原料药加氢反应釜自控设计若干问题的探讨
水阀,1问题的提出,2加氢釜DCS系统设计,3加氢釜SIS系统设计,4结束语
(正大天晴药业集团股份有限公司,江苏连云港 222062)加氢反应(Hydrogenation Reaction)是在化合物分子中加入氢原子的反应,涉及加氢反应的工艺过程称为加氢工艺,主要包括不饱和键加氢、芳环化合物加氢、含氮化合物加氢、含氧化合物加氢、氢解等[1]。
加氢反应是氢与其他化合物相互作用的反应过程,通常是在催化剂存在下进行。原料药生产经常会遇到催化加氢反应,在含钯或铂、镍等成分催化剂的作用下,降低反应物分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的活化能量,改善反应条件,加快反应速度。加氢工艺是《重点监管危险化工工艺目录》(2013年完整版)18 种“高危工艺”之一。加氢工艺的危险特点有:① 反应物料具有燃爆危险性,氢气的爆炸极限为4%~75%(V/V),具有高燃爆危险特性;② 加氢为强烈的放热反应,氢气在高温高压下与钢材接触,钢材内的碳元素易与氢气发生反应生成碳氢化合物,使钢制设备强度降低,发生氢脆;③ 催化剂再生和活化过程中易引发爆炸;④ 加氢反应尾气中有未完全反应的氢气和其他杂质在排放时易引发着火或爆炸[1]。
另外,氢气也是《重点监管的危险化学品名录》(2013年完整版)74 种“高危化学品”之一。氢气的危害信息有:① 燃烧和爆炸危险性,极易燃,与空气混合能形成爆炸性混合物,遇热或明火即发生爆炸;比空气轻,在室内使用和储存时,漏气上升滞留屋顶不易排出,遇火星会引起爆炸;在空气中燃烧时,火焰呈蓝色,不易被发现;② 活性反应,与氟、氯、溴等卤素会剧烈反应;③ 健康危害,为单纯性窒息性气体,仅在高浓度时,由于空气中氧分压降低才引起缺氧性窒息;在很高的分压下,呈现出麻醉作用[2]。
原料药加氢反应通常采用传统的釜式反应器,采用瓶装高压高纯氢气和氮气,间歇批次生产,反应药液一次性投加后,氮气置换除去氧气,升压进行反应,反应完毕后泄压,氮气置换除去氢气,放出药液进入下道工序。在以往的原料药加氢生产过程中,通常会大量依靠操作员工体力劳动,人工开关阀门,或采取少量不十分规范的自动控制,不仅费时费力,产品质量稳定性差,而且带来较高的安全风险隐患。例如,氢气在管道内输送时有安全流速要求,流速不能过快,当设计压力在3.0 MPa 以上时,氢气在碳素钢管道内最大流速不能超过10 m/s[3],否则会造成安全隐患,如果没有安装氢气流量计进行自控操作则很难满足此类要求。为了提高生产效率、保证产品质量、减轻操作人员劳动强度,特别是降低安全风险,原料药加氢反应必须配备安全可靠、实用可行、技术先进的自控系统。
1 问题的提出 ......
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