در تولید شیمیایی تخصصی، دقت، ایمنی و تکرار مورد نیاز توسط واکنش های پیچیده باعث می شود سیستم کنترل توزیع شده (DCS) ستون فقرات عملیاتی، با این حال، تنظیمات DCS به ندرت با محدودیت های منحصر به فرد یک فرایند تخصصی خاص مشخص شده است. سفارشی سازی DCS شیمیایی - ادغام مواد شیمیایی مناسب، الگوریتم های کنترل و رابط تجهیزات - دیگر یک ضرورت رقابتی نیست؛ و ارائه یک روش های کلیدی و فنی فنی، و تکنیک های عملیاتی، و ابزار پیشرفته است.

درک راه حل های شیمیایی DCS

یک DCS چندین واحد فرآیند را از طریق کنترل کنندگان توزیع شده، سنسورها و محرک ها اداره می کند.با اضافه کردن مواد شیمیایی تخصصی به این حلقه کنترل، مهندسان می توانند به سمت گرایش های واکنش ریز تنظیم کنند، از خطا جلوگیری کنند و ثبات محصول را حفظ کنند. "راه حل های شیمیایی DCS" بنابراین به انتخاب آگاهانه و انجام پردازش مواد شیمیایی - به طور دقیق ترین مهار کننده ها، تنظیم pH، ضد مهار کننده های ضد خوردگی - نظارت می شوند و عوامل ضد میکروبی کنترل می شوند.

به عنوان مثال، تداخل بین سخت افزار و شیمی حیاتی است.به عنوان مثال، یک راکتور دسته ای که پلیمریزاسیون بیرونی را اجرا می کند، نیاز به تزریق مهار کننده دقیق زمان برای جلوگیری از دمای فرار دارد، بدون یک راه حل شیمیایی DCS سفارشی، خطاهای تکراری یا پاسخ های تاخیر می تواند منجر به محصولات یا حوادث ایمنی خاموش شود. هدف این است که یک سیستم بسته ایجاد کند که در آن سنسور شیمیایی واقعی، پارامترهای تنگی را در داخل پنجره ها نگه می دارد.

اجزای اصلی یک راه حل شیمیایی DCS سفارشی

  • ] ذخیره سازی و سخت افزار تحویل : مخازن، پمپ ها، دریچه ها و مترهای جریان طراحی شده برای خواص شیمیایی خاص.
  • سنسورهای تحلیلی ؛ pH، هدایت، دما، فشار و تجزیه و تحلیل کنندگان خاص (به عنوان مثال FTIR) ارائه بازخورد فرآیند.
  • ] منطق کنترل : حلقه های محرک (PID) ، کنترل آبشار، کنترل پیش بینی مدل (MPC) - برنامه ریزی شده برای پاسخ به انحراف.
  • رابط انسان- ماشین (HMI) : داشبوردهای سفارشی با ماشه اپراتور، محدودیت های زنگ دار و توطئه های روند طراحی شده با طرح اضافه کردن شیمیایی.
  • سیستم ابزار امن (SIS): لایه مستقل برای اطمینان از کنترل شیمیایی در مرزهای امن باقی می ماند.

عوامل کلیدی در سفارشی سازی

هر گیاه شیمیایی مخصوص دارای مجموعه ای منحصر به فرد از محدودیت ها است که به هر یک از عوامل زیر می تواند یک پروژه سفارشی سازی را از بین ببرد.

فرآیند تکمیل

مواد شیمیایی باید با مواد مرطوب موجود سازگار باشد (به عنوان مثال، SVG، سیلیکات، فولاد ضد زنگ) و نباید elastomers یا پوشش ها را کاهش دهد.برای مثال، حلال های کلر شده می توانند به آب و هوای استاندارد ویتون حمله کنند و نیاز به ارتقاء به Kalrez دارند. منطق انتخاب مواد DCS نیز باید شرایط تهاجمی را در نظر بگیرد (درجه حرارت بالا، فشار شدید، سوزن بالا).

مقررات زیست محیطی

چارچوب های تنظیم کننده مانند REACH (EU)، TSCA (US)، و محدودیت های انتشار گازهای گلخانه ای محلی دیکته می کند که مواد شیمیایی می توانند مورد استفاده قرار گیرند و چگونه جریان های زباله مدیریت می شوند. سفارشی کردن یک راه حل DCS اغلب نیاز به ادغام نظارت بر انتشار گازهای گلخانه ای (CEMS) و روال های خودکار برای جلوگیری از عدم اجازه دادن به جلوگیری از عدم انطباق می تواند منجر به توقف تولید و جریمه شود.

