精细化工反应器及车间工艺设计

周侃

摘 要：本文首先介绍化工产品精细化反应特点，然后结合精细化工反应器操作类别分析与之对应的适用情况，最后研究精细化工车间工艺设计流程，希望能为相关精细化化工技术及生产人员提供一定的借鉴与参考。

关键词：化工产品;反应器;精细化;工艺设计

随着精细化工行业的蓬勃发展，化工类产品的种类也在逐渐增多。每种化工产品都有其相应的生产流程和反应器皿，需要结合其化学反应特征经过精细化的工艺设计后才能进行生产操作。反应器操作原则是否合理、工艺流程设计是否科学都与化工产品最终的获得率及产品质量有密切关联。

1 化工产品精细化反应特点

化工产品的精细化反应涉及到的化学反应种类更为复杂，反应的类型多为链式、平行等有机反应类型，所产生的化工生成物也不仅包括我们的所需产品，另外还包括部分副产品。在确定好化工产品的精细化生产路径及合适的反应容器后，需要考虑如何实现最终目标产品生产的最优化，尽可能减少副产品的生成。

化工产品精细化合成时由于化工原料不同，整个反应过程也不同，使整个反应过程形成液固、液液非均相等的多种非罗相系统。从这种非均相反系统出发，要求在化工产品精细化生产及反应器的设计中充分考虑传质问题。由于大部分精细化化工产品在生产过程中都会伴随大量热量的释放，整个精细化化工反应过程热效应大。因此，为了有效的进行温度控制，保证反应容器具备较好的导热效果，否则一旦热量在反应容器中聚集可能引发爆炸，导致产生安全事故。

2 精细化工反应器的类型及其操作类别

2.1 精细化工反应器的类型

按照精细化工反应器外形特征可将反应器具体分为立式、卧式、管式、塔式、固定床式、流化床式、喷射型、泵式等多种类型。各种类型按其结构特点又可进一步细分：立式还可分为带椭圆底或折边球型、带锥形底型以及半球形底;卧式可分为卧式圆筒内设搅拌型、圆筒型;管式反应器可分为水平管式、垂直排管、环形管内设搅拌器、水平管带螺杆搅拌器等类型;塔式反应器可分为圆柱形塔体内设鼓泡器及挡板、塔内有塔板结构、塔内有填充物、塔内有搅拌或脉冲震动装置;固定床式分为单筒体内装催化剂、列管式管内催化剂;流化床式可分为圆筒体、流化状态催化剂;喷射器型类似于喷射器结构;泵式与水环式平泵结构相似。

2.2 精细化工反应器的操作类别

化工反应器通常分为三种操作类别。首先是分批式操作，指的是只向反應器中加一次反应原料，在原料充分反应后再取出。这种操作类别主要适用于生产速度较慢，反应过程中放热较少的情况，通常与搅拌锅等类型的反应器共同使用，且该操作类型不适宜大规模的生产。其次是连续式操作，这种操作类型与前一种刚好相反，是在反应器中连续加入化工反应原料。通常适用于产成品种类单一，且对产量要求较高的化工生产情况。该种操作类别相关的工艺系数都为定值，不允许随意更改，因此属于稳态操作类型。在利用现代机械化自动化的操作系统后，这种反应类别实际上能够在一定程度上减轻操作人员的工作强度，减少其工作量。最后是半连续式或者半分批式操作，指的是在精细化化工生产过程中部分化工原料只向反应器中加一次，而另一部分需要连续加入，整个反应过程中按照一定的反应周期进行操作。这种操作类别可以允许操作人员通过调节增加化工原料的速度及时间控制化工反应速度的快慢，一般出现在小规模的精细化化工生产过程中。

3 精细化工车间工艺设计流程

精细化工车间工艺流程设计主要分为以下几个步骤：①科学进行工艺路线的选择以及论证;②按照精细化生产需求设计工艺流程以及生产方案，合理的确定反应仪器、生产顺序以及原料的进料安排;③准备精细化工车间工艺流程设计所需的全部资料;④在系统环境下进行物料以及能量的守衡计算，根据质量守恒定律计算车间的收率以及阶段性的收率，按照物料衡算的方法及步骤完成物料衡算。具体包括一般物料的衡算以及复杂过程物料的衡算。根据热量衡算方程式计算标准化学反应热以及物理过程热效应。估算常用热力学数据;⑤进行设备工艺的设计，包括选择何种定型及非定型设备、设备的设计条件等;⑥进行工艺流程图的设计与绘制，明确设计的内容以及绘制的步骤方法，按照规定的设计原则及要求进行操作;⑦进行车间及管道的设计及布置，按照精细化化工车间的布置原则及要求进行布置，标明具体的视图表示以及标注方法;⑧进行管道的设计以及布置，包括管道、阀件等画法、管道标注等信息;⑨向与该设计相关的非工艺专业人士提供设计要求及设计条件;⑩编制精细化车间工艺流程说明书，说明书中要详细写明设计的内容、设计的程序以及施工工艺流程等。

4 结束语

综上所述，随着科技水平的不断发展进步与人们日常生活水平的提高，有力地推进了精细化工产业的发展，精细化工产品已经成为人们生产生活必不可少的一部分。在进行精细化工产品生产的过程中，充分的了解各种精细化学反应器的种类及操作类别，合理的进行工艺流程的设计和规划对整个化工生产过程至关重要。为此，相关人员一定要结合精细化工反应的特点，合理的选择反应仪器并设计流程工序，全面提高化工成品的收率和质量，提升精细化工生产效益，同时也能有效降低生产风险，保障生产安全。

参考文献：

[1]杜辛颖，亓荣伟.精细化工反应器及车间工艺设计[J].云南化工，2018，45（4）：247-247.

[2]李泉城.精细化工生产过程控制系统研究与设计[J].化工管理，2017（11）.