化學(xué)工程與工藝中的自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)

張光強(qiáng)

（中海（東營(yíng)）石化有限公司，山東 東營(yíng) 257200）

基于現(xiàn)階段化工行業(yè)的整體水平不斷完善現(xiàn)有技術(shù)，在現(xiàn)代化科技的帶動(dòng)下，提升化學(xué)反應(yīng)效率的同時(shí)，減少?gòu)U氣物質(zhì)的排放。高速增長(zhǎng)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)體制下，社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展需要依托先進(jìn)技術(shù)的創(chuàng)新主導(dǎo)。隨著化工技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于環(huán)境的破壞程度越來(lái)越小，有效排除了潛在風(fēng)險(xiǎn)?；ば袠I(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要素主要體現(xiàn)在：

第一，在行業(yè)生產(chǎn)中充分發(fā)揮先進(jìn)生產(chǎn)工藝的優(yōu)勢(shì)，加速推進(jìn)各項(xiàng)指標(biāo)的落實(shí)，明確發(fā)展方向，加大推廣力度。隨時(shí)關(guān)注行業(yè)最新動(dòng)態(tài)，引進(jìn)現(xiàn)代化的化工發(fā)展理念，可有效提升整個(gè)化工行業(yè)的發(fā)展水平，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們的正常生活提供優(yōu)良的環(huán)境。

第二，充分發(fā)揮先進(jìn)化學(xué)技術(shù)的重要作用，使其在眾多領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。通過(guò)不斷磨合，在保證充分利用其價(jià)值的同時(shí)，減少給環(huán)境帶來(lái)的破壞。

第三，定期優(yōu)化現(xiàn)有工藝和生產(chǎn)流程。及時(shí)淘汰企業(yè)現(xiàn)有的與時(shí)代發(fā)展不符的落后技術(shù)，根據(jù)市場(chǎng)變化定期更新生產(chǎn)工藝。

1 化學(xué)工程與工藝的現(xiàn)狀

化學(xué)的應(yīng)用極其廣泛，隨著人們生活質(zhì)量的提高，大數(shù)據(jù)的時(shí)代為社會(huì)的轉(zhuǎn)型帶來(lái)了極大的助力，企業(yè)的發(fā)展也使得大眾對(duì)工藝的精細(xì)程度要求更高，而這種高要求的制作則需要引進(jìn)眾多的人力物力完成，只有更多遍的篩查和嚴(yán)格的考究才能夠?qū)a(chǎn)品以接近完美的程度呈現(xiàn)在大眾面前。

相比技術(shù)的要求，化學(xué)工程與工藝的獨(dú)立性顯得尤為重要，其展現(xiàn)出的實(shí)用性極強(qiáng)，但對(duì)于同一方面同一工作，化學(xué)工程與工藝當(dāng)中，無(wú)聊枯燥且效率低的任務(wù)過(guò)多，拉慢了整體的完成速率。人工化的滲入使得更多的重復(fù)式工作減少。就現(xiàn)狀來(lái)看，維護(hù)生態(tài)平衡成了化工行業(yè)發(fā)展的首要條件，作為化工行業(yè)發(fā)展必不可少的技術(shù)手段之一，化學(xué)工程與工藝的確需要得到人們的重視。

眾所周知，化學(xué)工程與工藝的發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)成熟，下一步的改進(jìn)方向?yàn)榛瘜W(xué)工程與工藝中的自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)部分人力和資源的投入。為了節(jié)省資源和成本，自動(dòng)化的引入很有必要。

隨著社會(huì)的進(jìn)步，小到一塊肥皂、一袋洗衣液，大到旋風(fēng)分離器都是化學(xué)工程的成果，而被人們廣泛使用的化工成果以及在國(guó)際上小有成就的化工能力都受到人們極大的關(guān)注。在社會(huì)的關(guān)注下，化學(xué)工程與工藝的操作過(guò)程需要極其精細(xì)，對(duì)每一步驟的把控都需要嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真地對(duì)待。尤其在煉油化工模塊，有關(guān)生命，人們總是更加重視，相對(duì)于工貿(mào)行業(yè)，煉油化工模塊化學(xué)工程與工藝的任務(wù)顯得尤為重要。對(duì)于精細(xì)化工領(lǐng)域，要求其精細(xì)的把控程度更是精細(xì)到一分一毫，在此情況下，化學(xué)工程與工藝的表現(xiàn)也得到了社會(huì)的認(rèn)可，其發(fā)展到如今，早已熟練地掌握了該領(lǐng)域的繁雜的工藝。化學(xué)工程與工藝已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡闹匾糠諿1]。

