精细化工合成反应的冷却系统设计分析

精细化工合成反应的冷却系统设计分析

付彬

江苏吉华化工有限公司  江苏盐城  224555

摘要:精细化工生产过程中存在易燃易爆和有毒有害物质和产物，涉及到工艺、设备、仪表、电气等多个领域和复杂的公共工程。在满足“实用、安全、经济”的前提下，化工项目的安全管理是十分必要的。为确保化工生产安全，我国制定了一系列的化工设计和安全管理制度。因为化学工艺的种类很多，能源消耗也是化学制品中最大的，为了提高企业的经济效益，就必须降低成本，因此对制冷系统的精度要求很高，从制冷系统上就可以看出一个项目的设计有多深。

关键词:精细化工;合成反应;冷却系统;设计思路

1研究背景

精细化学品的合成过程往往伴随着各种有毒、危险、易燃易爆的产物和材料，涉及到许多复杂的、专业性的公用工程，如电气、仪表、设备等。在全面遵守经济性、安全性和实用性的前提下，对化学工程的安全管理提出了更高的要求。在国家及有关行业中，颁布了一批关于化工安全设计、安全生产的文件、规章，以提高化工生产的整体安全水平。由于化学工业的种类繁多，种类繁多，与普通的化学工业相比，精细化学品的生产成本要高得多。因此，在整体设计中，必须严格按照规范要求提高制冷系统的设计精确度，同时，冷却系统的质量也可以反映出项目的整体设计的准确性。

2化工工艺安全控制要求分析

2．1常压、带压放热要求

在精细化工生产过程中，由于生产过程中产生的热量危险是导致产品安全的主要原因，因此，根据行业领域的有关文件和质量管理要求，以及当前化工生产质量规范要求，在整体设计、生产、保养维护中，需要明确冷却系统的重要地位。针对带压、常压放热，采用相应的带压、常压反应工艺及反应釜，可根据原料的进料顺序，合理地控制整个进料过程，并可灵活地调节进料速度，实现精细化工反应的反应温度和压力。在精细化工生产过程中，还需要在反应器上设置高反应压力报警器、紧急泄放设施、紧急启动紧急冷却设备，或设置反应温度警告，并联锁，成功切断原料，紧急情况下，可以自动打开紧急泄放设施和紧急冷却系统。

2．2反应温度控制

精细化工反应中，通常需要针对冷却系统整体控制实施合理调节，以及对反应温度实施辅助控制，为此可以针对冷却系统合理设置自动化的控制回路，在反应温度提升条件下，能够自动增加冷却剂含量，扩大冷却剂流量。如果所选冷却剂在应用中具有较高精细度控制要求，还需要进一步针对冷却剂流量合理设计相应的控制回路。是相同的反应工艺，针对多种反应釜实施串联应用，对于不同反应釜内还需要合理设置压力以及温度等方面的高限值报警。精细化工生产中任意反应釜中的反应压力和反应温度如果达到限值并自动报警条件下，需要联锁将总进料全面切断，对危险化工生产工艺进行重点监控和管理，相关安全控制基础要求涵盖液位、反应物料配置比例、进出物料流量等联锁、报警自动控制措施，确保满足相关要求［3］。

3精细化工合成反应的冷却系统设计

3．1冷却系统组成

精细化工的合成反应中实施冷却处理主要目的是将反应热顺利带走，为此针对冷却系统实施综合设计中，需要针对反应工艺各个环节反应所形成热量实施准确衡量计算，如果未提前实施理论计算直接开展设计活动，容易直接影响日后正常生产。针对一重大74种危险化学品储存生产和两重点19种工艺，涵盖格式反应工艺等方面的安全性需要设计充足容易。反应停止时以及停车系统ESD需要形成迅速停止反应的处理对策。自来水冷却以及自然风冷却不属于化工生产措施，因此不会进行过多介绍。

3．2循环水冷却

冷却塔包括顺流和逆流等模式。塔对应降温温差范围普遍是在3～5℃之间。精细化工的合成反应中对于相关系统的应用普遍是以大流量为主，冷却供水温度控制则是以天气温度变化为基础，可以冷却到30℃左右。对于该系统，在实际运行中需要进行定期检修操作，经过长时间的运行所形成的锈渣、结垢以及青苔等问题会直接影响整个系统的热交换效果。特别是在夏季运行中，因为普遍是高温天气，容易导致整个系统直接停止热交换，造成电力资源的大量浪费。这种现象不管是实施化工系统热交换或是运行冷冻机都需要重点关注，该系统普遍适用于常温反应设备内。

3．3制冷系统设计

循环冷却水对应温度普遍维持在7～12℃之间，控制回水温度维持在12～15℃之间，属于化工常温反应处理中的基础冷却方法，流经反应器的夹套、内盘管以及半管夹套等，设备所用制作材质为非金属材料、金属材料和搪玻璃等素材，该制冷系统中在实际运行中所用冷却水主要包括去离子水以及软化水为主，应用上述几种类型水能够有效避免管道产生锈渣、结垢以及青苔等问题，从而降低整体传热效果。该系统也是化工反应中的基础设备装置。

4化工生产冷却系统优化设计分析

改造设计中，针对旁滤器进口部位合理增设除铁设备。在循环水设备正式投入运行后，循环水内的补水铁离子含量较高，属于二价铁，于空气内容易产生氧化反应，形成胶体物质。旁滤器无法对胶体实施有效过滤，导致循环水整体浑浊度进一步扩大，普遍维持在30NTU左右，最高条件下能够达到60NTU，可以在设备装置内产生沉积现象，产生局部腐蚀，容易影响整个系统的运行质量。为了进一步控制水循环系统中的铁离子含量，控制循环水浊度，稳定循环水质，企业联系相关技术人员实施现场试验，同时针对旁滤器进口合理增设除铁装置，涵盖加药桶以及计量泵，用来投放除铁助滤剂。

在凉水塔的封闭改造中，因为循环水凉水池和吸水池对应连通管部位设置了格栅，格栅存在严重的堵塞问题，为此需要每天实施大量的清理工作。如果未能及时处理，容易进一步降低水池液位，从而影响水泵的稳定运行。各种杂物随着循环式流入系统内，容易导致换热器被堵塞，影响整个系统的稳定运行。针对该种问题，可以针对凉水塔前后两端通风口部位设置钢框架，于框架中吊挂不锈钢网，有效过滤凉水塔内空气，从根本源头层面实施全面过滤。化工企业针对循环水系统内实际运行问题，在合理增加设置除铁剂投入装置，并对凉水塔实施全面整改，进一步优化整体循环水水质，有效控制滤网清理操作中的劳动强度，借助风机驱动从最初的电机转化为水轮机拖动模式，可以有效减少循环水中的电力消耗，保障整个循环水系统实现积极、稳定和安全运行。

5结语

综上所述，化工生产中相关冷却系统设计中，尽管国家以及行业相继颁发各种形式规范文件，但于生产实践中依然存在各种问题，为此需要设计人员、安全技术人员和工艺人员进行协调研究，共同把关，通过设备部门进行实践操作，提升化工生产安全性，保障相关设备的稳定运行，优化生产质量。

参考文献

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［3］胡才权，倪志江．基于滑模控制的低压铸造模具冷却控制系统设计［J］．精密成形工程，2022，14(1):147－152．

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