化工工艺优化(精选8篇)
化工工艺优化篇1
关键词：铁塔角钢；工艺
建筑行业近几年的发展速度在逐渐加快，相应的设备也受到社会各界的广泛关注，其中对于铁塔角钢的使用也占有较大的市场份额。不仅基本的需求量呈现正向的增长态势，性能的逐渐优化也得到了广泛的认可。如何更好地优化铁塔角钢的质量，需要相应的制造厂商在实践中认真思考并积极实行。
一、铁塔角钢在使用过程中的基本问题以及成因
角钢俗称角铁，形成的基本结构是两边互相垂直的角形长条钢，规格以边宽**边宽*边厚，如表一：
产品名称 角钢规格型号 材质
等边角钢 45*45*4 Q235B
等边角钢 63*63*5 Q235B
等边角钢 63*63*8 Q235B
等边角钢 75*75*5 Q235B
等边角钢 75*75*8 Q235B
等边角钢 80*80*8 Q235B
以上是比较常见的等边角钢规格，我国钢厂一般不生产60规格的角钢，若是进口普遍运用的也是63的角钢。角钢是碳素结构钢，主要的材质就是断面型的钢材。
由于相应技术的限制，现在许多制造厂商在角钢的生产过程中依旧使用的是较为落后的生产模式，在设计和制作过程中还是使用长尺冷却，并且也不能建立实时的工艺监控系统，导致对角钢的质量产生影响。尤其是角钢表面产生了很多的问题，其中主要包括角钢表面产生的重皮和开裂现象，以及角钢的夹杂和划伤，甚至有的角钢在生产出来后存在部分麻坑。对于相应问题的发生，设备的制造单位要集中总结问题，要充分认知由于转炉脱氧工艺的基本缺失以及筑烧包盖产生结瘤导致角钢表面形成开裂，是由于轧制过程中对于氧化铁皮的矫直不良造成的表面麻坑，另外是由于浇铸过程的技术不当形成了角钢表面的重皮现象。因此，相应的制造厂商要优化对于相应问题的监管，保证集中的优化和技术升级，从根本上提升成品的基础质量，另外要保证相应问题的规避以及成品的基础检测[1]。
二、优化铁塔角钢的工艺措施
设备制造厂家要针对相应的问题进行实体化的对策工艺提升，以保证铁塔角钢在制作流程中的质量优化，不仅要针对浇铸工艺提升基本操作，也要对相应元件的生产程序进行集中的优化。
（一）浇铸工艺优化策略分析
上文已经提及过，铁塔角钢最为常见的问题就是钢体表面的缺陷，因此相应的浇铸过程要进行集中的项目升级。在进行钢水浇铸过程中，相应的工程人员要对转炉终点碳进行严格的数据和质量控制，尽量规避后吹风险，对于出钢时产生的钢水氧位要进行基本的控。另外，在整体项目推进过程中，技术人员要对转炉出钢过程进行及时的监督，保证脱氧剂的及时配置好更换。对于制作工艺进行中的连铸中包页面要进行实时的监督和数据的记录，以防止由于监管不力而产生的中包卷渣。对于整体工艺流程中出现的相应杂物，结晶器的使用效率要优化提升，对于可能出现的氧化物粘附进行有效地避免。除此之外，浇铸工艺中针对相应项目的剪切工艺也要得到数据化的提升，角钢铸坯公差要精简数字。相应的项目管理人言也要强化对于基本工艺的抽查和审核频率，针对相应问题及时进行对策的分析和纠正。
（二）元件制作优化策略分析
角钢表面的麻坑不仅影响钢体的基本外观，甚至会影响一些基础的贴合操作，因此，要对相应元件的基本制作进行工艺的提升。首先，在制作过程中对于基础制作温度要进行优化的审核，制定相应的加热炉温度，并且保证相应工艺按照既定的温度制度进行操作，规避由于温度过高而产生过量的氧化铁皮，对整体角钢产生影响。要强化对于空燃比的控制，利用相应的手段减少基本的炉内空气，降低氧化铁皮的产生频率。若是出现氧化铁皮，相应的工程人员要配置高压水除磷设备，对相应的角钢元件进行处理，在整体轧制前对于相应的问题进行处理。其次，要强化对于合同定尺的数据和工艺维护。在整个过程中，要充分考量由于加热温度不良产生的烧损波动，要优化基本工艺以控制烧损的稳定性，相关人员可以采用温度加热过程中的实时监控或是严格控制基本的轧制流程和节奏，充分保障基本温度的均匀和稳定。最后，对基本的轧制工序进行优化。在轧钢工序推进过程中，对于孔型要进行集中的分析。
另外，对于基础的导卫装置也要进行集中的控制，要严格管控轧机入口处导卫系统的基本安装，实现全程工艺的标准化操作，保证数据和元件处理工艺的完整和科学。针对角钢表面出现不符合规格的麻面情况时，要进行优化的更换处理，及时对轧槽进行优化配置，从而保证相应角钢面呈现基本的光滑，从根本山提升角钢的基础质量。除此之外，对于精装工序也要进行及时的监督和管理，对于切头切尾的工艺要进行严格的控制，保证基本的成品长度，从而顺利推进相应的装配工艺。工艺流程的提升需要相应的管理人员进行实时的检查和整合，只有保证整体流程工艺的精细化完成，才能生成质量过硬的铁塔角钢[2]。
结束语：
总而言之，相应的铁塔角钢制作单位要对生产技术进行进一步的优化处理，才能有效提升整体产品的质量，不仅满足建筑需要也产生良性的经济增长。
参考文献：
化工工艺优化篇2
关键词：数控铣床；孔系；加工工艺
中图分类号：TG547 文献标识码：A
合理确定数控加工工艺对实现优质、高效和经济的数控加工具有极为重要的作用。其实在使用通用机床加工时，许多具体的工艺问题，如工艺中各工步的划分与安排，刀具的几何形状，走刀路线及切削用量等，在很大程度上都是由操作工人根据自己的实践经验和习惯自行考虑和决定的，一般无须工艺人员在设计工艺规程时进行过多的规定。而在数控机床加工时，上述这些具体工艺问题，不仅成为数控工艺设计时必须考虑的内容，而且还必须做出正确的选择并编入加工程序中。根据数控加工的特点，正确选择加工方法和加工对象，充分发挥数控机床加工的优点，取得良好的经济效益是我们在进行工艺设计中必须考虑的一个重要问题。数控加工工艺的应用有很大的灵活性，对同一个加工内容，可能有多种工艺方案，必须针对具体问题进行具体分析。
1数控铣床孔系加工常遇问题
1、1机床自身精度及工艺误差
数控机床之所以有精度误差是因为机床存在导轨误差、工作台误差及夹具误差等。数控机床在实际生产过程中由于工艺安排的顺序不同，在单位时间内所生产出来的合格零件数量也是有所不同的。不同的工艺安排所需要的费用也不同。然而在工艺设计过程中就需要根据零件的精度要求选择适合精度的数控机床及费用较低的工艺设计。
