精細化工發(fā)展方向連續(xù)化工藝(下)
后處理往往為工藝開發(fā)者忽視,但在工廠實際中,設備占用數量多、投資較大、收率損失較高、污染物排放量多、安全隱患程度大、工作強度大的正是后處理過程,因此,后處理同樣需要高度重視。主要包括:固液分離、萃取洗滌、蒸餾濃縮、蒸發(fā)結晶/冷卻結晶、精餾。
1、萃取洗滌
通常使用連續(xù)式萃取塔、離心機萃取機、碟式離心機、液液離心機等技術,實現反應后處理的連續(xù)化。連續(xù)化工藝中可以進行多次的萃取洗滌;全自動化操作,只需要輸入流量即可自動完成;連續(xù)化“萃取-濃縮”一體化系統(tǒng);是密度差很小、乳化的較好處理方案。
其中,離心萃取機是萃取能力一般,分離能力好。萃取塔,萃取能力很好,分離能力一般。高效的液液離心機也可用于破乳。
2、連續(xù)化蒸餾濃縮
使用多級的薄膜蒸發(fā)器系統(tǒng),實現連續(xù)的真空濃縮蒸餾,使溶劑殘留達到要求。再配合特殊的高真空下使用的輸送泵,實現冷凝液和濃縮液的同步轉移,實現全連續(xù)。
蒸發(fā)濃縮是一個系統(tǒng)工程,包括傳熱,蒸發(fā),真空,冷凝器等,在工業(yè)化設計中需要保守。
3、連續(xù)化蒸發(fā)結晶
蒸發(fā)式連續(xù)結晶器,適合于反應液除鹽;冷卻式連續(xù)結晶器,適合于料液的冷卻析晶;配合連續(xù)式離心機使用。
連續(xù)化生產技術應用范圍有:連續(xù)硝化技術;連續(xù)加氫反應(液相或氣相);連續(xù)氯化技術;連續(xù)酯化技術;連續(xù)氧化技術;新型烷基化技術;連續(xù)胺化(氨化)技術;連續(xù)重氮化水解技術。
其要解決的工程問題包括:反應釜的溫控;計量問題;堵塞問題;溢流問題液液位控制系統(tǒng);各種工況下的物料連續(xù)轉移問題;泵的選擇;設備的備用和切換;自動化的氮氣保護問題;取樣問題等。下面列舉幾個技術和解決方案:
1、反應釜的精密溫度控制
需要注意的有:多點溫度測定(釜內、夾套、底閥);釜內溫度控制;夾套溫度控制;程序升溫;緊急降溫;“釜內-夾套”溫差控制;數據的保存和圖形分析;最小測溫體積;測溫探頭的延遲問題;高報-高高報的報警和連鎖;一些安監(jiān)局要求的危險工藝的溫控連鎖等。
2、反應裝置的自動化精密溫控技術(TCU)
該技術的溫度范圍為-20~160℃;帶前饋適應可編程控制器,控制中不過沖、不回調;P I D控溫技術,控溫精度±0.5℃;有釜溫控制模型、夾套控制模型、程序升溫模型,以及細致的溫度過程控制曲線及數據。還有各種形式的TCU:雙板換型(使用導熱油);單板換型(使用乙二醇);深冷型(-80℃);熱水器(干燥設備使用)。
3、反應裝置的壓力控制技術
很多反應需要在氮氣保護下進行,但是不停的吹掃氮氣會導致溶劑損失,特別是回流情況下。工人長時間的操作不可靠,釜內溫度變化也導致壓力變化很大。
解決方案:采用雙調節(jié)閥的方案,實現釜內的壓力恒定在30-100KPa的微正壓狀態(tài);實現一鍵式自動氮氣置換/氮氣保護;防止放空、真空管線的倒吸,殘液回流到釜。
4、密閉生產技術
應用于高活性藥物(腫瘤藥、細胞毒、劇毒品、激素類藥物等);粉塵、臭氣、有毒氣體的控制。還適用于原料分裝稱量及取樣(控制濕度;控制氧含量);原料藥粉體投料解決方案、中間體密閉轉移(PE袋包裝;噸袋包裝;紙板桶包裝等);溶劑桶抽料的防護;玻璃反應釜類隔離防護;反應過程中的取樣;離心機、壓濾器密閉進出料;烘干設備(三合一、平板烘箱、單錐、雙錐)密閉進出料;粉碎(整粒、氣流、粉碎)、過篩、稱量包裝密閉操作;粉體密閉傳遞閥‐αβ閥;RTP閥;密閉塑料卡扣;高活實驗室定制化各類防護隔離器等。
5、反應釜投料類隔離設備
保證反應釜投料密閉,是在惰性化保護下投入固體,反應釜放出可燃氣體的情況下投料(如:分次加入鈉氫);可以防止粉塵擴散(如:活性炭、大多數鹽類等投料隔離器);固體遇空氣易燃(如:鈀碳、疊氮鈉、鈉氫);高活性物料(如:反應過程中各種中間體等);易升華物料(如:碘);劇毒品(如:氰化物、三光氣等);強腐蝕物料(如:各種酸性或堿性物料)等。根據企業(yè)實際情況也可以定制解決方案。
6、密閉取樣技術
具有反應釜密閉取樣;測試PH;簡單可靠,無污染;價格低廉;耐腐蝕;方便沖洗等優(yōu)點。
7、離心機的自動化氮氣保護技術
離心機是化工醫(yī)藥的事故多發(fā)點,多數是由于溶劑揮發(fā)和靜電導致,氮氣保護是一種重要手段。
解決方案:實現一鍵自動置換;實時氮氣保護;簡單可靠;不會因為腐蝕和粘稠固體問題導致失效。
8、連續(xù)化工藝的儀表問題
連續(xù)化的生產工藝,基本都是全自動化,需要整體設計。在連續(xù)化生產中,連續(xù)進料的計量系統(tǒng)是最關鍵的設備。特別對于A、B兩種物料需要精確配比(如1:1.03)的控制,需要在工程和設備上做好冗余設計,和自動糾錯的功能。否則一旦儀表有了偏差問題,整個長時間的產品都出現質量問題了。如果A大大過量的反應,就相對好很多了。另外反應釜一定要做自動化的溫控系統(tǒng),對于國家重點監(jiān)管的危險工藝,需要按照要求設計緊急切斷,緊急冷卻,緊急卸放系統(tǒng)或者SIS系統(tǒng)。
風險在于安全問題和質量問題。
安全方面的風險,在于各種失控,需要嚴格的做一個HAZOP,分析出風險點,要充分考慮所有儀表閥門的失控失效問題。
質量風險在于,當控制參數發(fā)生微小的偏差的時候,所有的儀表和工人都看不出來,但是會影響質量。所以需要系統(tǒng)的思考所有的儀表發(fā)生偏差(正常范圍內的偏差、時間用久了之后的偏差)對工藝的影響,是否需要做冗余的二次保障系統(tǒng)等。
參考資料:《精細化工醫(yī)藥的連續(xù)化生產技術》 楊智深 櫟安化學(上海)有限公司
來源:化工邦