什么是过程强化，如何实现它?

反应精馏是历史最悠久、应用最广泛的强化操作之一。该装置将化学反应釜和精馏塔组合成一个单元(见图1)。石油化工行业中，有超过150个反应蒸馏装置在进行商业规模的操作，其中大多数是在过去30年建成的。应用包括生产MTBE、醋酸酯(甲基、乙基和丁基)、水解反应、甲基缩醛合成和许多其他。在反应精馏的情况下，强化工作可以减少20-80%的资本成本和/或能源使用(Harmsen, 2010)。

另一个例子是静态混合器。静态混合器是对机械搅拌的一个重大改进，因为它的能源成本更低，设计简单，没有运动部件。其他重要的例子包括整体反应器、紧凑/微通道工艺单元、分壁塔(DWC)蒸馏、超声波和微波单元以及逆流反应器。这些设计可以显著改善资本成本、能源使用和流程占用。

PI具有降低能源消耗、降低设备成本、缩小特定生产设施所需占地面积的潜力。然而，必须认识到实现PI方法和验证新技术的使用需要付出巨大的努力。Zanfir(2014)提出了以下成功管理PI过程的步骤:

1. 确定业务和流程驱动程序
2. 整个过程的概述
3. 识别病原反应步骤
4. 产生设计概念
5. 分析设计方案
6. 选择设备
7. 从整体上比较PI解决方案与传统设备
8. 作出实施决定

以上步骤需要熟练的工艺工程师才能达到最佳的效果。这项工作将需要文献综述，技术评估，热量和材料平衡和工艺流程图的产生，以及成本估算。

一旦PI研究完成，就需要认识到强化过程可能与常规设备操作不同。需要台架和中试设备来确定最佳工艺条件，并帮助后续强化工艺的放大。由于PI系统的特性，制造商需要使用非常规技术建立可靠的测试单元。

虽然PI系统比现成的方法需要更多的前期工作，但在成本和效率方面的长期利益可以抵消这一点。

作者

Patrick C. Joyce博士，高级工艺工程师过程工程协会

过程工程协会(PEA)是一家提供设计、应用化学工程和过程安全服务的化学工程公司。EPIC和PEA合作全面审查、设计、构建和安装定制流程系统，使用成熟的方法和交钥匙方法推动行业向前发展。想了解更多关于这两家公司和他们提供的服务，请访问www.processengr.com,请访问EPIC的过程强化页面或接触史诗．

参考文献

• D.K. Babi, M.S. Cruz和R. Gani，过程强化的基础:过程系统工程的观点。第二章在化学工程设计、优化与控制中的过程强化(2016)
• Becht, R. frank, A. Geißelmann, H. Hahn，过程强化的工业观点,化学。Eng。过程。48 (2009)329
• G.J. Harmsen,反应蒸馏:工业过程强化的先驱。全面回顾商业应用、研究、放大、设计和运营。化学。Eng。过程。46 (2007)774
• Harmsen,石化行业过程强化:商业实施的驱动因素和障碍，化学。Eng。69 (2010) 70
• Stankiewicz和J.A. Moulijn，过程强化:转化化学工程。化学。Eng。22
• Zanfir、过程强化、在华盛顿特区的NSF过程强化研讨会上的介绍(2014)。