化工工程工艺改进对产品质量的影响分析

引言

化工行业作为国民经济的支柱产业，其发展水平直接影响国家经济实力与民生福祉。当前化工工程工艺普遍面临资源利用效率低、环境污染严重、产品质量不稳定等困境。传统落后工艺导致大量能源浪费与污染物排放，设备老化使得生产过程风险增加，参数控制偏差与管理缺失则造成产品质量参差不齐，难以满足高端市场需求。在此背景下，推进化工工程工艺改进势在必行。

一、化工工程工艺与产品质量理论分析

1.1 化工工程工艺概述

化工工程工艺是指将化工原料经过一系列物理或化学变化而转变为预期的化工产品的工艺方法及工艺过程，是化工生产过程的本质环节。从其工艺分类的角度来看，可将其分为间歇工艺、半连续工艺以及连续工艺。从其化学反应原理来看，可分为氧化、还原、聚合等工艺。

1.2 产品质量相关理论

产品的质量是产品满足规定要求和潜在要求所具备的特征和特性的总和，化工产品质量是指对化学产品的物理性质、化学性质等规定要求和可能有的要求，国家标准、行业标准、企业标准构成化工产品质量标准体系。影响化工产品质量的因素很多，首先，原材料的质量是决定产品质量的重要因素，质量纯度较低、或质量波动较大的原料是难以生产出高品质的产品的；其次，决定生产精度的设备和反应设备，如反应釜的搅拌效果、换热器的换热效率等；控制工艺参数的重要因素，如反应温度、压力、时间和其它反应条件，反应精度的波动必然会造成产品质量的波动；此外，操作人员的技术水平和管理水平也是影响产品质量的关键因素，稳定的生产工艺能够得到稳定的产品。

1.3 化工工程工艺与产品质量的关系

产品质量的好坏取决于化工工程工艺的优劣。化工工程工艺决定产品质量。先进的、合理的化工工程工艺可以使原料性能发挥到极致，实现产品质量的有效控制和提升，使生产出的产品质量始终稳定。不合理的化工工程工艺则会引发产品质量不良问题。例如，生产工艺不完善，对反应进行的不完全，生成大量的副产品，从而影响产品的纯度。生产工艺设备老化、工艺参数控制不准确，会导致产品质量不稳定，不能够满足市场的需求。而对化工工程工艺的改进和创新，最终目的都是为了在生产加工过程制得更高产品质量，为企业获得更多效益，所以，化工产品的质量是化工工程生产工艺的要求，而化工工程工艺的发展也必然离不开质量要求，实现化工工程工艺与产品质量的互动与创新。

二、化工工程工艺现状及存在的问题

2.1 工艺技术落后

仍有少数化工企业仍然拘泥于一些陈旧落后的工艺，限制了化工行业持续健康的发展。部分基础性化工原料生产领域，例如合成氨生产，仍采用固定床间歇式气化工艺。工艺中原料利用率低、能耗大，生产中会产生大量高浓度废水、废渣，不仅加大了后续处理难度，还有严重污染环境的可能，同时由于反应条件难以精确控制，致使反应不彻底，产品纯度只能达到基础标准，不符合一些对原料纯度要求很高的高端化工产品的要求，导致企业在高端化工产品生产中难以处于有利地位。部分精细化生产企业无法依靠自主科研开发，将技术资金用于设备创新、工艺优化等，仍使用进口技术，但消化吸收这些技术的能力不足，导致自身生产工艺技术落后、陈旧，不利于生产的调整和转型，无法满足市场需求的产品多样化、高质量等要求。

2.2 工艺设备老化

化学工艺装备的严重老化是普遍存在于所有化工企业生产中的一道棘手难题，特别是一些中小企业，由于资金有限，不重视设备的技术改造，局部反应釜、换热器等化工生产装备使用多年，实际使用时间远超设计使用寿命，设备主体受到严重腐蚀、变形，密封组件老化损坏，经常发生物料的外泄。老化装备运行不够稳定，故障率偏高，维修费用逐年加大。如果老化装备一旦失灵，在一定程度上会破坏正常的生产环节，造成产品质量的不稳定，甚至引起火灾、爆炸等事故，严重危害生产安全及职工人身安全。

2.3 工艺参数控制不稳定

过程自动化技术在化工行业中的应用，能有效控制产品的生产工艺过程，并保证所生产产品的质量稳定。但是大多数企业过程自动化技术应用很不成熟。很多企业都是人工控制生产过程中的关键参数，如调节反应温度、压力、流量、温度等，没有任何自动化的监测和调节方法，以聚合反应为例，温度微小的波动都会显著影响聚合物的分子量和分子量分布，人工控制根本无法将其控制在相应的值的误差范围内，企业生产的聚合物产品质量不稳定性较强，生产出来的聚合物产品质量差异大，产品废品率相对较高。有些企业虽然具备最基本的仪表监测数据设备，但是精度差、数据传输不及时，无法真实、及时地监测各个工艺过程关键参数是否正常，企业则无法根据数据及时生产方式，使产品品质更加不稳定，这将进一步降低企业的生产效益和企业声誉。

