精細(xì)化工生產(chǎn)中大塊料的解決方案

摘 要 從原料問題、工藝參數(shù)、設(shè)備狀況和操作技巧4個方面分析了精細(xì)化工生產(chǎn)中大塊料產(chǎn)生的原因，并對大塊料的出現(xiàn)可能對生產(chǎn)安全造成的影響進(jìn)行闡述。介紹了當(dāng)前精細(xì)化工領(lǐng)域處理大塊料的常見方案，提出了一種大塊料捕捉器的設(shè)計方案。該裝置通過破碎結(jié)構(gòu)和格柵板有效處理大塊料，同時具有安全性高、維護(hù)便捷和經(jīng)濟(jì)效益好的特點。

關(guān)鍵詞 精細(xì)化工 大塊料捕捉器 設(shè)計

中圖分類號 TQ014" "文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B" "文章編號 0254?6094（2025）02?0351?04

精細(xì)化工在石油化工行業(yè)扮演著至關(guān)重要的角色，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料、涂料及電子材料等多個領(lǐng)域。精細(xì)化工原料和產(chǎn)品以液體、固體或氣體形態(tài)存在，在生產(chǎn)過程中，由于各種原因會出現(xiàn)一種異常情況，即固體物料以大塊狀形式出現(xiàn)，這就是所說的“大塊料”[1，2]。大塊料的產(chǎn)生不僅會對生產(chǎn)設(shè)備造成損壞，還可能引發(fā)安全事故，對環(huán)境和人員健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。筆者對大塊料產(chǎn)生的原因及其危害進(jìn)行分析，介紹了當(dāng)前幾種解決大塊料的措施，根據(jù)以往工程經(jīng)驗提出了一種大塊料捕捉器的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，并分析此方案的優(yōu)缺點。

1 危害描述

精細(xì)化工生產(chǎn)過程中存在大塊料對安全生產(chǎn)有著顯著的負(fù)面影響。首先，大塊料現(xiàn)象對生產(chǎn)設(shè)備造成直接影響。大塊料的體積大、硬度大，容易在生產(chǎn)線上的關(guān)鍵部位形成堵塞，導(dǎo)致生產(chǎn)線的臨時停滯，增加了設(shè)備維護(hù)的頻率和難度，甚至可能引發(fā)設(shè)備損壞，縮短設(shè)備使用壽命。另外，大塊料在通過生產(chǎn)設(shè)備時，會對設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強烈的沖擊并與內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生磨擦作用，加速了設(shè)備的磨損。磨損經(jīng)過長期累積可能導(dǎo)致設(shè)備性能下降，甚至出現(xiàn)突發(fā)故障，增加安全風(fēng)險。其次，大塊料的存在對生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性造成了嚴(yán)重影響。大塊料的產(chǎn)生可能會導(dǎo)致反應(yīng)不完全或者物料流動受阻，生產(chǎn)過程中的溫度、壓力等關(guān)鍵參數(shù)難以保持在操作控制范圍內(nèi)，這種不穩(wěn)定性不僅影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，還可能導(dǎo)致操作人員難以準(zhǔn)確判斷生產(chǎn)狀態(tài)，增加了操作的風(fēng)險。第三，大塊料可能在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)意外脫離設(shè)備，飛向操作區(qū)域，對操作人員造成傷害的情況。當(dāng)這種情況發(fā)生在高溫、高壓或有毒環(huán)境下，可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的人身傷害事故。此外，為了處理大塊料問題，操作人員可能需要采取額外的措施，如手動破碎或搬運等，這些措施本身就增加了操作人員的風(fēng)險。第四，大塊料現(xiàn)象還對企業(yè)的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境可持續(xù)性構(gòu)成了挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對大塊料帶來的問題，企業(yè)需要增加設(shè)備的維護(hù)和修理頻率，這會導(dǎo)致維護(hù)成本顯著提高。頻繁的維護(hù)不僅增加了生產(chǎn)的停機時間，也可能導(dǎo)致維修人員的疲勞和效率下降，進(jìn)一步增加了安全風(fēng)險。若大塊料未經(jīng)妥善處理就排入環(huán)境，還可能會對土壤、水源造成污染，對生態(tài)系統(tǒng)造成破壞。

