除小部分新產(chǎn)品外,國內(nèi)大部分化工技術(shù)中,工藝路線已基本確定。針對相同原料,獲得相同產(chǎn)品如有幾種工藝路線,則對每一種路線分別進行分析、比較后確定。

主要從以下幾個方面來考慮:
1、所需的溫度、壓力等參數(shù)。幾種路線中實現(xiàn)的效果相近,優(yōu)先選擇易于實現(xiàn)操作參數(shù)的路線;
2、投資;
3、能耗;
4、安全;
5、環(huán)保;
6、對材質(zhì)的要求;
7、產(chǎn)品質(zhì)量;
8、是否侵權(quán)。
二、收集數(shù)據(jù)
通過實驗(實驗室、小試、中試、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)等)或查詢文獻、論文、技術(shù)書籍等所有可能的渠道收集基礎數(shù)據(jù)(在合法的前提下)。包括:技術(shù)中涉及的所有物質(zhì)的物性及物質(zhì)間的相互影響,所有涉及到的反應及催化劑、反應機理等。同時注意對整個過程中形成的知識產(chǎn)權(quán)的保護。
關(guān)于反應
眾所周知,反應為整個系統(tǒng)的靈魂,也是“洋蔥模型”的最中心,它出了問題,所有其他工作都是白搭,它錯了,整個基準就錯了。所以,非常、非常、非常重要!
反應按是否有催化劑分:催化反應、非催化反應;按相態(tài)分:均相反應、非均相反應。
無論屬于何種反應,作為工藝包開發(fā)者均需對反應有透側(cè)的理解,對反應機理要清清楚楚、明明白白。
僅做實驗室研發(fā)的科研人員很難把工藝包做好,受兩個因素制約,因素一:缺乏工程化經(jīng)驗;因素二:缺乏工業(yè)化后的生產(chǎn)經(jīng)驗。僅做工程設計的技術(shù)人員也很難把工藝包做好,因為缺乏對反應機理的認識和相關(guān)數(shù)據(jù),同時還缺乏生產(chǎn)數(shù)據(jù)及生產(chǎn)經(jīng)驗。僅做生產(chǎn)的技術(shù)人員同樣也很難做好,因為缺乏研發(fā)和工程設計的經(jīng)驗及數(shù)據(jù)。
如為催化反應,工藝包開發(fā)人員至少需掌握催化劑的物理性能參數(shù),如:強度、孔隙率、堆密度、活性組份、載體等。此外還要掌握催化劑的化學性能,如反應的轉(zhuǎn)化率、選擇性、反應的影響因素(包括溫度、壓力、流量、組份配比)、空速、催化劑失活中毒影響因素、反應熱力學平衡參數(shù)、反應動力學方程、反應控制步驟等等。當然,這些數(shù)據(jù)也可以由項目組中專門從事催化劑研發(fā)的人員提供。
如為非催化反應,同樣需掌握反應機理、反應影響因素、反應動力學方程、反應控制步驟、吸/放熱量、超溫后果、反應失控保護措施等。
關(guān)于分離再循環(huán)
化工裝置中常見的分離為氣液分離、吸收、氣提、解析、精餾等。
普通分離罐的計算一般按分離液滴直徑進行計算,高效分離罐一般提出工藝要求。
吸收的關(guān)鍵是尋找合適的吸收劑,氣提為打破原氣液相平衡,通過改變分壓實現(xiàn)分離,解析為吸收的逆過程,普通精餾按沸點進行分離即可,如分離中存在共沸物或沸點相差很小的物質(zhì),則可考慮特殊精餾,如:共沸精餾、萃取精餾或變壓精餾等。需根據(jù)被分離物質(zhì)的具體情況分析后確定。
如數(shù)據(jù)庫中缺少二元交互參數(shù),需對氣液相平衡數(shù)據(jù)進行測量或通過查閱資料獲取,然后對氣液相平衡數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)回歸,得到二元交互參數(shù),從而才能進行準確的分離計算。
循環(huán)一般分為氣相循環(huán)和液相循環(huán),循環(huán)一般是為了滿足反應的需要或分離的需要。
化工裝置中大部分反應單程轉(zhuǎn)化率并不高,為了獲得較高的收率,只能采用循環(huán)的方式,如合成氨、尿素、碳銨、煤焦油加氫、三聚氰胺、甲醇、乙二醇等裝置。此外,有些難分離物系,為了獲得高收率、好的產(chǎn)品質(zhì)量,也會采用循環(huán)的方式。循環(huán)量越大、循環(huán)壓降越大,也就意味著能耗越高,這里面降能耗可挖掘的空間巨大。通常,循環(huán)越多,流程的復雜程度就越高,設計、控制、操作的難度也就越大。
關(guān)于傳熱
收集技術(shù)中涉及的所有物質(zhì)/流股的焓和比熱值,所有反應的反應熱、熔解熱等。裝置內(nèi)按溫度及熱量梯級換熱回收熱量(盡可能在裝置內(nèi)考慮熱量的回收利用,如裝置內(nèi)不能回收利用的熱量,則從全廠的角度來考慮熱量的回收利用)。
在進行換熱網(wǎng)絡設計時,切記純理論考慮,要同時兼顧操作及工藝的可行性,由于換熱帶來的露點腐蝕、結(jié)晶、堵塞、氣液兩相對催化劑的影響等均需周全考慮。
關(guān)于動量傳遞
收集所有流股的粘度、汽化壓力等參數(shù),兩相流避免活塞流,通過合理的設備布置來減少動量消耗,節(jié)約能源。
三、流程模擬
工藝包開發(fā),進行全流程模擬是必不可少的。對于流程模擬有兩種較極端且不正確的觀點。
觀點一:流程模擬是萬能的,什么都是模擬一下就能獲得;
觀點二:流程模擬沒有用,受影響因素太多,根本算不準。以上兩種觀點都是瞎子摸象,不能客觀的來認識模擬軟件。
下面筆者結(jié)合自己的實戰(zhàn)經(jīng)驗來談談個人的看法:
1、流程模擬對工藝的認識非常有幫助,尤其是經(jīng)過全流程模擬后,對全系統(tǒng)的認識會有質(zhì)的飛躍;
2、流程模擬并非簡單的輸入、輸出,需要注入大量的人為分析,每一個參數(shù)的變化以及它的影響因素,以及一個參數(shù)的改變帶來的全系統(tǒng)的變化都是需要逐個分析的。此外,關(guān)鍵數(shù)據(jù)還需要與實驗、小試、中試及產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)等的數(shù)據(jù)進行比對分析,進一步對模型數(shù)據(jù)進行修正;
3、流程模擬并非萬能的,沒有輸入就沒有輸出,輸入錯了,輸出一定錯。輸入對了,輸出也有可能與實驗或生產(chǎn)數(shù)據(jù)不符,需對出現(xiàn)的不符情況進行細致的分析論證,找出矛盾的原因;
4、流程模擬的應用可大大縮短工藝包的開發(fā)時間,減少實驗工作量,指導生產(chǎn),預測數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢;
5、通過流程模擬可獲得完整的物料、能量平衡數(shù)據(jù),物性參數(shù)等,為工程設計、生產(chǎn)提供基礎數(shù)據(jù);
6、可以通過模擬對各種方案進行綜合對比,從而得到最優(yōu)方案。


