【科技興安】

 
如何提升精細化工本質安全水平?專家表示微通道反應器技術可行

 

科技興安  加入時間:2019-07-11 22:23  點擊:560   回首頁

近年來,精細化工企業安全事故頻發,特別是一些劇烈反應引發的爆炸事故,更讓精細化工行業戴實了“高危”這頂帽子。中國化工報記者從6月底在山東高密舉行的精細化工反應安全技術研討會上了解到,連續流微通道反應器是目前精細化工行業最看好的提升本質安全的技術之一,我國正逐步實現相關設備和成套技術的自主研發生產,未來微通道反應器將成為精細化工行業工藝選擇的一個重要趨勢。

??“迷你化工廠” 提升本質安全水平

精細化工反應是化工行業最容易發生安全事故的領域之一。原國家安監總局發布的《精細化工反應安全風險評估導則》就指出,對于反應工藝危險度為4級和5級的工藝過程,尤其是風險高但必須實施產業化的項目,要努力優先開展工藝優化或改變工藝方法降低風險,例如通過微反應、連續流完成反應。

圖為化工企業代表參觀豪邁集團生產車間。

此次在高密豪邁集團的生產車間,記者看到了我國自主研發的多種微通道反應器。那么這臺小小的設備,如何能提升化學反應的本質安全呢?

豪邁集團技術總監楊洪梅表示,連續流微通道反應器持液量小,不同于傳統反應釜的以噸為單位的實時反應量,反應器內的有效容積小,相當于該反應器內每一時刻發生化學反應的物質只有幾毫升到幾升,所以危險因素是可控的。同時,微通道反應器的另一大特點就是換熱效率高,反應熱量可以及時通過反應器移走,有效避免了反應過程中的熱量積累。

中石化青島安全工程研究院孫冰博士介紹,微流控技術是一種利用幾十到幾百微米的通道來操控和處理極小量液體的技術,被譽為“改變未來的7種技術之一”,能有效提升化學反應本質安全水平,具有幾項明顯的特點,如特征尺寸小,比表面積大;流動行為以層流為主,停留時間可精確控制;傳熱傳質快,較傳統設備高1~2個數量級;以數增為放大方法,無放大效應等。

記者了解到,不同于傳統夾套攪拌釜動輒上百平方米的占地面積,微通道反應器小而緊湊,占地面積只有幾平方米,可謂是“迷你化工廠”。化學反應在微通道中連續流動發生,反應快速完成,且過程精確可控,可實現無人化連續操作,極大減少了精細化工在研發和生產中的安全隱患。

??換熱效率高 適用多種反應類型

除了體積小,多位專家還特別強調了微反應器在換熱方面的優勢,這使得微反應器可以適用于多個領域。

天津大學-英國阿斯利康過程安全聯合實驗室教授衛宏遠指出,化學反應從實驗室向工業化放大過程中,會存在放大效應。實驗室一些反應雖然放熱,但因反應規模小,熱量總體較少,且反應容器可以及時將熱量傳遞出去。而在同樣條件和原料配比下進行放大時,反應釜的比表面積往往會明顯減小,這意味著供反應傳熱面積減少。傳熱效果不好,就容易導致熱生成和熱移除不平衡,發生熱量積累,造成反應釜內溫度急劇升高,進一步加速化學反應,最終導致反應失控甚至爆炸。而微通道反應器基于這方面考慮,是將反應通道變成微米級,在同樣的外部尺寸下,大大增加了容器的比表面積,極大提高了反應傳熱效率,且反應是以數增為放大方法,而非擴大規模,所以不存在放大效應,很適用于劇烈的放熱反應。