2 化學(xué)工程與工藝的應(yīng)用

2.1 生物技術(shù)的應(yīng)用

化學(xué)工程與工藝的應(yīng)用之一是生物技術(shù)的應(yīng)用。隨著科技的快速發(fā)展，為生物技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的環(huán)境，在醫(yī)藥、工業(yè)以及農(nóng)業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域中會(huì)應(yīng)用到該技術(shù)，不僅促使化學(xué)工程產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，而且能創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。生物技術(shù)的應(yīng)用范圍還涉及基因、細(xì)胞以及酶工程等方面，在生物制造業(yè)中能夠突顯出環(huán)?；ぜ夹g(shù)的優(yōu)點(diǎn)。比如細(xì)胞與酶的反應(yīng)作為生物研究中常見(jiàn)的內(nèi)容，為了提高該反應(yīng)的速率，一般會(huì)添加合適的催化劑，使反應(yīng)更加充分。在該反應(yīng)中可以應(yīng)用環(huán)?；ぜ夹g(shù)所研發(fā)的丙烯酸胺作為催化劑，一方面可以實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約，反應(yīng)中所產(chǎn)生的廢棄物相對(duì)較少；另一方面該反應(yīng)可以體現(xiàn)生物與化學(xué)技術(shù)二者融合的優(yōu)勢(shì)，促使生產(chǎn)效率提高。同時(shí)，膜化學(xué)技術(shù)多應(yīng)用于大氣污染、水處理中，能夠?qū)崿F(xiàn)介質(zhì)的分離，達(dá)到較好的生態(tài)環(huán)境治理效果。

2.2 使用環(huán)保原料

化學(xué)工程與工藝的應(yīng)用之二是使用環(huán)保原料?；瘜W(xué)原料多通過(guò)化學(xué)方法生產(chǎn)所得，是化工生產(chǎn)環(huán)節(jié)不可或缺的原料，所使用的原料是否滿足環(huán)保要求，會(huì)直接影響化工行業(yè)污染的治理。這就要求選用環(huán)保性的化工原料，即在化工生產(chǎn)中使用純天然原料代替有毒害性的原料，達(dá)到無(wú)污染、零排放的目的，比如在生產(chǎn)酸、醇等化工原料過(guò)程中，可以使用一些天然植物纖維（樹(shù)木、蘆葦）、農(nóng)副產(chǎn)品廢棄物（麥秸、稻草）替代以往的化學(xué)原料。

2.3 合理運(yùn)用化工物料

化學(xué)工程與工藝的應(yīng)用之三是合理運(yùn)用化工物料。積極采用無(wú)毒害催化劑促進(jìn)化學(xué)生產(chǎn)，工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)選擇無(wú)毒無(wú)害的化學(xué)催化劑，加快化學(xué)正反應(yīng)的催化劑，例如煉油FCC 催化劑、加氫催化劑等新型催化劑的應(yīng)用，合理控制催化劑的使用，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)溫度低、處理負(fù)荷大的需求，加大反應(yīng)速度，滿足煉油化工需求。還可選擇沸石分子篩催化劑、新型酸堿催化劑等無(wú)毒害催化劑，加快化工環(huán)節(jié)反應(yīng)速度，提高正反應(yīng)效率，減少因副產(chǎn)物與主產(chǎn)品分離時(shí)產(chǎn)生的能源消耗。選擇可再生的自然成分無(wú)毒害化工原料，如谷物、糖作物等農(nóng)產(chǎn)品廢棄物取代有毒化工原料，例如將農(nóng)作物、野生纖維織物等加工為甲醇、草酸等化學(xué)原料應(yīng)用于生產(chǎn)，選擇無(wú)毒害的溶劑，減少因易燃易爆有毒的溶劑污染環(huán)境，保證低碳環(huán)保的需求。利用材料特點(diǎn)與精細(xì)調(diào)控提高正化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能的有效提高。例如在過(guò)氧化氫的工業(yè)生產(chǎn)中，傳統(tǒng)的蒽醌法能源消耗較高一直是行業(yè)發(fā)展的瓶頸，高濃度的過(guò)氧化氫也不適合長(zhǎng)距離的運(yùn)輸，利用廉價(jià)金屬催化劑滿足化學(xué)反應(yīng)需求，多壁碳納米管結(jié)構(gòu)進(jìn)行管控，精細(xì)調(diào)控，促進(jìn)氧化還原反應(yīng)，提高雙氧水產(chǎn)率。利用合成氣直接制備低碳烯烴的催化劑，解決合成反應(yīng)的強(qiáng)放熱反應(yīng)，精細(xì)調(diào)控催化劑重量及份數(shù)，保證反應(yīng)器溫度控制，實(shí)現(xiàn)煉油過(guò)程中化學(xué)工藝的有效提升，實(shí)現(xiàn)節(jié)能與經(jīng)濟(jì)效益雙提升[2]。

