化学工艺设计中应用过程模拟优化研究

化学工艺设计中应用过程模拟优化研究

马腾

中科合肥煤气化技术有限公司，天津市300000

摘要：近年来，我国的化学行业有了很大进展，化工工艺也越来越先进。化工工艺的设计水平直接关系着企业生产质量和效率，且化工生产具有一定的危险性，如果不能科学地处理，就会造成严重的安全事故。将过程模拟优化技术应用在化学工艺设计的各个阶段，如设计阶段、测试阶段、改进工艺流程阶段，与此同时与计算机技术相结合使得化工工艺设计效率显著提升。本文就化学工艺设计的应用进行研究，以供参考。

关键词：化学工艺；过程模拟；优化技术；化工工艺设计

引言

近年来，随着人们生活水平的不断提升，化工行业迎来了巨大的发展空间，使其逐渐成长为我国重要的经济支柱，也提升了国家的综合国力。由于化工生产要用到各种化工原料，而这些原料具有易燃、易爆、毒性等特点，提高了化工生产的危险性，一旦出现问题，可能会引起大规模火灾、爆炸等问题。因此，设计人员必须提高对化工工艺安全设计的重视程度，全面分析化工工艺流程，提前识别到化工工艺设计中的危险因素，并根据不同因素提出对应的解决方法，努力将化工生产的危险性控制在合理范围内，避免给化工生产企业带来严重影响。

1化工过程模拟优化

传统化工生产工艺实际应用时会出现各种问题，所以一些企业利用化工过程模拟技术来优化化工工艺，使得化工生产质量更高，也能保障生产效果理想。而化工系统内优化、模拟均要对应技术模型，而应用最多的为数学模型与物性模型，因此必须确保模型中的数据精准，以此来优化生产过程，合理规避生产中的问题。另外，模拟生产过程时要先建立单元模型方程，基于该模型获得相关数据。现如今市场上应用多种类型的化工过程模拟优化软件，如ASPEN/PLUS、CAPES等。该软件的核心全部是序贯模块，利用该模块进行稳态模拟与优化模拟。

2过程模拟优化在化工工艺设计中的应用

2.1严格控制化工物料

化学工艺设计需要大量的物料，主要包含化工生产的原料、生产中的半成品、副产品以及贮存的相关物质。而化工原料本身就存在很大的危险因素，对生产环境有一定的要求，其生产出的半成品对储存环境也有着特殊的需要。因为这些存在危险的物料会在和外部环境接触的过程中发生化学反应，导致安全事故的出现。所以，化工企业必须严格控制化工物料，安排专门工作人员分析化工物料，在掌握其物理、化学特性的基础上，对其进行分类整理并储存。同时要做好物料安全隐患的记录工作，纳入物料档案，以为企业的安全生产提供充足保障。

2.2设备选型的安全问题

当化工工艺设计方案涉及到化工设备时，要综合考虑各方面的影响因素，如工艺流程、工作温度、压力、原材料类型等，并结合材料特征，科学选择设备的类型。值得注意的是，在设备运行阶段，不可避免的会出现疲劳、蠕变、磨损等情况，无形中影响到设备的使用寿命，选择对应设备类型是避免上述不利因素的重要方法。首先，化工企业在日常生产中过于注重生产效率，生产时会不间断出现超负荷运行的情况，很容易增加设备危险事故发生的概率;其次，企业对金属材料检测的重视程度不足，可能导致工作人员无法第一时间检测出材料缺陷;最后，在疲劳状态下的设备经常出现损坏、腐蚀等现象。以焦化粗苯加氢生产为例，从物料类型来看，有各种剧毒、易燃、易爆物质，如氨气、甲苯、纯苯、粗苯环丁砜等。这些物质在装置中经过催化反应生产、加热等，会产生多种有毒元素，如硅烷、一氯硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、四氯硅烷等。