1、2孔加工时刀具的影响
由于孔加工是对零件内表面的加工，所用刀具多为定尺寸刀具，如钻头、铰刀等，在加工过程中，刀具磨损造成的形状和尺寸的变化会直接影响被加工孔的精度；由于受被加工孔直径大小的限制，切削速度很难提高，影响加工效率和加工表面质量，尤其是在对较小的孔进行精密加工时，为达到所需的速度，必须使用专门的装置，同时对刀具的性能也提出了很高的要求；刀具的结构受孔的直径和长度的限制，刚性较差。在加工时，由于轴向力的影响，容易产生弯曲变形和振动，刀具刚性对加工精度的影响就越大；孔加工时，刀具一般是在半封闭的空间工作，切屑排除困难；冷却液难以进入加工区域，散热条件不好，切削区热量集中，温度较高，所以刀具的耐用度也影响孔的加工质量。
2优化方案
2、1提高工艺设计人员及操作者水平
工艺设计人员应该重视基础，根据不同的零件类型，分解出不同的零件要素。通过判断零件信息，选择合理的孔系加工路线、孔系加工刀具及刀具的使用顺序。根据数控铣床的加工精度、装夹方法和换刀顺序等情况进行数控加工工序、工步的归并与排序，并对不同刀具的切削参数、工艺参数进行确定。最终编制出合理的加工程序。提高操作者的水平首先应该让操作者有质量意识；然后排专人进行培训指导，不要怕浪费材料和人工；最后对其进行考核。
2、2工艺路线的优化
零件的工艺路线是工艺设计的主要内容，它对机床的使用率、加工精度、刀具的使用数量和经济性等问题有着直接影响。在保证精度的前提下提高生产率应尽量做到工序集中、工艺路线最短、空行程和其他辅助时间最少。其中工序集中主要体现在工件装夹的次数，最好是一次定位加工多道工序，这样就可以减免产生孔间距的误差；由于有时对同一孔系的加工需要多把刀具，从而使机床工作台回转时间变长，即工序是按刀具来进行划分的，所以最好是用同一把刀具加工完成所有能完成的部位后，再使用下一把刀具；对于位置精度要求不高的孔系，可按加工路线最短的原则安排孔的加工顺序。对于位置精度要求较高的孔系，则应考虑反向间隙对孔系的影响，从而再选择合理的走刀路线。
2、3编程的优化
2、3、1 孔系加工的动作顺序
孔系加工的动作顺序非常典型，例如钻孔、镗孔的动作是由孔位平面定位、沿Z向快速运动到切削的起点、进给运动到指定深度、快速退回等组成。当一个零件上有很多个相同的孔时，则需要完成数个相同的顺序动作。如果使用基本指令来编写孔加工的程序将会十分麻烦，而使用孔加工固定循环功能指令来编程，只用一个程序段便可完成一个或两个以上孔的加工，可大大简化程序的编制，提高了编程效率，简化了程序。
2、3、2 利用机床的空运行功能
利用机床的空运行功能可以验证走刀轨迹是否正确。当程序输入机床后，可以装上刀具或工件，然后按下空运行按钮，此时主轴不转，工作台按程序轨迹自动运行，此时便可以发现刀具是否有可能与工件或夹具相碰。但是，在这种情况下必须要保证装有工件时，不能装刀具；装刀具时，就不能装工件，否则会发生碰撞。
2、3、3 坐标系、刀补的设置必须正确
在启动机床时，一定要设置机床参考点。机床工作坐标系应与编程时保持一致，尤其是Z轴方向，如果出错，铣刀与工件相碰的可能性就非常大。此外，刀具长度补偿的设置必须正确，否则，要么是空加工，要么是发生碰撞。
机床加工过程中的误差因素很多，提高机床加工精度有很强的实践性，它跟生产条件及生产工艺有很大关系，要生产出精度很高的零件比较困难，这就需要工艺设计人员不断尝试，通过积累的工艺数据来进行验证，并在以后的生产加工中不断改进技术，以达到优质、高效和经济的数控加工。
参考文献
[1] 陈日曜、金属切削原理（第2版）[M]、北京：机械工业出版社，2002、
[2] 廖效果，刘又午、数控技术[M]、武汉：湖北科学技术出版社，2000、
[3] 戴曙、金属切削机床[M]、北京：机械工业出版社，1993、
化工工艺优化篇3
[关键词]射孔；技术；工艺；优化
射孔技术是油气田开发的重要环节，射孔工艺在油田生产中发挥着越来越重要的作用，合理地优化射孔设计方法能进一步提高射孔的安全性和成功率。射孔是目前油田生产中主要的完井方式，也是措施增效的重要手段。但是射孔技术只有不断优化才能适应社会和时代的发展需要，因此，通过探索对射孔工艺的优化改造以提高射孔效率是关键。
一、射孔工艺的概念
1、射孔的概念。射孔是利用高能炸药爆炸形成射流束射穿油气井的套管、水泥环和部分地层，建立油气井和井筒之间的油气流通道德工艺。完井工艺的重要组成部分便是射孔，它可以影响到油气井的完井方式、产能、寿命和开发生产成本等。
2、射孔方式。射孔方式最常见的有电缆射孔（电缆射孔是在下入完井生产管柱前，用电缆下入套管射孔枪，利用油气层顶部的套管短节进行射孔深度定位，电雷管引爆射孔枪）、油管输送射孔（是用油管输送射孔枪到射孔层位进行射孔）、过油管射孔（是指在下完生产管柱，安装好井口采油树以及生产系统，坐封好封隔器，在井口采油树上安装防喷灌和电缆密封装置，用电缆从油管内下入射孔枪对油气层进行射孔）。
3、射孔方式的选择。一般情况下，射孔方式分为正压射孔和负压射孔两种，各有其特点。正压射孔是指井筒内完井液液柱压力高于地层压力的条件下射开油气层。正压射孔可以达到的效果是深穿透、大孔径和高孔密。而负压射孔技术相反，是井筒完井液压液柱压力低于地层压力的条件下射开油气层，它的作用是消除射孔液侵入地层、清除射孔孔道内的碎屑和孔道周围的压实层，可以保证井筒周围清洁通畅的油气流动。
4、正压射孔和负压射孔各有优缺点。现在的大多数油田都会配合使用正压射孔和负压射孔两种方式。
二、射孔工艺优化
1、射孔优化设计的应用。射孔优化设计是一项系统工作，要开展好此项工作，首先要全面了解目前射孔工艺的现状，地层的真实情况，射孔前各工序进行情况、油田的开发目的及要求，对射孔完井的特殊要求等内容，选择合适的方法及软件进行方案优化设计。针对不同的要求采取不同的设计原则，如：对新投入开发的区块，采用整体区块优化的方法，尽量选择合适的射孔工艺及完井液，从而在整体上保证效果；对于高含水区三次加密井，若采用限流法压裂因射开井段附近存在高含水层且隔层很小易压串，若采用常规射孔方法射孔又难以达到预期产能，因此可采用不同等级的增效射孔方式完井，以实现最大限度地解放高含水层附近油层的目的；对于高压注水区块，地层压力较高，射后易发生井喷，施工中存在安全隐患，这时压井会对油层造成伤害，又易造成环境污染，可在射孔器优化的基础上着重进行工艺优化，如采用TCP射孔方式等。总之，射孔优化工作没有绝对固定的模式，要本着从实际出发，具体问题具体分析的原则进行。
