探析化學工程與工藝中的自動化發(fā)展趨勢

趙偉剛 馬響亮 張攀

摘要：自動化技術(shù)在化學工程中扮演著重要角色?；瘜W工藝品遍布人們生活各處，其對于社會發(fā)展意義深遠。隨著網(wǎng)絡技術(shù)和智能技術(shù)的發(fā)展進步，化學工程領域逐步實現(xiàn)了自動化，各項工藝技術(shù)的應用效率和應用效果得到了優(yōu)化。我國已初步建立了自動化的化學工藝體系，并開發(fā)出了領先世界的自動化化學工藝技術(shù)，研究自動化技術(shù)在化學工程中的應用對于促進化學工程領域發(fā)展有著重要的意義。基于此，本文研究了化學工藝實現(xiàn)自動化的方法，并對化學工程自動化發(fā)展趨勢進行了分析。

關鍵詞：自動化技術(shù);化學工程;化學工藝

化學工業(yè)在我國經(jīng)濟體系中占有重要地位，對于各行各業(yè)發(fā)展都發(fā)揮了重要作用。化學工程發(fā)展勢態(tài)良好，為社會發(fā)展提供了充足的工業(yè)品。隨著現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展，先進的自動化技術(shù)被逐步應用于化學工業(yè)領域，成為化學工程發(fā)展不可缺少的部分，并持續(xù)影響著化學工業(yè)發(fā)展[1]。自動化工藝能夠提升化學工業(yè)生產(chǎn)精度和效率，對于推動國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展發(fā)揮著重要作用[2]。本文結(jié)合現(xiàn)階段我國化學工程和工藝在自動化發(fā)展方面情況分析了未來階段化學工業(yè)的發(fā)展方向。

1化學工程和工藝

化學為人類社會發(fā)展做出了重要貢獻，化學工程是對化學原理、化學技術(shù)和生產(chǎn)方法的總述，其包含的專業(yè)領域內(nèi)容繁多，涉及到每一個行業(yè)。人們生活、生產(chǎn)所需的許多原料都需要通過化學的方法獲取，例如通過化學的方法從石油中獲取塑料制品原料[3]。可以說化學工程和工藝在社會發(fā)展中扮演重要角色，其影響著人們的衣食住行等各個方面，現(xiàn)代化學工程和工藝發(fā)展與自動化技術(shù)關聯(lián)越來越密切，自動化技術(shù)的應用提升了化學工業(yè)的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，實現(xiàn)了規(guī)格化和標準化的生產(chǎn)目標。

2自動化技術(shù)在化學工程和工藝中的應用

計算機技術(shù)的出現(xiàn)為工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)自動化提供了基本的依托，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)興起，計算機自動處理能力不斷變強[4]。在自動化技術(shù)支持下社會各行各業(yè)發(fā)生了巨大的變革，以自動化技術(shù)為主的生產(chǎn)模式成為主流生產(chǎn)模式。在化學工業(yè)領域也發(fā)生著同樣的變化，自動化技術(shù)的應用推動了化學工程和工藝精細化和高標準化發(fā)展，有效地促進了化學工業(yè)發(fā)展。

2.1化工安全監(jiān)測

化工生產(chǎn)的危險系數(shù)非常大，如何做好安全隱患排查和預防是很多化工企業(yè)重點研究的內(nèi)容，傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式下必須強化人員管理和現(xiàn)場巡檢，這種方式的缺點在于受人為主觀因素影響較大，而且投入的成本較大。但是隨著自動化技術(shù)應用，安全隱患排查工作發(fā)生了巨大改變，通過安裝在生產(chǎn)區(qū)域和生產(chǎn)設備中的傳感其能夠?qū)崟r監(jiān)測生產(chǎn)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以自動識別異常數(shù)據(jù)，并及時發(fā)出警報，有效地避免了安全隱患升級為安全事故[5]。在一些危險性較高的生產(chǎn)工藝中，應用自動化技術(shù)可以提升生產(chǎn)的安全性，降低生產(chǎn)工藝對人員生命健康的影響，圖1為化學工藝生產(chǎn)流程。例如，在很多化工原料具有腐蝕性和毒性，生產(chǎn)人員需要身穿防護服進行作業(yè)，如果改用自動化技術(shù)進行生產(chǎn)，可以有效防止化工原料對工作人員身體造成損害，保障生產(chǎn)作業(yè)的安全性。

