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液体化工品工艺釜罐与密闭工艺
《挥发性有机物无组织排放控制标准》 (GB 37822-2019)
7  工艺过程VOCs无组织排放控制要求
7.1.1  物料投加和卸放

a) 液态VOCs物料应采用密闭管道输送方式或采用高位槽(罐)、桶泵等给料方式密闭投加。
b) 粉状、粒状VOCs物料应采用气力输送方式或采用密闭固体投料器等给料方式密闭投加。
c) VOCs物料卸(出、放)料过程应密闭,卸料废气应排至VOCs废气收集处理系统。 


7.1.2  化学反应

a) 反应设备进料置换废气、挥发排气、反应尾气等应排至VOCs废气收集处理系统。 
b) 在反应期间,反应设备的进料口、出料口、检修口、搅拌口、观察孔等开口(孔)在不操作时应保持密闭。 

7.1.3  分离精制

a) 离心、过滤单元操作应采用密闭式离心机、压滤机等设备,离心、过滤废气应排至VOCs废气收集处理系统。未采用密闭设备的,应在密闭空间内操作,或进行局部气体收集,废气应排至VOCs废气收集处理系统。
b) 干燥单元操作应采用密闭干燥设备,干燥废气应排至VOCs废气收集处理系统。未采用密闭设备的,应在密闭空间内操作,或进行局部气体收集,废气应排至VOCs废气收集处理系统。
c) 吸收、洗涤、蒸馏/精馏、萃取、结晶等单元操作排放的废气,冷凝单元操作排放的不凝尾气,吸附单元操作的脱附尾气等应排至VOCs废气收集处理系统。
d) 分离精制后的VOCs母液应密闭收集,母液储槽(罐)产生的废气应排至VOCs废气收集处理系统。

7.1.4  真空系统

真空系统应采用干式真空泵,真空排气应排至VOCs废气收集处理系统。若使用液环(水环)真空泵、水(水蒸气)喷射真空泵等,工作介质的循环槽(罐)应密闭,真空排气、循环槽(罐)排气应排至VOCs废气收集处理系统。

7.1.5  配料加工和含VOCs产品的包装

VOCs物料混合、搅拌、研磨、造粒、切片、压块等配料加工过程,以及含VOCs产品的包装(灌装、分装)过程应采用密闭设备或在密闭空间内操作,废气应排至VOCs废气收集处理系统;无法密闭的,应采取局部气体收集措施,废气应排至VOCs废气收集处理系统。


惰化 Inertisation
非连续工艺在工艺启动前,反应釜内部形成惰化,即通过导入惰性气体,驱除反应釜气氛中的氧气或其它反应性爆炸性气体或气相化合物。
用惰性(非反应性)气氛,最常用为氮气,食品工业也用二氧化碳,取代“常规的”空气气氛。
惰化能用于防止溶剂挥发物爆炸,或产成品的氧化和沾污。气相中残余氧组分小于
5%时即可认为足够防护爆炸发生。

气封 Blanketing / 排气 Ventilation

气封与排气的目的是在工艺过程中保持反应釜、储罐、容器内的惰性化水平。
罐釜气封对产品形成保护,免于沾污、也避免罐釜自身瘪垮或受损。对于易燃易爆的应用场合,罐釜气封有助于安全;对于非易燃易爆的应用场合,罐釜气封可以保护原料成分或产成品。燃烧爆炸需要三要素:燃料 氧气 火源,亦即燃爆三角。如果罐釜内物料为易燃易爆的,燃料也就有了。如果氧气充满罐釜气相空间,任何随机的火花或静电火花即可引发燃烧或爆炸。而大部分此类应用中,真正可控的要素只能是氧气部分。对于非易燃易爆应用,氧气会由化学反应引发物料氧化或毁败。罐釜惰化、气封,就是在罐釜内液相上方空间充入惰性气体。氮气由于其比其它惰性气体更易得而价廉是最常用的。通过惰化和气封驱除罐釜内部气相空间的氧气,减少罐釜内物料与氧气接触。

