中试实验

中试实验（精选11篇）

中试实验 篇1

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基伊埃 (北京) 冻干技术有限公司

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中试实验 篇2

2011年，在公司领导的正确领导下，本工作已经接近尾声，为了做好2012年的各项工作，现对2011年的工作总结。

个人生产工作

在这一年里，个人的操作技能得到了锻炼，生产操作水平有了提升。年初生产PO，结合了去年的经验，顺利完成了生产任务，在这一次的生产过程中，初步接触使用薄层色谱（TLC）法监控反应，干法上样柱层析纯化分离产品这些有机化学操作，这些技能的学习对以后的工作起到了很好的帮助。2月份在生产TR的时候，首批生产转位的效果不是很好，原料只有70%反应，我们延长了反应时间，但过控结果还是不怎么理想，既然反应原料还有20%左右没有转位成功，那么我们能不能把浓缩好的母液继续反应呢？带着这个疑问，我咨询了研发的同事，他们说理论上是可以的，并让我们把浓缩好的母液先取样送检。检测的结果，现实母液中的顺反比差不多为1:1，研发的同事让我们试一试。让人高兴的是尝试的结果让人欣喜！母液转位比较成功，得到了三分之一的产品。这一经历让我明白在以后的生产的过程中，遇到异常，要多思考，分析出异常的根本，然后采取有效的方法去解决。而遇到异常，不加分析，敷衍工作，一份简单的异常报告，既完成不了既定的生产任务，影响后续生产工作的进行，又不能实现生产数据的积累，失去了中试生产的意义。十月份，K类产品开始上线批量生产，为了按时完成生产任务，我们开始上早八点至晚八点的十二小时制得班，虽然才十月份，但后半夜的时候温度还是很冷，克服困难，同事之间互相鼓励，还是坚持到了任务完成的那一刻。因为是新工艺，在生产的时候，我也做了很多记录，把每一批次的生产用的原料，反应现象，反应控制点操作心得，过程控制，后期处理报检结果做了记录，为以后的生产做经验积累。

当然今年的生产工作也有做的不足的地方，八月份的时候生产u类产品YI的时候，原料的很大，生产过程中，后期提纯的时候，柱层析和重结晶的次数较多，这个情况下，因该把母液分开处理，而实际操作的时候，未能把品质状况不同的母液分开处理，造成生产周期延长，并且最后的母液由于品质太差，很难处理，最终造成了收率异常。虽然原料的异常对生产有一定的影响，但我还是觉得我们在产品后期处理的过程中不够细化还是主要原因。这次生产异常的教训，让我在后来生产同类产品的时候，不再犯第二次错。十月份生产A类产品WE，QT，A类产品是我在公司接触很多的产品，对工艺很熟悉，而且对生产中的各个操作要点都很了解，原本以为这样的熟悉的生产任务，应该是得心应手的。但恰恰是这熟悉的生产任务却出现了异常，WE生产了8批次，除了其中的两批的到了部分产品，其余的六批每批次出来的产品都只有四五十克，这状况和没出产品没有什么区别。这样的生产结果，让我倍受打击，这类产品的生产本来就很辛苦，辛苦做到最后却没有产品，看着搭档的疲惫，看着主管的无奈，我对自己的能力开始产生了怀疑，一下子感觉好像什么都不会做了。工作找不到状况，上班感觉很累。在和主管的谈话中我把这段时间心里的压力都告诉了她，没有批评，只有鼓励。她让我事后好好回忆一下生产中的具体操作，认真想想到底是什么环节出了差错。从原料品质，产品结晶用乙醚还是甲基叔丁基醚，结晶溶剂量，低温反应中滴加的速度，水解时的温度，水解搅拌的时间，柱层析冲柱子的溶剂量诸多因素进行了分析，后来发现原料溴素中有水，结晶时冷冻的温度不够这两点是造成此次生产异常的主因。经历这件事，我认识到工作中遇到了困难，不要随便的否定自己，要分析思考，找到解决困难的方法。同时我也很感谢主管对我信任和关心，在关键时刻给了我最大的帮助与鼓励。

