精化工厂工艺系统模块化设计的分析与探究

王友超

（山东新华医药化工设计有限公司，山东淄博 255086）

1 工艺系统模块化理念

工艺模块化设计理念是由日本西门子公司推出的Teamcenter2007软件中，借助PDM 数据克隆技术，实现工业生产数据复制，创设出与原体相同的副本，同时可以对副本数据进行修改，不会对原数据带来影响，从而保证整个系统运行的稳定性。通过建设精化工厂工艺知识库，不断累积生产工艺数据、优化工艺流程，对这些生产工艺重复利用，实现自动化生产。典型工艺知识库主要是采用PDM 分类模块创建，结合产品类型、材料加工特点，定义每个流程的分类属性，从而实现模块分类管理[1]。

在明确了生产工艺后，可以在知识库中检索信息，借助工序模块和克隆技术，借用PDM 中的工艺。完成工艺克隆之后，继承产品生产工艺数据，自动获取化工产品名称、材料、标准等信息，适当修订工序中的工序图、工艺要求，调整生产参数，实现自动化生产模式。

2 工艺系统模块化软件设计方案

整个精化工厂工艺系统中，主要是采用一键式调动工艺程序的方法，并且每个程序都采用模块化设计，整个系统结构主要分为工艺知识库、数据克隆、知识库流程控制（知识库编程）。

2.1 工艺知识库

知识库主要是记住PDM 分类模块对工艺属性、类别进行自定义和编辑，将不同类别的工艺系统进行区分，借助分类模块的检索功能，对数据库中典型工艺进行查询，可以一键调用。在每个工艺类型中定义生产参数，系统会自动选择材料、生产参数、加工形式等。典型工艺知识库构成了一个整体结构，通过层级检索实现快速查询。

2.2 定制数据克隆

结合不同的工艺编制标准，克隆后工艺是完全保持独立的形态，所有操作无需操作引用。按照生产工艺编制标准进行数据克隆，深入研究PDM 数据克隆信息，并制定数据克隆控制程序，借助系统变量控制克隆操作，从而满足精化工厂生产工艺要求。通过定制克隆功能，将工艺参数集中到克隆对象中，确保克隆数据、程序完成性。克隆操作可以继承工艺相关信息，可以完全复制新的工艺，保持工序数据的完整性。

2.3 知识库流程控制

知识库中的工艺模块是更新工艺程序的重要内容，如工序安排、生产方法、材料选择等，都会对精化工厂生产带来影响。为了能够采用更好的工艺，则要控制工艺知识库中工艺模板质量，将优化过的工艺模板存储在知识库中，将老、旧工艺替换。精化工厂生产设备均由PLC 控制、控制中心下达指令。为了有效控制工艺模板库中的模板数量，可以在PDM 中设计工艺模板库访问权限，精化工厂中设定一个最高权限的lnclass管理员[2]。

3 精化工厂工艺系统模块化的功能系统

以釜式反应容器作为模块为例进行简单说明。将釜式反应容器生产工艺加入到知识库工艺模块中，以PDM 克隆反应器运行程序，实现整个自动化生产系统的操作。

3.1 反应系统

液体原料、溶剂通过管道直接进入到反应釜中，固体物料通过入口进入到反应釜，入口上方设置通风口，从而满足基本的精化工厂生产要求。冷凝器直接通过气相管连接，扩大管、液封回流负责传递冷凝液，扩大管与放空管、真空管连接，从而满足气液要求。结合扩大管工艺特性、客户需求，可以和接收罐、企业分离器、蒸汽保温夹套连接，从而实现不同功能，当然也要在知识库中调用相应工艺程序。冷冻水、循环水与冷凝器连接，也可以设计为二级冷凝系统。为了能够保持安全泄放系统运行安全，要设置新的安全阀、爆破片。气相出口位置设压力表，实现反应釜温度、加热蒸汽系统联动。反应釜物料出口阀门操作要求非常高，借助远程系统可以遥控阀门动作[3]。反应釜夹套与冷冻水、循环水、压缩空气等系统连接，借助阀门实现功能切换。不锈钢反应釜中采用蒸汽盘管，与夹套中的冷却介质相分离，从而延长反应釜使用寿命。