 

氮封 Nitrogen Blanketing
通常需要采用两个调压阀以优化效果。减压阀用于进气、释压阀用于排气。氮封压力范围通常为
10mbar50mbar。可以用上述两阀操作,比如减压阀设定为15mar、释压阀设定为40mbar。进压点、释压点应尽量保持差距以扩展工作压力范围,而不消耗过多气体。建议最小压力范围为8mbar。如需隔绝氧气进入罐釜(如有易燃易爆溶剂存在),工作压力可保持正压。如需隔绝物料外泄(如遇有毒有害物料情况),工作压力可保持负压。

过压气封 (下左图) Overpressure blanketing

采用惰性气体对储罐、反应釜、槽罐或其它气相空间进行气封。惰性气体气封用于在槽罐中保持轻微的过压;可以防止空气的氧气组分进入而使产品发生氧化。
减压阀设定为20mbar,释压阀设定为50mbar

两个工作压力间差值最小为15mbar。为了尽量减少惰性气体消耗以及物料损失,两个工作压力差值应该尽可能地大,以防止微小温度变化引起惰性气体消耗。
减压阀的流出气量、释压阀的流入气量,即分别为其各自的流量。

   

压气封 (上右图) Underpressure blanketing
采用惰性气体对储罐、反应釜、槽罐或其它气相空间进行负压气封。惰性气体气封用于在槽罐中保持轻微的负压;可以防止有毒有害物料外逸泄漏。
减压阀设定为-40mbar,释压阀设定为-10mbar
两个工作压力间差值最小为15mbar。为了尽量减少惰性气体消耗以及物料损失,两个工作压力差值应该尽可能地大,以防止微小温度变化引起惰性气体消耗。
减压阀的流出气量、释压阀的流入气量,即分别为其各自的流量。

釜罐处于负压时呼吸口通过释压阀从外界吸入。压力达到-10mbar时,释压阀关闭。釜罐抽负压时。内部负压持续增加。当负压达到-40mbar时,减压阀开启,充入氮气,从而保持系统压力恒定。

  弹簧作用-膜片调节:减压阀 Pressure Reducing Valve / 释压阀 Pressure Relief Valve
控压范围在毫巴
(mbar)量级。
用于储罐、反应釜、搅拌釜、离心机等工艺釜的惰化、氮封、气相收集等。
可选聚偏氟乙烯PVDF材质,用于八类腐蚀性物料。
符合欧盟压力设备PED指令;符合欧盟防爆设备ATEX指令


(下左) 弹簧作用减压阀是相对压力调压,用以使工艺侧B点压力保持恒定。额定压力通过弹簧机构上的设置螺丝设定。无作用时减压阀处于敞开状态。 当A点导入压力上升,通过阀座F进入工艺侧,经细管E作用于膜片下部。当B点压力上升,该作用力C上升并超过弹簧力D。膜片被上提,阀座F关闭。当工艺侧B点压力下降至低于设定的额定压力,弹簧力D下压膜片,阀座F打开,外部压力导入直到重新建立平衡。

   
(上右) 弹簧作用释压阀是相对压力调压,用以使工艺侧A点压力保持恒定。额定压力通过弹簧机构上的设置螺丝设定。无作用时减压阀处于关闭状态。 当A点工艺压力上升,通过细管E作用于膜片下部。作用力C上升并超过弹簧力D。膜片被上提,阀座F打开,工艺侧超压通过B点排压。当工艺侧A点压力下降,膜片作用力C下降低于弹簧力D,膜片下压,阀座F关闭。排压侧管路压力既可以是大气也可以是真空;该压力为真空时,排压流量会增加。  


过压惰化 Over-Pressure Inertisation
可以在弹簧-膜片腔室引入先导压力取代大气压作为参考压力值,可以提高罐釜内压,获得过压、气力传输、吹扫、阻隔等效果。


真空惰化 Vacuum Inertisation
如果罐釜可耐真空,以真空泵抽去80%内部空气,剩余压力为200mbar。再通过减压阀充入氮气使气压至1000mbar。采用相同操作不断稀释剩余空气使氧含量降至预定值以下。