2、单井射孔技术优化根据不同射孔方式、射孔机理及适应性分析，对南6-10-P21井射孔工艺进行了论证。对渗透率较高、孔隙度大于22%的井，内盲孔射孔具有产能和成本的双重优势；当油层孔隙度小于22%时，复合射孔的油层渗透率好于普通射孔；南6-10-P21井实施内盲孔射孔后，平均日产液166、6 t，平均日产油6、4 t，平均采液强度为10、54 t/d・m，优化井采液强度和采油强度分别是未优化井的1、53倍和3、07倍。
优化井为南6-10-P21，完井方式采用内盲孔射孔；对比井为南6-10-P22，完井方式采用复合射孔；采用电缆输送，其他设计参数优化井与对比井完全一样。
对渗透率较高、孔隙度大于22%的井，内盲孔射孔具有产能和成本的双重优势，因此射孔施工时应首选内盲孔射孔技术；对孔隙度接近22%的井，应结合复合射孔的有效期及成本、渗透率、地层压力、地层物性、负压等情况综合考虑是否使用内盲孔射孔。
由于复合射孔形成的是径向裂缝，为避免裂缝沟通油、水层引起窜层，形成指进现象，在油层和水层之间的夹层小于5 m 时，或者油层含水饱和度较高时，应使用内盲孔射孔。
对南6-10-P21井实施内盲孔射孔方式不仅达到了该区块产能指标要求并且降低了开发成本。
3、区块射孔优化。根据开发生产井成块连片、相同区块地质条件基本一致的特点， 对开发生产井采取了区块优化的方式。在肇212区块、芳148区块、杏1-3区等区块进行了应用， 并取得了较好的应用效果。
根据推荐的射孔优化方案（射孔器材为83枪装89弹，孔密为16孔/m，格式为90度螺旋布孔，输送方式为电缆输送，负压8MPa。对于140mm套管井射孔优化设计方案给出最终的推荐方案：102枪装127， 16孔/m ， 90度螺旋布孔， 负压8MPa。因为是同一区块井， 采用相同的射孔液配方。），确定了该区块的单井射孔完井方式，并在肇212 区块的123 口井上进行了应用。在区块投产后，我们收集了肇212区块的射孔后投产资料，首先进行了预测产量准确性分析：114mm套管井预测产量为3、1t/d，实测产量为3、15t/d；140mm套管井预测产量3、4t/d，实测产量3、99t/d。由此可以看出预测产量与实测产量之间的误差在20 %以内，证明软件计算的结果是准确可靠的。
对于114 mm 套管井在肇212区块上采用YD-83枪装89-Ⅲ弹深穿透射孔后，其有效采油强度比台105区块用YD-60射孔提高28、3 %；对于140 mm 套管井在肇212区块上采用YD-89Ⅲ弹射孔后，其有效采油强度比台105区块采用YD-89弹射孔提高38、4%；这充分说明了射孔优化设计在油田开发中对于提高油井产能及开发效果具有重要的作用。
4、参数优化
（1）孔深与孔密。射孔孔密较小时，孔眼间干扰虽然较小，但因孔眼间距较大，油气通道少；如增加孔密，由于降低了表皮因子，就会带来明显的增产效果，尤其当孔深超过污染带后，孔密比孔深对增产作用更重要，孔密越大，产率比越高，即产量提高幅度越大：因此，在射孔枪允许的条件下，应尽量增加孔密。当然，孔密较大时，孔眼间干扰也随之增大，在一定程度上会抵消孔密增加带来的增产效果。经模拟计算，合理的孔深应不小于950mm；孔密应为16孔/m。
（2）相位角与孔径。由相位角、孔深对气井产率比的影响分析可知，相位角为0°时，增产效果最差，相位角增大，产率比上升。经模拟计算，合理的相位角应为90°。
由不同射孔直径对产率比的影响分析可知，随着射孔孔眼直径的增加，产率比也相应增加。经模拟计算，合理的孔径应为13 mm。
化工工艺优化篇4
【关键词】机械加工工艺；零件加工精度；影响因素；优化方案
0 引言
机械加工工艺就是利用机械加工的方法对毛坯进行更改，使毛坯逐渐与零件生产标准相吻合。机械加工工艺对毛坯的更改包括对毛坯形状的更改、毛坯尺寸的更改等。机械加工工艺作为零部件加工的基础工艺，对零件加工精度有很大的影响，机械加工工艺越到位，零件加工的精度就越高，加工出来的零件与零件生产标准吻合度越高。
在机械加工过程中，由于多种原因，对零部件的加工精度造成了较大的影响，给机械加工的零件生产带来了很大的损失。所以在利用机械加工工艺生产零件时，要对机械加工工艺对零件加工精度造成影响的外在因素和内在因素有准确深刻的认识，从而使机械加工工艺更加完善、更加到位，加工出来的零件精度更高。本文以零件的加工过程为例，介绍机械加工工艺的流程，探讨提高加工精度的优化方案，分析造成加工误差的原因[1]。
1 机械加工工艺的流程
机械加工工艺流程是指工件或零件制造加工的步骤，是利用机械加工的方法对毛坯进行更改，使毛坯逐渐与零件生产标准相吻合的过程。机械加工工艺对毛坯的更改包括对毛坯形状的更改、毛坯尺寸的更改等。一般情况下，比较笼统的机械加工工艺流程主要是从粗加工到精加工，由精加工再到装配，装配结束进行检验，最后对检验合格的零件或工件进行包装[2]。
机械加工工艺流程是使毛坯变成合格产品的过程，这个过程由零件加工流程和零件加工步骤构成，具体的机械加工流程和机械加工步骤中都有相应具体的标准和要求，这些步骤和流程中的具体的机械加工标准和机械加工要求就是机械加工工艺。
例如在对毛坯加工时，对毛坯需要到的粗糙度、工序等的详细说明和数据规范，就是毛坯粗加工工艺。机械加工工艺规程就是零件加工企在选取工艺过程中所生成的工艺文件。零件加工企业在选取工艺过程的时候，并不是盲目选取的，而是根据企业的实际生产情况来确定的，企业的实际生产情况包括企业的机械加工员工素质、零件加工的设备条件等。
企业对自身条件有了充分的认识以后，会根据实际情况来选择工艺工程和操作方法，这个过程中需要写成工艺文件。生成的工艺文件经审批通过，就会对零件加工企业在零件加工生产中进行指导。一般的机械加工工艺规程包括零件加工的工艺路线、 加工工序的具体内容、加工设备的具体情况等等。在零件加工过程中，流程是生产路线，规程对零件加工生产进行指导，而加工工艺则决定着零件生产的精度。
