方 飛，張平利，方永豪

（1.江西盛源新材料有限公司，江西贛州 341500；2.濮陽市市政設(shè)施管理處，河南濮陽 457000；3.中原工學(xué)院，河南鄭州 450007）

0 引言

精細(xì)化加工的反應(yīng)過程相對繁瑣、復(fù)雜，在實(shí)際反應(yīng)中極易出現(xiàn)各種風(fēng)險(xiǎn)。目前，在精細(xì)化精密加工生產(chǎn)依然采用傳統(tǒng)模式，反應(yīng)器及車間工藝設(shè)計(jì)過于單一，創(chuàng)新性不足?；诖?，對精細(xì)化工反應(yīng)器及車間工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，提出相應(yīng)優(yōu)化措施，包括創(chuàng)新車間工藝設(shè)計(jì)、優(yōu)化廠房空間設(shè)計(jì)、反應(yīng)工藝流程設(shè)計(jì)等，為后續(xù)研究工作的開展奠定基礎(chǔ)。

1 精細(xì)化反應(yīng)現(xiàn)狀

1.1 精細(xì)化加工行業(yè)概述

精細(xì)化加工是當(dāng)下熱門行業(yè)之一，精細(xì)化產(chǎn)業(yè)在發(fā)展中逐漸由以往的單一性向多元化轉(zhuǎn)變，從精細(xì)化加工模式、精細(xì)化架構(gòu)設(shè)計(jì)等均體現(xiàn)其科技性，為更精準(zhǔn)的精細(xì)生產(chǎn)加工奠定基礎(chǔ)。精細(xì)化加工屬于技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，在實(shí)際生產(chǎn)加工中主要特點(diǎn)為工藝的整體流程較長、單元反應(yīng)相對較多、原材料相對復(fù)雜，并要求整個(gè)加工過程嚴(yán)謹(jǐn)控制、科學(xué)優(yōu)化。精細(xì)化生產(chǎn)加工的領(lǐng)域應(yīng)用較廣，涉及多學(xué)科領(lǐng)域及多種專業(yè)技能，如多步合成、分離技術(shù)、分析測試、性能篩選、復(fù)配技術(shù)、劑型研制、商品化加工、應(yīng)用開發(fā)及技術(shù)服務(wù)等（圖1）。

1.2 精細(xì)化反應(yīng)過程較為復(fù)雜

精細(xì)化加工的反應(yīng)過程相對較為復(fù)雜。首先在反應(yīng)過程中會(huì)產(chǎn)生高溫或高壓情況，一旦出現(xiàn)持續(xù)高溫、高壓的狀況，會(huì)促進(jìn)更為強(qiáng)烈的波動(dòng)反應(yīng)。在反應(yīng)過程中，所采用的原材料均為有機(jī)物，反應(yīng)過程的復(fù)雜性要求對反應(yīng)器的選擇、應(yīng)用更加科學(xué)。只有綜合分析產(chǎn)物及反應(yīng)器應(yīng)用，才能提升精準(zhǔn)性。其化工工藝流程圖如圖2 所示。

圖2 化工工藝流程

1.3 精細(xì)化反應(yīng)條件要求嚴(yán)格

在精細(xì)化生產(chǎn)加工中，反應(yīng)的進(jìn)行不是單一、片面的簡單流程，而需要基于現(xiàn)場環(huán)境及技術(shù)條件進(jìn)行合理布局。實(shí)際反應(yīng)進(jìn)行中的條件因素有：反應(yīng)工序、溫度、濕度、壓力等。需要精確地計(jì)算反應(yīng)時(shí)間，包括反應(yīng)物加入時(shí)間、反應(yīng)過程所用時(shí)間，精準(zhǔn)計(jì)算與測量方法可以提高其精確性。在濕度、溫度及壓力的計(jì)算、測量方面，需要采用專業(yè)設(shè)備。反應(yīng)材料也相對復(fù)雜，對材料的用法及用量均需要嚴(yán)格控制。部分原材料需要存放在特定的環(huán)境條件下，否則極易發(fā)生變質(zhì)。如果對原材料把控不嚴(yán)，可能造成發(fā)應(yīng)異常，不僅浪費(fèi)原材料還會(huì)增加運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。其工藝流程組成如圖3 所示。

