精細化工反應器及車間工藝設計

周侃

摘 要：本文首先介紹化工產品精細化反應特點，然后結合精細化工反應器操作類別分析與之對應的適用情況，最后研究精細化工車間工藝設計流程，希望能為相關精細化化工技術及生產人員提供一定的借鑒與參考。

關鍵詞：化工產品;反應器;精細化;工藝設計

隨著精細化工行業的蓬勃發展，化工類產品的種類也在逐漸增多。每種化工產品都有其相應的生產流程和反應器皿，需要結合其化學反應特征經過精細化的工藝設計后才能進行生產操作。反應器操作原則是否合理、工藝流程設計是否科學都與化工產品最終的獲得率及產品質量有密切關聯。

1 化工產品精細化反應特點

化工產品的精細化反應涉及到的化學反應種類更為復雜，反應的類型多為鏈式、平行等有機反應類型，所產生的化工生成物也不僅包括我們的所需產品，另外還包括部分副產品。在確定好化工產品的精細化生產路徑及合適的反應容器后，需要考慮如何實現最終目標產品生產的最優化，盡可能減少副產品的生成。

化工產品精細化合成時由于化工原料不同，整個反應過程也不同，使整個反應過程形成液固、液液非均相等的多種非羅相系統。從這種非均相反系統出發，要求在化工產品精細化生產及反應器的設計中充分考慮傳質問題。由于大部分精細化化工產品在生產過程中都會伴隨大量熱量的釋放，整個精細化化工反應過程熱效應大。因此，為了有效的進行溫度控制，保證反應容器具備較好的導熱效果，否則一旦熱量在反應容器中聚集可能引發爆炸，導致產生安全事故。

2 精細化工反應器的類型及其操作類別

2.1 精細化工反應器的類型

按照精細化工反應器外形特征可將反應器具體分為立式、臥式、管式、塔式、固定床式、流化床式、噴射型、泵式等多種類型。各種類型按其結構特點又可進一步細分：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設攪拌型、圓筒型;管式反應器可分為水平管式、垂直排管、環形管內設攪拌器、水平管帶螺桿攪拌器等類型;塔式反應器可分為圓柱形塔體內設鼓泡器及擋板、塔內有塔板結構、塔內有填充物、塔內有攪拌或脈沖震動裝置;固定床式分為單筒體內裝催化劑、列管式管內催化劑;流化床式可分為圓筒體、流化狀態催化劑;噴射器型類似于噴射器結構;泵式與水環式平泵結構相似。

2.2 精細化工反應器的操作類別

化工反應器通常分為三種操作類別。首先是分批式操作，指的是只向反應器中加一次反應原料，在原料充分反應后再取出。這種操作類別主要適用于生產速度較慢，反應過程中放熱較少的情況，通常與攪拌鍋等類型的反應器共同使用，且該操作類型不適宜大規模的生產。其次是連續式操作，這種操作類型與前一種剛好相反，是在反應器中連續加入化工反應原料。通常適用于產成品種類單一，且對產量要求較高的化工生產情況。該種操作類別相關的工藝系數都為定值，不允許隨意更改，因此屬于穩態操作類型。在利用現代機械化自動化的操作系統后，這種反應類別實際上能夠在一定程度上減輕操作人員的工作強度，減少其工作量。最后是半連續式或者半分批式操作，指的是在精細化化工生產過程中部分化工原料只向反應器中加一次，而另一部分需要連續加入，整個反應過程中按照一定的反應周期進行操作。這種操作類別可以允許操作人員通過調節增加化工原料的速度及時間控制化工反應速度的快慢，一般出現在小規模的精細化化工生產過程中。

3 精細化工車間工藝設計流程

精細化工車間工藝流程設計主要分為以下幾個步驟：①科學進行工藝路線的選擇以及論證;②按照精細化生產需求設計工藝流程以及生產方案，合理的確定反應儀器、生產順序以及原料的進料安排;③準備精細化工車間工藝流程設計所需的全部資料;④在系統環境下進行物料以及能量的守衡計算，根據質量守恒定律計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雜過程物料的衡算。根據熱量衡算方程式計算標準化學反應熱以及物理過程熱效應。估算常用熱力學數據;⑤進行設備工藝的設計，包括選擇何種定型及非定型設備、設備的設計條件等;⑥進行工藝流程圖的設計與繪制，明確設計的內容以及繪制的步驟方法，按照規定的設計原則及要求進行操作;⑦進行車間及管道的設計及布置，按照精細化化工車間的布置原則及要求進行布置，標明具體的視圖表示以及標注方法;⑧進行管道的設計以及布置，包括管道、閥件等畫法、管道標注等信息;⑨向與該設計相關的非工藝專業人士提供設計要求及設計條件;⑩編制精細化車間工藝流程說明書，說明書中要詳細寫明設計的內容、設計的程序以及施工工藝流程等。

4 結束語

綜上所述，隨著科技水平的不斷發展進步與人們日常生活水平的提高，有力地推進了精細化工產業的發展，精細化工產品已經成為人們生產生活必不可少的一部分。在進行精細化工產品生產的過程中，充分的了解各種精細化學反應器的種類及操作類別，合理的進行工藝流程的設計和規劃對整個化工生產過程至關重要。為此，相關人員一定要結合精細化工反應的特點，合理的選擇反應儀器并設計流程工序，全面提高化工成品的收率和質量，提升精細化工生產效益，同時也能有效降低生產風險，保障生產安全。

參考文獻：

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