ملاحظات ایمنی

واکنش های شیمیایی آتش، انفجار و خطرات سمیت را نشان می دهد. DCS باید سیستم های هشدار خاموش، سنسورهای اضافی و منطق درون را که حالت های امن (به عنوان مثال متوقف کردن پمپ ها، دریچه های بسته) را در زمانی که آستانه ها فراتر می رود، ترکیب کند، باید با استانداردهای صنعت مانند IEC 61511 برای ایمنی عملکردی هماهنگ شود.

هزینه بهره وری

در حالی که سفارشی سازی می تواند عملکرد را بهبود بخشد و ضایعات را کاهش دهد، باید با هزینه های چرخه عمر توجیه شود، این شامل هزینه های مواد خام، نگهداری تجهیزات تخصصی و خرابی بالقوه در طول ادغام است. تجزیه و تحلیل هزینه کامل، اغلب با استفاده از ارزش خالص (NPV) محاسبات، کمک می کند تا تصمیم بگیرید که کدام گزینه ها از نظر اقتصادی قابل دسترسی هستند.

گام های سفارشی کردن راه حل های شیمیایی DCS

یک روش سیستماتیک تضمین می کند که سیستم نهایی بدون کار مجدد گران قیمت، اهداف عملیاتی را برآورده می کند.این روند پنج مرحله ای زیر در تاسیسات شیمیایی تخصصی اثبات شده است.

ارزیابی

با تجزیه و تحلیل دقیق فرایند تولید فعلی. مستندسازی شرایط عملیاتی (محدوده های دما، فشار، زمان واکنش)، معماری کنترل موجود، الگوهای استفاده شیمیایی و اهداف کیفیت محصول. مصاحبه با اپراتورهای و مهندسان فرایند، محدودیت های پنهان را کشف می کند - به عنوان مثال، مسدود کردن مکرر از نازل ها به دلیل تشکیل پیش بینی.

۲- تحقیق

شناسایی مواد شیمیایی کاندیدا و استراتژی های هماهنگ کننده با تامین کنندگان شیمیایی برای به دست آوردن ورق های داده های فنی، ورق های داده ایمنی (SDS)، و نمودار سازگاری گزینه های متعدد را ارزیابی کنید: برای مثال، مقایسه اثربخشی نوشابه کاکائو در مقابل یک پایه ضعیف تر مانند سدیم، با توجه به اعتبار و هزینه آن ها، این مرحله همچنین ممکن است شامل مطالعات نیمکت یا خلبان باشد.

تست تست

قبل از ادغام کامل، انجام تست های کوچک در یک محیط کنترل شده استفاده از یک تست اسکی که تقلید از معماری DCS گیاه است. اندازه گیری نرخ واکنش، تشکیل محصول و کنترل پایداری آزمون (DOE) می تواند غلظت های شیمیایی بهینه و زمان تزریق را شناسایی کند.

۴- پیاده سازی

پیاده سازی سیستم تزریق شیمیایی سفارشی در تولید DCS. این مرحله شامل برنامه ریزی حلقه های کنترل جدید، به روز رسانی صفحه نمایش HMI، نصب سنسور و تجهیزات، و اعتبار منطق اتصال فازd - معرفی یک راکتور دسته در یک زمان - به طور معمول شامل یک "خشکری" با آب یا متخصص برای تأیید عملکرد سخت افزار مایع است.

بهینه سازی 5.

پس از پیاده سازی، به طور مداوم عملکرد سیستم را نظارت می کند.استفاده از مورخان داده های DCS برای ردیابی شاخص های عملکرد کلیدی (KPIs) مانند عملکرد، نرخ در نظر، مصرف انرژی و استفاده از مواد شیمیایی، استفاده از تکنیک های بهینه سازی پیشرفته مانند کنترل پیش بینی مدل (MPC) برای بررسی منظم استراتژی اضافه شیمیایی، شاید سه ماهه، راه حل در حال تحول با تقاضاهای تولید هماهنگ باقی مانده است.

مزایای سفارشی سازی

بهره وری قابل توجه: راه حل های به درستی محیط های واکنش را تثبیت، کاهش تنوع دسته به جعبه، به عنوان مثال، یک تولید کننده پلیمر ویژه که تزریق کاتالیزور آن را سفارشی 12٪ افزایش در داخل از طریق قطع و 30٪ کاهش مواد از درجه (داده از گزارش های عملکرد داخلی).