2.2控制生產(chǎn)精度

化學工程對于精度要求加高，如果精度偏差較大，可能帶來不良的后果。例如，生產(chǎn)烷烴有機物時，往往需要加氫催化處理，如果加氫比重過大，或者壓力和溫度控制偏差較大，可能使得產(chǎn)物的純度變低或者無法合成目標產(chǎn)物。很多生產(chǎn)工藝都需要在高溫、高壓環(huán)境下進行，如果溫度和壓強變化幅度較大，或者生產(chǎn)過程中無法保持穩(wěn)定，那么將無法達到預期的生產(chǎn)目標，而通過自動化技術(shù)進行控制，可以實時地調(diào)節(jié)反映容器的溫度和壓強，保障溫度和壓強的穩(wěn)定性。自動化技術(shù)在化學工藝精度控制方面遠遠超過傳統(tǒng)的人工控制方法，而且能夠檢測反映環(huán)境細微的變化[6]，為工作人員提供足夠的精確的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，從而保障生產(chǎn)作業(yè)安全、穩(wěn)定進行，有效地提升了生產(chǎn)過程的效率，圖2為某化學工藝自動化生產(chǎn)程序。生產(chǎn)精度的提升能夠提升產(chǎn)品的質(zhì)量，對于提升化工企業(yè)的競爭能力起到了重要的作用，因此生產(chǎn)企業(yè)應該積極研究自動化技術(shù)的應用方法，進一步地應用自動化技術(shù)對各項工藝進行優(yōu)化，從而更好地提升化工生產(chǎn)的精度，為人們提供更多優(yōu)質(zhì)的化學工業(yè)品。

2.3調(diào)節(jié)原料比重

化工生產(chǎn)是一個復雜的物質(zhì)反應過程，不同階段使用不同的生產(chǎn)原料，對生產(chǎn)原料投入時間和比重進行控制非常關鍵，這是能夠獲得目標產(chǎn)物的關鍵。傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法中一個反應結(jié)束后需要對產(chǎn)物進行檢測，只有產(chǎn)物達到了生產(chǎn)要求后才能進行下一個階段的反應，而這一過程需要消耗大量的時間和精力，圖3為實現(xiàn)自動化后的化學反應裝置[7]。自動化技術(shù)的應用可以解決這一問題，提高生產(chǎn)的效率，將自動監(jiān)測傳感器安全在反應容器內(nèi)部，可以實時檢測反應物和產(chǎn)物的比重，并控制產(chǎn)物投入的比重和反應問題，最大限度提升反應效率。現(xiàn)代自動化技術(shù)在化學工藝優(yōu)化方面也有著很強的優(yōu)勢，如對化學工藝品內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行檢測，如果發(fā)現(xiàn)化學工藝品內(nèi)部結(jié)構(gòu)變形可以作出調(diào)整，可以提升化學工藝品的質(zhì)量。

3化學工程和工藝中自動化技術(shù)發(fā)展趨勢

自動化是化學工程和工藝未來發(fā)展的大趨勢，這也是實現(xiàn)技術(shù)革新和生產(chǎn)方法創(chuàng)新的重要一環(huán)。目前大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)在化學工程中應用非常廣泛，通過對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的計算和總結(jié)能夠發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)工藝中存在的缺陷，并制定有效的方法進行改進，從而提升化學工業(yè)品的質(zhì)量[8]。未來階段化學工程和工藝自動化的發(fā)展必然是建立在現(xiàn)有技術(shù)基礎上，對現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)化和再創(chuàng)新，通過技術(shù)細化和生產(chǎn)工藝的創(chuàng)新不斷地提升生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，自動化系統(tǒng)也會逐步具備人的智慧，這對于化學工程和工藝的整體發(fā)展起到了重要的作用。

