精细化工过程控制技术及其发展趋势

丁敦敦

（广东政和工程有限公司湖北分公司，湖北 武汉 430075）

0 引言

社会的进步带动了化工行业的高速发展，精细化工过程控制在此期间受到了非常广泛的关注。精细化工过程控制技术在发展期间会将市场需求作为发展核心，利用各类新兴技术来加强过程控制，进而为化工生产赋予更多附加值，提高化工产品的市场优势。因此，为了进一步提高化工生产质量，就必须加强对精细化工过程控制技术的研究。

1 精细化工过程控制技术综述

精细化工过程控制的技术水平极高，通过将集成、自动化等技术相融合，以化工生产需求为核心，可以将精细化工过程控制技术的作用完全发挥出来。精细化工过程控制主要特征如下：第一，规模小、品种全。我国精细化工领域的产品构成相对较为复杂，因为其主要会应用在各种专业部门，所以会在经营发展中受到规模限制。而且由于产品更新速度过快，还会促使精细化工生产周期缩短。第二，间歇性。精细化工生产需要将市场需求作为导向，市场的不断变化将会导致精细化工生产的工作连续性受到影响，所以为了满足化工产品的实际生产需求，就需要在设置期间加入多个起步阶段，利用非连续性生产来降低化工生产事故的发生概率。在此期间，化工生产中的技术参数也将呈现出动态性，此时的控制系统能够在可调控的范围内自由运转。第三，流程多。精细化工所采用的间歇生产模式，将会促使其工艺步骤明显增加，各个环节需要有多个部门来参与，所以应该适当加强对于自动化技术的应用，以此来达到降低工作难度的目的。第四，企业规模小。由于我国当前精细化工生产的整体规模较小，所以企业规模将会受到限制，当设备仪器更新过于缓慢时，就会导致难以形成产业链。因此为了实现精细化工过程控制的进一步发展，就应该针对产品质量、技术进行重点研究，通过集中产业园的发展模式来形成一套合理的产业链，进而提高生产规模，带动行业发展的良性循环[1]。

2 精细化工过程控制技术分析

2.1 集成控制技术

精细化工过程多为小规模间歇生产，所以企业为了降低投资，往往会选择利用模拟仪表、智能数字仪表等仪表设备来进行控制，这会导致手动操作增加。而在技术发展的作用下，基于PC的小型控制系统得到了较为广泛的应用。通过将屏幕作为操作界面、PLC为控制器的控制系统用于精细化控制，能够使精细化工过程控制变得更好。控制系统功能的不断丰富不仅为集成控制技术提供了更加广阔的发展机遇，还能够促使整个生产流程的管控一体化。

2.2 自动批量生产

间歇性生产在使用期间一次投料对应着一次产出，因此能够以批量的方式来实现周期性高效生产。当每一批次生产结束之后，需要针对原材料进行重新添加，循环重复性投料。在设备运行过程中，往往需要频繁进行开/停车操作，并针对不同需求制定配方。而在发展过程中，则会继续向着多品种的生产模式进行发展，所以需要增加生产柔性，在控制系统上要结合生产需求自动切换不同的生产配方，以此来达到自动批量生产的效果。为了保证经济性，可以在DCS中利用顺序控制功能图（SFC）、结构化编程语言（SCL）等技术来自行开发批量控制配方，进而提高精细化工过程控制效果。

2.3 优化控制

精细化工生产时需要提前进行程序、参数设计，这样能够有效提高生产过程的可重复性，每一批次的生产过程都需要保证一致性。因为化工生产流程相对较为复杂，而且在自动化程度不足时还要利用人工操作的方式来加强控制，所以操作人员的经验、技术将会对生产效果带来一定影响。因为精细化工生产具有动态性，随着物料状态的转变，将会使生产期间的一致性受到影响。所以在生产过程控制中，可以结合前一批次的结果来实现过程反馈，通过迭代学习控制的方式来优化间歇性控制过程。作为学习控制策略，能够在具有重复性的操作中对出现的误差进行修正。此时就可以令被控制系统的实际输出轨迹尽可能达到期望。除此之外，利用迭代学习控制进行优化还能够有效解决精细化工过程的参数问题，降低由人为操作所带来的影响，通过与其他反馈控制策略进行融合还能够进一步提高控制效果[2]。

2.4 综合性统计过程控制

精细化工过程控制通常会在生产开始、中间、终点等有限点开展化验分析，统计过程控制可以利用数理统计的方式实现生产监管。通过针对生产过程进行分析、评价，就可以通过反馈信息来掌握异常因素，通过采用相应措施就可以消除异常因素所带来的影响，进而将整个过程保持在可控范围内。在对自适应、多变量的SPC方法进行开发与应用时，应该保证操作过程中的稳定性，即确保均值、协方差不发生改变。但是在实际控制环节，过程变量将会随着时间的推移而发生改变。这是因为设备磨损、老化所导致的问题。相较于过程故障而言，此类偏移大多比较缓慢，而且随时间发生的改变还有可能导致误诊情况的出现。因此可以通过递归的方式将新测出的数据，按照权值的形式投入数据矩阵并开展主元分析，以此来提高对于均值、方差变化的适应性。

