对化工过程开发的认识.doc

对化工过程开发的认识摘 要: 化工过程开发是指把在实验室研究出来的新产品、新工艺、新技术在用于工业生产之前，而进行的放大和经济技术评估，它是把一个新产品、新工艺、和新技术用工业生产的关键环节关键词：化工过程； 放大；经济技术引言从化学工业发展看，化工过程开发是指把在实验室研究出来的新产品、新工艺、新技术在用于工业生产之前，而进行的放大和经济技术评估，它是把一个新产品、新工艺、和新技术用工业生产的关键环节。本文主要对化工过程开发的必要性和化工过程开发的步骤进行叙述。1化工过程开发的必要性在实验室研究和工业生产之间，由于处理物料量等许多条件相差悬殊，两者的差别很大，实验室研究成果往往不能真实反映工业生产情况。例如，实验室研究一般为间歇操作；而工业生产一般为连续操作1。关于连续化后可能出现的工艺技术问题，以及在整个生产工艺流程中各个步骤之间配合的为题，在实验室研究中难以了解。实验室一般不考虑物料的综合回收利用；而化工生产则多数考虑未转化无聊的回收利用。由于物料循环引起的杂质积累对工艺过程和产品质量的影响，在实验过程中无法了解。由于实验室研究所获得的产品，往往是经过精密控制工艺条件、采用较纯净的化学试剂、并在严格的物料配比的条件下制备的；而工业生产中的原料纯度和工艺控制条件度很难达到实验室的精准水平，因此实验室获得的产品率、质量和性能都不足以作为生产产品的标准。另外实验室研究设备的用量小，很难对大型工业设备中出现的传热、传质和无聊的流动与混合等因素充分的考察；实验室所采用的设备多数为玻璃仪器，由于玻璃性脆，在其使用功能上往往受到限制，致使实验操作参数的变化范围受到限制，因此在实验研究中确定的操作参数，未必是工业生产的最佳条件；在实验室中较少考虑设备腐蚀对生产过程和产品质量带来的影响；而工业生产则必须考虑设备材料腐蚀及被腐蚀的问题。此外，工业生产还必须从技术经济角度去考虑原材料的品级及供应渠道，产品质量及市场销售，能源供应及消耗，建设资本和生产成本，以及三废治理和环境保护等2。这些都是实验室很少考虑到的，因此，直接将实验室成果用于生产是不合适的，而化工过程开发则是工业生产比不可少的。例如合成塑料的发展史天然高分子加工阶段主要是纤维素的改性和加工为特征。1869年美国人J.W.海厄特发现在硝酸纤维素中加入樟脑和少量酒精可制成一种可塑性物质，热压下可成型为塑料制品，命名为赛璐珞。1872年在美国纽瓦克建厂生产。当时除用作象牙代用品外，还加工成马车和汽车的风挡和电影胶片等，从此开创了塑料工业，相应地也发展了模压成型技术。 1903年德国人A.艾兴格林发明了不易燃烧的醋酸纤维素和注射成型方法。1905年德国拜耳股份公司进行工业生产。在此期间，一些化学家在实验室里合成了多种聚合物，如线型酚醛树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯等，为后来塑料工业的发展奠定了基础。1904年世界塑料产量仅有10kt，还没有形成独立的工业部门。合成树脂阶段1909年美国人L.H.贝克兰使用苯酚和甲醛来合成树脂，取得第一个热固性树脂酚醛树脂的专利权。1910年在柏林吕格斯工厂建立通用酚醛树脂公司进行生产。在40年代以前，酚醛塑料是最主要的塑料品种，约占塑料产量的2/3。主要用于电器、仪表、机械和汽车工业。1929年美国化学家W.H.卡罗瑟斯提出了缩聚理论，为高分子化学和塑料工业的发展奠定了基础。1931年，美国罗姆-哈斯公司以本体法生产聚甲基丙烯酸甲酯，制造出有机玻璃。