圖3 工藝流程組成

1.4 反應(yīng)會(huì)生成多種副產(chǎn)品

在精細(xì)化加工反應(yīng)中可能產(chǎn)生多種副產(chǎn)品，并可能成為污染源。如果在反應(yīng)過程中會(huì)出現(xiàn)大量的熱，選擇科學(xué)合理的反應(yīng)器可以有效降低其反應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，反應(yīng)生成的副產(chǎn)品可能具有腐蝕性，可能對土壤及水質(zhì)造成破壞，需要進(jìn)行二次處理。在反應(yīng)過程中還可能產(chǎn)生易燃易爆氣體，需要在封閉條件下對其進(jìn)行二次反應(yīng)，處理、吸收易燃易爆氣體，降低安全風(fēng)險(xiǎn)?；し磻?yīng)風(fēng)險(xiǎn)評估流程如圖4 所示。

圖4 化工反應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)評估流程

2 化學(xué)反應(yīng)器操作規(guī)范與要求

按照反應(yīng)過程特征、產(chǎn)品需求及物料特性，分析基礎(chǔ)工藝條件，選擇反應(yīng)器類型，并選擇操作方式，主要以連續(xù)性、間歇性等操作方式為主。如果同一生產(chǎn)裝置生產(chǎn)多品種或多牌號產(chǎn)品時(shí)，采用間歇性操作較為方便。物料反應(yīng)過程對外供能量或移出熱量的需求，需在反應(yīng)裝置上進(jìn)行適度調(diào)整。如果反應(yīng)要求在催化劑環(huán)境下進(jìn)行，還需注重催化反應(yīng)方式和催化劑的應(yīng)用。

2.1 間歇式操作要點(diǎn)

反應(yīng)過程不是完全連續(xù)性或持續(xù)性的，也需要一定的間隔時(shí)間進(jìn)行冷卻。在實(shí)際的反應(yīng)器操作中，要根據(jù)升溫過程與添加原料的需求，合理地設(shè)置反應(yīng)時(shí)間，注重間歇操作的把控要點(diǎn)，分析復(fù)雜反應(yīng)工序所涉及的各種問題。間歇式操作在于降低持續(xù)反應(yīng)時(shí)出現(xiàn)的劇烈波動(dòng)，該操作方法具有安全性、可靠性等優(yōu)勢。

2.2 連續(xù)性操作要點(diǎn)

將原材料不間斷、不間歇地投入到反應(yīng)當(dāng)中，會(huì)提升其效率與質(zhì)量。但持續(xù)性操作需要投入大量的人力、物力成本，在實(shí)際操作中需要注重其規(guī)范性。目前，針對連續(xù)性反應(yīng)操作的建議有采用人工智能、自動(dòng)化技術(shù)，以增強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行的持續(xù)性、連續(xù)性。

2.3 半連續(xù)性操作

半連續(xù)性操作以連續(xù)性、間歇式操作融合的操作方式為主，部分原材料需一次性注入反應(yīng)器中，而部分原材料需間歇地投入其中。在實(shí)際操作中需在特定的時(shí)間進(jìn)行作業(yè)。半連續(xù)性操作需要人工干預(yù)、人工控制，半連續(xù)性操作方式具有間歇式操作和連續(xù)性操作兩種方式的優(yōu)點(diǎn)[1]。

3 精細(xì)化工反應(yīng)器及車間工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化策略

3.1 創(chuàng)新車間工藝設(shè)計(jì)