2.4 工艺控制管理不健全

一是缺乏完善的工艺管理系统。由于化工企业工艺管理制度欠缺、工艺操作规程和质量检验标准缺失，造成化工企业工艺管理混乱，职工操作随心所欲，且对化工企业工艺管理缺乏重视、监管力度不够，没有严格的监督和考核，一些制度和规程无法得到有效执行；二是投入有限的培训资金使作业人员掌握的专业工艺技术和操作技能不够，没有全面的质量意识，无法对化工企业各项生产操作进行标准化执行，使得化工工艺不稳定、产品不合格。

三、化工工程工艺改进对产品质量的影响分析

3.1 工艺技术改进的影响

工艺技术进步是化工产品提升品质的灵魂和动力。以产品纯度提升来看，先进的分离提纯新技术发挥了重大作用。如在制药化工中，利用纳滤膜技术分离和提纯药物中间体可以将杂质分子准确截留，实现产品提纯，提升产品纯度，达到高档医药产品质量标准。反应路径的选择优化则以催化剂技术创新增效为主要内容。以丙烯腈装置中采用的新型复合催化剂为例，使得丙烯与氨氧化的选择性显著提升，丙烯腈副反应所生成的有机分子减少，不仅可以增加丙烯腈的产率，而且可以优化丙烯腈产品的色度、杂质含量等质量特性，达到下游加工产品的性能要求。

3.2 工艺设备更新的影响

工艺设备改造是保证产品质量稳定性和均一性的保证。精密设备具有更高的生产精密度，在精细化工产品的生产中，高精度微反应器代替传统的釜式反应器实现物料精密量取、快速混合均匀，避免因局部过热或者反应不均造成的产生质量问题，生产出粒径分布均一、高纯度精细化工产品。设备可靠度提高亦可以确保产品质量稳定。落后的设备经常因为机械问题造成生产中断，使产品质量不稳定，设备改造后自动化连续生产设备设置智能监测装置，实时监控设备运行状态，及时告警即将发生的故障，确保生产连续，生产过程持续稳定，保证产品质量稳定在较高的水平。

3.3 工艺参数优化的影响

工况的优化有利于优化产品质量，直接影响质量。应用先进控制的自动化控制系统，实现反应温度、压力、流量等参数的在线监测及精准控制。聚合反应中，温度的变化对聚合物的分子量及分子量分布造成较大影响，应用DCS 后，可依据反应情况进行加热或冷却介质流量的自动控制，将温度变化控制在±0.5℃左右，生产质量较为稳定的聚合物产品；通过优化工况参数，有利于产品品质的提升，在生产氮肥时，调整合成氨反应的压力和氢氮比，有利于提高合成氨的效率和提高产品中杂质含量，在一定程度上使生产的液氨产品达到更高质量级别，以满足不同客户的需求。

3.4 工艺管理强化的影响

重视工艺管理是保证产品内在质量的坚实基础，科学的工艺管理制度会规范生产工艺，减少人为因素引起的质量不稳定因素。有相应专业的工艺操作规程来规范、约束每个生产过程操作的细节和质量标准，确保每个操作过程严格按照相应工艺要求生产，大大降低了生产工艺中人为失误操作导致产品质量不稳定的情况。健全原材料的检查制度，对原材料采购时严格检查其质量，凡是需要入厂投料生产的原料应逐一检验合格，杜绝原料质量问题引起的产品质量问题。重视对操作人员的培训和管理。定期有针对性地对操作人员进行专业技能培训，并及时传授新的工艺和操作要求，还要给予操作人员有关质量意识上的培训，提高操作人员对产品质量的关注。还要有相应的绩效考核制度。制定相应的奖惩措施，制定产品的质量指标与员工的绩效直接挂钩，极大地激发员工参与产品质量管理的积极性，使他们在提高工艺质量时主动性强，从而在稳固和提高产品内在质量上起到关键的人力保证作用。

3.5 经济效益与社会效益影响

化工行业工艺优化提高经济效益和社会效益。一方面，生产工艺优化可以明显降低物料和能源消耗，例如采用新催化工艺反应时间缩短可以降低物料消耗，减少原材料使用量从而降低物料成本。引进新技术和改造设备参数提高产品合格率从而降低因产品质量下降而产生的废品损失，也使得产品因质量合格更易进入高端市场，市场价格增加，企业利润更丰厚。工艺优化降低机器设备的检修投入与停产检修故障时间，提高设备运行时间和效率从而实现经济效益。另一方面，工艺优化减少污染物的排放与使用，减轻对环境造成的污染程度，工艺优化改善周边环境与居民生活条件，工艺优化可以提高我国化学工业生产技术，促进行业上下游行业发展，增加更多就业岗位，满足人民追求高端产品市场的需求与选择，提高我国化工产品国际竞争实力，有助于产业结构调整，对社会可持续发展具有一定的积极推动作用。