2 机械加工工艺影响零件加工精度的因素
机械加工工艺对零件加工精度造成影响的因素可分为内在因素和外在因素。机械加工艺系统本身的几何精度是机械加工工艺对零件加工精度造成影响的内在因素。
2、1 对零件加工精度造成影响的内在因素成因
机械加工工艺系统本身的精度问题是机械加工工艺对零件加工精度造成影响的内在因素。机械加工工艺系统本身的精度主要受到三个方面因素的影响：①由于机械加工工艺系统在出厂时，机械加工工艺系统本身的生产制造过程中出现精度问题，因此在投入使用时对加工的零件精度造成影响；②机械加工工艺系统在安装使用的过程中，由于与机械系统的安装标准有差异，加上操作不精细、定位不准确，导致在对零件加工的过程中使零件精度受到影响；③机械系统加工工艺系统在使用过程中出现的问题，由于机械系统加工工艺系统在长期使用过程中，某些部位出现严重的磨损，使机械系统加工工艺系统对零件加工的精度受到影响。如机床、刀具和夹具等在出厂时，其构件存在一定误差或者在安装使用过程中，安装不到位、操作不精细、定位不准确。
2、2 机械加工工艺系统运行过程中的受力变形
（1）导致系统运行中产生受力变形的因素分析
在机械加工工艺系统的实际运行过程当中时常会出现系统受力变形的情况，致使其位置、形状出现轻微形变，进而严重影响系统的正常运行和寿命减少。探究其缘由，发现主要是由 两个因素致使的：①系统实际运行强度大。在系统实际运行的过程当中，系统所用的刀具、夹具等小构件均要承受高强度的工作负荷，时间一长就容易发生相对位置的位移，或是受力下的形变；②各部件面临多方受力。在系统运行过程中，系统的部件不仅要承受系统本身施加的工作力度，还要承受来自加工零件施加的相对力度，同时又要承受部件与部件之间的摩擦力度。
（2）机械加工工艺系统运行过程中的热变形
实际上，机械加工工艺系统在运行的过程中，不仅仅会面临多种力的影响，还会受到其他因素的影响。具体来讲就是热变形，包括刀具热变形、被加工零件热变形、机床本身及其构件的热变形。热变形是指系统因受热而发生的形变。它能够严重破坏刀具与被加工零件之间的准确几何关系和运动关系，进而严重影响加工零件的精度。
3 提高机械加工工艺精度的优化方案
综上所述，机械加工的工艺技术对于零部件的加工精度有着直接的影响，而机械系统本身的精度问题是影响零件加工的精度的主要因素，所以，在进行零件加工时，首先要避免的就是机械系统的问题，其次是加工过程中由于受力变形的问题。本文提出两种优化方案，一种是利用表面光整加工技术，一种是利用特种加工技术。
3、1 机械加工工艺中的表面光整加工技术
表面光整技术属于机械加工工艺的方法之一，利用该方法可以使加工后的零件不但达到规定的几何尺寸，还可以得到理想的表面光整度。经过表面光整加工的零件，其表面度和纹理都有很大的改善，该技术是通过磨具，对零件的表面进行碰撞、滚压、挤压，这样做的目的是增加表面变质层的同时，提高了耐磨性，去除了零件表面的毛刺、尖角、锐边等。光整技术是对零件整体各表面在一道工序中一次性加工，可对原来的老工艺、工序，例如：粗磨、非精磨、精磨、砂带抛光、毛毡卡瓦抛光等进行撤、并，做出优化调整。
3、2 特种加工对机械加工工艺的突破
根据现代制造业的特点，特种加工应运而生，主要是加工那些高硬度、高韧性、高强度和高脆性等难切削的材料，可以用于那些孔细小，形状复杂，具有特殊结构的工件的加工，因此，特种加工在未来的机械加工工艺中将有很好的应用前景。该方法的工作原理就是利用化学能、电能、声能、机械能以及光能和热能对金属或非金属材料进行加工，特点就是加工工具与零件之间零接触或者是间接接触，较少了加工过程中的热变形及变形力，进一步提高了零件的加工精度。
4 结论
随着机械加工工艺技术水平的不断提高，我国的加工技术也在快速发展。为了进一步提高零部件加工企业所生产出来的零部件精度更高，减少零部件生产的不合格率，实现了企业的经济效益，提高零部件生产企业的综合竞争力，需要零部件企业加强机械加工工艺的研究和投入，把影响零件精度的外在因素和内在因素降到最低程度。
【参考文献】
化工工艺优化篇5
（柳州师范高等专科学校化学与生命科学系，广西 柳州 545004）
摘要：为了研究竹粉乙二醇微波液化的优化工艺，采用单因素试验确定所需的反应时间、反应温度、催化剂浓硫酸用量及乙二醇与竹粉质量比，研究微波作用对竹粉乙二醇液化效果的影响，再由正交试验确定微波液化的最佳工艺条件。结果表明，反应温度的影响最为显著，竹粉乙二醇微波液化的最佳工艺条件为反应温度170 ℃，反应时间4 min，催化剂浓硫酸用量5％，乙二醇与竹粉的质量比为6∶1。
关键词 ：竹粉；乙二醇；微波；液化工艺
中图分类号：TQ353、4＋1文献标识码：A文章编号：0439－8114（2015）05－1166-03
DOI：10、14088／j、cnki、issn0439－8114、2015、05、035
收稿日期：2014－12－16
基金项目：广西教育厅科研项目（LX2014494）；柳州师范高等专科学校科研创新团队建设项目
作者简介：钱善勤（1981－），男，江苏泰州人，副教授，博士，主要从事环境生物学方面的研究，（电话）18078201020（电子信箱）qianshanqin＠163、；
通信作者，廖政达（1967－），教授，硕士，主要从事天然植物纤维素的改性与应用研究，（电子信箱）lzszliaozhengda＠163、。
竹子是一种用途广泛的生物质资源，具有特殊的能源利用价值及药用价值。近年来，对竹类加工残渣及竹纤维的液化研究非常广泛［1－3］。竹粉的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素，在高温条件下可以裂解为制备聚氨酯材料的低分子多元醇［4，5］，但竹粉是否能作为合成聚氨酯的多元醇原料，主要在于液化技术的研究与开发［6，7］。当前竹粉的液化主要有油浴加热和微波加热两种方法，但油浴方法存在反应时间长、液化效率低等问题，微波液化因其具有加热升温快，液化效率高等优点已得到广泛重视［8，9］。
