染料生产过程的自动控制分析

阮光栋（浙江闰土股份有限公司，浙江 绍兴 312300）

染料工业是我国化工产业中发展时间最长的行业之一，且具有庞大的消费市场与产业规模。但从当前来看，我国大部分企业的染料生产方式仍比较传统，并明显地表现在自动化普及率低这一问题上。据此，我们有必要对染料生产过程的自动控制进行讨论探析。

1 染料工业的生产特点

染料工业具有产品种类多、生产规模小、物料需求大、工艺流程复杂等特点，且处在化工产业领域当中，大部分工艺介质存在毒性、易燃易爆性、腐蚀性等危险特性。因此，染料工业具有极高的精细化、安全化生产需求。在此背景下，染料工业长期处在自动化程度低、自动控制难的困境当中。究其原因，主要有以下几个方面：（1）生产状态波动性较强，反应过程中的温度、压力、物性等参数随时可能发生变化，且调整起来相对困难；（2）原材料种类较多，在固态、液态、汽态等方面均由涉及，因此对自动控制的差异性控制能力要求较高；（3）部分反应环节依赖目力测定，且具有瞬时性。若自动控制系统的传感延迟较大，或数据处理能力较弱，将很难获得理想比较好想的染料生产效果[1]。

2 染料生产过程的自动控制工艺

2.1 染料生产过程中物料投放的自动控制

近年来，随着染料工业的不断发展，染料生产中应用到的原料在种类、物性、相态等方面越来越趋于多样化、复杂化。此时，若企业仍采取传统生产中人工投料的生产方式，将会严重降低染料生产源头的工作效率，并很容易产生物料错放的情况，对染料产品的最终质量产生严重影响。同时，染料生产的原料多为化工材料，因此可能会对操作人员的身体健康产生毒害影响。基于此，无论是出于生产质量与生产效率的考量，还是出于对员工安全的保护，都应做好染料生产过程中物料投放的自动化控制。具体来讲：

2.1.1固体物料投放的自动控制

固体物料在染料生产的原料中占比较高，其自动控制质量可在很大程度上体现出企业的现代化水平。现阶段，固体物料投放的自动控制作业多通过机械传输系统实现。机械传输系统主要由称重设备、提升设备、传输溜槽、推进设备等部分构成。在实际的染料生产中，机械传输系统可在PLC控制中心的预设程序支持下，完成标准重量物料的称取，并由提升设备提升至溜槽处，在物料自身的重力作用下滑向推进设备的绞笼处。其后，推进设备携带物料按轨道机构向前运行，从而将固体物料输送至反应釜当中。由此，便可完成固体物料的定点、定量自动投放[2]。

2.1.2流体物料投放的自动控制

流体物料的自动投放以管道输送为主，首先需要通过流量计、计量泵、称重模块等装置设备，基于控制程序预设参数对流体物料进行定量计算。其后，以计算结果为基础，对物料管道各节点的开关阀、调节阀进行动态控制，从而达到以流速、流量控制物料投放量级的效果。最终，定量物料由管道流入反应容器中，完成流体物料投放的自动控制过程。

与人工劳动的操作方式相比，自动投放系统具有精准化、持续化的进料控制能力，可有效避免因人员疏忽、疲劳、运算失当等情况导致的投放偏差，进而从源头上保证染料的生产质量。同时，自动投放系统主要以PLC 技术作为支撑，可满足远程化、模块化的监控需求，因此也在很大程度上消除了人员现场操作的安全隐患。

2.2 染料生产过程中反应温度的自动控制

反应温度的控制，一直是染料生产的重点和难点。若反应温度过高，将会对原料形成过度的高温催化作用，进而产生大量的无用副产物，并降低染料产品的成分质量；若反应温度过低，将严重影响到各类物料的反应速率，进而制约染料生产的效率提升。此时，采用自动控制技术，可在温度传感器与温度调节系统的共同作用下对反应釜内溶剂原料实施针对性、精准化的预热、预冷处理，从而将初始反应温度控制在合理区间内，并达成持续性的恒温效果。