2 原因分析

大塊料的產(chǎn)生在精細(xì)化工生產(chǎn)過程中是一種常見現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的形成原因十分復(fù)雜，涉及原料特性、工藝參數(shù)、設(shè)備狀況及操作技巧等生產(chǎn)過程的多個方面：

a. 原料特性對產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率具有決定性影響。原料中雜質(zhì)和水分的含量是影響大塊料生成的關(guān)鍵因素，較高的雜質(zhì)含量可能導(dǎo)致原料在加熱、反應(yīng)等過程中發(fā)生不完全反應(yīng)，從而形成大塊狀物質(zhì);水分過多也可能導(dǎo)致原料結(jié)塊，加劇大塊料的生成。原料的粒度分布也是影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的重要因素，粒度過大或過小都可能導(dǎo)致大塊料的產(chǎn)生。

b. 工藝參數(shù)作為精細(xì)化工生產(chǎn)過程中的核心要素，對產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率具有決定性影響。其中，溫度、壓力等關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)置直接關(guān)系到原料或中間體的反應(yīng)狀態(tài)和物理性質(zhì)。如果這些參數(shù)設(shè)置得不合理，可能導(dǎo)致原料或中間體發(fā)生不完全反應(yīng)、局部過熱等現(xiàn)象，從而催生大塊料。

c. 設(shè)備狀況作為精細(xì)化工生產(chǎn)過程中的重要保障，其性能和狀態(tài)直接影響到生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性。設(shè)備內(nèi)部的攪拌、破碎、研磨等部件如果工作不正常，都可能導(dǎo)致固體物料在設(shè)備內(nèi)停留時間過長，發(fā)生結(jié)塊、結(jié)炭等現(xiàn)象，從而形成大塊料。此外，設(shè)備的設(shè)計和選型也對大塊料的產(chǎn)生有所影響。

d. 操作技巧作為精細(xì)化工生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。如果操作人員對生產(chǎn)工藝不熟悉，或者在操作過程中粗心大意，沒有按照規(guī)定的程序和步驟進(jìn)行，都可能導(dǎo)致生產(chǎn)過程中出現(xiàn)異常情況，從而誘發(fā)大塊料問題。

3 當(dāng)前方案

在精細(xì)化工領(lǐng)域，處理大塊料的常見方案包括：

a. 機械破碎[3]。使用破碎機、研磨機或錘磨機等設(shè)備對大塊料進(jìn)行物理破碎。這些設(shè)備通常配備有旋轉(zhuǎn)刀片或研磨介質(zhì)，能將大塊物料破碎成較小的顆粒，但是會產(chǎn)生額外的能耗和噪音，且對設(shè)備磨損較大。

b. 篩分和分級[4]。通過振動篩或滾筒篩等設(shè)備，將物料按粒徑大小進(jìn)行分離，大塊物料被篩選出來并進(jìn)行進(jìn)一步破碎，缺點是難以處理粘性或形狀不規(guī)則的大塊料。

c. 流化床[5]處理。利用氣流使物料懸浮，通過碰撞和摩擦來破碎大塊物料。這種方法適用于易流動的粉狀或顆粒狀物料，但是對大塊料的處理效果有限。

d. 化學(xué)溶解和再結(jié)晶。對于某些化學(xué)物質(zhì)，可以將大塊料溶解，然后重新結(jié)晶成較小的顆粒。這種方法需要考慮溶劑的選擇和結(jié)晶條件的控制，會導(dǎo)致生產(chǎn)成本的增加。

e. 改進(jìn)工藝操作。優(yōu)化反應(yīng)條件，如控制反應(yīng)溫度、攪拌速度和添加助劑，以減少大塊料的形成，但這種方法需要對整個生產(chǎn)工藝進(jìn)行調(diào)整。

f. 在線破碎裝置。在輸送管道中安裝破碎裝置，如旋轉(zhuǎn)刀片或沖擊板，實時破碎輸送過程中的大塊料，缺點是會增加設(shè)備的復(fù)雜性，對設(shè)備的維護(hù)要求較高。

以上每種方案都有其適用范圍和優(yōu)缺點，選擇哪種方案取決于物料的性質(zhì)、生產(chǎn)規(guī)模、成本和安全要求。在實際應(yīng)用中，可能需要結(jié)合多種方法以達(dá)到最佳效果。

4 設(shè)計方案

4.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于現(xiàn)有大塊料處理方案受生產(chǎn)條件約束，在生產(chǎn)過程中存在大塊料捕捉漏洞，因此，為了優(yōu)化大塊料捕捉方案，筆者參考相關(guān)論文和專利[6]，提出了一種新的大塊料捕捉器的設(shè)計方案，如圖1所示。

大塊料捕捉器的核心設(shè)計在于其結(jié)構(gòu)的巧妙布局，捕捉器主體采用筒體[7]結(jié)構(gòu)，筒體的上端設(shè)有物料進(jìn)口，用于接收上游工藝產(chǎn)生的物料流;下端則設(shè)有物料出口，將處理后的物料輸送至后續(xù)流程。筒體內(nèi)部分布著一系列關(guān)鍵組件，以實現(xiàn)對大塊物料的有效處理。

