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連續流工藝是一種在化工、制藥等領域逐漸得到廣泛應用的技術

2025年1月6日

它具有諸多優點,例如能夠提高反應的選擇性和收率、增強過程安全性、實現更高效的生產等。

連續流工藝開發需要研究人員改變思維方式,并掌握更多工程類知識。相比傳統工藝,它對反應的動力學和機理要有更深刻的認識,還需與化工技術人員密切合作。

連續流工藝在許多化學反應中都有很好的應用。比如硝化反應,能有效解決危險反應的安全問題,并提升選擇性;鹵代反應,特別是氟代反應,使用微通道反應器可以解決這類快反應的安全隱患;對于金屬有機試劑參與的反應,該工藝可完美解決能耗、放大和選擇性問題;在有氣體產生的反應中,如 Curtius rearrangement、Sandmeyer 反應等,微通道也能取得不錯的效果;此外,一些有危險中間體參與的反應,利用微通道反應器持液量少、本質安全的特性,可以避免傳統合成路線中對危險中間體的規避。

在實際應用方面,以連續流好氧顆粒污泥工藝為例。活性污泥法在污水處理廠應用廣泛,但存在占地面積大等問題。好氧顆粒污泥則具有占地面積小、沉降性能良好、生物量濃度高、耐有機負荷高且不易發生污泥膨脹等優勢。

連續流好氧顆粒污泥的培養及形成過程如下:

1. 培養:研究人員對接種污泥類型、培養控制條件及反應器構型等方面進行了探索,但尚未得出統一結論。連續流 AGS 對進水基質有較高的有機物降解能力。

2. 顆粒化形成過程:其本質是微生物在特定情況下的自凝聚,認可度較高的是四步階段形成假說,即微生物相互接觸碰撞形成聚合體,通過物理、化學或生物作用相互吸附,分泌胞外多聚物產生生物凝膠作用形成微生物聚集體,最后在水流剪切力作用下使顆粒污泥的三維結構更成熟穩定。

連續流好氧顆粒污泥形成的主要影響因素包括:

1. 水力剪切力:可促進絮狀污泥凝聚,加速微生物分泌胞外多聚物以促進顆粒化,還能減少污泥膨脹的幾率,對 AGS 的穩定性起到關鍵作用。

2. 水力停留時間(HRT):HRT 很大程度上決定了顆粒污泥的穩定性和造粒能否成功,它與基于沉降速度的選擇壓力直接相關,是實現泥水分離的關鍵控制因素。

然而,連續流工藝的開發和應用也面臨一些痛點問題。例如在加氫反應中,可能存在壓力、流量計、輸液泵等單元穩定性監測的難題,供液重復性不好、輸液泵流量不準、流量計壓差波動易損壞、壓力波動大導致工藝參數不穩定等問題,設備操作繁瑣、自動化程度不高,氣路、液路、溫控、壓力等多單元協同操作復雜,數據記錄不完整、缺少過程數據以及合成結果檢測滯后制約連續化工藝開發效率等。針對這些問題,可采用相應的小試中試設備解決方案,如使用特定的小試 g 級設備和中試 kg 級設備,并結合自動化控制、物聯網-大數據-云平臺、人工智能等技術,以提升生產效率。

連續流工藝為各個領域帶來了新的機遇和挑戰。隨著技術的不斷進步和完善,其應用范圍有望進一步擴大,并在提高生產效率、降低成本、保障安全等方面發揮更大的作用。

來源(百家號) 作者(民營GP已進入冰封期)

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