精細(xì)化工反應(yīng)器及車間工藝設(shè)計(jì)

周侃

摘 要：本文首先介紹化工產(chǎn)品精細(xì)化反應(yīng)特點(diǎn)，然后結(jié)合精細(xì)化工反應(yīng)器操作類別分析與之對(duì)應(yīng)的適用情況，最后研究精細(xì)化工車間工藝設(shè)計(jì)流程，希望能為相關(guān)精細(xì)化化工技術(shù)及生產(chǎn)人員提供一定的借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：化工產(chǎn)品;反應(yīng)器;精細(xì)化;工藝設(shè)計(jì)

隨著精細(xì)化工行業(yè)的蓬勃發(fā)展，化工類產(chǎn)品的種類也在逐漸增多。每種化工產(chǎn)品都有其相應(yīng)的生產(chǎn)流程和反應(yīng)器皿，需要結(jié)合其化學(xué)反應(yīng)特征經(jīng)過(guò)精細(xì)化的工藝設(shè)計(jì)后才能進(jìn)行生產(chǎn)操作。反應(yīng)器操作原則是否合理、工藝流程設(shè)計(jì)是否科學(xué)都與化工產(chǎn)品最終的獲得率及產(chǎn)品質(zhì)量有密切關(guān)聯(lián)。

1 化工產(chǎn)品精細(xì)化反應(yīng)特點(diǎn)

化工產(chǎn)品的精細(xì)化反應(yīng)涉及到的化學(xué)反應(yīng)種類更為復(fù)雜，反應(yīng)的類型多為鏈?zhǔn)?、平行等有機(jī)反應(yīng)類型，所產(chǎn)生的化工生成物也不僅包括我們的所需產(chǎn)品，另外還包括部分副產(chǎn)品。在確定好化工產(chǎn)品的精細(xì)化生產(chǎn)路徑及合適的反應(yīng)容器后，需要考慮如何實(shí)現(xiàn)最終目標(biāo)產(chǎn)品生產(chǎn)的最優(yōu)化，盡可能減少副產(chǎn)品的生成。

化工產(chǎn)品精細(xì)化合成時(shí)由于化工原料不同，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程也不同，使整個(gè)反應(yīng)過(guò)程形成液固、液液非均相等的多種非羅相系統(tǒng)。從這種非均相反系統(tǒng)出發(fā)，要求在化工產(chǎn)品精細(xì)化生產(chǎn)及反應(yīng)器的設(shè)計(jì)中充分考慮傳質(zhì)問(wèn)題。由于大部分精細(xì)化化工產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中都會(huì)伴隨大量熱量的釋放，整個(gè)精細(xì)化化工反應(yīng)過(guò)程熱效應(yīng)大。因此，為了有效的進(jìn)行溫度控制，保證反應(yīng)容器具備較好的導(dǎo)熱效果，否則一旦熱量在反應(yīng)容器中聚集可能引發(fā)爆炸，導(dǎo)致產(chǎn)生安全事故。

2 精細(xì)化工反應(yīng)器的類型及其操作類別

2.1 精細(xì)化工反應(yīng)器的類型

按照精細(xì)化工反應(yīng)器外形特征可將反應(yīng)器具體分為立式、臥式、管式、塔式、固定床式、流化床式、噴射型、泵式等多種類型。各種類型按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又可進(jìn)一步細(xì)分：立式還可分為帶橢圓底或折邊球型、帶錐形底型以及半球形底;臥式可分為臥式圓筒內(nèi)設(shè)攪拌型、圓筒型;管式反應(yīng)器可分為水平管式、垂直排管、環(huán)形管內(nèi)設(shè)攪拌器、水平管帶螺桿攪拌器等類型;塔式反應(yīng)器可分為圓柱形塔體內(nèi)設(shè)鼓泡器及擋板、塔內(nèi)有塔板結(jié)構(gòu)、塔內(nèi)有填充物、塔內(nèi)有攪拌或脈沖震動(dòng)裝置;固定床式分為單筒體內(nèi)裝催化劑、列管式管內(nèi)催化劑;流化床式可分為圓筒體、流化狀態(tài)催化劑;噴射器型類似于噴射器結(jié)構(gòu);泵式與水環(huán)式平泵結(jié)構(gòu)相似。