在物料進(jìn)口處，設(shè)計有破碎結(jié)構(gòu)，其功能是對進(jìn)入筒體的大塊物料進(jìn)行初步破碎，確保物料尺寸符合后續(xù)處理的要求。破碎結(jié)構(gòu)由兩塊筋板焊接成類似于角鋼的結(jié)構(gòu)，但連接角度更小，以增強破碎效果。這種結(jié)構(gòu)能夠有效將大塊物料破碎成更小的顆粒，避免對設(shè)備造成過大的沖擊。

筒體中部設(shè)置了一塊傾斜的格柵板[8]，其結(jié)構(gòu)由多塊筋板焊接成網(wǎng)格狀，網(wǎng)格尺寸可根據(jù)下游設(shè)備對物料粒徑的具體要求進(jìn)行定制。格柵板的傾斜角度與水平面的夾角在30～45°之間，這一設(shè)計既保證了物料的順暢流動，又能夠有效攔截不符合粒徑要求的大塊物料。當(dāng)物料通過物料進(jìn)口進(jìn)入筒體后，會在重力作用下落到破碎結(jié)構(gòu)上，經(jīng)過破碎后，符合粒徑要求的物料會順利通過格柵板，落入下方，然后通過物料出口排出，進(jìn)入后續(xù)的生產(chǎn)流程。

對于那些無法通過格柵板的大塊物料，它們會沿著格柵板的傾斜方向堆積在底部，并逐漸向快開人孔處聚集?？扉_人孔設(shè)計為斜開口，角度與格柵板的設(shè)置角度相同，這一設(shè)計使得清理大塊物料時更加方便，同時也便于對格柵板進(jìn)行定期的檢查和維護(hù)。格柵板由固定部分和可拆卸部分組成，可拆卸部分可以通過快開人孔取出，便于清理和更換。

筒體上方采用橢圓封頭，下方采用錐形封頭，這樣的設(shè)計既保證了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，又有利于物料的流動。物料進(jìn)口與物料出口沿豎直方向上處于同一直線，以減少物料流動的阻力。破碎結(jié)構(gòu)設(shè)置在物料進(jìn)口與格柵板之間，錐形的結(jié)構(gòu)能夠更好地清理堆積在進(jìn)口處的大塊物料，確保設(shè)備的順暢運行。

筒體上還設(shè)有視鏡，工作人員可以通過視鏡實時監(jiān)控設(shè)備內(nèi)部大塊物料的堆積情況，以便及時進(jìn)行清理。此外，橢圓封頭和格柵板下部的筒體上設(shè)有泄壓口，當(dāng)需要清理大塊物料時，泄壓口可以快速釋放筒體內(nèi)部的壓力，確保操作人員的安全。

4.2 設(shè)備結(jié)構(gòu)分析

物料流動路徑分析。上游產(chǎn)出的物料通過物料進(jìn)口進(jìn)入捕捉器筒體，由于重力作用，物料首先落在破碎結(jié)構(gòu)上，破碎結(jié)構(gòu)對大塊物料進(jìn)行破碎。破碎后的物料繼續(xù)下落，遇到格柵板的攔截。符合粒徑要求的物料能夠順利通過格柵板，落入筒體底部，然后通過物料出口排出，進(jìn)入后續(xù)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。而那些不符合粒徑要求的大塊物料則會被格柵板攔截，沿著格柵板的傾斜方向堆積，最終在快開人孔處聚集。

格柵板設(shè)計的靈活性。格柵板的間隔大小可以根據(jù)下游設(shè)備對粒料大小的具體要求進(jìn)行調(diào)整，以滿足不同的生產(chǎn)需求。同時，格柵板的傾斜角度可以根據(jù)物料的粘度特性進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，以確保物料能夠順暢流動，避免堵塞?？扉_人孔的斜開口設(shè)計與格柵板角度相同，使得大塊物料在清理時能更方便地排出，同時便于格柵板的拆卸和檢修。格柵板的可拆卸部分設(shè)計，使得維護(hù)工作更加便捷。

筒體結(jié)構(gòu)與功能。物料進(jìn)口與物料出口分別連接在橢圓封頭和錐形封頭上，兩者的軸心對齊，保證了物料流動的順暢。破碎結(jié)構(gòu)位于物料進(jìn)口與格柵板之間，其錐形設(shè)計有助于清理堆積在進(jìn)口處的大塊物料，防止物料堵塞。筒體上的視鏡提供了實時監(jiān)控設(shè)備內(nèi)部情況的窗口，便于及時發(fā)現(xiàn)并處理大塊物料堆積的問題。橢圓封頭上的泄壓口在清理大塊物料時能夠迅速釋放筒體內(nèi)部壓力，確保操作安全。