精細(xì)化反應(yīng)器及車間工藝設(shè)計(jì)對加工生產(chǎn)效率、質(zhì)量影響較大。針對當(dāng)前車間工藝存在的主要問題，對車間工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行創(chuàng)新。首先，需提升車間廠房的安全性，在精細(xì)化產(chǎn)品加工中，反應(yīng)的不正常必然會(huì)導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)。在車間設(shè)計(jì)上，需要提升吸收有害氣體及防火、防爆等能力，設(shè)置相應(yīng)的安全保障設(shè)施，如消防、應(yīng)急、急救等保障設(shè)施，做好降低風(fēng)險(xiǎn)的一切準(zhǔn)備。其次，規(guī)范生產(chǎn)反應(yīng)的合理性、有序性架構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境，提升車間的各個(gè)工序與流程的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，如反應(yīng)流程、反應(yīng)器操作等的檢測、監(jiān)測工藝，提升精細(xì)化加工的效率[2]。

3.2 優(yōu)化廠房空間設(shè)計(jì)

在廠房空間設(shè)計(jì)中需強(qiáng)調(diào)空間的利用率及功能性，空間設(shè)計(jì)對生產(chǎn)加工過程與整體布局影響很大，也關(guān)聯(lián)反應(yīng)器使用及精細(xì)化加工效率。首先，需要合理設(shè)計(jì)空間布局，多數(shù)精細(xì)化加工車間采用T 形設(shè)計(jì)，便于各個(gè)生產(chǎn)單元及加工模塊的配置，也有利于人員的風(fēng)險(xiǎn)疏散。其次，在廠房空間上需要注重反應(yīng)過程，例如發(fā)揮性反應(yīng)區(qū)域要遠(yuǎn)離熱反應(yīng)區(qū)域，科學(xué)降低風(fēng)險(xiǎn)，避免反應(yīng)事故的發(fā)生。最后，在功能性設(shè)計(jì)上要強(qiáng)化空間的互動(dòng)性，為反應(yīng)器材提供存放空間、檢修空間、測試空間等，方便具體工作的開展[3]。

3.3 反應(yīng)工藝流程設(shè)計(jì)

在反應(yīng)工藝流程設(shè)計(jì)中需考慮多種因素、多種問題，反應(yīng)工藝流程設(shè)計(jì)不是單一片面的簡單流程，而是科學(xué)合理的系統(tǒng)布局。首先，在精細(xì)化加工中，要選擇科學(xué)的反應(yīng)方式、反應(yīng)原材料，分析反應(yīng)過程中可能出現(xiàn)的各種問題。對反應(yīng)器的功能、參數(shù)等進(jìn)行預(yù)先檢測，保證反應(yīng)裝置的可靠性。其次，需要全面考慮反應(yīng)中可能出現(xiàn)的各種副產(chǎn)品、污染源等，并對其進(jìn)行綜合評估。然后，優(yōu)化反應(yīng)原材料的存放及運(yùn)輸管理，并制定相應(yīng)的工作報(bào)告、反應(yīng)計(jì)劃，降低事故發(fā)生的可能性。最后，要對工藝線路、工藝參數(shù)的可行性及安全性進(jìn)行評估，生成安全風(fēng)險(xiǎn)評估報(bào)告，穩(wěn)定加工生產(chǎn)、降低風(fēng)險(xiǎn)事故[4]。

4 結(jié)論

綜上所述，通過對精細(xì)化工反應(yīng)器及車間工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，結(jié)合行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，對反應(yīng)器操作要求及精細(xì)化加工步驟進(jìn)行探究，提出針對性的車間工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，闡明反應(yīng)過程中的風(fēng)險(xiǎn)控制要點(diǎn)，主要包括創(chuàng)新車間工藝設(shè)計(jì)、優(yōu)化廠房空間設(shè)計(jì)、反應(yīng)工藝流程設(shè)計(jì)等，對后期工作的開展具有促進(jìn)作用。