化工生产过程、设备及自动化控制

1.化工生产过程

化工生产过程一般可概括为原料预处理、化学反应和产品分离及精制三大步骤。

（1）原料预处理。此步骤的主要目的是使初始原料达到反应所需要的状态和规格。例如固体需破碎、过筛；液体需加热或汽化；有些反应物要预先脱除杂质或配制成一定的浓度。在多数主产过程中，原料预处理本身就很复杂，要用到许多物理的和化学的方法和技术，有些原料预处理成本占总生产成本的大部分。

（2）化学反应。通过该步骤完成由原料到产物的转变，是化工生产过程的核心。反应温度、压力、浓度、催化剂（多数反应需要）或其他物料的性质以及反应设备的技术水平等各种因素对产品的数量和质量有重要影响，是化学工艺学研究的重点内容。化学反应类型繁多，若按反应特性分，有氧化、还原、加氢、脱氧、歧化、异构化、烷基化、脱基化、分解、水解、水合、偶合、聚合、缩合、酯化、磺化、硝化、卤化、重氮化等众多反应；若按反应体系中物料的相态分，有均相反应和非均相反应（多相反应）；若根据是否使用催化剂来分，有催化反应和非催化反应。

（3）产品的分离利精制。其目的是获取符合规格的产品；并回收、利用副产物。在多数反应过程中，由于诸多原因，致使反应后产物是包括目的产物在内的许多物质的混合物，有时目的产物的浓度甚至很低，必须对反应后的混合物进行分离、提浓和精制才能得到符合规格的产品。同时，要回收剩余反应物，以提高原料利用率。分离和精制的方法和技术是多种多样的，通常有冷凝、吸收、吸附、冷冻、闪蒸、精馏、萃取、渗透膜分离、结晶、过滤和干燥等，不同生产过程可以有针对性地采用相应的分离和精制方法。分离出来的副产物和“三废”也应加以利用或处理。

化工原料经过包括物质和能量转换的一系列加工，才能转变成所需产品，实施这些转换需要有相应的功能单元来完成，按物料加工顺序将这些功能单元有机地组合起来，就构筑成了化工生产的工艺流程。化工生产中的工艺流程是丰富多彩的，不同产品的生产工艺流程不同，同一产品用不同原料来生产，其工艺流程也大不相同；有时即使原料相同，产品也相同，若采用的工艺路线或加工方法不同，在流程上也会有所区别。

2.化工生产设备

前面讲到，化工生产中为了将原料加工成一定规格的成品，往往需要经过原料预处理、化学反应以及反应产物的分离和精制等一系列加工过程，实现这些过程都需要特定的机械设备，化工设备通常可分为两大类。

（1）化工机器。化工机器是指主要作用部件为运动的机械，如各种过滤机、破碎机、离心分离机、旋转窑、搅拌机、旋转干燥机以及流体输送机械等。(www.xing528.com)

（2）化工设备。化工设备是指主要作用部件是静止的或者只有很少运动的机械，如各种容器（槽、罐、釜等）、普通窑、塔器、反应器、换热器、普通干燥器、蒸发器，反应炉、电解槽、结晶设备、传质设备、吸附设备、流态化设备、普通分离设备以及离子交换设备等。

一般来说，化工机械的划分是不严格的，一些流体输送机械（如泵、风机和压缩机等）在化工部门常被称作化工机械，但同时它们又是各种工业生产中的通用机械。近代化工设备的设计和制造，除了依赖于机械工程和材料工程的发展外，还与化学工艺和化学工程的发展紧密相关。

化工产品的质量、产量和成本，在很大程度上取决于化工设备的完善程度，而化工机械本身的特点必须能适应化工过程中经常会遇到的高温、高压、高真空、超低压、易燃、易爆以及强腐蚀性等特殊条件。化学工业要求化工机械具有连续运转的安全可靠性，在一定操作条件下（如温度、压力等）具有足够的机械强度，具有优良的耐腐蚀性能、密封性好、高效率和低能耗。

3.化工生产自动化控制

多数化工生产过程是在高温、高压或低温、低压下进行，化工物料还往往是易燃、易爆或有毒、有腐蚀性、有刺激性气味。因此要实现化工生产连续、安全、稳定地进行，同时又尽量减轻员工的劳动强度与危险性。化工生产不同于其他行业的生产，它需要对工艺过程中的各种温度、压力、流量、液位等工艺量进行全程监视并实现自动控制，在无人直接参与的前提下，利用外部控制设备或装置使被控对象或过程按照预定规律自动运行。

实现化工自动化控制不仅需有高质量、高品质的技术服务，而且要求含有成套的自动化控制系统。目前化工自动化控制技术涉及很多现代技术，比如控制理论技术、仪表技术、计算机技术等，利于化工生产实现检测、控制、管理等，从而增加化工产量、减少消耗、生产高质量的产品的技术。化工自动化控制技术主要由化工自动化软件、硬件、应用系统三大系统组成，并逐渐转变为适应现代信息技术的发展要求，集管理与控制于一体的计算机集成综合自动化系统，控制体系已经经历了过程控制系统(PCS)、模拟控制系统(ACS)、计算机控制系统(CCS)、集散控制系统(DCS)、现场总线控制系统(FCS)五次变革，自动化控制技术水平越来越高，使化学工业生产经济效益得以大大提高。

随着计算机技术的不断发展、互联网应用范围的日益扩大以及信息工业化的快速发展，微电子技术和信息技术在自动化控制系统与自动化设备中的应用越来越广泛，信息控制网络和化工自动化控制网络呈现一体化发展趋势，由单机作业逐渐发展成为多机联网作业。化工自动化控制的发展趋势为自动化技术水平越来越高、化工企业规模越来越大。

化工生产过程除了对设备与工艺参数进行自动化控制外，基于安全生产或方便管理等方面的原因，在许多化工生产企业（特别是规模较大的）里还需对整个装置现场或某些重要设备、场所实行连续的视频监控。视频监控系统主要由高性能红外摄像机、黑白CCD摄像机或微光夜视设备、高保真信号高速传输设施、高清晰画面显示器等组成夜视监测系统，可用于全天候条件下、特别是夜间的远距离连续监视摄像，可广泛应用于各种恶劣环境、远距离、大范围实时监控的场合。