2.2 精細(xì)化工反應(yīng)器的操作類別

化工反應(yīng)器通常分為三種操作類別。首先是分批式操作，指的是只向反應(yīng)器中加一次反應(yīng)原料，在原料充分反應(yīng)后再取出。這種操作類別主要適用于生產(chǎn)速度較慢，反應(yīng)過(guò)程中放熱較少的情況，通常與攪拌鍋等類型的反應(yīng)器共同使用，且該操作類型不適宜大規(guī)模的生產(chǎn)。其次是連續(xù)式操作，這種操作類型與前一種剛好相反，是在反應(yīng)器中連續(xù)加入化工反應(yīng)原料。通常適用于產(chǎn)成品種類單一，且對(duì)產(chǎn)量要求較高的化工生產(chǎn)情況。該種操作類別相關(guān)的工藝系數(shù)都為定值，不允許隨意更改，因此屬于穩(wěn)態(tài)操作類型。在利用現(xiàn)代機(jī)械化自動(dòng)化的操作系統(tǒng)后，這種反應(yīng)類別實(shí)際上能夠在一定程度上減輕操作人員的工作強(qiáng)度，減少其工作量。最后是半連續(xù)式或者半分批式操作，指的是在精細(xì)化化工生產(chǎn)過(guò)程中部分化工原料只向反應(yīng)器中加一次，而另一部分需要連續(xù)加入，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中按照一定的反應(yīng)周期進(jìn)行操作。這種操作類別可以允許操作人員通過(guò)調(diào)節(jié)增加化工原料的速度及時(shí)間控制化工反應(yīng)速度的快慢，一般出現(xiàn)在小規(guī)模的精細(xì)化化工生產(chǎn)過(guò)程中。

3 精細(xì)化工車間工藝設(shè)計(jì)流程

精細(xì)化工車間工藝流程設(shè)計(jì)主要分為以下幾個(gè)步驟：①科學(xué)進(jìn)行工藝路線的選擇以及論證;②按照精細(xì)化生產(chǎn)需求設(shè)計(jì)工藝流程以及生產(chǎn)方案，合理的確定反應(yīng)儀器、生產(chǎn)順序以及原料的進(jìn)料安排;③準(zhǔn)備精細(xì)化工車間工藝流程設(shè)計(jì)所需的全部資料;④在系統(tǒng)環(huán)境下進(jìn)行物料以及能量的守衡計(jì)算，根據(jù)質(zhì)量守恒定律計(jì)算車間的收率以及階段性的收率，按照物料衡算的方法及步驟完成物料衡算。具體包括一般物料的衡算以及復(fù)雜過(guò)程物料的衡算。根據(jù)熱量衡算方程式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)熱以及物理過(guò)程熱效應(yīng)。估算常用熱力學(xué)數(shù)據(jù);⑤進(jìn)行設(shè)備工藝的設(shè)計(jì)，包括選擇何種定型及非定型設(shè)備、設(shè)備的設(shè)計(jì)條件等;⑥進(jìn)行工藝流程圖的設(shè)計(jì)與繪制，明確設(shè)計(jì)的內(nèi)容以及繪制的步驟方法，按照規(guī)定的設(shè)計(jì)原則及要求進(jìn)行操作;⑦進(jìn)行車間及管道的設(shè)計(jì)及布置，按照精細(xì)化化工車間的布置原則及要求進(jìn)行布置，標(biāo)明具體的視圖表示以及標(biāo)注方法;⑧進(jìn)行管道的設(shè)計(jì)以及布置，包括管道、閥件等畫法、管道標(biāo)注等信息;⑨向與該設(shè)計(jì)相關(guān)的非工藝專業(yè)人士提供設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)條件;⑩編制精細(xì)化車間工藝流程說(shuō)明書，說(shuō)明書中要詳細(xì)寫明設(shè)計(jì)的內(nèi)容、設(shè)計(jì)的程序以及施工工藝流程等。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著科技水平的不斷發(fā)展進(jìn)步與人們?nèi)粘Ｉ钏降奶岣?，有力地推進(jìn)了精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，精細(xì)化工產(chǎn)品已經(jīng)成為人們生產(chǎn)生活必不可少的一部分。在進(jìn)行精細(xì)化工產(chǎn)品生產(chǎn)的過(guò)程中，充分的了解各種精細(xì)化學(xué)反應(yīng)器的種類及操作類別，合理的進(jìn)行工藝流程的設(shè)計(jì)和規(guī)劃對(duì)整個(gè)化工生產(chǎn)過(guò)程至關(guān)重要。為此，相關(guān)人員一定要結(jié)合精細(xì)化工反應(yīng)的特點(diǎn)，合理的選擇反應(yīng)儀器并設(shè)計(jì)流程工序，全面提高化工成品的收率和質(zhì)量，提升精細(xì)化工生產(chǎn)效益，同時(shí)也能有效降低生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，保障生產(chǎn)安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜辛穎，亓榮偉.精細(xì)化工反應(yīng)器及車間工藝設(shè)計(jì)[J].云南化工，2018，45（4）：247-247.

[2]李泉城.精細(xì)化工生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[J].化工管理，2017（11）.