很大的比重，然而由于精細化工規(guī)模嬌小、間歇性生產(chǎn)以及復雜的過程控制等特點，我國的精細化工信息化與自動化水平還較低，與國外發(fā)達國家相比還有著較大的差距。因此，當前對于精細化工技術(shù)特點及其發(fā)展趨勢的研究具有十分重要的現(xiàn)實意義，對于提升我國精細化工的自動化水平至關(guān)重要。

二、精細化工過程控制的技術(shù)特點

結(jié)合目前精細化工發(fā)展的實際情況，其生產(chǎn)過程控制主要具有以下幾個方面的特點：

（1）精細化工生產(chǎn)規(guī)模小、品類多、換代周期短

目前我國的精細化工已經(jīng)涉及到幾十個行業(yè)，其產(chǎn)品的類型十分繁多，通常具有較強的專用性，這也就導致精細化工的生產(chǎn)規(guī)模不大。而且由于目前精細化工的市場需求變化較快，這使得產(chǎn)品的壽命周期較短、產(chǎn)品更新?lián)Q代較快?？焖僮兓氖袌鲂枨笠缶毣さ纳a(chǎn)周期要盡可能縮短，提高工藝的研發(fā)效率。因此，在精細化工的開發(fā)階段需要加強對于生產(chǎn)工藝的數(shù)據(jù)采集工作，盡可能減少試驗的次數(shù)，同時通過深化處理和分析數(shù)據(jù)獲得進一步可用的數(shù)據(jù)信息。

（2）精細化工呈現(xiàn)出顯著的間歇性以及半連續(xù)性

這一特點主要是由精細化工自身的市場需求決定的，這主要是由于精細化工的產(chǎn)品生規(guī)模較小，因此采用半連續(xù)生產(chǎn)工藝可以盡量保證產(chǎn)品的質(zhì)量。同時由于產(chǎn)品的工藝參數(shù)會隨著時間發(fā)生變化，因此其過程控制具有動態(tài)、變化范圍大、工作點不穩(wěn)定等特點，這就要求過程控制系統(tǒng)具有更大的適應(yīng)性以及調(diào)節(jié)范圍。

（3）精細化工的生產(chǎn)流程較多，操作復雜，而且勞動強度較大

目前的精細化工大部分采用間歇生產(chǎn)工藝，因此其生產(chǎn)過程中的流程較多，每個流程都需要進行復雜的操作，同時由于目前我國的精細化工過程控制自動化水平較低，這也在很大程度上加大了工作人員的勞動強度。

三、精細化工過程控制技術(shù)的發(fā)展趨勢

隨著當前計算機以及自動化技術(shù)的快速發(fā)展，加之市場對于精細化工的需求不斷擴大，結(jié)合國外的先進技術(shù)經(jīng)驗，在今后的精細化工過程控制技術(shù)發(fā)展中，主要有以下幾個趨勢：

（1）過程控制向著計算機化發(fā)展，提升精細化工過程控制的自動化水平

在傳統(tǒng)的精細化工過程控制中，出于節(jié)省成本等方面的考慮，其控制一般采用儀表的方式進行，使得過程控制的自動化水平較低。目前，隨著計算機和自動化技術(shù)的成熟，加之市場對于精細化工過程控制精度的提高，采用自動化過程控制系統(tǒng)已經(jīng)成為精細化工過程控制的必然趨勢。

（2）控制的方式向著自動批量方向發(fā)展

由于精細化工間歇性的生產(chǎn)特點，因此在傳統(tǒng)的生產(chǎn)過程中多采用一次投料的方式，采用批量的生產(chǎn)方式，在每個批次的生產(chǎn)結(jié)束以后才能夠進行下一個批次的生產(chǎn)，以此往復循環(huán)?？梢园l(fā)現(xiàn)，在間歇性的精細化工生產(chǎn)過程中，大部分的操作是進行重復性的投料以及開關(guān)機。同時應(yīng)該發(fā)現(xiàn)間歇性生產(chǎn)只需要按照事先設(shè)定的參數(shù)以及流程進行即可，這也為自動化過程控制帶來了便利。由于目前的精細化工大部分需要提升生產(chǎn)過程的柔性，因此必須依照ISA SP88間歇過程控制標準進行，這可以在計算機控制系統(tǒng)的操作下進行，通過設(shè)計不同類型的過程控制策略，并且根據(jù)具體的生產(chǎn)計劃對控制策略進行切換，從而可以實現(xiàn)精細化工柔性生產(chǎn)的目的。目前，國外已經(jīng)出現(xiàn)了包含多種控制策略的軟件，如用于生產(chǎn)過程控制的I/A Batch等，同時也可以采用計算機控制的方案進行控制策略的切換，以更好的降低生產(chǎn)成本。