3.1綠色可持續(xù)性

綠色發(fā)展與可持續(xù)發(fā)展是人類社會發(fā)展的方向，隨著資源消耗和環(huán)境污染問題不斷出現(xiàn)，人們意識到綠色可持續(xù)發(fā)展的重要性，因此各行各業(yè)也在發(fā)生變革?；ば袠I(yè)是資源消耗和污染較為嚴重的行業(yè)，通過自動化技術(shù)對生產(chǎn)原料和技術(shù)工藝進行優(yōu)化，能夠減少化工原料的使用和提升生產(chǎn)效率，從而實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。例如，通過自動化系統(tǒng)控制原料投入比重，最大限度提升原料轉(zhuǎn)化率，能夠避免出現(xiàn)資源浪費現(xiàn)象出現(xiàn)，隨著生產(chǎn)原料投入比重減少，生產(chǎn)帶來的污染也在減少。而在生產(chǎn)工藝方面，自動化工藝在能耗方面也會發(fā)生巨大變化，如系統(tǒng)會自動調(diào)節(jié)各個反應過程的能耗，對有限的能耗進行科學利用，實現(xiàn)能耗利用效率最大化。自動化技術(shù)在化學工程和工藝中面對的主要問題是能耗問題，因為自動化系統(tǒng)運行需要消耗大量的能源，而且必須確?；どa(chǎn)過程中持續(xù)穩(wěn)定的運行，結(jié)節(jié)能耗問題不僅可以減低企業(yè)的投入成本，而且能夠推動綠色可持續(xù)發(fā)展理念的落實，所以在未來階段化學工程和工藝在自動化方面應該朝著綠色可持續(xù)發(fā)展方向前行，最大限度實現(xiàn)節(jié)能降耗，在減少資金消耗的同時提升自動化的效率，使得有效資源得到最大化利用，這對于未來階段人們更好地利用化學工程造福自身發(fā)揮著重要作用，行業(yè)發(fā)展也會出現(xiàn)新的變化。

3.2智能程度更高

自動化發(fā)展必須解決系統(tǒng)智能程度低的問題，雖然現(xiàn)階段化學工程中自動化系統(tǒng)能夠處理大部分生產(chǎn)內(nèi)容，但是距離人的智慧依然有著較大的距離?；瘜W工程和工藝對生產(chǎn)精度要求非常高，只有嚴格控制各項生產(chǎn)工藝才能確保生產(chǎn)的質(zhì)量和效率，目前計算機行業(yè)人員正在研究更為優(yōu)質(zhì)的計算機算法，如果研究工作出現(xiàn)重大突破，結(jié)合化工生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)流程等對生產(chǎn)工藝進行優(yōu)化可以提升化學工藝的生產(chǎn)效率。高智能程度意味著大部分生產(chǎn)工作都可以由機器完成，有效地保障了工作人員的人身安全[9]。此外，自動化設備將會遍布在化工生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)中，例如反映容器實現(xiàn)了全自動化控制，通過多組傳感器收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，自動化系統(tǒng)具備自動識別和控制的控制，能夠?qū)Ω黜椛a(chǎn)數(shù)據(jù)進行調(diào)節(jié)，使得生產(chǎn)工藝得到優(yōu)化，生產(chǎn)效果也會發(fā)生變化。從化學工程和工業(yè)的總體發(fā)展方向來看，高智能化能夠幫助企業(yè)更好地進行危險化學品生產(chǎn)，可以防止由于人為因素干擾帶來的各類影響，從而提升生產(chǎn)的效率，也降低生產(chǎn)安全隱患。由此可見，化工行業(yè)在未來階段實現(xiàn)高智能化發(fā)展是自動化發(fā)展的必然趨勢，也是提升生產(chǎn)質(zhì)量和效率的重要方法方向。