关于纤维素的液化工艺以及液化剂的研究已有很多，如采用苯酚、乙醇、乙二醇和聚乙二醇等作为液化剂［9－12］，在前期研究中，笔者也采用苯酚作为反应试剂［10］，但由于苯酚具有一定的毒性，其应用受到一定的限制。本试验重点研究了乙二醇微波液化技术，以期获得满足生物可降解聚氨酯泡沫材料生产要求的植物多元醇。在前人研究的基础之上，本试验采用单因素试验确定液化时间、反应温度、催化剂用量及竹粉与乙二醇质量比等条件，研究微波作用对竹粉乙二醇液化效果的影响，由正交试验确定微波液化的最佳工艺条件。
1 材料与方法
1、1 材料
竹粉：购于广西柳州市融安县丰园竹木加工有限公司。将竹粉粉碎、过筛，取40～80目的竹粉作为试验材料，于（100±5） ℃的烘箱中烘干至恒重，用自封袋密封好放入干燥器中保存备用。
1、2 试剂及仪器
乙二醇（甘醇）、浓硫酸、无水乙醇，均为分析纯，购于西陇化工股份有限公司。
FW100型万能粉碎机（天津泰斯特仪器有限公司）；YHG－600BS型远红外快速干燥箱（上海跃进医疗器械有限公司）；FA2004B型电子天平（上海跃平科学仪器有限公司）；SHZ－D（III）型循环水式真空泵（河南巩义市予华仪器有限公司）；XH－MC－1型祥鹄实验室微波合成仪（北京祥鹄科技发展有限公司）；RE－52AA型旋转蒸发器（上海亚荣生化仪器厂）。
1、3 方法
1、3、1 竹粉的液化 称取5 g竹粉倒入三颈烧瓶中，按预设比例加入乙二醇、催化剂浓硫酸，混合摇匀，放入预设好功率、反应温度、时间等参数的微波合成仪中反应，待反应结束后，迅速取出三颈烧瓶进行快速冷却，用已知质量的滤纸进行减压抽滤，用无水乙醇洗涤残渣，至滤液变成无色为止。
1、3、2 竹粉液化率的测定 抽滤结束后，将滤纸及残渣一起放入烘箱于（100±5） ℃下烘干至恒重，并用如下公式计算竹粉的液化率：
YL＝（m0－mr）/m0×100％
式中，mr为竹粉液化残渣质量；m0为液化前竹粉质量；YL为竹粉液化率。
1、3、3 单因素试验
1）乙二醇与竹粉质量比为6∶1，反应温度为150 ℃，催化剂浓硫酸用量为5％，反应时间设为2、3、4、5、6、7、8 min进行液化反应，分析反应时间对竹粉液化率的影响。
2）在乙二醇与竹粉质量比为6∶1，反应时间为5 min，催化剂浓硫酸用量为5％的条件下，分析反应温度（90、110、130、150、170 ℃）对竹粉液化率的影响。
3）反应温度为150 ℃、反应时间5 min、催化剂浓硫酸用量为5％时，分析乙二醇与竹粉质量比（4∶1、5∶1、6∶1、7∶1和8∶1）对竹粉液化率的影响。
4）反应温度为150 ℃、乙二醇与竹粉质量比为6∶1、反应时间为5 min，研究不同用量催化剂浓硫酸对竹粉液化率的影响，催化剂用量设为2％、3％、4％、5％、6％和7％。
1、3、4 正交试验优化竹粉液化工艺 在单因素试验法确定反应时间、反应温度、乙二醇与竹粉质量比及催化剂用量对竹粉液化的作用范围的基础上，采用L9（34）正交试验方法研究反应温度（A）、反应时间（B）、乙二醇与竹粉质量比（C）、催化剂用量（D）的交互作用对竹粉微波液化效果的影响，从而确定竹粉微波液化的最佳工艺条件。正交试验因素与水平见表1。
2 结果与分析
2、1 单因素试验结果
2、1、1 反应时间对竹粉液化率的影响 从图1可以看出，反应时间为2 min时，竹粉液化率较低，只有76、24％。当反应时间为3 min时，液化率上升为86、52％；4 min时，液化率达到90、49％，之后液化率随反应时间缓慢升高。由此可见，随着反应时间的延长，竹粉的液化率呈上升的趋势，但当达到一定时间后，竹粉液化率的上升趋势变小。选择反应时间3、4、5 min进行后续试验。
2、1、2 反应温度对液化率的影响 从图2中可以看出，随着反应温度的不断升高，竹粉反应体系的液化率呈上升趋势。反应温度为90 ℃时，竹粉液化率仅为65、38％；反应温度为130 ℃时，液化率上升到83、04％；当反应温度为170 ℃时，竹粉液化率最高，达到92、89％。因此可以得出，竹粉反应体系的液化率随着反应温度的增加而呈上升趋势，当反应温度超过150 ℃时，竹粉液化率的上升趋势变缓。选择130、150、170 ℃进行正交试验。
2、1、3 乙二醇与竹粉质量比对竹粉液化率的影响
从图3中可知，乙二醇与竹粉质量比为4∶1时，竹粉液化率仅为79、17％，随着乙二醇与竹粉质量比的加大，液化率逐渐增高，在质量比达到7∶1时，竹粉液化率为90、53％，而8∶1的质量比体系下的液化率与7∶1的液化率基本持平。由此可以得出，随着乙二醇质量的增大，反应体系增大，从而也提高了液化反应的效率，但当乙二醇与竹粉质量比超过7∶1时，竹粉的液化率增幅变缓。说明乙二醇质量的增加对提高液化率有一定的作用，但也并不是越大越好。选择二者质量比5∶1、6∶1、7∶1进行后续正交试验。
2、1、4 催化剂浓硫酸用量对竹粉液化率的影响 由图4可见，当反应体系的催化剂浓硫酸用量为2％时，竹粉液化率较低，只有78、18％；当催化剂用量为3％时，液化率为81、42％；催化剂用量为4％时，液化率为83、72％。随着催化剂用量的增加，液化率呈明显的上升趋势，当催化剂用量为6％时，其竹粉液化率达到90、81％；催化剂用量为7％时，液化率则高达91、10％。选择催化剂浓硫酸用量为4％、5％、6％进行后续试验。
2、2 正交试验结果
根据单因素试验的结果，在各单因素中选取相应的条件进行设置，采用L9（34）正交试验方法对竹粉液化反应工艺进行优化，正交试验结果见表2。运用微波法对竹粉进行液化，结果表明，影响竹粉液化率的各因素大小顺序为反应温度、反应时间、催化剂用量、乙二醇与竹粉质量比。通过正交试验，优化反应工艺，发现反应温度、反应时间对液化效果的影响尤为显著。优化后的工艺条件为A3B2C2D2，即反应温度170 ℃，反应时间4 min，乙二醇与竹粉质量比为6∶1，催化剂用量为5％。在此最佳优化工艺条件下进行验证试验，得到竹粉的液化率为97、53％。
3 小结