对十分危险的化工工艺，在知识库中选择工艺管道仪表程序，克隆出安全生产要求、监控参数、控制方案等，保证工艺程序满足生产标准，从而减少危险化工流程的风险。如在知识库中选择重氮化工艺，让反应釜温度和搅拌系统、亚硝酸钠流量系统与滴加系统联锁，借助工艺模块中的紧急停车系统。如果重氮化反应釜温度超标或搅拌系统故障，系统可以自动停止加料，实现车辆紧急停止。

3.2 分离系统

如在蒸馏生产工序中，上一道工序物料静置分层液油层传输到蒸馏釜中实现首次蒸馏回收，之后蒸馏釜夹套进入低压蒸汽加热，管道部位设置自动调节阀，控制釜内加热量，反应釜中的气相传递通过两级冷凝工序，气液分离后传递到回收罐中，无法凝结的气体直接传递到尾气处理系统。为了控制蒸馏釜内部压力，釜上还设置了安全排泄系统[4]。

再如在板框压滤工艺中，浆料固液分离利用隔膜压榨技术，借助进料泵运行压力将材料压入到隔膜压滤机中，排出母液。完成过滤之后，在压榨水泵出口部位设置安全阀，使用高压清水传输到压滤机隔膜、芯板中间的空腔中，将滤饼挤压，二次脱水。在二次脱水之后，颗粒中还会保留一定的水分，可以借助反吹压缩空气机，进一步降低滤饼的含水率。

3.3 干燥系统

精化工厂主要采用真空干燥机、闪蒸干燥机。以旋转闪蒸干燥机（也称之为“螺旋闪蒸干燥机”）为例，空气在换热器加热工序完成之后，直接传递到干燥机进风口位置，螺旋加料器将物料传输到塔内，干燥之后的粉状物随着加热的空气一同传输到收尘器中，成品被直接收集并传递到包装工序中，剩余的多余尾气通过水膜除尘器处理之后直接排放。

3.4 真空系统

喷射真空泵最常见的介质就是水，随着科学技术不断发展，联合式水喷射真空机使用愈加广泛。联合式水喷射真空机是指一个水槽供多台喷射器使用，碳钢材质水槽可以减少锈蚀情况，水槽外侧与盘管连接，采用循环法进行水冷，有助于节省水资源、降低废水排放量。如果工艺环节会生产酸性尾气，水槽中可以加入一定量的碱液实现中和，真空缓冲罐防控、水槽尾气直接传递到尾气排放系统统一处理。

3.5 尾气处理系统

结合尾气中含有的物质，针对性选择知识库中的工艺程序，如水洗涤、碱液洗涤等，对于甲苯、二氯甲烷、二甲苯等物质可以采用活性炭吸附。活性炭吸附一定时间后会饱和，采用蒸汽方法让活性炭脱附继续使用。活性炭吸附系统中，采用“一用一备”的双吸附器系统，在正常运行中可以相互切换使用，共同使用一套管路。吸附器在运行中可以依次进入到吸附状态，控制中心自动控制吸附箱的相关功能，如吸附、解吸、干燥等[5]。

4 结束语

综上所述，将精化工厂工艺系统进行模块化设计，每个子系统保持独立性，从而提升工艺系统的标准性、独立性、规范性、灵活性，可以一键式调用知识库中的生产程序，让每个生产工艺都可以按照程序标准自动生产，极大地提升了生产效率和质量。同时，模块化生产可以根据工艺特性、用户需求，自由组合功能模块，减轻了设计人员工作量，提升了设计效率，有利于掌握设计要点、工艺适应性非常强，是精化工厂领域的一次重要改革创新。