3.3高效率高質(zhì)量

化學工程和技術(shù)對于化工行業(yè)發(fā)展十分重要，新的生產(chǎn)工藝必須具備節(jié)約資源、生產(chǎn)效率更高、生產(chǎn)質(zhì)量提升中的一項或者幾項要求，隨著自動化技術(shù)應用，化工行業(yè)的生產(chǎn)效率和質(zhì)量得到了提升，但是提升的效果并不理想，自動化技術(shù)的優(yōu)勢未能完全的發(fā)揮出來。因此必須研究自動化程度更好，處理能力更強的自動化處理技術(shù)，提升生產(chǎn)的質(zhì)量和效率，在未來方向機器完全可能取代人工生產(chǎn)，自動化系統(tǒng)可以判處理生產(chǎn)流程中的各項信息，工作人員只需要將設定的判斷條件輸入系統(tǒng)中，系統(tǒng)則可以根據(jù)設定的條件要求工作，只有遇到系統(tǒng)中未設定的內(nèi)容時系統(tǒng)才會將這些內(nèi)容發(fā)送給工作人員，工作人員則根據(jù)這些內(nèi)容判斷系統(tǒng)運行狀況和生產(chǎn)的情況，這種方法有效地提升了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，而且能夠?qū)⑽ｋU生產(chǎn)環(huán)節(jié)的工作取代，解放了生產(chǎn)力，同時保障了生產(chǎn)的安全性。此外，隨著工藝的優(yōu)化和新工藝的出現(xiàn)，化工生產(chǎn)過程中的一些技術(shù)瓶頸也會被打破，這對于化工行業(yè)發(fā)展而言非常重要，技術(shù)瓶頸的突破意味著未來階段化學工程和工藝發(fā)生重要變化，化工生產(chǎn)的效率和質(zhì)量將會得到提升，這在未來階段將會成為主要的發(fā)展趨勢，因此個化工生產(chǎn)企業(yè)也應該做好迎接這種發(fā)展趨勢到來的準備，積極進行技術(shù)創(chuàng)新，不斷地提升自身生產(chǎn)效率。

3.4全自動化模式

自動化發(fā)展的終點應該是全自動化，通過計算機承擔任何一項工作，化學工程和工藝最大的特點是變化性強，生產(chǎn)工藝中的某一個條件發(fā)生變化都可能無法獲得目標產(chǎn)物，通過自動化技術(shù)進行控制能夠使得反映條件保持穩(wěn)定，而其中一些重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)依然需要人工控制，這種方法是當前化學工業(yè)生產(chǎn)的主要方式，但是隨著自動化技術(shù)的發(fā)展進步，全自動化模式將會逐步缺乏當前的工藝技術(shù)，因為全自動化模式可以通過系統(tǒng)自動控制各項反映工藝，使得各項生產(chǎn)工藝得到協(xié)調(diào)，提升生產(chǎn)的效率，而且能防止因為人為疏忽導致的各類問題出現(xiàn)。從工藝創(chuàng)新角度來看，自動化工藝可以提供更多穩(wěn)定的生產(chǎn)環(huán)境，防止生產(chǎn)環(huán)境變化導致的一系列問題出現(xiàn)，全自動化生產(chǎn)模式的實現(xiàn)必然能夠推動整個化工行業(yè)的長期穩(wěn)定發(fā)展，所以整個化工行業(yè)都需要做好準備，積極應對行業(yè)的變革。此外，在全自動化發(fā)展方向，還體現(xiàn)在技術(shù)方法方面，現(xiàn)有的化學工藝將會得到改進，未來階段的化學生產(chǎn)工藝更具針對性，化學品合成過程也會得到優(yōu)化，生產(chǎn)反應所需的步驟將會得到縮減，生產(chǎn)的效率將會得到提升。

結(jié)束語：總而言之，化學工業(yè)在人們?nèi)粘Ｉ钪邪缪葜匾慕巧?，自動化技術(shù)在化學工程和工藝中的應用能夠提升生產(chǎn)效率，同時也提升生產(chǎn)的安全性，隨著智能技術(shù)的進一步發(fā)展，自動化技術(shù)在化學工程和工藝中的應用將會變得更為廣泛，這能夠有效地促進整個行業(yè)的發(fā)展，為人們提供更多優(yōu)質(zhì)的化學工業(yè)品。研究自動化技術(shù)在化學工業(yè)中的應用可以更好地推動化學工程領域發(fā)展。

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作者簡介：趙偉剛，1986出生，性別：男，民族：漢族，籍貫：山西晉中，職稱：工程師，學歷：碩士研究生，主要從事石油天然氣行業(yè)工程設計。