四、化工工程工艺改进的措施与建议

4.1 加大工艺技术研发与创新

不断升级的工艺技术是产品质量提升的有力保证。化工企业应加大工艺技术研发投入，组织专项研发经费，安排一支由化工、材料、电子、信息、自动化、机械等多个学科的人才组成的研发队伍，围绕化工共性工艺技术问题以及企业实际生产中的关键技术问题进行突破。对于精细化工行业，可以研发新型催化剂及清洁合成技术，进而提高反应的选择性和降低副反应的发生，进而使产品的纯度得到提高，产品质量得到保证。加强与高校、研究院所的合作，长期保持密切的关系，利用高校、研究院所的科研力量快速将科研成果应用于生产。高校、科研院所具备承担基础研究、前沿开发等的任务，企业可以合作通过建设实验室、共同申报项目等方式将生物化工、纳米技术等新技术融入到企业生产中，促进企业工艺技术的升级。

4.2 推进工艺设备更新与维护

工艺设备是保证产品质量的基础条件。企业需根据设备的使用年限、技术水平和生产需求科学制定设备更新计划，对超期服役、落后的生产设备，尤其能耗高、精度差的传统反应釜，及时进行更新换代，采用技术水平高、智能化、自动化程度高的新型生产设备，如反应釜具有实时监测和自动调控功能，精准地控制反应条件，降低由于人为操作导致的误差，提高产品质量稳定性。建立健全设备维护管理体系。制定详细完整的设备维护保养操作规程，包括设备日常巡检内容、设备定期检修内容和要求，对设备部分核心部件的预防性维护，利用物联网、大数据等技术，建立试生产设备健康管理平台，实时监测设备状况，通过对设备振动、温度等运行状况的数据分析，预测设备故障情况，防止因设备故障引发生产装置突发停车及产品质量波动。

4.3 实现工艺参数精准化控制。

精细准确的工艺参数是保证产品质量的前提，企业应应用成熟的自动化控制系统（集散控制系统DCS、可编程控制器 PLC 等），取代人工作业、简单仪表控制。DCS 能对生产全线进行集中控制和分散控制，对反应温度、压力、流量等关键工艺参数实施连续的采集、计算、控制等。将工艺参数控制准确度符合生产要求，依据生产信息数据及工艺原理建立工艺参数优化模型。利用机器学习算法对海量历史生产数据进行挖掘分析，确定生产指标与工艺指标之间的内在关系，优化生产参数设定范围和控制策略。合成树脂生产通过优化聚合反应温度、时间生产参数，实现树脂分子量、力学性能高，产品质量稳定。

4.4 健全的工艺管理

完善的工艺管理体系是保证工艺稳定操作的基础。企业要建立健全工艺管理制度，建立涵盖工艺设计、工艺操作、产品质量检测、安全生产等一整套完整的管理文件和标准，确定岗位责任和权利，规范生产过程、标准操作，对工艺文件执行情况严格督查，建立严格的考核制度，对触犯工艺规程的人员给予严厉处罚。加大人员培训管理力度。定期举办操作人员工艺技术、设备操作和质量控制培训，聘请行业内知名专家授课和现场操作指导，提高人员素质和质量理念。建立有效的激励政策，把员工绩效与产品质量进行关联，对提供工艺修改方案并获得良好效果的员工给予嘉奖，鼓励员工对化工工程工艺改进进行积极的参与和投入，促进化工工程工艺质量的持续改进。

五、未来化工工程工艺改进方向展望

化工生产工艺的优化升级未来将进一步向绿色、智能、精细化等方向发展。生产上会进一步优化升级、广泛应用绿色化学工艺，比如利用生物质原料替代传统的化石资源，减少不可再生资源的使用，从根源上减少污染物的产生。大力发展循环经济模式，提高废弃物回收效率，节约资源，满足可持续发展的思想。生产进一步向智能化、自动化方向发展。以人工智能、大数据及物联网为载体，智能化工厂日益成为普遍情况。智能化生产中采用智能传感器监测实时数据，人工智能算法处理实时生产数据，有利于精准的生产过程控制，保证生产过程的质量稳定性，也可以控制人工的总成本，生产更有安全系数。随着市场需求不断上升，中高附加值精细化学品将会持续成为产业升级的重要任务，也正因于此，企业在保证整体稳定发展的趋势下，会逐步改进对某些产品的精细化工生产技术，提高化工生产的精细度，进而提升化工产品生产的整体水平，提高化学品的整体品质，优化产品质量，进而满足电子、医药等高端行业的原料要求，对提升产品