1）竹粉纤维的结构较为复杂，直接利用比较难，通过微波分解方法将其液化，转化为可利用的小分子多元醇，为其综合应用提供了广阔的前景。
2）单因素试验和正交试验的结果表明，竹粉乙二醇微波液化的优选工艺为催化剂浓硫酸用量为5％，反应温度170 ℃，乙二醇与竹粉质量比6∶1，反应时间4 min。在此条件下，竹粉的液化率可达97、53％。
3）以浓硫酸为催化剂，竹粉在乙二醇中可以很好地进行微波液化，在液化过程中，液化反应温度对液化效果的影响最为显著，其次为液化反应时间、催化剂用量和乙二醇与竹粉质量比。在试验范围内，温度越高、乙二醇用量越大、液化反应时间越长、催化剂用量越大，竹粉的微波效果越好，但过高的反应温度，过多使用乙二醇和浓硫酸，将会大大增加能耗，对反应设备及环境的影响也较大，故在实际的生产中应适当控制其用量。
参考文献：
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化工工艺优化篇6
【关键词】焦化废水 普通生化处理 A/O生物 脱氮催化 湿式氧化
中图分类号：X703文献标识码：A 文章编号：
上世纪80年代，我国炼焦制气工业处于高速发展的阶段。在这一历史阶段，我国设计兴建并且改造了众多大型的焦化厂，到上世纪八十年代末期，我国年产焦量已经达到了亿吨。众多焦化厂的蓬勃发展对于我国的经济发展起到了很大的促进作用。一些焦化厂还要向城镇供应煤气，这些变化为城镇居民的生活带来了极大的便利，同时也在一定程度上改善了居民的生活质量水平。然而众多焦化厂的建设不可避免的带来了众多环境问题。工厂每年约排放出数千万立方米的含氨废水，众多江河湖泊因此受到污染的威胁。这些工厂在设计建设时，绝大部分厂家采用普通生化处理技术，普通生化处理技术能有效处理焦化废水中的例如挥发酚、氰等污染物，而氨氮污染物却没有很好的降解效果，排水中的氨氮含量因此严重超标。这些废水的排放对受纳水体造成了较大的污染，使受纳水体的水质下降，影响了水体的使用功能。
现有的废水处理设施使用寿命相对比较长；而且兴建新的废水处理工程所需要的占地以及投资相对较大。如果弃旧重建所造成资金和土地资源的浪费会极大的影响实际的生产工作。
因此，解决目前焦化厂废水处理的问题的措施，可以结合焦化废水的排放源以及现有处理工艺的情况，寻找一条切实可行，省钱，省力的方法。一是按照现有工厂处理工艺的设施的现实情况，进行酌情改造，将普通生化工艺酌情部分改造为改进型A/O生物脱氮处理工艺；二是将焦化厂产生的的废水实行分流处理，集中处理含氨废水。
1焦化厂废水排放及处理现有情况
1、1焦化厂废水排放
焦化厂的工业产品主要是煤高温裂解产生的焦炭和煤气，焦油、苯、萘等，其生产中所产生的废水主要由煤高温裂解产生，在煤气净化以及化工产品回收的过程中也会产生部分少量废水。化工厂主要的废水排放源有三个，一是煤高温裂解过程以及在煤气冷却过程中产生的剩余氨水废液。这个过程所排废水量占全厂总排放量的一半以上，是焦化厂废水的主要排放源。废水组分种类繁多、水质复杂而且有害污染物的浓度很高，含有氨、氰、硫氰根以及酚、萘、油类、喹啉、蒽、吡啶和其它稠环芳烃化合物等污染物，因此较难处理。二是，在煤气净化过程中，在煤气终冷器和粗苯分离槽中所产生的排水。这类排水中所含污染物含有的成分有酚、氰及其它CODCr组分，组分中不含氨，而且浓度相对比较低。最后一个排放源是在煤焦油、精苯生产以及其它工艺过程中所产生的排水。这类废水中含有酚、氰及其它CODCr组分等污染物。特点是，水量较少，污染物的相对浓度较低。
1、2焦化厂废水处理情况
在焦化厂生产过程中，广泛采用的废水处理工艺是普通生化处理工艺。这个工艺由除油池、浮选池、调节池、污泥沉淀池、混凝沉淀池、曝气池和鼓风机等众多设施设备组成。在此过程中产生废水的氨氮浓度相对较高，因此废水在进入生化处理装置前，要先混合进入到蒸氨装置进行氨氮的脱去工作。。其废水处理工艺如图1所示。
普通生化处理设施能有效地除去焦化废水中的酚、氰等有害成分，使两项指标能达到相应的科学的排放标准。但排水中的CODCr、NH3-N、BOD5等污染物指标不能很好的达标，该技术对于NH3-N类污染物几乎没有任何降解作用。生化处理设施出口所排放污水中NH3-N的含量达到200mg/L、CODCr含量也在300mg/L左右，这远远超出了我国在《污水综合排放标准》所规定的CODCr＜150mg/L、NH3-N＜15mg/L的标准要求。因此，必须采取合理措施及时解决我国每年焦化废水排放的氨氮污染物的问题，进而减少污染物的对环境的危害。
2拟定的解决对策
2、1将普通生化工艺替换为改进型生物脱氮处理工艺
上世纪80年代初中期，只有部分企业采用了焦化废水生化处理技术，这一期间所设计的普通生化污水处理设施体积均偏大，一些厂家的的设备闲置率近1/3，造成了极大的资源浪费。将现存普通生化处理工艺替换为生物脱氮处理工艺，能有效发挥原有设备的最大使用价值。与普通生化污水处理技术相比，A/O生物脱氮处理技术对进水水质的波动的反应更加敏感，因此其调节池相对要大。
生物脱氮技术的发展以普通生化处理技术为基础，在我国，A/O处理工程的研究开始于上世纪80年代末。目前，较为成熟的焦化废水脱氮过程的处理工艺有A/O、A2/O和SBR。相对于普通生化处理工艺，此工艺能有效除去废水中的氨氮污染物，而且能有效降低CODCr等指标的含量。
2、1、1拟采取的生物脱氮处理工艺
对普通生化处理工艺实施改造，目的在于最大限度地利用现有的处理设施、设备，最大程度上实现资金的节约。在工艺路线及处理设施的选择上，要充分结合现有处理设施的条件。采取图2所示的改进型A/O生物脱氮处理工艺，能有效利用现有普通生化处理工艺中的除油、蒸氨、水质调节以及污泥沉淀和混凝沉淀等所采用的设施和设备。这个改造过程只要将生化曝气设施进行相应的改造和扩建，形成反硝化反应池，进一步强化脱氮作用，就可以达到强化废水处理的目的。
2、1、2预期的处理效果
使用改进型A/O生物脱氮处理工艺后，其处理后水质基本上达到了《污水综合排放标准》中的有关要求，处理效果明显优于普通生化污水处理工艺。规模为60万t/a的一个焦化厂，排放废水中少排放氨氮和CODCr污染物含量将会分别达165t/a和150t/a左右，环境效益和经济效益有了显著提高。
