染料生產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）

染料工業是我國化工產業中發展時間最長的行業之一，且具有龐大的消費市場與產業規模。但從當前來看，我國大部分企業的染料生產方式仍比較傳統，并明顯地表現在自動化普及率低這一問題上。據此，我們有必要對染料生產過程的自動控制進行討論探析。

1 染料工業的生產特點

染料工業具有產品種類多、生產規模小、物料需求大、工藝流程復雜等特點，且處在化工產業領域當中，大部分工藝介質存在毒性、易燃易爆性、腐蝕性等危險特性。因此，染料工業具有極高的精細化、安全化生產需求。在此背景下，染料工業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）生產狀態波動性較強，反應過程中的溫度、壓力、物性等參數隨時可能發生變化，且調整起來相對困難；（2）原材料種類較多，在固態、液態、汽態等方面均由涉及，因此對自動控制的差異性控制能力要求較高；（3）部分反應環節依賴目力測定，且具有瞬時性。若自動控制系統的傳感延遲較大，或數據處理能力較弱，將很難獲得理想比較好想的染料生產效果[1]。

2 染料生產過程的自動控制工藝

2.1 染料生產過程中物料投放的自動控制

近年來，隨著染料工業的不斷發展，染料生產中應用到的原料在種類、物性、相態等方面越來越趨于多樣化、復雜化。此時，若企業仍采取傳統生產中人工投料的生產方式，將會嚴重降低染料生產源頭的工作效率，并很容易產生物料錯放的情況，對染料產品的最終質量產生嚴重影響。同時，染料生產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生毒害影響。基于此，無論是出于生產質量與生產效率的考量，還是出于對員工安全的保護，都應做好染料生產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的原料中占比較高，其自動控制質量可在很大程度上體現出企業的現代化水平。現階段，固體物料投放的自動控制作業多通過機械傳輸系統實現。機械傳輸系統主要由稱重設備、提升設備、傳輸溜槽、推進設備等部分構成。在實際的染料生產中，機械傳輸系統可在PLC控制中心的預設程序支持下，完成標準重量物料的稱取，并由提升設備提升至溜槽處，在物料自身的重力作用下滑向推進設備的絞籠處。其后，推進設備攜帶物料按軌道機構向前運行，從而將固體物料輸送至反應釜當中。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、稱重模塊等裝置設備，基于控制程序預設參數對流體物料進行定量計算。其后，以計算結果為基礎，對物料管道各節點的開關閥、調節閥進行動態控制，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，自動投放系統具有精準化、持續化的進料控制能力，可有效避免因人員疏忽、疲勞、運算失當等情況導致的投放偏差，進而從源頭上保證染料的生產質量。同時，自動投放系統主要以PLC 技術作為支撐，可滿足遠程化、模塊化的監控需求，因此也在很大程度上消除了人員現場操作的安全隱患。

2.2 染料生產過程中反應溫度的自動控制

反應溫度的控制，一直是染料生產的重點和難點。若反應溫度過高，將會對原料形成過度的高溫催化作用，進而產生大量的無用副產物，并降低染料產品的成分質量；若反應溫度過低，將嚴重影響到各類物料的反應速率，進而制約染料生產的效率提升。此時，采用自動控制技術，可在溫度傳感器與溫度調節系統的共同作用下對反應釜內溶劑原料實施針對性、精準化的預熱、預冷處理，從而將初始反應溫度控制在合理區間內，并達成持續性的恒溫效果。

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

例如，在進行某染料重氮化反應環節的溫度控制時，PLC控制中心首先會接收到來自反應釜處溫度傳感器的溫度數據，并將該數據與預設的溫控參數進行比對，以此確定需要調整的具體溫度值。其后，控制中心便可基于這一數值，對固體冰塊、冷凍鹽水、亞硝酸鈉等溫控材料的投放系統作出聯鎖控制，使其按規定量進入到反應釜當中，以此降低反應釜內重氮化反應的環境溫度。其后，在溫度降至標準區間時，控制中心再次對溫控材料的投放系統進行聯鎖控制，從而實現緊急停車，避免反應釜內溫度超標。

2.3 染料生產過程中反應壓力的自動控制

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

首先，要保證壓力反應中冷卻系統、冷媒供給的持續運行。對此，應在冷媒系統的開關及通道處設置檢測單元及自動傳感器，并在PLC控制中心中設置出相應停車模塊。當檢測到系統開關異常閉合或冷媒流量趨于中斷時，系統便可立即做出停車反應，以免反應壓力驟降，對染料的生產質量產生影響。

其次，應重點著眼于硝化、磺化、絡合、氯化、重氮化等重點反應環節的壓力參數，在相關反應釜處設置壓力監控系統，以此完成反應過程中壓力的實時監測、自動報警與緊急控制。當控制中心檢測到反應釜內壓力超出限定值時，監控系統會同步向反應釜的安全閥發出驅動信號，使安全閥立即進行起跳動作，達到反應釜的自動泄壓。這樣一來，便可有效防止釜內壓力的失控，將爆炸隱患消除于無形。

3 染料生產過程的自動控制系統選用要點

染料生產的過程比較復雜，其自動控制系統勢必會面臨控制對象多、控制難度大、控制流程長等應用挑戰。此時，根據不同的生產工藝、生產條件選擇出合理化的自動控制方案，就顯得尤為重要。現階段，在設計和選用染料生產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）自動控制系統服務于染料生產的運行發展，因此必須具有專業性與針對性，可滿足各類染料生產環節的溫度、壓力、流量等工藝要求；（2）染料生產處在化工領域當中，勢必會存在毒氣、爆炸等隱患問題。據此，自動控制系統在實現生產質量控制的同時，也應具備安全性能的控制功能，以此符合“安全為先”的染料工業發展原則；（3）自動控制系統需要涉及到傳感器、終端設備、控制單元等多種器件的應用，且存在一定的生產工藝改造要求，故而需要較大的資金資源投入作為支持。對此，相關企業應秉持“夠用為度”的技術應用理念，從成本效益、經濟效益、操作性能、售后服務等多個角度進行選擇；（4）要盡量保證自動控制系統控制方式的多樣性，如流程控制、離散控制、調節控制、生產調動、故障追溯等，以此發揮出最大化的技術應用價值[3]。

4 結語

綜上所述，染料工業的特殊性，對自動控制系統的技術應用提出了很大挑戰。所以，相關人員在設計、選用自動控制系統時，必須要立足于染料產業的實際條件與工藝要求，在落實工況監測與設備控制功能的同時，做到安全性、精準性、經濟性等多重屬性的有機統一。