惰化操作

V1关闭,V2开启 – 气相被抽吸至-800 mbar(表压,=200mbar绝对气压)

V2关闭,V1开启 – 充入相应体积的氮气

稀释比1:5  残余氧含量4%

循环操作

V1关闭,V2开启 – 气相被抽吸至-800 mbar(表压,=200mbar绝对气压)

V2关闭,V1开启 – 充入相应体积的氮气

稀释比1:5  残余氧含量0.8%

 

惰化以后,系统切换到“气封”模式。

气压小于15mbar时,减压阀充入氮气

气压大于 40mbar时,泄压阀泄放氮气



真空蒸馏 Controlling Vacuum Distillation
真空蒸馏采取将液面上方气压降低至小于其蒸汽压的方法。可以使最具挥发性的液体选择性沸腾并蒸馏。如果由于液体到大气压力才沸腾,热度会造成聚合或热裂而破坏敏感分子,此方法则特别有用。
由于被蒸馏的液体可能含沸点相近的多种组分,很多工艺中精确控制真空压力非常关键。精确控制真空压力可以使蒸馏工艺的选择性高很多。
真空蒸馏工艺中,压力控制阀除了需要灵敏度高,还需要耐受化学腐蚀及工艺高温。

连续流化学工艺与API制药
活性药物成份,或称API,都通过采用多重技术、包含复杂的多步工艺的化学和物理流程制得。活性药物成份系指用于药物制品、产生医药活性,用于愈合、消减、治疗或防治疾患的物质。API也常被称为原料药。
连续流工艺的有效性取决流体测量和控制设备的精确度和重复性。因而选用适合的控制阀非常关键。很多流程控制设计采用可变孔径控制阀与液流发生器及闭环PID控制器同时使用。液流控制的替代方法,可采用穹载式背压调节阀通过控制阀孔压降来控制液流。采用背压阀,可以将液流控制与下游流量及压力变化相阻隔,形成更为均一的连续流工艺。
API制造商必须遵守其产品销售国所订立的严格的安全和质量标准。美国用产品的制造商由FDA监管。欧洲用API的制造商必须遵守欧洲医药署的法规。很多API经由催化反应釜制得,要求压力控制稳定、反应温度高。有些配方要求采用高抗腐蚀金属如哈氏合金C276及弹性材料如全氟醚弹性体 – 对应的压力控制器也同样需要采用这些材质制造。
连续流化学反应法,或称流化学反应,作为工艺运行的宠儿,比批间歇化学反应法有多重优势。这些优势包括质量更加恒定,效率更高,更容易从研发放大到生产。流化学反应中,两种或两种以上反应物在液流、温度、压力受控在期望的化学反应得以最高效进行的状态下流动经过反应器。
流化学反应中压力控制对于相控、滞留时间、反应速率和平衡控制都很重要。例如,反应温度对反应效率而言是关键因素,然而温度升高,某反应组份可能会达到沸点,反而对反应产生负面作用。通过在反应流出口增加背压调节阀控制反应压力可以防止反应组份沸腾。
有时反应物某组份为气体而有时又需要导入惰性气体。通过提高反应釜内压力气相实际占有空间会减少。这会使反应的液相部分空间增加,从而增加反应釜的产率。
另外,在气-液反应中,压力对反应速率也起着一定的作用。气相常常是溶解在液相中才会发生反应。通过提高压力,气相的溶解性增强,从而也提高了反应速率。
如果某化学反映是可逆的,反映物与产物之间会达到平衡,接近此平衡时反应速率会降低。如果在这类反应中存在气相,则平衡点也取决于压力。压力较高时,平衡会偏向反应式中气体分子较少的一侧。
 
另一类连续流反应是连续搅拌槽罐反应釜CSTR,其中反应物连续流入反应釜CSTR,进行化学反应,再以流入速率相同的流量流出,从而保持反应釜内总量不变。压力控制在这类反应釜设计中也很重要。


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