3 提升化學(xué)工程與工藝的措施

3.1 加大資金投入，完善安全生產(chǎn)設(shè)備

化工生產(chǎn)企業(yè)的安全管理想要得到實(shí)現(xiàn)主要是加大安全管理的資金投入，并且將化工的安全生產(chǎn)設(shè)備的資金支持加到最大化。就目前的化工生產(chǎn)設(shè)備的整體情況來(lái)看，一些設(shè)備由于長(zhǎng)期的運(yùn)轉(zhuǎn)普遍存在設(shè)備老化、管道腐蝕、性能降低、載荷降低等問(wèn)題，這就給化工設(shè)備的生產(chǎn)埋下了安全隱患，因此加強(qiáng)安全管理和設(shè)備的資金投入勢(shì)在必行?；どa(chǎn)企業(yè)要科學(xué)地應(yīng)用管理資金定期做好化工生產(chǎn)設(shè)備的檢修和維護(hù)，并且對(duì)化工設(shè)備進(jìn)行定期的技術(shù)改造，使得設(shè)備始終處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，降低因設(shè)備老化而引起的安全事故概率，這同時(shí)也能夠使得化工生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量得到良好的提升，為企業(yè)帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 改善化工反應(yīng)條件，發(fā)揮化工工藝節(jié)能技術(shù)低碳優(yōu)勢(shì)

在化工反應(yīng)中合理利用反應(yīng)過(guò)程中的壓力、熱量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能技術(shù)中能源、資源的可回收利用。合理利用煉油廠的廢渣、廢水、廢氣，實(shí)現(xiàn)再利用，例如從工藝物流的冷卻中回收熱量，替代需要另行加熱的環(huán)節(jié)，既可降低加熱設(shè)備及資源的投入，又可以降低傳熱設(shè)備的投資，實(shí)現(xiàn)熱回收的雙贏局面，國(guó)外企業(yè)的Shell Bulk CDU 原油蒸餾技術(shù)，將蒸餾、脫硫、渣油熱轉(zhuǎn)化等裝置進(jìn)行組合的化工工藝節(jié)能技術(shù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)減壓、加氫、熱回收，實(shí)現(xiàn)快速、低成本的工藝技術(shù)與流程，燃料油消耗節(jié)省百分之十五，能源投入大幅減少，實(shí)現(xiàn)低投入高產(chǎn)出。又如運(yùn)用熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)能技術(shù)實(shí)現(xiàn)煤化工的技術(shù)升級(jí)，機(jī)硫轉(zhuǎn)化、氣體凈化、脫硫技術(shù)等實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)性與高效性的共同發(fā)展，將煤化工生產(chǎn)過(guò)程中廢熱鍋爐的多余蒸汽運(yùn)用到脫硫灰渣中，采用燃?xì)廨啓C(jī)-余熱鍋爐-蒸汽輪機(jī)的系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)，將余熱鍋爐副產(chǎn)蒸汽進(jìn)入蒸汽輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，提高反應(yīng)的熱量效率，實(shí)現(xiàn)熱能源的有效回收再利用，多種熱回收方式推動(dòng)石油、煤化企業(yè)向綠色化發(fā)展。在化工生產(chǎn)工藝中，注重工藝熱量?jī)?yōu)化與傳熱，提高正反應(yīng)速率，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，降低能源的使用及副產(chǎn)物與主產(chǎn)品分離產(chǎn)生的能耗，化工工藝節(jié)能技術(shù)的升級(jí)，是推動(dòng)我國(guó)工業(yè)節(jié)能減排，低碳排放綠色化發(fā)展的重要原動(dòng)力[3]。

3.3 化工工藝流程改進(jìn)

化工生產(chǎn)工藝流程即原料預(yù)處理、加工以及生產(chǎn)成為半成品或成品的過(guò)程?；すに嚵鞒淘O(shè)計(jì)要符合產(chǎn)品質(zhì)量、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)以及易操作等方面的要求。而傳統(tǒng)化工企業(yè)在發(fā)展過(guò)程中，多使用單線、單一設(shè)備進(jìn)行能源的供應(yīng)，且部分反應(yīng)過(guò)程對(duì)壓力、溫度等條件要求比較高，比如在高溫、高壓條件下進(jìn)行，這種情況下會(huì)導(dǎo)致部分熱量浪費(fèi)，與環(huán)?；だ砟钕啾畴x。因此，可以通過(guò)優(yōu)化化工工藝流程的方式實(shí)現(xiàn)節(jié)能，如對(duì)化工反應(yīng)過(guò)程的熱能需求進(jìn)行分析，對(duì)反應(yīng)能源分配方式進(jìn)行重新規(guī)劃，以聯(lián)合加熱的方式對(duì)能耗進(jìn)行控制，促使能源利用率提高。另外，使用變頻電機(jī)代替以往的定頻電機(jī)，使反應(yīng)過(guò)程能源需求與供給相匹配，達(dá)到節(jié)約能源的目的。此外，針對(duì)化學(xué)反應(yīng)不充分，所產(chǎn)生的廢棄物量比較大的情況，應(yīng)對(duì)化工技術(shù)、設(shè)備進(jìn)行更新，使用專門的收集和回收設(shè)備對(duì)其處理，實(shí)現(xiàn)廢物的再次利用。