1933年英国卜内门化学工业公司在进行乙烯与苯甲醛高压下反应的试验时，发现聚合釜壁上有蜡质固体存在，从而发明了聚乙。 2 化工过程开发步骤烯 2.1 实验室研究实验室研究常与小试混为一谈。实验室研究本身是一种具有多层含义的说法，既可指在实验室中进行的理论研究工作，也指在实验室进行的应用基础研究和开发基础研究。在化工过程开发的范畴中，实验室研究是指在立项前，为了收集资料，印证文献和设想，所做的实验室工作3。其目的是对若干方案进行筛选，明确提出一个设想流程。实验大多是间歇的、欠系统的，常用玻璃仪器，按实验室常规方法进行。实验室的开发工作目的包括原料路线，探索反应的可能性、观察现象以及获得其他感性认识，获得样品等。2.2 小试小试是小型工业模拟试验的简称。由于在实验室进行，规模不小，所以与实验室研究常相混淆。小试是在设想流程通过初步技术经济评价，确定工作正式立项后进行的系统工作。它是按工程观点收集和整理与过程有关的技术情报资料的基础上，进行目的明确、尽量结合工业生产实际情况的试验工作。如：采用工业原料、金属设备和渠道，尽可能采用连续操作方式，模拟化工单元操作等。2.3 模型实验模型试验一般都是对工业生产中的某些重要过程作放大的工业模拟实验。多数情况下不涉及整个工艺流程和各工艺步骤间的衔接。其考察的重点是工艺和工程问题。有冷模试验和热模实验两种形式。冷模试验是采用物理性质与实际工业生产物料相近的惰性物质进行试验，不发生化学反应，只单纯考虑过程的物理规律。这种考虑把化学和物理过程分解后分别加以考虑，有利于寻找产生放大效应的原因。热模试验是用实际生产物料并按实际操作条件进行的试验，属于综合性试验考虑。考察内容主要是工艺条件的优化。这样的试验具有工艺试验性质，便于测区工艺参数和发现放大效应。2.4 中试中试是“中间工厂试验”的简称，它是在小试完成并通过技术经济评价后，在概念设计基础上进行的放大效应试验工作。其目的在于对开发对象进行全面的模拟考虑，特别是考察各种工程因素对过程的影响。中试不是实验室装置的放大，而是工业装置的缩小，所用的设备、原料、仪表都已属于工厂类型，属于实验工厂性质。中试是化工过程开发中的一个重要的试验步骤。3 技术经济评价技术经济评价的目的是对被开发项目的工艺技术方案进行科学论证，以使为该方案的实施做出决策。在不同开发阶段有：（1）初步评价：是在开发项目立项之前，对该项目决定取舍的一次评价。评价的依据是从调查和试验研究中收集的资料，对项目的科学性、实用性和可靠性进行评价；（2）中间评价：是在开发过程中，对各研究阶段的成果所做的评价。通常侧重于技术方案的科学性和可靠性，以及方案在经济上的合理性。其评价的依据是各开发阶段的研究报告或设计资料，以及所收集的有关技术经济信息；（3）最终评价：又称为项目评估，是在技术开发工作后期进行的4。其目的是为该项目的投资建设做出抉择。评价依据是由开发研究成果和收集的各种经济信息汇总形成的可行性报告。如果得到投资方肯定，即可投资进行建设。4 化工过程开发的意义 由以上所述可以看出，化工过程开发要以立项前的可行性研究开始的，途经试验研究形成技术方案，设计和建立生产装置，开车调试，直到投入正常的工业生产等过程5。这些工作程序不是简单的重复，而是逐步扩大和深入，完善和提高，其目的是为了能够及时发现缺点和错误，及时纠正错误以避免重大的损失。通过对化工过程开发的初步了解，实验室研究成果要实现工业化，需要经过一个长期而艰巨的开发过程。其开发步骤也十分复杂，涉及技术、经济、社会、环境和安全等多方面的问题，必须认真、慎重地按要求进行。参考文献：1 于遵宏.化工过程开发M. 上海:华东理工大学出版社，1997:1314.2 武汉