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为什么大规模化工生产最终采用连续过程? 1

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某些以小批量生产的化学制品,如药物、染料等等,都是间歇生产的。在生产这类产品的典型工厂内,人们也许会注意到有几百只高压釜,每只釜每天生产一吨某种产品,下一次又可生产一吨完全不同的产品。这种系统具有极大的灵活性,特别是对某些特殊的工厂,有几百种甚至上千种随时变更的产品,而每种产品的生产规模又是很小时,就更是如此。

间歇操作的另一优点是,当所需的产量较小时,设备费用往往比相应的连续操作费用低。因此,对新的或未曾试验过的生产过程常采用间歇操作,而到开发过程较高级的阶段比较需要大规模生产时,才改用连续操作。

为什么几乎所有的大规模化工生产最终都采用连续过程呢?其理由主要是:

(a) 由于取消了间歇反应器内重复地装料和卸料的操作,因而减少了人工费用;

(b) 便于实现自动控制,这样做,即使需要支出较大的投资,但亦可减少人工费用;

(c) 能维持反应条件的长期恒定,从而也就保持了产品质量始终稳定。

由此可见,间歇反应器与连续反应器的正确选择,很大程度上取决于投资额和操作费用之间的关系(在操作费用中,人工费用可能占据很大一部分),因此,对一些工业发达国家来说是最合适的方案,对一些工业比较不发达的国家来说,可能就不一定合适。

至此,人们不禁要问:间歇反应与连续反应之间,在科学上(不是经济上)的差别究竟是什么?、反应动力学的研究一般是在实验室中,在间歇操作的条件下进行的。当其结果被应用于设计连续过程时,并不涉及新的动力学理论,因为分子的变化还是相同的,所不同的是连续过程的流动状态,可能会对反应引起宏观上的重大变化。尤其是并非所有通过流动系统的分子,都必定具有相同的逗留时间,这些分子也并非必定全都经历同样的浓度或温度变化过程。这些因素,可能导致连续过程与间歇过程在收率或平均反应速率方面,均有着显著的差异,特别是具有副反应的竞争而使反应复杂化了的情况下,就更是如此。在这种情况下,间歇操作与连续操作对所需产品的收率,可能差别很大即是对二种主要型式的连续过程,也可能不一样。对连续过程言,反应的收率不一定都低,在某些情况下,也可能高。然而对收率较低的情况,这个因素可能会超过连续操作的一些优点,因而最好采用间歇操作。

此外,还应注意到某些过程既不是明显的间歇操作,也不是明显的连续操作,而应称之为“半间歇”或“半连续”的操作。例如:青霉素是在大型发酵罐内制备的,在每批生产周期的开始,先用生产青霉素的菌种进行接种,许多小时后,把发醇罐内的物料排出,并从中提取青霉素。所以,这很像是间歇过程,可是,在每批生产过程中,空气和诸如糖类的养份是连续地加入发酵罐内的,而废气也是连续地排除的。

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