3.4 提升員工安全認(rèn)識(shí)

化工企業(yè)的管理層和工人的安全意識(shí)較為淡薄是觸發(fā)化工企業(yè)發(fā)生安全事故的主要原因。因此要在化工生產(chǎn)中加強(qiáng)安全管理，并對(duì)生產(chǎn)流程中的操作步驟進(jìn)行規(guī)范化的管理，提高安全生產(chǎn)的宣傳力度，同時(shí)也要讓化工生產(chǎn)線上的工人認(rèn)識(shí)到安全問(wèn)題引發(fā)的危害，安全事故的嚴(yán)重性，從而建立起安全責(zé)任意識(shí)。

4 化學(xué)工程與工藝自動(dòng)化趨勢(shì)

21 世紀(jì)初，互聯(lián)網(wǎng)逐漸走入人們的視線，有了互聯(lián)網(wǎng)的幫助，節(jié)省了太多繁雜的工作量和時(shí)間，有效地保證了工作效率的提升。人們對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展好評(píng)如潮，可隨著互聯(lián)網(wǎng)步入人們的生活，人類成了互聯(lián)網(wǎng)的載體，這種副作用在一些方面無(wú)疑是最大的紕漏。

隨著碎片化的時(shí)間利用，人們的精神和注意力潰散，以至于人們節(jié)省出來(lái)的時(shí)間和精力都消耗在互聯(lián)網(wǎng)上，即使整體的工作效率有所提升，但完全單獨(dú)提出一部分工作量便會(huì)發(fā)現(xiàn)，其實(shí)際工作效率并未完全提升到另一高度。如此，化學(xué)工程與工藝的自動(dòng)化并未完全成熟，部分方面還有待提高。對(duì)于化學(xué)與工程中應(yīng)用自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)還需要慎之又慎。對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的副作用，采取更多的規(guī)定和監(jiān)督便可漸漸減小。但化學(xué)工程與工藝與自動(dòng)化的完美融合還是有很大的優(yōu)勢(shì)的。MES 系統(tǒng)的出現(xiàn)使得化學(xué)工程與工藝的工作逐漸向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，其系統(tǒng)采用大數(shù)據(jù)采集引擎等多方面設(shè)備，將所有工作進(jìn)行信息化管理，通過(guò)移動(dòng)計(jì)算技術(shù)打造從原材料供應(yīng)、生產(chǎn)到銷售物流等閉環(huán)的條碼系統(tǒng)。倘若將其技術(shù)融入化學(xué)工程與工藝的工作當(dāng)中，其發(fā)展前景不可估量。網(wǎng)絡(luò)控制的發(fā)展趨勢(shì)如今看來(lái)副作用的影響不得不引起重視并且加以解決，在化學(xué)工程與工藝這種需要極強(qiáng)的專業(yè)性和精細(xì)的工作，計(jì)算機(jī)操控可以極大程度上解決該專業(yè)現(xiàn)有的問(wèn)題，如此看來(lái)化學(xué)工程與工藝中的自動(dòng)化應(yīng)用利大于弊[4]。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，任何行業(yè)的發(fā)展進(jìn)步都離不開(kāi)先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)的推動(dòng)。特別是在化工企業(yè)的研發(fā)階段，現(xiàn)代化化工技術(shù)更是起到了不可替代的重要作用。就我國(guó)現(xiàn)階段的環(huán)境污染現(xiàn)狀以及治理任務(wù)而言，應(yīng)用環(huán)保生產(chǎn)工藝后，防御和治理相結(jié)合，有效遏制污染源的發(fā)展，環(huán)境問(wèn)題得到有效改善。更好地發(fā)揮生物技術(shù)的效應(yīng)，推動(dòng)企業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。對(duì)于原材料的選擇和清潔技術(shù)的應(yīng)用，都可以降低污染，改善我們的生存環(huán)境，保護(hù)我們的生命安全。因此，我們要緊跟科技發(fā)展的步伐，定期優(yōu)化和升級(jí)企業(yè)的化工技術(shù)，提升全民環(huán)保意識(shí)，遵循自然規(guī)律，實(shí)現(xiàn)自身收益的穩(wěn)定增長(zhǎng)，推動(dòng)社會(huì)持續(xù)發(fā)展。