2、2废水实行分流处理，新建催化湿式氧化处理工艺
对化废水处理工艺而言，设备设施偏小，将很难将其改造成A/O型生物脱氮处理工艺。这时候，可以采取废水分流处理，新建催化湿式氧化处理的工艺，来进一步处理氨水，由于废水中的氨氮和CODCr的浓度相对较高，生化反应时细菌难以得到生存和发展，因此在污水处理工艺中常常采用蒸氨设施来回收部分氨，同时降低CODCr污染物的浓度，这样再排放入废水处理设施中进行进一步的处理工作。从经济上而言，回收的氨水并没有很大的利用价值，同时对焦化厂而言，催化湿式氧化处理工艺的建设，有着更好的施工优势，可以很好的取代蒸氨等处理设施。
催化湿式氧化处理技术工作原理，是在高温、高压，有催化剂的状态下，将焦化废水中的氨氮和有机污染物进行氧化处理，将其转化成无害的N2和CO2等物质进行排放。该处理技术的缺点是催化剂价格昂贵；优点是占地小。拟设计的废水处理工艺流程如下图
3结束语
目前，我国焦化厂每年排放的废水中含有的氨氮污染物达数万吨，水体资源造成了极大的污染。根据焦化厂废水处理设施的情况，进而确定解决氨氮污染的途径，是比较适宜的办法。笔者认为可以采取改常规生化处理工艺为A/O生化处理工艺的方法，以及实施废水分流，另建新的催化湿式氧化处理装置的方法，都能很好的解决废水的氨氮污染问题。
【参考文献】
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[2]高志、焦化厂污水治理[J]、河北化工,2011(12)、
化工工艺优化篇7
关键词：化工工艺；设计分类；优化策略；节能降耗
中图分类号：TE08 文献标识码：A
引言
随着社会的发展和科学的进步，人们对于生活质量的追求逐步上升。而承载人民生活质量提高的一个主要方面就是对新材料的不断应用，从而真正实现“科技改变生活”这一理念的形成。研发出来的新材料往往是结合在旧材料的基础上对于性能的一种改良，因此通过对于化工工艺的研究可以推动化工产业的整体进步，这样也更有利于向使用者提供更优质的产品使用体验。
一、化工工艺设计的分类
1、概念设计
概念设计也就是平常所说的假象设计,它是根据拟建规模工业生产装置开展的,在中试前就需要进行概念设计,主要是为了检查生产路线是否合理以及工艺条件是否达标,确定小试的补充内容和小试的目的以及小试规模。
2、中试设计
检验小试确定的工艺条件以及路线是中试的主要任务和内容；通过考验工艺系统的连续运转是否可靠来确定试制产品的使用性能；取得设计工艺中所需的工程数据以及工艺设计;将检验校正的放大模型以及放大致应进行考核；考核杂质积累是否会对最终产品以及工艺过程产生影响。所有以上的业务和内容可以全部检验或者部分检验,具体情况具体分析。
3、基础设计
整个化工工艺设计开发阶段其最终的研究结果是基础设计,目的在于给建设生产的装置提供所有技术要点。
4、初步设计
精细化的化工工艺设计其第一阶段是初步设计,总概算书以及初步的设计说明书就是初步设计的成果,依据基础设计中的厂址选择报告以及设计任务书,对工程在经济以及技术上的总体计算和研究提供具体的设计方案。初步的设计结果需要满足施工推算以及项目审核,项目招标以及设备订货还有材料的要求,为建厂提供投资依据。
5、施工图设计
根据上级对于第一次设计的意见把初步设定时确定的设计方案以及设计原则作为施工图设计,依据非标准设备以及建筑的制作要求,将设计中的文字和图样按照各个组成部分的比例来布置和实施施工方案,把方案明确化、具体化,并且将初步设计中的各项待定问题解决。
二、化工工艺优化策略
对于化工工艺而言，优化的一个关键要素之一就是保障工艺设计的安全性。安全问题对于化工设计而言，是其中存在的最主要也是最常见的问题。因此，如果要实现化工工艺的优化，必须要从安全性入手分析。只有工作人员拥有了安全隐患意识，才可以保证在化工工艺的整个系统环节中，有条不紊的进行。
1、加强对于工作人员的思想和专业培训
由于化工材料属于一些新研发的物质，对其物理特性和化学特性都没有一个明确的认识，知识研究人员通过反复的实验以及相关的专业知识进行判定的。因此，一定要加强对于工作人员安全意识的培养，他们是保证化工工艺顺利进行的实践者和创造者。同时，提高他们严谨的工作态度和专业知识，这样也可以根据实验的实际情况作出相应的调整，一旦发现问题，及时解决，提高化工工艺的质量和效率。加强对他们专业技能的培养也有助于增强他们对于实验发展的预见性，同时也可以增强他们对于化学物质的认识性。
2、加强对于管道方面的重视，做好定期防护工作
通常情况下，管道输送的物料一般都属于易燃、易爆甚至腐蚀性与毒性较强的物品，若是管道出现泄漏，各种毒害物质漏出，极易对环境造成污染，并且造成生产过程中的安全隐患。因此，在管道的设计中，要对于管道的材质选择、应力分析以及布置方式等容易引发管道泄漏的因素进行从分的考虑，尤其是注意管道连接处和拐弯处弯头的材料和管径选择，同时室内或者室外，管道都必须尽量靠地连接。而且也要加强日常对于管道也进行定期的检查和保养工作。管道相当于化工工艺的大动脉，一旦出现问题，对于工作的进行造成巨大的影响。而且，管道的修复工作也极为困难，做好定期检查和防护工作可以提高效率降低成本。它在化工工艺的结构优化中，是不可忽视的重要环节。
3、反应装置方面的安全问题
化工反应是生产的核心，在化工反映的过程中也存在着很多与安全性相关的问题，有些问题甚至会造成生产事故，因此，在反应装置的设计与选用的过程中，要具备充分的科学性与合理性，并且应该经过严密的计算。由于化学反应的种类繁多，所以在安全控制方面也存在着较大难度。在工艺设计中采用减少进料量、控制加热速度、加大冷却能力的方法或者采用多级反应等相关措施。反应器在运行的过程中，可能会由于容器的超压而出现损坏或者变形，因此，必须在容器上安装压力释放装置。
三、化工工艺中常见的节能降耗技术
1、改善化工工艺条件,合理控制生产综合能耗
