精细化工厂工艺系统模块化设计的分析与探究

潘永红(兰州三叶实业有限公司，甘肃 兰州 730060)

0 引言

优化精细化工厂工艺系统模块化设计，可以在现代技术手段的支持之下实现信息化、模块化的管理。在精细化工程工艺系统的设计处理中，模块化是信息化管理模式的有效完善以及升级，通过信息技术手段的支持，可以实现在网络平台上的统一操作管理，对各个系统进行独立化控制，实现了不同独立系统的协作管理。精细化工厂工艺系统复杂，在对其设计处理中通过模块化的方式进行优化完善，充分保障了系统的自动化生产、增强系统的稳定性、可靠性，为各项生产作业开展提供了技术支持。

1 精细化工厂工艺系统模块化设计特征

1.1 装置规模化

精细化工厂工艺系统相对于其他类型的化工生产设备具有规模小的特征，主要就是因为精细化工厂工的设置装置多数在万吨之下，以有效满足实际的需求。但是在现代化工设备以及技术的持续发展过程中，精细化工厂工艺设备也在呈现规模化的发展趋势，在今后在逐渐完善。

1.2 功能多元化

在精细化工厂中，对设备功能装置的功能以及用途要求严格。多数的精细化工产品主要就是在复配技术支持之下进行生产作业，因此在对其进行工艺设计中，要综合生产装置的灵活性、多功能性等不同的需求，这样才可以有效满足实际的生产需求以及各项功能，进而充分保证生产的安全性，增强整体的适应性。

1.3 技术现代化

精细化工厂在发展中，为了有效满足市场发展的需求，产品的更新换代较快，多数的产品生产开发周期也相对较短，在进行模块化设计中要通过试验以及研发的方式实现系统工艺的更新。因此，在进行工艺系统的模块化设计中，精准完善的信息数据对研发出的工艺参数、工艺环节等要求极为严格，这也是精细化工程核心技术。

1.4 材料安全化

在精细化工厂生产中，多数的工业物料进行提取、萃取作业中，包含了多种有毒有害、易燃易爆的物品。在进行精细化工厂生产作业中，不同类型的产品具有不同的毒害性质。为了提升生产工艺的安全性，在设计中要对整个系统进行全面分析，注重原材料的安全化充分满足生产工艺的实际需求，避免各种问题的出现。

1.5 设计复杂化

多数的精细化工厂受到规模以及投资等因素的影响，在设计中具有时间短、任务重的特征。同时，精细化工设备具有数量繁多、物料品种多、生产单元过程复杂以及生产设备多、生产的管道多的特征，但因为在生产中设备相对较小，管道较小，产量也相对较少。为了有效满足实际的需求，在对其进行模块化的实际过程中，要严格根据精细化工厂的要求开展，通过科学的方式进行合理设计[1]。

2 精细化工厂工艺系统模块化设计要点

化工工艺项目设计关键点之一就是要制作完善的流程图。在对精细化工产品的工艺系统模块化设计中，要通过对具有通用性的模块进行处理，实现对整个系统中各个仪器表应用模块的控制管理，基于信息技术手段建设网络管理平台，在对其进行优化设计的基础之上进行组合完善，通过平台进行智慧管理，这样才可以有效地满足实际的需求。

2.1 工艺物料设计

在进行精细化工厂工艺系统模块化设计过程中，要基于原材料角度进行分析，综合原料的有毒有害以及易燃易爆的特征，对各个生产环节以及系统质量进行严格的控制管理。对不同工艺物料的安全角度进行分析，综合危险性、化学物质以及火灾、保障等多种因素全面分析，且基于精细化原材料的生产标准系统分析，对工艺设备、管道以及仪表检测特点等合理进行模块化设计处理。根据实际状况合理的选择应用，在模块化系统支持之下，对现有的工艺进行优化，充分提升工艺系统的安全性，有效降低原材料因素造成的质量隐患以及问题[2]。

2.2 工艺过程设计

进行精细化工厂工艺系统模块化设计过程中，要对不同化工装置的各个单元操作工艺进行系统分析，通过对原料处理、过滤反应、萃取以及干燥等不同工艺流程的精细化分析，在进行模块化设计中基于特征以及要点，了解物料的危险性，做好密闭性管理，合理控制温度以及压力等参数，降低生产流程中产生的危险影响，降低对装置系统产生的不良影响。基于精细化产品工艺特征，采取有效的工艺，通过模块化方式科学控制，提升生产工艺的稳定性。

2.3 生产设备设计

在精细化工厂工艺系统模块化设计中，要做好生产设备的设计与处理，分析生产温度、压力以及液位、搅拌转速、安全泄放等多方面的参数，进行系统分析和有效的监控以及管理。在进行设备的安装以及实施管理中，要基于工艺系统的各种参数要求科学设计，在保障整体设计安全的基础上，充分提升模块设计整体性。

