染料生產(chǎn)過程的自動控制分析

阮光棟（浙江閏土股份有限公司，浙江 紹興 312300）

染料工業(yè)是我國化工產(chǎn)業(yè)中發(fā)展時間最長的行業(yè)之一，且具有龐大的消費市場與產(chǎn)業(yè)規(guī)模。但從當前來看，我國大部分企業(yè)的染料生產(chǎn)方式仍比較傳統(tǒng)，并明顯地表現(xiàn)在自動化普及率低這一問題上。據(jù)此，我們有必要對染料生產(chǎn)過程的自動控制進行討論探析。

1 染料工業(yè)的生產(chǎn)特點

染料工業(yè)具有產(chǎn)品種類多、生產(chǎn)規(guī)模小、物料需求大、工藝流程復(fù)雜等特點，且處在化工產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域當中，大部分工藝介質(zhì)存在毒性、易燃易爆性、腐蝕性等危險特性。因此，染料工業(yè)具有極高的精細化、安全化生產(chǎn)需求。在此背景下，染料工業(yè)長期處在自動化程度低、自動控制難的困境當中。究其原因，主要有以下幾個方面：（1）生產(chǎn)狀態(tài)波動性較強，反應(yīng)過程中的溫度、壓力、物性等參數(shù)隨時可能發(fā)生變化，且調(diào)整起來相對困難；（2）原材料種類較多，在固態(tài)、液態(tài)、汽態(tài)等方面均由涉及，因此對自動控制的差異性控制能力要求較高；（3）部分反應(yīng)環(huán)節(jié)依賴目力測定，且具有瞬時性。若自動控制系統(tǒng)的傳感延遲較大，或數(shù)據(jù)處理能力較弱，將很難獲得理想比較好想的染料生產(chǎn)效果[1]。

2 染料生產(chǎn)過程的自動控制工藝

2.1 染料生產(chǎn)過程中物料投放的自動控制

近年來，隨著染料工業(yè)的不斷發(fā)展，染料生產(chǎn)中應(yīng)用到的原料在種類、物性、相態(tài)等方面越來越趨于多樣化、復(fù)雜化。此時，若企業(yè)仍采取傳統(tǒng)生產(chǎn)中人工投料的生產(chǎn)方式，將會嚴重降低染料生產(chǎn)源頭的工作效率，并很容易產(chǎn)生物料錯放的情況，對染料產(chǎn)品的最終質(zhì)量產(chǎn)生嚴重影響。同時，染料生產(chǎn)的原料多為化工材料，因此可能會對操作人員的身體健康產(chǎn)生毒害影響。基于此，無論是出于生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)效率的考量，還是出于對員工安全的保護，都應(yīng)做好染料生產(chǎn)過程中物料投放的自動化控制。具體來講：

2.1.1固體物料投放的自動控制

固體物料在染料生產(chǎn)的原料中占比較高，其自動控制質(zhì)量可在很大程度上體現(xiàn)出企業(yè)的現(xiàn)代化水平?，F(xiàn)階段，固體物料投放的自動控制作業(yè)多通過機械傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)。機械傳輸系統(tǒng)主要由稱重設(shè)備、提升設(shè)備、傳輸溜槽、推進設(shè)備等部分構(gòu)成。在實際的染料生產(chǎn)中，機械傳輸系統(tǒng)可在PLC控制中心的預(yù)設(shè)程序支持下，完成標準重量物料的稱取，并由提升設(shè)備提升至溜槽處，在物料自身的重力作用下滑向推進設(shè)備的絞籠處。其后，推進設(shè)備攜帶物料按軌道機構(gòu)向前運行，從而將固體物料輸送至反應(yīng)釜當中。由此，便可完成固體物料的定點、定量自動投放[2]。

2.1.2流體物料投放的自動控制

流體物料的自動投放以管道輸送為主，首先需要通過流量計、計量泵、稱重模塊等裝置設(shè)備，基于控制程序預(yù)設(shè)參數(shù)對流體物料進行定量計算。其后，以計算結(jié)果為基礎(chǔ)，對物料管道各節(jié)點的開關(guān)閥、調(diào)節(jié)閥進行動態(tài)控制，從而達到以流速、流量控制物料投放量級的效果。最終，定量物料由管道流入反應(yīng)容器中，完成流體物料投放的自動控制過程。