2.3提高化工工艺设计人员的专业水平

对化工企业而言，化工工艺的安全性是一项重要的内容，对工艺设计人员的专业能力以及综合素养提出了较高的要求，化工工艺设计人员不仅要具备较高的职业水平，还应当具备丰富的工作经验以及安全意识，可以在化工企业生产过程中及时发现存在的安全隐患，并对此进行评估，及时采取措施进行预防。为此，化工企业加大人才建设力度很有必要，在招聘的过程中，将其专业水平以及职业道德作为招聘的主要内容，并根据企业生产特点分析可能存在的危害，以便于人才后续工作中能够充分考虑各项生产安全隐患。企业还需定期组织工艺设计人员参加相关安全管理培训活动，比如，参加社会组织的实践活动，或是为工作人员定制安全管理的相关网课等措施，增加工作人员安全管理意识。对以往发生的安全事故进行深入分析，结合现代发展找到问题所在，并采取措施消除安全隐患，避免同样的问题再次出现。另外，企业可以设置激励制度，对一些工作态度、工作效果较高的人员，企业应当给予一定的奖励，比如晋升空间、优秀员工奖章、奖金等奖励。反之对一些表现不积极，经常出现违反规章制度的员工，企业可以加大这类人员的培训力度，并根据其培训结果安排工作，必要时可以采取惩罚措施，比如，口头批评、减少这类员工晋升机会等。

2.4设计新装置

连续发酵乙醇装置在设计时要先深入挖掘历史数据，给出合理假设，再进一步简化过程。还要计算化工工艺，例如摩尔比计算，用于计算化学反应过程中需要的所有物料；影响反应条件计算是通过相平衡、压力平衡、热平衡的方式保证化学反应平衡。模拟计算介质。连续发酵乙醇时要以等价性为基本原则，能获得一种在连续性状态下的过程，且无需将其他特殊状态分析。传输物料时需要降低压力为0，能减少运输期间的能量损耗。计算固体组分液气平衡过程中若未产生化学反应，表示无需使用该计算，在换热器内控制物流温度。设计化工新装置时运用过程模拟优化技术能准确求出物料平衡与能量平衡，还能调整后面工艺基本参数，避免设计新装置时存在的问题，使得设计效率更高。如设计乙醇装置、气体分流装置时运用过程模拟优化技术能获得精准度较高的数据，依据该数据来优化与改进新装置，也能达到检验新装置质量的目的。设计新装置使用过程模拟优化技术的主要特点与优势，首先基于过程模拟得到的数据参数广泛、精准度高，向企业技术人员提供该数据后有利于找到问题所在，完成技术改进。其次，利用过程模拟优化技术能更好的检测化工装置运行情况，依据取得的结果来改进装置。再次，一旦化工装置出现问题，通过过程模拟优化能结合异常制定处理方案。最后过程模拟优化操作简单，利用计算机技术即可模拟化工装置设计流程，无需其他成本投入。

2.5设计工艺路线的选择

在化工工艺设计阶段，不同产品的生产路线和工艺方法具有较强差异性，设计人员在选择工艺方法时要根据安全风险最低原则，选择合适的生产工艺和生产方法，以保证化工生产能达到预期效果。同时，在有化学反应的生产中，要添加适量催化剂，合理控制反应强度，对化学反应进行动力学分析，全面掌握相关数据内容，对控制爆炸风险具有重要作用。另外，要科学评估化学反应中隐藏的副反应风险，如辅料、原材料、催化剂等，做好混合反应的准备工作，详细记录反应数据内容。同时，要分析不同工艺条件下化学反应的差异性，记录每个反应罐的压力波动数据，保证化工工艺设计数据满足各方面要求，加强安全设计的合理性。以还原炉生产多晶硅为例，为保证生产工艺能正常运行，在生产工艺中设置各种超标报警设备和安全联锁设备，操作时要严格遵循行业标准，禁止解除报警，不能随意设置上下限报警设定值。

结语

因此目前大部分化工企业在化工工艺设计时均运用过程模拟优化技术，通过该技术可以准确排查化工工艺上的问题，诊断生产阶段中的漏洞。而采用传统方式诊断生产中的问题时要投入大量人力，耗费人们更多宝贵时间，且投入成本较多。运用过程模拟优化技术能在短时间内迅速制定解决方案，还能创新与优化企业化工工艺，实现传统化工工艺突破。通过该技术可以转换物质为简单的计算问题，虚拟化实验过程，提高参数与过程精准性，也有效补充实验期间的不足，使得工艺技术科学性更强。

参考文献

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