在化工工艺中,可以通过改善化工反应工艺的条件,实现合理控制生产工艺综合能耗的目的。主要可以从以下三个方面着手:(l)实现化工生产反应外部压力的降低。通过科学计算的方式,明确化工生产反应的压力所在,不但能够为化学反应的高效稳定运行提供保障,同时,还能够有效地降低在输送反应物时,电机拖动系统所产生的综合能耗,特别是气态反应物的压缩功耗,从而实现节能降耗,促进生产的最终目的。(2)在化学反应物能否正常反应环境条件得到确定后,可以对吸热反应温度进行优化控制,降低吸热反应温度。从而降低化工工艺的整体供热量,提高电机拖动系统等的热能利用率。(3)进一步提高化学反应的转化效率,可以对反应过程中所产生的副反应作用进行有效抑制,从而在很大程度上将反应过程的能耗及产品分离能耗降到最低。
2、加强新工艺、新技术与新设备的使用
新时期化工工艺的发展,离不开新工艺、新技术与新设备的支持。通过使用国内、外先进的化工工艺、生产技术以及节能型设备,能够让化工企业在生产过程中,投人更小的能源损耗,带来更高的经济收益。化工企业可以结合化学反应的相关特性,采用结晶分离新技术、短程蒸馏技术等先进技术,促使化工工艺的总用能得到有效的控制。同时,优先采用节能连续型、操作便捷、能量转换效率高的各种化工生产工艺,并通过相关的化工技术的升级改造,共同提高化工产品的综合效益。此外,可以优先采用高效分馏塔、换热器、空冷器、电机拖动系统以及加热炉等节能型电气设备,实现机械设备在运行时所产生的综合能耗降到最低。
3、采用阻垢剂实现节能降耗
在化工企业的加热锅炉等机电设备使用一段时间后,会出现不同程度上的结垢或是锈蚀,致使这些设备的传热系数受到严重影响,设备的换热效果也达不到理想,从而造成了大量的化工能源的浪费。为此,可以通过采用阻垢剂定期护理反应设备,为化工生产提供节能安全的保障。
4、提高化学反应催化剂的综合活性
除了阻垢剂之外,化学反应催化剂的推广使用,对于化工工艺的节能损耗同样起到了不容忽视的作用。通过催化剂的合理使用,能够减少在生产过程中产生各类副产物,提高化工原料的综合利用。
5、重视化工生产管理的加强
在化工工艺的生产过程中,通过建立健全节能生产管理制度和岗位责任制,将责任落实到个人,一方面,能够提高化工企业人员的积极性,提高化工生产的管理水平。另一方面,加强化工企业的生产管理,对于实现节能降耗也起到了重要的促进作用。
结束语
化工工艺中常见的优化措施的落实和推广,能够提高化工企业的经济可持续发展能力,为化工企业带来更高的经济效益。需要国家及相关部门、化工企业加大重视力度。
参考文献
[1]承奇,郭燕秋,张礼敬,陶刚,曾晓、石化企业危险化工工艺优化等级评估指标体系研究[J]、中国安全生产科学技术、2011(10)
化工工艺优化篇8
【关键词】软化水；芒硝；阳离子交换树脂
1、前言
阳离子交换法（ion exchange process）是液相中的离子和固相中离子间所进行的的一种可逆性化学反应，当液相中的某些离子较为离子交换固体所喜好时，便会被离子交换固体吸附，为维持水溶液的电中性，所以离子交换固体必须释出等价离子回溶液中。
离子交换树脂一般呈现多孔状或颗粒状，其大小约为0、5～1、0mm，其离子交换能力依其交换能力特征可分[1]：①强酸型阳离子交换树脂；②弱酸型阳离子交换树脂。
我厂软化水生产中软化器所使用的是强酸型阳离子。强酸型阳离子交换树脂主要含有强酸性的反应基如磺酸基（-SO3H），此离子交换树脂可以交换所有的阳离子。
2、现状介绍
2、1软化水生产工艺现状
我厂现有两台软化器，一开一备，产水量为15m3/h。软化器内的树脂失效后，需人工用桶提200kg原盐（NaCl）到溶盐器溶解。配制2000L浓度约为10%的盐水存放在盐水储槽中，通过盐水泵打入软化器，将树脂浸泡120min，使树脂转化为Na型。再用工业水冲洗（约20min）直到出水总硬度合格，软化器才投入使用。软化水生产的工艺流程图见图1。
浸泡再生工艺对于树脂再生的效果十分有限，每次再生完软化器只能使用2天左右，如果每天再生一次树脂，操作工的劳动强度较大。如果再生不及时，特别容易导致软化水总硬度超标。
2、2碱车间副产芒硝情况
碱车间膜法脱硝工序的副产物芒硝（Na2SO4・10H2O）由于含水量高，价格低廉，难以出售，芒硝的处理一直是氯碱企业头痛的问题。很多氯碱单位是做成芒硝后再用工业水溶解排放。我厂的处理方法也基本一样，我厂有时候时直接排放浓水，浓水排放量约为4、5m3/h，其中NaCl含量约为190g/L，Na2SO4含量在30～40g/L。该浓水除了Na2SO4含量高以外其他杂质都很少，不加以利用直接排掉确实是很浪费资源。
3、工艺优化
3、1砂缸过滤器作预处理
原工艺是工业水直接进入软化器，当工业水浊度大时会有大量的泥沙带入软化器，导致软化器内的树脂失效加快，且再生效果不佳。针对以上问题，我们在软化器进口采取加装砂缸过滤器的方式对进入软化器的工业水作预处理，两台砂缸过滤器一开一备，可实现相互切换和反洗的功能。加装砂缸过滤器之后可以有效的杜绝泥沙带入软化器影响树脂进行离子交换。
3、2树脂再生工艺改进
原来的再生方法是采用盐水浸泡，该方法存在再生不均匀，再生的废液没能及时排出会影响树脂进一步的再生等问题，最终导致树脂再生不彻底。针对此问题，我们使用碱车间的芒硝溶液作再生液，采用逆流再生。再生液从软化器的底部进入顶部排出。因为再生液含有SO42-，再生过程中会生成CaSO4等固体颗粒[2]，所以我们必须要控制好再生液经过树脂层的流速，使生成的固体颗粒能及时带出软化器。软化水生产优化后的工艺见图2。
经过多次试验我们最终确定了软化器再生的工艺：
①从碱车间的清液水泵（E140）出口加个三通接一根DN40的UPVC管至辅助车间软化器再生液盐水箱。
②在工业水和脱硝浓水利用管道混合器，将工业水和脱硝浓水按2：1的流量混合之后进入盐水箱，配制的溶液Na+浓度约为1mol/L。
③切换阀门用工业水流量约10m3/h，反冲洗树脂5～10min，直至出水不浑浊。
④开启再生液循环泵，切换阀门让再生液从软化器底部进入树脂，顶部排出，调节回流控制流量在4、5～5、5m3/h，持续60min。
⑤切换阀门用工业水流量约10m3/h，反冲树脂3～5min，再生完成待用。