化工生产的必经之路-连续化生产

  • 2019-03-08
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随着科学与技术的不断发展和生产企业对于效率提升的追求,连续化生产的概念越来越受到关注。本文对连续生产、间歇生产就生产方式的本质和各自的优缺点进行了对比分析,并进一步分析了我国连续化生产方式的应用现状。

   摘要:随着科学与技术的不断发展和生产企业对于效率提升的追求,连续化生产的概念越来越受到关注。本文对连续生产、间歇生产就生产方式的本质和各自的优缺点进行了对比分析,并进一步分析了我国连续化生产方式的应用现状。

  连续生产是将各种反应原料按一定比例和恒定的速度连续不断地加到反应器中,而且从反应器中以恒定的速度连续不断地排出反应产物,反应器中某一特定部位的反应物料组成、温度和压力始终保持恒定。

  间歇式生产是相比较连续生产较为传统的一种生产方式,我国的精细化工目前主要采用这种生产方式,间歇过程是指将有限量的原料按规定的加工流程,在一个或者多个设备中生产,以获得有限量产品的加工过程,通过重复整个过程可以获得更多的产品。

  间歇生产的反应设备以反应釜为主,具有一定的局限性

  间歇生产法最常见的反应设备是反应釜,基本上能应用于所有的反应过程,气、液、固均能处理,也可用结晶、蒸馏等其他用途,具有成熟的放大路径,操作简单,因此在化工行业的应用较为广泛。

  反应釜也具有较大的局限性,化工产品的合成过程中,虽然反应条件因产品而异,但其核心内容主要在于传质和传热,如最常见的滴加式反应过程,对于反应速度快、释放热量大的反应,控制滴速非常重要,因为会影响反应温度的控制,反应釜难以达到此类反应的传热要求,只能通过慢慢滴加来达到目的。如果反应器具有足够的换热面积,及时移走反应热,就能加快加料速度,缩短反应时间,提高生产效率。再者,反应釜通过滴加来保证温度,进行物料滴加的局部浓度和温度都会过高,易发生副反应,只有传质速度够快,消除局部浓度和温度过高的问题,才能使反应结果得到改善。综上,反应釜不是最佳的传质和传热设备。

  连续生产能够突破釜式反应的局限性,具有一定优势

  釜式反应的局限性促进了连续生产技术的发展,连续生产相比间歇生产使用不同类型的反应器、具有不同的特征,在某些方面突破了间歇反应的局限性。

  ⑴连续生产反应器

  常见的反应设备按照长径比分为釜(长径比为1-3)、塔(长径比为3-100)、管(长径比为100-106)、微通道(长径比大于106),长径比越大,传质和传热的效果相对越好,对于多相反应体系的适应性越差。连续生产技术能够做到在了解反应机理和反应条件的基础上,并运用反应热力学、动力学知识进行反应器的设计,能够对反应器的尺寸和性能进行很好的优化调整,在满足反应对于传质和传热的要求的基础上,使体积尽量小。

  ⑵连续生产的特征

  间歇生产使用的反应釜,同一釜内不同时间点的物料状态不同,一开始是反应物浓度最高,最后是产物浓度最高。连续生产过程中,同一空间反应物和产物的浓度始终恒定,不随时间变化。以管式反应器为例,物料进管位置相当于反应釜的初始时间,中部位置相当于反应釜的中间反应时间,末端位置相当于反应釜的终了时间,连续生产的空间点与间歇生产的时间点相对应,实现了时空转换。

  ⑶连续生产的优势和缺陷

  可以看出,连续生产一定程度上突破了间歇生产在传质和传热方面的局限性,具有很多间歇反应无法比拟的优势:连续生产容易实现自动化控制,产品的质量和产量稳定,间歇生产难以实现自动控制且费用昂贵;连续生产能够缩短反应时间,提高生产效率,而间歇生产需要花费时间调整温度和压力、投料、准备下一批投料等;物料流动有利于反应热及时导出,而且反应物的浓度较低,有效防止副反应;连续操作能够实现节能。

  连续生产也具有一定的缺陷:连续生产技术开发比间歇生产要难的多,对于小规模生产性价比不高;间歇生产开工、停工比连续生产容易,在产量大小和产品更改上也更有灵活性;受某些原料或者产物的物理性质等因素,难以进行连续操作。

  目前连续生产方式在我国的化工领域应用相对较少,但已经受到一些关注

  我国目前只有大型石油化工及基础化工的生产过程基本采用自动连续化生产方式,但是在精细化工领域,尤其一些产品的全球年需求量不超过十万吨,基本采用间歇式生产。精细化工产品品种较多,对某一个产品的生产工艺无法深入研究,而且产量较小,导致很多研发机构和企业不愿投入精力和时间去进行深度研发。而国外很多大型化工厂基本进行大型化、连续化的生产,例如陶氏化学,在对工艺深入研究的基础上才敢于将产品的生产进行放大,一种产品拥有多个20立方米的反应罐,向全球市场供应,我国在这方面目前距离世界先进水平还有较大差距。实施专业的、优化的、连续生产工程化技术,能够促使生产企业变得节能高效,提升核心竞争力,随着制造技术的提升,我国也有企业开始重视生产方式的连续化改造,也出现了一些专门将间歇生产工艺转换成连续化工艺的科技公司,可能会给这些企业带来新的发展。

  结语

  连续生产方式在一定程度上能够突破间歇生产的局限性,具有间歇生产无法比拟的优势。受限于一些现实因素,我国的连续化生产应用还未普及,随着制造技术的提升,连续化生产改造可能受到越来越多的关注,有助于提升企业的核心竞争力。


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