中科院天然產物合成化學重點實驗室主任趙剛也介紹,中和反應、重排反應、開環反應等放熱劇烈的反應類型,常規反應器一般采用逐漸滴加的方式,但即使如此,滴加瞬時局部也會因過熱和產生副產物;重氮化反應、丁基鋰反應等原料危險,且存在反應物或生成物不穩定的問題,常規反應器中停留時間一長就會分解;硝化、氨化反應等容易失控,在常規反應器中容易發生反應溫度急劇升高甚至爆炸。因此,這種快速劇烈放熱、原料或者產品不穩定、危險化學反應及高溫高壓反應就適用微通道反應器。此外,微反應器還適用氟化反應、氯化反應、烷基化反應、過氧化反應、磺化反應等多種反應類型,在農藥、醫藥、專用化學品等領域具有很廣的應用范圍。

在豪邁集團技術總監楊洪梅展示的案例中記者看到,以某企業4000噸/年規模的硝化反應為例,傳統反應釜需要40平方米占地面積和12名員工操作,而微通道反應器僅占地8平方米,需要3名員工。而在某化工企業4000噸/年的加成反應中,傳統反應釜必須使用大量低溫冷媒將反應溫度控制在30℃以下,以防出現安全事故,而微通道反應器中的反應溫度為45℃~85℃,不需要消耗冷媒,每年為企業節約300余萬元。

??應用拓展快 自主研發取得突破

中科院天然產物合成化學重點實驗室主任趙剛指出,現階段我國連續流設備多種多樣,但精細化工反應工況復雜,單獨從設備改造和工藝改進,很難實現化工生產的本質安全,需要設備和工藝的緊密結合。盡管連續流設備已得到學術界和企業界的初步認可,但由于人員認可度差異、配套資源缺乏等因素,連續流設備在整個行業尚屬于初級推廣階段,其優勢和意義尚未完全展現出來,還需要各領域的共同推動。

記者采訪發現,該項技術因涉及流體力學、工程熱力學、化工工藝工程、有機合成、應力分析、材料分析、自動化集成控制、機械加工、信息工程等多項專業領域,研發生產難度非常高,此前相關技術主要集中在少數國際化工巨頭手中,我國在這一領域起步較晚。2016年,豪邁化工工業化連續流微通道反應器試車成功。目前,豪邁集團生產的微通道反應器產品已經在國內外超過150家化工企業中實現了應用。

豪邁集團副總經理唐立星介紹,豪邁集團是輪胎模具和氣門芯兩項制造領域的“隱形冠軍”,市場份額居全球首位。正因具備大型和精密機械產品研發制造的優勢,豪邁集團率先突破了微通道反應器這種集多種學科于一體的技術。豪邁微通道反應器具有獨特的傘形通道結構,可以提高流體混合程度和反應的總傳熱效率,此外,豪邁微通道反應器還可采用多種金屬材質及碳化硅材質,根據工藝情況定制最佳裝置,以縮短反應時間,減少溶劑用量,提高反應選擇性、產品收率及產品純度,消除安全隱患,降低環境污染,完成實驗室研發到工業化生產的無縫對接。

談到微通道反應器的智能化水平,豪邁集團副總經理唐立星還表示,微通道反應器之所以被業界認為可以提升本質安全水平并迅速獲得應用,還有一個重要的原因就是生產操作過程中可對整個流程進行從“啟動”到“停機”的無人化自動操作,減少人為操作帶來的不確定風險,同時確保一線員工的人身安全。反應器中,各反應片通道中均有熱電阻,可準確測量反應過程中反應體系各點溫度,設備和系統還能隨時監控及記錄反應過程中系統的進料流量、管路壓力,并針對實際情況作出調控。當遇到超溫、超壓等情況,連續流微反應器還可以進行報警并緊急切斷進料。

來源:中國化工報


福彩开奖今晚 怎样运用自己的汽车赚钱 那些适合女生转赚钱的事业 悠闲山西麻将 超级大乐透开奖走势图 广西11选5开奖查询 福彩3d1胆全拖直选多少钱 址极速快乐十分软件 浙江6+1开奖结果 后三万能码 山西11选5全天最准计划网图表 控偶师如何赚钱吗 快乐赛车官方计划软件 5554445论坛心水码 包六肖100多少钱 捕鱼大师官网现金板 棋牌娱乐