眾所周知,國內(nèi)醫(yī)藥市場依然以仿制藥為主,根據(jù)《中國仿制藥藍皮書2017》數(shù)據(jù),2017年中國仿制藥市場規(guī)模達到10208億元,市場份額占比維持在60%以上,預(yù)計到2021年,仿制藥市場規(guī)模將達到15887億元,年均復(fù)合增速為11.7%。國內(nèi)仿制藥需求依然巨大,帶動上游原料藥需求量穩(wěn)健增長。2019年中國化學(xué)藥品原料藥產(chǎn)量達252.3萬噸,近幾年產(chǎn)量穩(wěn)定在200萬—300萬噸之間。
隨著醫(yī)化行業(yè)需求量的增加,以及實現(xiàn)青山綠水嚴(yán)峻形勢,VOCs治理也成為了國家環(huán)境保護工作和減少溫室氣體排放的重中之重。目前,由于RTO設(shè)備的適用行業(yè)較為寬廣,可解決復(fù)雜工況的污染防治,處理效率穩(wěn)定而且比較高等等優(yōu)點,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于諸多行業(yè)的廢氣治理,綜合性價比較高。
隨著這兩年市場對RTO概念以及安全等方面的認(rèn)知程度的加深,尤其是在醫(yī)化行業(yè),常常被腐蝕、堵塞等問題所困擾,企業(yè)因此也擔(dān)負一定的安全隱患責(zé)任和排放超標(biāo)的風(fēng)險,腐蝕和堵塞的原因多種多樣,我們會通過其他技術(shù)性文章加以剖析和分享,本文將從原料藥行業(yè)可能都會碰到的聚合物角度,淺析該組分帶來的堵塞原因以及相應(yīng)的解決方案。
那么我們先來了解一下,什么是聚合反應(yīng)?聚合反應(yīng)產(chǎn)物的特點是什么?他會怎樣影響RTO的運行?解決該種堵塞方案的思路有哪些?
一、聚合反應(yīng)的機理
在烴類物質(zhì)中,苯乙烯的單體活性較大。而對自由基而言,苯乙烯在烴類之中自由基活性較小,也就是說苯乙烯自由基不活潑。這是因為苯乙烯單體的雙鍵與苯環(huán)產(chǎn)生共軛反應(yīng),雙鍵上的電子云易流動極化,兀鍵易均裂,所以苯乙烯單體活潑。而當(dāng)苯乙烯形成苯乙烯自由基時,自由基的獨立電子也可與苯環(huán)共軛而穩(wěn)定,故苯乙烯的自由基就不活潑。聚苯乙烯熱引發(fā)連續(xù)本體聚合時,其聚合機理是基于典型的自由基聚合過程,它總是由鏈引發(fā)、鏈增長和鏈終止三個基本單元組成。
苯乙烯分子式
在引發(fā)劑作用下苯乙烯的雙鍵打開,進行雙烯加成反應(yīng),形成中間產(chǎn)物,再與單體進行氫原子轉(zhuǎn)移產(chǎn)生初級游離基,從而引發(fā)大量的苯乙烯進行聚合反應(yīng)。
聚合反應(yīng)是把低分子量的單體轉(zhuǎn)化成高分子量的聚合物的過程,聚合物具有低分子量單體所不具備的可塑、成纖、成膜、高彈等重要性能,可廣泛地用作塑料、纖維、橡膠、涂料、黏合劑以及其他用途的高分子材料。
例如苯乙烯汽化揮發(fā),充滿廢氣管道、RTO的上部空間,由于易聚合的特性,氣相苯乙烯在陶瓷蓄熱體、RTO格柵壁上部凝結(jié)、聚合,形成類似鐘乳石形狀、厚度不一的聚合物,時常堵塞陶瓷蓄熱體、阻火器、儀表等附件,影響RTO正常運行,儀表傳感器的正常測量等。
在RTO運行過程中,系統(tǒng)存在多個可能使烯烴類物質(zhì)聚合的環(huán)境和溫度,如下圖是苯乙烯在不同溫度場合隨著時間的推移發(fā)生聚合的轉(zhuǎn)化率,如下圖
苯乙烯聚集的時間/d
聚合反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率隨時間和溫度的變化趨勢
聚合反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率隨時間和溫度的變化趨勢
70℃聚合時在30min內(nèi)聚合轉(zhuǎn)化率已達95%以上,所得聚苯乙烯的重均分子量前期已達1010×105左右,而后基本不再增加。50℃聚合時,隨聚合反應(yīng)時間延長,聚合轉(zhuǎn)化率較平緩增加,聚合1h,轉(zhuǎn)化率達90%以上。所得聚苯乙烯的重均分子量在10~30min內(nèi)逐漸增加,而后趨于穩(wěn)定在2010×105以上。因此形成聚合產(chǎn)物UHMWPS(聚苯乙烯),聚合反應(yīng)溫度在50℃左右最容易發(fā)生。
二、聚合反應(yīng)產(chǎn)物對RTO運行的影響
隨著聚合物的產(chǎn)生,最直接的影響是堵塞蓄熱陶瓷,從而引起RTO陶瓷蓄熱體溫度場分布不均勻,造成集聚效應(yīng),使得陶瓷蓄熱體的節(jié)能作用有所降低,久而久之,會使排放超標(biāo)。其次影響管道,聚合的高分子物質(zhì)會沉積在管道以及RTO下室體,部分聚合物隨著溫度變化還會揮發(fā),造成管道內(nèi)部局部濃度過高,帶來安全隱患。再者這些聚合物會影響閥門的正常運行以及儀表的測量,所以在精細化工行業(yè)的RTO設(shè)計時,著力解決聚合物質(zhì)帶來的影響,也變得很有必要。
三、解決方案淺析
根據(jù)聚合物質(zhì)的特點,并結(jié)合研究,設(shè)計 RTO針對聚合物可以有以下三點方向。具體實現(xiàn)方式可以有很多種實現(xiàn)方式,這里只提一些處理方向。
1. 涂覆阻聚涂層,防止RTO內(nèi)壁發(fā)生聚合;
2. 特殊格柵結(jié)構(gòu)設(shè)計,防止堵塞;
3. 工藝設(shè)置升溫程序;
需要注意的是在RTO在選擇升溫工序時,整體材質(zhì)需要重點考慮和選擇,如不能實現(xiàn)防堵,必要時需要人工維護,減少陶瓷蓄熱體堵塞。本著“安全可靠、達標(biāo)排放、投資合理、經(jīng)濟運行、節(jié)能增效”的原則對揮發(fā)性有機物(VOCs)進行綜合治理,也歡迎廣大技術(shù)愛好者跟我們一起探討、學(xué)習(xí)、進步。
來源:環(huán)保