2.4 工艺管道系统设计

在进行精细化工厂工艺系统模块化设计中，做好管道质量控制以及管理。生产中多数的原料具有腐蚀性、毒性以及易燃易爆的特征，为了有效降低各种不良影响，在实践中要做好精细化的管理。通过对管道系统的合理设计，在模块系统中实现一键管控，及时进行泄放、放空以及防爆等不同系统的合理设计，做好各个环节、连接点的优化工作，实现对管道质量以及工艺的系统化管控，充分提升生产作业的安全性，实现模块化管理。

3 精细化工厂工艺系统模块化设计的分析与探究

3.1 精细化工厂工艺系统模块化设计理念

工艺模块化设计理念是通过PDM数据复制技术，对工业生产中的各项信息数据进行复制，获得相同的信息数据副本，可以实现对副本数据信息的修改完善，同时并不会给原有的数据造成影响，充分保障了系统稳定性。

建设精化工程工艺知识体系，对生产作业中的工艺数据参数、工艺流程优化等工艺信息数据进行收集整理，形成工艺知识库，实现对各项工艺参数的重复性应用，为自动化生产提供有效的数据参考与支持。在创建中，利用PDM分类模块进行处理，综合产品的具体类型、材料加工的特点，对各个流程的具体分类数据进行定义梳理，则可以实现模块的分类管理的目的。

在确定生产工艺的基础之下，根据需求在知识库中进行信息检索，在工序模块以及复制技术的支持之下，则可以进行复制。复制之后，基于现有产品的各项信息数据参数以及工艺信息，则可以自动获得相关的成品、产品的名称、材料以及标准等信息数据。并根据实际状况进行修订工序的工序图信息、工艺要求以及参数，达到优化生产参数的目的，则可以有效实现整个生产作业的自动化生产[3]。

3.2 软件设计方案

精细化工厂工艺系统模块化设计是基于传统的设计理念上，融合现代化的工艺思想以及设计理念而形成的一种新技术。在信息时代，各种技术手段在不断推陈出新，对其进行模块化的设计，可以有效满足市场的发展需求。在精细化工厂工艺系统模块化设计过程中，可以应用一键操作的方式对工艺程序进行调度。

3.2.1 工艺知识库

精细化工厂工艺系统模块化设计就是在程序编写过程中，通过将主要程序、子程序以及子过程等相关框架的结构以及流程通过软件进行描述，对不同系统的关系进行定义以及调试。基于功能模块为主要单位，对其进行程序化的设计，通过模块化的设计则可以有效降低操作复杂度，直接简化了程序设计、调试以及维护管理等各项工作，在生产作业中通过对子功能模块的调整，则可以实现对功能的优化以及完善。

知识库中利用PDM分类模块进行处理，通过对工艺属性信息、类别参数等进行处理，通过自定义的方式进行处理，实现编辑操作，对不同类别的工艺进行处理，实现有效区分。在分类模块检索功能的支持之下，可以实现对数据库中各项典型工艺参数的查询处理，进而做到一键操作。在不同的工艺类型中进行生产参数的定义，在系统中会根据实际状况对材料、生产参数以及加工处理的形式等进行自动的选择。通过典型的工艺知识库，则可以构建整体化的结构，在层级检索的模块之下对其进行快速的查询。

3.2.2 定制数据复制

综合具体的工艺编程标准要求，在进行复制之后的工艺具有独立化的特征，对其进行处理操作无需进行操作引用。基于生产工艺的要求以及标准实现数据信息的复制处理，对PDM数据复制信息进行系统分析，制定完善的控制操作程序，在系统变量支持之下进行复制处理，则可以有效实现系统优化，进而充分满足精化工厂的各项生产工艺要求。定制复制的操作，可以实现对各项工艺参数的集中处理，充分保障了数据信息以及程序的整体性。复制操作处理可以对原有的工艺信息进行复制，保障了各项信息数据的完整性[4]。

3.2.3 知识库流程控制

通过在知识库中的工艺模块，可以做到对各项工艺程序的更新，工艺手段、材料应用以及生产方式等不同流程都会直接影响精化工厂的生产作业。在实践中要综合实际需求，通过工艺知识库进行各个模块的优化，将优化完善的工艺手段形成模板，并且在知识库中存储，实现技术的更新替换。

在精化工厂生产系统中，各个设备都是通过PLC进行统一的控制管理，在控制中心发布各项信息以及指令。为了实现对工艺模板库的各项信息数据的合理控制，通过在PDM系统中进行指令的下达，则可以实现对访问权限限制，避免各种安全隐患。

3.3 精细化工艺系统模块化功能系统

基于釜式反应容器模块，对各个模块化的功能系统进行分析。在知识库工艺模块中添加工艺参数，在通过PDM复制反应器进行程序的运行管理，进而实现对自动化生产系统的操作与管理。

3.3.1 反应系统

液体原料、溶剂等相关材料经由管道直接进入到反应釜中，而固体材料则在入口中直接进入。在入口的上方进行通风口的设置，则可以有效满足净化工厂生产的不同需求。将冷凝器通过气相管道进行有效连接，其中扩大管、液封回流的主要功能就是进行冷凝液的传递。将扩大管与放空管、真空管系统进行有效连接，则可以充分满足气液的实际需求。