هزینه های کاهش یافته: شیمیایی دقیق با به حداقل رساندن زباله و کاهش مصرف انرژی، در یک مورد، تولید کننده مواد شیمیایی کشاورزی استفاده از مهار کننده خود را 20٪ پس از اجرای یک راه حل DCS مبتنی بر بازخورد کاهش، پس انداز بیش از 2000،000 دلار در سال، کاهش تجهیزات کمتر به علت خوردگی یا کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری.

] ایمنی بهبود یافته: عملیات شیمیایی خودکار اپراتورهای را از مناطق خطرناک در طول انجام حذف می کند. DCS می تواند توالی های اضطراری را سریعتر از مداخله دستی اجرا کند.

انطباق اصلاحی: [FLT 1] با ورود خودکار مصرف شیمیایی و انتشار گازهای گلخانه ای، ملاقات الزامات گزارش نظارتی ساده می شود.

تکنولوژی های پیشرفته در سفارشی سازی شیمیایی DCS

ادغام فن آوری های دیجیتال در حال تبدیل چگونگی راه حل های شیمیایی سفارشی و مدیریت است.

هوش مصنوعی و یادگیری ماشین

مدل های یادگیری ماشین که در داده های فرآیند تاریخی آموزش دیده اند می توانند پیش بینی کنند که مواد شیمیایی مطلوب در زمان واقعی، حسابداری برای تنوع مواد خام، به عنوان مثال، یک شبکه عصبی ممکن است نرخ تغذیه یک خنثی کننده pH را بر اساس پیش بینی های کیفیت بالا بالا بالا بالا بالا بالا بالا تغذیه کند.این "حس نرم" وابستگی به تجزیه و تحلیل فیزیکی که نیاز به نگهداری مکرر دارند را کاهش می دهد.

اینترنت صنعتی چیزها (IIoT)

سنسورهای بی سیم و محرک های هوشمند داده های دانه ای را در سطوح شیمیایی، نرخ جریان و شرایط محیطی ارائه می دهند.هنگامی که به DCS یکپارچه شده است، این داده ها نظارت از راه دور و نگهداری پیش بینی شده را فراهم می کند. یک پلت فرم تجزیه و تحلیل مبتنی بر ابر می تواند عملکرد شیمیایی را در چندین سایت مرتبط کند، شناسایی بهترین شیوه ها برای سفارشی سازی.

کنترل پیشرفته فرآیند (APC)

استراتژی های APC مانند کنترل پیش بینی مدل (MPC) و کنترل تطبیقی می توانند تعاملات چند متغیر را در فعل های شیمیایی انجام دهند، به عنوان مثال، در یک راکتور پیوسته مخزن (CSTR) تولید بیوکتید، MPC مختصات کاتالیزور خوراک، دما و زمان اقامت برای به حداکثر رساندن عملکرد در حالی که به محدودیت های ایمنی احترام می گذارد.

دوقلوهای دیجیتال

یک دوقلو دیجیتال – یک شبیه سازی مجازی از فرآیند فیزیکی – به مهندسان اجازه می دهد تا تغییرات شیمیایی را قبل از استقرار آنها در DCS زنده شبیه سازی کنند و چرخه بهینه سازی را تسریع کنند.یک دوقلو دیجیتال همچنین می تواند برای آموزش اپراتور استفاده شود و اطمینان حاصل شود که تیم برای راه حل سفارشی قبل از رفتن آماده شده است.

نتیجه گیری

سفارشی کردن راه حل های شیمیایی DCS برای تولید شیمیایی تخصصی یک سرمایه گذاری استراتژیک است که سود سهام را در بهره وری، ایمنی و انطباق قانونی پرداخت می کند.با روش ارزیابی نیازهای فرآیند، انتخاب مواد شیمیایی سازگار و استفاده از فن آوری های کنترل مدرن - مانند AI، IIoT و دوقلوهای دیجیتال - انسان شناسان می توانند مزیت رقابتی قابل توجهی را به عنوان بازار مواد شیمیایی تخصصی رشد کنند که خواستار بهترین راه حل های DC و نوآوری هستند.

برای اطلاعات بیشتر در مورد معماری DCS و کنترل فرآیند شیمیایی، بررسی منابع از موسسه مهندسان شیمی آمریکا و ] مجله پردازش نظری را در نظر بگیرید.