精细化工生产过程的特点及其控制

【摘要】市场需求快速多变是精细化工产品的一大特点，产品快速的更新换代使其大多采取多品种、小批量的生产方式，而生产过程则多为半连续或者是间歇式的，具有较强的时变性和非线性，在生产时，要经过复杂的工艺流程，繁复的操作步骤，劳动强度很大；精细化工生产一般是以具有一定腐蚀性、毒性和易燃易爆性的化学品为工艺介质的，因此在生产过程中具有很大的危险性。这些都是造成精细化工生产过程难以掌控的原因，也使其无法实现更高水平的综合自动化。本文主要针对精细化工生产过程的特点及其控制要求进行探究。

【关键词】精细化工 生产 控制

在当前的化学工业领域，精细化工生产过程占据着越来越大的比重，然而因其过程特性复杂、规模小、大多采用间歇批量生产等特点，其生产过程在综合自动化方面看普遍低于石化、石油及基础化工等大型化工生产，这在很大程度上给我国精细化工行业的经济效益及技术水平带来了影响。由此可见，对精细化工生产过程的特点及其控制技术的实际情况和发展趋势进行研究，促进精细化工过程综合自动化水平的有效提高，这都能有效的促进精细化工生产的发展，具有十分重要的意义和技术价值。

一、精细化工生产过程的控制技术及其特点

1.品种多、批量小、产品换代快

精细化工产品与30多个行业有关联，种类多，具有较强的专用性，并且应用范围是特定的，用量较小。受快速多变的市场需求的影响，使精细化工产品市场寿命不长、换代速度快，小批量生产。产品品种繁多的特点与其专用性和小批量的特点都是有关联的，并且是针对应用对象对产品性能的多种需要而定的。由于市场需求在不断的、快速的发生变化，这就要求开发和研究更快速、高校的精细化工生产过程，要在最大限度减少实验次数、缩小实验规模的基础上对现有工艺过程做到尽快的转化，促使其速度和效率的提高。因此，针对工艺过程中的测量及数据采集的手段应进行加强，以使更多有用的数据通过更少的试验和生产而获得；对数据的分析处理进行深化，为工艺过程建立起模型，在工艺设计、研究及开发中更多的应用模拟仿真、优化技术。控制系统的设计与实验也尽量利用仿真技术作为辅助，对控制系统的快速原型化技术展开研究，结合工艺过程系统共同接受仿真试验，以使控制系统的设计更为有效，对控制参数实现控制，最终达到安全可靠的操作和控制工艺过程。

同样是受市场需求快速多变的影响，生产装置要具有更强的通用性和灵活性，可以满足各种形态规格产品的生产，因此要尽量实现生产过程的柔性化，对柔性生产过程的控制方面进行研究。为了更好的促进生产过程的灵活性和柔性的提高，能满足多目的、多品种的生产要求，可以借助计算机集成批量配方进行控制。按照产品及其生产工艺路线和操作规程的不同，对不同的批量控制配方软件进行开发，借助计算机控制系统进行运行，这样工艺过程的工艺流程和操作条件就会与产品实现对应，实现柔性化的生产。能够有效的促进生产时间的缩短、生产效率的提高，促使其更好的与市场快速多变的需求相适应。

2.较强的非线性、时变性，间歇及半连续过程对

生产批量小是精细化工产品生产的一个特点，也正是因为其这以特点决定了其多运用间歇及半连续工艺，这种工艺在生产过程中大多是一批一批投料，在历经合成反应、精馏、提纯、干燥、出料等环节完成批量生产。精细化工产品生产随着时间发展其参数不断在该变着，过程中呈现着大范围、动态的变化，工作点不稳定，因此要求工作范围更宽、适应性更好的控制系统。并且通常情况下精细化工产品的附加值会随其纯度的提高而提升，如果对产品纯度要求高，就会运用到精密精馏等生产工序，使其具备更明显的非线性特征。

由于很多精细化工过程都表现出明显的时变、非线性等特性，使得很多过程特性参数测量难度大，操作约束多，干扰多，并且无法对过程进行逆转、无法进行补救，这就在很大程度上加大了精细化工过程的控制难度。然而因为精细化工过程是一个重复的过程，不断重复批次生产，因此可以对之前的批次生产进行总结，从中获取经验，以促进工艺操作的改进。对此，合理的对过程重复性进行利用， 批次一批次迭代学习控制这样具有一定智能特性的先进控制策略应用价值很高。

3.劳动强度大，操作步骤繁琐，工艺流程复杂

间歇及半连续工艺是精细化工生产过程较多运用的方式，整个过程会经历复杂的生产工艺流程，操作起来十分复杂，自动化水平很低，给工艺人员带来了高强度的劳动。产品的生产过程中总是要历经一系列的化学反应，而一些反应本身就很复杂，有可能是串联、链反应、平行或可逆等等。有时通过一个反应可能会有多种异构物产生，不单单会生成主产物，还有很多副产物共同出现。工艺介质就有多样化的相态，一把情况下是非均相物料体系，均相物料体系较少。生产工艺过程大多数是复杂难以操作的，很容易出现错误，造成产品质量不达标、浪费原料的现象，更有甚者会引发安全事故。针对这一类型的工艺过程，为了推动精细化工过程测量、记录及操作的自动化，可借助以ISA？ SP88间歇过程控制标准模型为基础的配方控制方法，通过计算机严格遵照工艺操作规程规定的工艺步骤和运行条件来实现集成控制。对此，早在上世纪的80年代初，国外就已经在工业生产中运用这一技术，当前，我国国内也有一部分企业实现了这一控制方式的运用。

二、结论

更新换代快速是精细化工产品一个典型的特征，受其影响普遍情况下选择小批量、多品种的生产形式，正是由于这个原因在其生产中有较多的间歇及半连续工艺过程，具有较强的时变性和非线性；它要经过复杂的工艺、繁杂的操作，高强度的劳动，同时其工艺介质都是易燃易爆、具有一定腐蚀性和的产品，生产中要严格保证安全。因此，针对精细化工过程开展的测量和控制工作会面临很多问题，同时又受到来自市场需求多变的需求，这都使研究和应用精细化工过程控制技术面临了更高的挑。

在这样的情况下，精细化工过程的控制技术在国内外有如下的发展动向：自动批量生产逐渐取代简单的程序控制、顺序控制；DCS控制、计算机控制逐渐取代仪表控制；生产质量和生产工况的综合性统计过程控制逐渐取代简单的参数控制；先进的迭代优化控制逐渐取代人工控制、常规PID控制等。由此可以想到，推动这些新型控制技术的发展，并且扩大应用规模，能够很好的促进精细化工过程的综合自动化水平的不断快速提高。

参考文献：

[1]高峰.HOLLiAS MACS系统在精细化工间歇式批量生产项目

中的应用[J].自动化博览. 2009（11）