2.5 安全保护控制

精细化工过程其介质往往是具有毒性、腐蚀性的化学品，所以在开展过程控制时往往具有一定的危险性，因此必须重点关注安全保护控制。在传统工艺中，安全控制系统往往会针对工艺参数异常进行警报。然后利用逻辑保护的方式来实现对于控制阀的管控，进而完成连锁保护。但是因为逻辑保护系统具有运行稳定性不足的问题，所以很难在施工中保证足够的安全性，而且事后报警无法提前对安全问题进行预判。因此可以对传统安全保护系统进行优化，以此来实现安全事故预警，从而将事故隐患提前清除。

在安全保护系统中，防护层可以分为正常、非正常工况区以及灾害发生区三层面。其中正常工况区可以归结为过程控制区域，在相关系统的作用下，能够促使整个生产流程的所有变量均处于合理范围，而且在正常工况区还不需要操作员的介入。而在非正常工况区域中，在其防护层中存在操作员介入层，通过对过程控制系统进行操作，可以在必要时对超限问题进行处理，如果超限问题并未及时得到处理，就有可能从小事故发展成为较大的安全事故问题。当操作人员难以处理时，应该进入安全控制层进行自动停车，以此来避免安全问题的出现。灾害发生区共存在三个防护层，积极防护层可以通过释放阀、放空阀等设备来避免问题的出现。如果该防护层难以发挥出其应有的作用，就需要将消极防护层启动，通过利用提前建成的围堰系统来防止安全问题的发生。当消极防护层无法发挥出应有的作用时，则要启动紧急响应层，通过开展紧急行动来降低安全问题[3]。

3 精细化工过程控制技术的发展方向研究

3.1 过程安全仿真

在化工生产领域中，动态模拟与实物仿真模拟能够完成对信息的综合分析，通过构建安全仿真综合系统，能够有效实现全流程动态模拟，通过制定安全操作规程以及监控方案，能够让相关人员安全技能、操作能力的培训变得更加简单。在硬件结构设计中，可以利用分布式设计的方式，以此来将计算机、服务器相连，进而形成安全体系。在化工生产软件中，可以通过添加动态仿真系统以及事件触发等软件，当识别出生产安全问题时，就可以自动对其开展针对性处理。除此之外，系统运行期间还可以针对安全事故流程进行模拟，以此来达到提高突发事件处理能力的作用。

3.2 微化工技术

传统化工生产技术属于微化工技术的基础，相较于传统化工技术而言，微化工可以采用微通道系统中的微反应器来实现产品加工。微反应器作为技术核心，能够在化工生产中发挥出极为关键的作用，反应器在制作期间必须明确换热、分离等操作，在使用期间完成实现对催化剂的高效筛选，筛选次数、频率的提高正是未来发展中的核心。作为精细化工过程控制中的重要一环，微化工技术将会带动化工生产的持续创新。

3.3 绿色催化技术

绿色催化技术在使用期间需要将催化剂作为辅助材料，在满足生态环保需求的同时降低各类废弃物的排放。例如可以利用相转移催化来降低能量消耗，在保证工作效率的同时压缩生产成本。还可以利用酶来提高催化效果，作为生物类产品，经过调整酶能够实现对生产的调整，进而满足能源消耗的实际需求。除此之外，在精细化工过程控制的发展过程中，还具有一种不对称催化，其主要特征就是能够加速对于单一分子的获取，进而保证精细化工过程控制质量。

3.4 智能控制技术

自动化控制技术的持续发展可以使化工生产过程控制变得更加细致，在发展阶段通过融入智能操作技术不仅可以加速信息采集与监管，还能够显著降低相关工作人员的操作复杂性。在智能技术的使用发展中，需要将安全生产作为核心关键，以此来实现监管、生产一体化。在智能技术的作用下，精细化工过程控制将会逐渐变得更加具有综合性，多种技术的综合利用将会促使化工生产环节变得更加便捷。在面对诸如环境等外界影响因素时，也可以通过智能技术来实现合理管控，进而促使化工产品的生产品质得到保障[4]。

4 结语

总而言之，精细化工过程控制技术是保证化工生产的核心，不同于传统控制技术，精细化工过程控制将会使生产流程得到优化，并提高化工产品的生产质量。相信随着更多人了解到精细化工过程控制技术的重要性，精细化工过程控制技术的发展一定会变得更加顺利。