摘 要 從原料問題、工藝參數(shù)、設(shè)備狀況和操作技巧4個(gè)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(duì)大塊料的出現(xiàn)可能對(duì)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(jì)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(shí)具有安全性高、維護(hù)便捷和經(jīng)濟(jì)效益好的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞 精細(xì)化工 大塊料捕捉器 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào) TQ014" "文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B" "文章編號(hào) 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(gè)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(huì)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(huì)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備造成損壞，還可能引發(fā)安全事故，對(duì)環(huán)境和人員健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。筆者對(duì)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(yàn)提出了一種大塊料捕捉器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，并分析此方案的優(yōu)缺點(diǎn)。

1 危害描述

精細(xì)化工生產(chǎn)過程中存在大塊料對(duì)安全生產(chǎn)有著顯著的負(fù)面影響。首先，大塊料現(xiàn)象對(duì)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(shí)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(shí)，會(huì)對(duì)設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)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(zhǎng)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(xiǎn)。其次，大塊料的存在對(duì)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(huì)導(dǎo)致反應(yīng)不完全或者物料流動(dòng)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(xiǎn)。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(duì)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(huì)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(dòng)破碎或搬運(yùn)等，這些措施本身就增加了操作人員的風(fēng)險(xiǎn)。第四，大塊料現(xiàn)象還對(duì)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(duì)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(huì)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(jī)時(shí)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(xiǎn)。若大塊料未經(jīng)妥善處理就排入環(huán)境，還可能會(huì)對(duì)土壤、水源造成污染，對(duì)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(gè)方面：

a. 原料特性對(duì)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(duì)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(shí)間過長(zhǎng)，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(jì)和選型也對(duì)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(duì)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(jī)械破碎[3]。使用破碎機(jī)、研磨機(jī)或錘磨機(jī)等設(shè)備對(duì)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(huì)產(chǎn)生額外的能耗和噪音，且對(duì)設(shè)備磨損較大。

b. 篩分和分級(jí)[4]。通過振動(dòng)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(diǎn)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(dòng)的粉狀或顆粒狀物料，但是對(duì)大塊料的處理效果有限。

d. 化學(xué)溶解和再結(jié)晶。對(duì)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(huì)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(duì)整個(gè)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(shí)時(shí)破碎輸送過程中的大塊料，缺點(diǎn)是會(huì)增加設(shè)備的復(fù)雜性，對(duì)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(diǎn)，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(shí)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(jì)方案

4.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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(jì)方案，如圖1所示。

大塊料捕捉器的核心設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)對(duì)大塊物料的有效處理。

在物料進(jìn)口處，設(shè)計(jì)有破碎結(jié)構(gòu)，其功能是對(duì)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(qiáng)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(duì)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(duì)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(jì)既保證了物料的順暢流動(dòng)，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(huì)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(huì)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(duì)于那些無法通過格柵板的大塊物料，它們會(huì)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(jì)為斜開口，角度與格柵板的設(shè)置角度相同，這一設(shè)計(jì)使得清理大塊物料時(shí)更加方便，同時(shí)也便于對(duì)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(jì)既保證了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，又有利于物料的流動(dòng)。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(dòng)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(yùn)行。

筒體上還設(shè)有視鏡，工作人員可以通過視鏡實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備內(nèi)部大塊物料的堆積情況，以便及時(shí)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(shí)，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(dòng)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(duì)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(huì)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(jì)的靈活性。格柵板的間隔大小可以根據(jù)下游設(shè)備對(duì)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(shí)，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(dòng)，避免堵塞。快開人孔的斜開口設(shè)計(jì)與格柵板角度相同，使得大塊物料在清理時(shí)能更方便地排出，同時(shí)便于格柵板的拆卸和檢修。格柵板的可拆卸部分設(shè)計(jì)，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(duì)齊，保證了物料流動(dòng)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(jì)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(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備內(nèi)部情況的窗口，便于及時(shí)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(shí)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(yùn)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(yùn)。泄壓口、視鏡和快開人孔等設(shè)計(jì)都是為了提高設(shè)備的運(yùn)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(yùn)行。在化工生產(chǎn)流程中，采用機(jī)械破碎對(duì)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(shí)現(xiàn)了高效穩(wěn)定的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)。

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

c. 降低生產(chǎn)成本。本設(shè)備通過對(duì)大塊料的清理并回收其中有價(jià)值的組分，減少對(duì)新原料的需求，降低生產(chǎn)成本。同時(shí)又減少了廢料的產(chǎn)生，減輕對(duì)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(duì)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(shí)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(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，筆者設(shè)計(jì)的大塊料捕捉器可以利用重力實(shí)現(xiàn)對(duì)大塊料的破碎，且結(jié)構(gòu)緊湊，無需額外增設(shè)動(dòng)力破碎裝置，對(duì)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(xiǎn)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。大塊料捕捉器已獲得國(guó)家實(shí)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(shí)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(chǎng)需求的多樣化，大塊料捕捉器的設(shè)計(jì)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(jì)可能還會(huì)考慮減少物料損耗和提高能源效率。

參 考 文 獻(xiàn)

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