基于扩大管特征以及实际需求，在处理中与接收罐、分离器以及蒸汽保温夹套进行有效连接，则可以有效满足不同功能要求。同时，要对知识库中对各项功能以及工艺进行调整优化。将冷冻水、循环水以及冷凝器有效连接，进行二次冷凝系统的设计。为了充分保障安全泄放系统在运行中的安全性，要根据实际状况进行安全阀、爆破片的合理设置。在气相出口位置，则要设置对应的压力表，这样才可以将其与反应釜的温度以及加热蒸汽系统之间的联动管理。

反应釜物料出口阀门对操作要求严格，通过远程系统管理则可以实现对阀门的各项动作进行控制管理。反应釜夹套、冷冻水、循环水、压缩空气等不同系统之间的衔接，在处理中可以通过阀门进行不同的功能切换。同时阀门也可以实现对其他不同系统的连接，做到不同功能的有效切换。在不锈钢反应釜中，应用蒸汽盘管进行，其与夹套中冷却介质进行分离，达到延长应用寿命的目的。

对危险性较高的工艺，在知识库中要综合工艺管道仪表程序进行处理，做好安全生产的参数、控制系统以及方案等不同信息的复制，充分保障各项工艺符合实际的需求，满足生产标准的各项要求，有效减少在生产作业中的风险隐患。例如，在知识库中通过对重氮化工艺进行优化，通过系统联锁的方式对温度、搅拌以及流量控制的优化处理，在工艺模块中应用紧急停车系统进行控制管理。如果在运行中出现了温度超标、故障隐患等问题，则可以自动停止运行，实现车辆系统的紧急停运。

3.3.2 分离系统

在蒸馏生产工艺中，通过物料静置分层液油层进行传送，在蒸馏釜中进行首次蒸馏回收处理，然后在低压蒸汽中进行蒸馏釜的加热处理。通过自动调节阀进行温度热量的控制，在反应釜中利用两极冷凝工序进行气相传递处理，将气液分离之后在回收灌中进行处理，而无法实现凝结的气体则在尾气处理系统中进行处理。为了有效进行内部压力的控制，要根据实际状况在蒸馏釜中设置安全排泄系统。

例如，在板框压滤工艺中，通过隔膜压榨技术进行浆料固液分离处理，通过料泵压力可以进行材料的处理，在隔膜压滤机中则可以排出母液。在完成过滤处理之后，通过在压榨水泵的出口位置进行安全阀的设置处理，通过高压清水则可以将其传输到压滤机的隔膜、芯板之间的宫腔之中，并且对滤饼进行挤压处理，实现二次脱水。对其进行二次脱水处理之后，在不同的颗粒之间会残留一定的水分，在通过反吹压缩空气机进行处理，则可以达到降低含水率的目的。

3.3.3 干燥系统

生产过程中会应用到真空干燥机以及闪蒸干燥机进行操作处理。例如应用旋转闪蒸干燥机进行处理，在换热器中进行空气的加热处理，在将其传递到干燥机进风口位置中，在通过螺旋加料器进行物料的输送，在塔内进行干燥处理。然后产生的粉状物则会伴随着加热的空气共同传输，在收尘器中对其进行集合处理，成品则会通过传递到达包装流程中，而其产生的多余尾气在水膜除尘器的作用之下会直接排放出去。

3.3.4 真空系统

在现代科技支持之下，联合式水喷射真空机应用较为广泛。在应用中一个水槽可以为多台不同的喷射器提供介质，而应用碳钢类的水槽则可以有效控制锈蚀等问题出现的影响。将水槽外侧与盘管进行连接，通过循环法做好水冷处理，则可以达到提升资源利用效率的目的。同时，在实践中可以基于实际状况进行调整优化，例如在生产中如果产生酸性的尾气，则可以通过添加一定比例的碱液对其进行中和处理，将真空缓冲罐、水槽尾气等直接传递到尾气排放系统中，对其进行统一处理。

3.3.5 尾气处理系统

分析在尾气中含有的物质，根据知识库的工艺程序进行优化选择，可以应用水洗涤以及碱液洗涤等不同的洗涤方式。而对存在的甲苯、二甲苯等相关物质，则可以应用活性炭的方式对其进行吸附处理。活性炭在吸附一定时间之后应用蒸汽的方式进行脱附处理，则可以继续应用。在活性炭吸附系统的处理中，要根据实际状况应用双吸附系统进行处理，做好备份，这样在正常运行中可以根据实际状况进行切换。在运行中，依靠吸附器的性能可以依次进行吸附处理，使其进入到状态中，通过控制中心进行吸附箱中各项功能的控制，实现吸附、解吸以及干燥等不同的功能调整以及应用。

4 结语

在精细化工工艺系统的工程设计中，可以通过模块化方式进行设计。在模块化的设计理念之下，对各个管道仪表中流程的共性系统进行通用模块化的设计，基于其各项特征应用专用技术手段进行优化，建立智慧化管理模块，则可以实现系统化的控制以及管理。在实践中，其主要工艺包括了反应系统、分离以及干燥、真空、尾气处理等不同的系统。不同的系统中通过信息进行处理，实现模块优化，有效实现精细化工工艺的规范化、标准化以及模块化的发展。