與人工勞動的操作方式相比，自動投放系統(tǒng)具有精準化、持續(xù)化的進料控制能力，可有效避免因人員疏忽、疲勞、運算失當?shù)惹闆r導(dǎo)致的投放偏差，進而從源頭上保證染料的生產(chǎn)質(zhì)量。同時，自動投放系統(tǒng)主要以PLC 技術(shù)作為支撐，可滿足遠程化、模塊化的監(jiān)控需求，因此也在很大程度上消除了人員現(xiàn)場操作的安全隱患。

2.2 染料生產(chǎn)過程中反應(yīng)溫度的自動控制

反應(yīng)溫度的控制，一直是染料生產(chǎn)的重點和難點。若反應(yīng)溫度過高，將會對原料形成過度的高溫催化作用，進而產(chǎn)生大量的無用副產(chǎn)物，并降低染料產(chǎn)品的成分質(zhì)量；若反應(yīng)溫度過低，將嚴重影響到各類物料的反應(yīng)速率，進而制約染料生產(chǎn)的效率提升。此時，采用自動控制技術(shù)，可在溫度傳感器與溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的共同作用下對反應(yīng)釜內(nèi)溶劑原料實施針對性、精準化的預(yù)熱、預(yù)冷處理，從而將初始反應(yīng)溫度控制在合理區(qū)間內(nèi)，并達成持續(xù)性的恒溫效果。

此外，在初始溫度控制完成后，由于染料生產(chǎn)還需要經(jīng)歷加料、放空、取樣等事工處理環(huán)節(jié)，且涉及到復(fù)雜、頻繁的升溫加熱、恒溫保持以及降溫冷卻，所以還需要對后續(xù)的全程生產(chǎn)溫度實施精準化自動控制。通常情況下，可在冷卻水、導(dǎo)熱油、蒸汽、冷凍鹽水等溫控材料的輸送系統(tǒng)處設(shè)置傳感器，并將輸送閥門改造為程序控制的自動機構(gòu)。這樣一來，通過采集溫度傳感器、流量傳感器的實時數(shù)據(jù)，PLC控制中心便可對當前溫控材料的流量作出分別調(diào)整，以此將反應(yīng)環(huán)境中導(dǎo)熱介質(zhì)、冷卻介質(zhì)的具體量級維持在合理水平，從而完成反應(yīng)溫度的控制調(diào)節(jié)。

例如，在進行某染料重氮化反應(yīng)環(huán)節(jié)的溫度控制時，PLC控制中心首先會接收到來自反應(yīng)釜處溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的溫控參數(shù)進行比對，以此確定需要調(diào)整的具體溫度值。其后，控制中心便可基于這一數(shù)值，對固體冰塊、冷凍鹽水、亞硝酸鈉等溫控材料的投放系統(tǒng)作出聯(lián)鎖控制，使其按規(guī)定量進入到反應(yīng)釜當中，以此降低反應(yīng)釜內(nèi)重氮化反應(yīng)的環(huán)境溫度。其后，在溫度降至標準區(qū)間時，控制中心再次對溫控材料的投放系統(tǒng)進行聯(lián)鎖控制，從而實現(xiàn)緊急停車，避免反應(yīng)釜內(nèi)溫度超標。

2.3 染料生產(chǎn)過程中反應(yīng)壓力的自動控制

在染料生產(chǎn)的過程當中，物料的水解、氫化、氨化等反應(yīng)需要經(jīng)過加壓處理，烘焙磺化、硝基苯氯化等反應(yīng)則需要經(jīng)過減壓處理。一旦反應(yīng)壓力低于或超出相關(guān)反應(yīng)的標準區(qū)間，將會造成主反應(yīng)效率與質(zhì)量的降低，并產(chǎn)生一系列的副產(chǎn)物，形成主體生產(chǎn)流程以外的化驗分析、分離提純、廢料處理等工作困擾。因此，在應(yīng)用自動控制技術(shù)、搭建PLC系統(tǒng)的過程當中，還需要納入反應(yīng)壓力的控制功能。具體來講：