此外，在初始温度控制完成后，由于染料生产还需要经历加料、放空、取样等事工处理环节，且涉及到复杂、频繁的升温加热、恒温保持以及降温冷却，所以还需要对后续的全程生产温度实施精准化自动控制。通常情况下，可在冷却水、导热油、蒸汽、冷冻盐水等温控材料的输送系统处设置传感器，并将输送阀门改造为程序控制的自动机构。这样一来，通过采集温度传感器、流量传感器的实时数据，PLC控制中心便可对当前温控材料的流量作出分别调整，以此将反应环境中导热介质、冷却介质的具体量级维持在合理水平，从而完成反应温度的控制调节。

例如，在进行某染料重氮化反应环节的温度控制时，PLC控制中心首先会接收到来自反应釜处温度传感器的温度数据，并将该数据与预设的温控参数进行比对，以此确定需要调整的具体温度值。其后，控制中心便可基于这一数值，对固体冰块、冷冻盐水、亚硝酸钠等温控材料的投放系统作出联锁控制，使其按规定量进入到反应釜当中，以此降低反应釜内重氮化反应的环境温度。其后，在温度降至标准区间时，控制中心再次对温控材料的投放系统进行联锁控制，从而实现紧急停车，避免反应釜内温度超标。

2.3 染料生产过程中反应压力的自动控制

在染料生产的过程当中，物料的水解、氢化、氨化等反应需要经过加压处理，烘焙磺化、硝基苯氯化等反应则需要经过减压处理。一旦反应压力低于或超出相关反应的标准区间，将会造成主反应效率与质量的降低，并产生一系列的副产物，形成主体生产流程以外的化验分析、分离提纯、废料处理等工作困扰。因此，在应用自动控制技术、搭建PLC系统的过程当中，还需要纳入反应压力的控制功能。具体来讲：

首先，要保证压力反应中冷却系统、冷媒供给的持续运行。对此，应在冷媒系统的开关及通道处设置检测单元及自动传感器，并在PLC控制中心中设置出相应停车模块。当检测到系统开关异常闭合或冷媒流量趋于中断时，系统便可立即做出停车反应，以免反应压力骤降，对染料的生产质量产生影响。

其次，应重点着眼于硝化、磺化、络合、氯化、重氮化等重点反应环节的压力参数，在相关反应釜处设置压力监控系统，以此完成反应过程中压力的实时监测、自动报警与紧急控制。当控制中心检测到反应釜内压力超出限定值时，监控系统会同步向反应釜的安全阀发出驱动信号，使安全阀立即进行起跳动作，达到反应釜的自动泄压。这样一来，便可有效防止釜内压力的失控，将爆炸隐患消除于无形。

3 染料生产过程的自动控制系统选用要点

染料生产的过程比较复杂，其自动控制系统势必会面临控制对象多、控制难度大、控制流程长等应用挑战。此时，根据不同的生产工艺、生产条件选择出合理化的自动控制方案，就显得尤为重要。现阶段，在设计和选用染料生产过程的自动控制方案时，主要可从以下几个方面作出考量：

（1）自动控制系统服务于染料生产的运行发展，因此必须具有专业性与针对性，可满足各类染料生产环节的温度、压力、流量等工艺要求；（2）染料生产处在化工领域当中，势必会存在毒气、爆炸等隐患问题。据此，自动控制系统在实现生产质量控制的同时，也应具备安全性能的控制功能，以此符合“安全为先”的染料工业发展原则；（3）自动控制系统需要涉及到传感器、终端设备、控制单元等多种器件的应用，且存在一定的生产工艺改造要求，故而需要较大的资金资源投入作为支持。对此，相关企业应秉持“够用为度”的技术应用理念，从成本效益、经济效益、操作性能、售后服务等多个角度进行选择；（4）要尽量保证自动控制系统控制方式的多样性，如流程控制、离散控制、调节控制、生产调动、故障追溯等，以此发挥出最大化的技术应用价值[3]。

4 结语

综上所述，染料工业的特殊性，对自动控制系统的技术应用提出了很大挑战。所以，相关人员在设计、选用自动控制系统时，必须要立足于染料产业的实际条件与工艺要求，在落实工况监测与设备控制功能的同时，做到安全性、精准性、经济性等多重属性的有机统一。