精細化工反應器及車間工藝設計

發(fā)布時間：

2023-11-16 10:09

近些年來，精細化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展較為迅速。化學產(chǎn)品種類極多，對應生成精細化工產(chǎn)品的各類化學反應也非常復雜。在生產(chǎn)某些精細化工產(chǎn)品時，相應的生產(chǎn)車間中可能包含多個生產(chǎn)環(huán)節(jié)或類型不盡相同的化學反應。針對不同類型的化學反應，都有與之對應的化學反應器，也就是說，化學反應器是進行化工生產(chǎn)的關(guān)鍵性因素。化學反應器的選擇是否合理將直接決定產(chǎn)品的收率和質(zhì)量。

1 　精細化工生產(chǎn)過程中涉及反應的反應特點
1）化學反應復雜。在精細化工產(chǎn)業(yè)中生產(chǎn)的化學產(chǎn)品多為有機物，則在化學反應器中進行的也多是復雜的有機反應，諸如平行反應、鏈反應等，反應機理及過程都較為繁雜。在某些有機合成反應中，生成的不僅是所需產(chǎn)物，還伴隨一些同分異構(gòu)體及副產(chǎn)物的生成。因此，在選定合適的反應路徑及條件的同時，還需考慮使用的反應器是否適用于這種合成反應，以確保目標產(chǎn)物的最優(yōu)化生產(chǎn)，并最大程度地減少副產(chǎn)物的生成。
2）反應物料的相態(tài)多樣化。在合成精細化工產(chǎn)品的過程中，涉及的化學反應大多都不是均相的，這就會形成各式各樣的非均相系統(tǒng)諸如液液非均相、液固相、氣固相等系統(tǒng)。從非均相系統(tǒng)的角度出發(fā)，則要求我們要考慮到有關(guān)傳質(zhì)的問題，并將其的優(yōu)化劃入反應器設計的范疇中。
3）許多反應過程熱效應大。很多精細化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程中涉及的化學反應在發(fā)生時都會放出大量的熱，如在以鄰二甲苯為化工原料制備苯酐的相關(guān)反應中，每摩爾鄰二甲苯的轉(zhuǎn)化會放出 1271.53kJ 的熱。所以在實際的生產(chǎn)過程中，為了將反應溫度控制在一定范圍內(nèi)，反應器應具有良好的傳熱效果，否則大量的熱聚集在反應器內(nèi)容易引發(fā)安全事故。
2　化學反應器的相關(guān)操作
1）間歇式操作（分批式操作）。間歇式操作是指向反應器中進行一次加料，在經(jīng)過一段時間的反應后再將反應器中的物質(zhì)全部取出的相關(guān)操作。適合用這種操作方法進行生產(chǎn)的相應產(chǎn)品的生產(chǎn)過程需具備反應速度較緩慢及放熱少等特點，且這種操作方法不適用于大規(guī)模的生產(chǎn)，一般與攪拌鍋式反應器搭配使用。
2）連續(xù)式操作。連續(xù)式操作與間歇式操作恰好相反，是指連續(xù)將化工原料加入反應器。在目標產(chǎn)物品種單一且要求生產(chǎn)量較大的情況下可使用這種操作方式，該操作方式屬于穩(wěn)態(tài)操作，即在反應過程中，相應的工藝參數(shù)都是定值，不能隨意改變。這從某種程度上來說極大
地降低了工作人員的工作量和勞動強度，促進了自動化和機械化的發(fā)展。
3）半連續(xù)式操作（半分批式操作）。半連續(xù)式操作是指部分化工原料采用連續(xù)式操作即一次性加入反應器，另一部分原料則采用連續(xù)式操作加入，并按其周期進行生產(chǎn)操作。此操作方法的優(yōu)點在于技術(shù)人員可通過控制加料的速度來調(diào)節(jié)反應的快慢，較適用于小規(guī)模的生產(chǎn)過程。
3　車間工藝設計的基本流程
1）合理選擇和論證工藝路徑。 2）在確定好合理的生產(chǎn)方法后，就要規(guī)劃和設計出具體的生產(chǎn)方案及流程，此步驟需考慮的因素較為繁雜，主要包括操作方式及順序、反應設備的選擇、化工原料的輸送等幾部分。 3）準備設計所需的相關(guān)資料。 4）物料衡算。 5）能量衡算。 6）設備工藝設計。在完成上述操作的基礎上，進行此操作。依據(jù)相關(guān)設備是否具有定型可見設備的工藝設計分為定型和非定型兩類。 7）設計并繪制工藝的相關(guān)流程圖。 8）車間及管道的相關(guān)布置與設計。 9）向存在的非工藝項目提供相應的設計條件及規(guī)劃要求。 10）設置車間工藝設計的相關(guān)說明。
4　結(jié)語
隨著現(xiàn)代經(jīng)濟的不斷發(fā)展與人民日常需求的不斷提高，化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進程也得到了有效地推進，其中，精細化工產(chǎn)品更是成為人們生活不可或缺的一部分。而在精細化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中最關(guān)鍵的一環(huán)是化學反應器的設計與相關(guān)工藝的規(guī)劃，本文簡述了精細化工反應器的相關(guān)概念及車間工藝設計的大致流程，以期對精細化工的發(fā)展做出貢獻。