首先，要保證壓力反應(yīng)中冷卻系統(tǒng)、冷媒供給的持續(xù)運行。對此，應(yīng)在冷媒系統(tǒng)的開關(guān)及通道處設(shè)置檢測單元及自動傳感器，并在PLC控制中心中設(shè)置出相應(yīng)停車模塊。當檢測到系統(tǒng)開關(guān)異常閉合或冷媒流量趨于中斷時，系統(tǒng)便可立即做出停車反應(yīng)，以免反應(yīng)壓力驟降，對染料的生產(chǎn)質(zhì)量產(chǎn)生影響。

其次，應(yīng)重點著眼于硝化、磺化、絡(luò)合、氯化、重氮化等重點反應(yīng)環(huán)節(jié)的壓力參數(shù)，在相關(guān)反應(yīng)釜處設(shè)置壓力監(jiān)控系統(tǒng)，以此完成反應(yīng)過程中壓力的實時監(jiān)測、自動報警與緊急控制。當控制中心檢測到反應(yīng)釜內(nèi)壓力超出限定值時，監(jiān)控系統(tǒng)會同步向反應(yīng)釜的安全閥發(fā)出驅(qū)動信號，使安全閥立即進行起跳動作，達到反應(yīng)釜的自動泄壓。這樣一來，便可有效防止釜內(nèi)壓力的失控，將爆炸隱患消除于無形。

3 染料生產(chǎn)過程的自動控制系統(tǒng)選用要點

染料生產(chǎn)的過程比較復(fù)雜，其自動控制系統(tǒng)勢必會面臨控制對象多、控制難度大、控制流程長等應(yīng)用挑戰(zhàn)。此時，根據(jù)不同的生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)條件選擇出合理化的自動控制方案，就顯得尤為重要。現(xiàn)階段，在設(shè)計和選用染料生產(chǎn)過程的自動控制方案時，主要可從以下幾個方面作出考量：

（1）自動控制系統(tǒng)服務(wù)于染料生產(chǎn)的運行發(fā)展，因此必須具有專業(yè)性與針對性，可滿足各類染料生產(chǎn)環(huán)節(jié)的溫度、壓力、流量等工藝要求；（2）染料生產(chǎn)處在化工領(lǐng)域當中，勢必會存在毒氣、爆炸等隱患問題。據(jù)此，自動控制系統(tǒng)在實現(xiàn)生產(chǎn)質(zhì)量控制的同時，也應(yīng)具備安全性能的控制功能，以此符合“安全為先”的染料工業(yè)發(fā)展原則；（3）自動控制系統(tǒng)需要涉及到傳感器、終端設(shè)備、控制單元等多種器件的應(yīng)用，且存在一定的生產(chǎn)工藝改造要求，故而需要較大的資金資源投入作為支持。對此，相關(guān)企業(yè)應(yīng)秉持“夠用為度”的技術(shù)應(yīng)用理念，從成本效益、經(jīng)濟效益、操作性能、售后服務(wù)等多個角度進行選擇；（4）要盡量保證自動控制系統(tǒng)控制方式的多樣性，如流程控制、離散控制、調(diào)節(jié)控制、生產(chǎn)調(diào)動、故障追溯等，以此發(fā)揮出最大化的技術(shù)應(yīng)用價值[3]。

4 結(jié)語

綜上所述，染料工業(yè)的特殊性，對自動控制系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用提出了很大挑戰(zhàn)。所以，相關(guān)人員在設(shè)計、選用自動控制系統(tǒng)時，必須要立足于染料產(chǎn)業(yè)的實際條件與工藝要求，在落實工況監(jiān)測與設(shè)備控制功能的同時，做到安全性、精準性、經(jīng)濟性等多重屬性的有機統(tǒng)一。