設(shè)備的穩(wěn)定性與安全性。筒體下方的腿式支座提供了穩(wěn)定的支撐，保證設(shè)備在運行過程中的穩(wěn)定性。設(shè)備吊耳設(shè)置在橢圓封頭上，方便設(shè)備的安裝與搬運。泄壓口、視鏡和快開人孔等設(shè)計都是為了提高設(shè)備的運行效率和操作安全性，確保生產(chǎn)流程的順暢進(jìn)行。

5 應(yīng)用效果

該大塊物料捕捉器投入使用后，應(yīng)用效果如下：

a. 生產(chǎn)穩(wěn)定運行。在化工生產(chǎn)流程中，采用機械破碎對物料進(jìn)行預(yù)處理，可以確保這些物料在進(jìn)入生產(chǎn)環(huán)節(jié)前達(dá)到所需的物理尺寸分布，提升整體生產(chǎn)效率，實現(xiàn)了高效穩(wěn)定的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)。

b. 設(shè)備長周期運行。本設(shè)備有效降低了大塊料對后續(xù)流程的危害，同時使塊料的堆積可視化，便于檢修人員及時清理。

c. 降低生產(chǎn)成本。本設(shè)備通過對大塊料的清理并回收其中有價值的組分，減少對新原料的需求，降低生產(chǎn)成本。同時又減少了廢料的產(chǎn)生，減輕對環(huán)境的負(fù)擔(dān)，避免土地填埋、水體污染等問題。提升可持續(xù)性發(fā)展的水平。這也是在全球?qū)Νh(huán)境保護(hù)和可持續(xù)性發(fā)展的關(guān)注日益加深的現(xiàn)在化工行業(yè)必須面對的問題，采用清潔生產(chǎn)技術(shù)，優(yōu)化能源使用效率等都能有效實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)的雙贏。

6 結(jié)論與展望

結(jié)構(gòu)分析和實際應(yīng)用結(jié)果表明，筆者設(shè)計的大塊料捕捉器可以利用重力實現(xiàn)對大塊料的破碎，且結(jié)構(gòu)緊湊，無需額外增設(shè)動力破碎裝置，對比常用的破碎裝置本大塊料捕捉器還具有阻止未被破碎的大塊料進(jìn)入下游的功能，并且可以通過快開人孔清理堆積在格柵中的大塊料，更好地保障了產(chǎn)出效率。大塊料捕捉器已充分考慮安全性，泄壓口可保證設(shè)備內(nèi)部快速泄壓，確保人員安全，安全可靠。大塊料捕捉器設(shè)有快開人孔和快開手孔，方面設(shè)備內(nèi)部的檢修。大塊料捕捉器制造便利，可以用較低的成本有效降低生產(chǎn)流程中存在的風(fēng)險，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。大塊料捕捉器已獲得國家實用新型專利，更適用于精細(xì)化工領(lǐng)域，可節(jié)約設(shè)備安裝占地，有較好的經(jīng)濟(jì)性，目前已經(jīng)在某精細(xì)化工裝置中有實用案例且取得了較好的效果，將來可廣泛推廣到易產(chǎn)生大塊料的工藝流程中。

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場需求的多樣化，大塊料捕捉器的設(shè)計還有進(jìn)一步優(yōu)化的空間。例如，可以研究更高效的破碎結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同物料的特性;或者開發(fā)智能監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)測捕捉器的工作狀態(tài)，提前預(yù)警可能的堵塞問題。此外，考慮到環(huán)保和可持續(xù)性，未來的設(shè)計可能還會考慮減少物料損耗和提高能源效率。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 李春雷，張星星，黃起中，等.UNIPOL氣相聚乙烯反應(yīng)器塊料生成與生長機理研究[J].石油化工，2022，51（10）：1236-1241.

[2] 陳應(yīng)萍，盧慶平.己二酸產(chǎn)品結(jié)塊原因分析及處理措施研究[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2020，40（15）：29-30.

[3] 薛姍，李梟，趙云如，等.破碎機在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].化學(xué)工程與裝備，2018（10）：211-212;181.

[4] 魯林平.新型氣流篩分裝置的研究[D].天津：天津科技大學(xué)，2005.

[5] 郭宜祜，王喜忠.流化床基本原理及其工業(yè)應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1980.

[6] 許燦，魏吉钖.一種收率高的乙烯-醋酸乙烯合成裝置：201621251016.0[P].2016-11-22.

[7] 全國鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.壓力容器：GB/T 150.1～150.4—2024[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2024.

[8] 全國鋼標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.鋼格柵板及配套件 第1部分：鋼格柵板：YB/T 4001.1—2019[S].北京：冶金工業(yè)出版社，2019.