（3）向智能化過程控制技術(shù)發(fā)展

目前的精細化工在生產(chǎn)過程中大都采用預先設(shè)定的控制策略進行，其生產(chǎn)溫度、加工速度、壓力等參數(shù)都是提前設(shè)定的，這種控制策略可以保證每一個批次生產(chǎn)過程都基本相同。然而，在實際的生產(chǎn)過程中，由于受到外界環(huán)境以及內(nèi)部因素變化的影響，精細化工會受到不同程度的影響，而傳統(tǒng)的方式是通過操作人員對其進行干預，實際效果完全取決于操作人員的技術(shù)水平，從而使得每個批次產(chǎn)品的質(zhì)量不盡相同。在間歇性生產(chǎn)過程中沒有穩(wěn)定工作點，這就使得大部分的精細化工生產(chǎn)都有著一定的動態(tài)變化范圍，相關(guān)的環(huán)境參數(shù)都是隨著時間變化的，然而常規(guī)的PID過程控制方式范圍較窄，無法保證在較大參數(shù)改變情況下產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，可以借助于迭代學習控制的思想對精細化工控制參數(shù)進行校正。目前，該技術(shù)在精細化工過程控制領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)受到了廣泛的關(guān)注，然而由于迭代控制方法尚處在研究階段，其在精細化工過程控制中的應(yīng)用還需要進行大量的研究。

（4）過程控制向著綜合性控制方向發(fā)展

目前的精細化工過程控制主要是以簡單的參數(shù)控制方式為主，即在生產(chǎn)的開始、中間以及結(jié)束三個點進行參數(shù)的測定，然而操作的失誤以及過程干擾使得生產(chǎn)工藝往往與實際有較大差距，因此單純的經(jīng)驗理論很難保證過程控制的質(zhì)量。同時由于大部分的精細化工生產(chǎn)都是不可逆的，因此一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題是很難進行補救的，這樣就會使得大量的物料報廢，造成很大的經(jīng)濟損失，同時還會影響生產(chǎn)的進度。與此同時，精細化工生產(chǎn)過程中的質(zhì)量波動是不可避免的，主要是由外部環(huán)境因素、機器設(shè)備等導致的。統(tǒng)計過程控制是目前進行生產(chǎn)過程控制的又一重要理論，可以對生產(chǎn)過程進行綜合性的評價，并且可以根據(jù)具體的反饋信息對生產(chǎn)異常狀況進行預判，同時還可以采取一定的措施對故障機械能修復，保證整個生產(chǎn)過程始終處于受控狀態(tài)。與此同時，隨著目前計算機以及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的普及，對于加工過程的數(shù)據(jù)采集能力大大增加，因此可以結(jié)合實時的統(tǒng)計數(shù)據(jù)對生產(chǎn)過程中的參數(shù)變化進行判斷，從而為生產(chǎn)過程監(jiān)控以及保證產(chǎn)品質(zhì)量提供技術(shù)支持。

四、總結(jié)

精細化工的發(fā)展適應(yīng)市場的需求，同時由于其間歇性、生產(chǎn)復雜等特點，使得精細化工的生產(chǎn)過程控制變得十分復雜。因此，為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，必須進一步提高生產(chǎn)過程控制的自動化水平，采用先進的過程控制算法以及設(shè)備，提升生產(chǎn)過程的控制能力，做到對生產(chǎn)過程中的問題早發(fā)現(xiàn)、早解決，以更好的保證精細化工的生產(chǎn)質(zhì)量。（作者單位：濉溪縣巨成精細化工有限公司）

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