组长工作

今年六月的时候，开始接手组长一职。刚开始不明白自己的工作重点，也没有真正理解组长职责，以为做好自己的生产任务，再帮帮其他实验室干干活，就完成了组长的工作。后来我认识到，这样是做不好这工作的，每天自己都很忙，却效果不好，自己实验室的事没忙好，其他实验室事也没帮好。搞好现场管理，推进“6S”进程；配合协助主管做好生产任务的管理，加强现场巡查力度，监督各实验室的生产状况；贯彻实施的安全生产责任制，作好安全生产管理；出现异常，及时反馈，并寻求解决方案；组织新员工参加技能培训这些才是组长的工作重点。明白了工作的重点，我开始慢慢转变自己的工作方式，给员工一些生产上的指导，而不去直接帮助他们去完成生产任务；细化日常巡检，而不是单独的在巡检表上画上钩。员工培训方面，今年还是比较有成效的，目前在职员工26人，其中在职两年年以上的员工有7人，在职一年到两年之间的有12人，剩余的7人都是入职不到一年的新员工，整个生产队伍的能力比较薄弱，组织员工进行培训，提升员工技能水平，强化整个部门的生产能力势在必行，所以每周周四我们组织员工进行技能培训，每月第三周的周四组织员工进行安全技能培训。帮助新员工尽快的适应实验室生产工作，提醒老员工注意安全生产的重要性。安全生产方面，巡检过程中，监督员工佩戴安全防护用品，特殊物料使用的时候，指导员工正确操作，十月份生产茚环类产品时，有时需要用到中间体正丁基锂，由于正丁基锂与空气接触会着火。与水、酸类、卤素类、醇类和胺类接触，会发生剧烈反应，所以在使用的时候一定要小心谨慎，现场需要使用丁基锂的时候，我会及时到该实验指导协助员工进行操作，保证安全生产。今年工程部对1310蒸汽加热套的安装，各实验室设备的大检修，这也保证了我们日常生产中使用设备的安全性。

当然在今年的组长工作中也有一些做的不足的地方，主要表现在以下几个方面： 1.在日常巡检过程中，发现员工没有按照安全管理制度佩戴安全防护用具，碍于人情面子，没有及时制止，现在想来是完全不对的，这样既没有履行自己组长的职责，更是对员工身体健康的不负责任。

2.生产过程的监控也做的不够到位，对特殊的反应没有跟踪生产，例如格式，硼酸偶联引发，对于生产技能不熟练的员工在进行操作时，没有及时跟踪指导，使得员工在生产过程中出现了异常，员工有责任，当班组长也有责任。在今后的工作中，要协助主管做好生产任务按实验室人员技能水平的高低进行合理分配，避免新手做新工艺的局面出现，万一出现此类情况，我也要积极配合，指导员工进行生产，减少生产中的人为异常。

3.现场管理方面，日常巡检仍没有完全到位。目前，整个实验室的现场做的还是比较好的，能保持清洁整齐的作业台面，物料产品和在线产品都可以做到标签打印。这些都有效避免了生产中出现的异常，提升了工作效率。公共实验室的现场管理不足，卫生值日的监管力度不够，往往是值班人员打扫清理之后签字就行了，没有严格检查打扫清理的质量。这也是要在以后的工作中加强注意，不做表面工作。4.对生产中出现的异常，随有及时跟踪，但处理之后，没有及时的记录下来。在以后的工作中，我将对这一工作进行加强，对每一次生产中出现的异常和异常的处理方案进行记录，方便以后的工作。

5.工作中未能积极调动员工的工作积极性，员工在生产过程中提出的好的建议，没有做相关的记录，对于合理化建议奖励政策更没及时兑现，这在一定程度上打消了员工的积极性。在今后工作加强这方面的关注，对于员工提出的合理化建议，做好记录，及时汇报给主管，相应的给予奖励，充分调动员工工作积极性。6.人员培训方面，随每周坚持开展，但没有详细的培训计划，也没有相应的考核制度，使得部分员工在培训中比较懒散，一定程度影响了培训的效果。制定详细的培训计划和相应的考核制度，对员工进行针对性的培训，明确目标，及时考核也是今后工作的重点。

7.管理缺乏人性化，员工出现生产异常的时候，有时会盲目的批评，影响员工的工作状况。在以后的工作中，出现问题，要及时和员工沟通，充分了解情况之后，在给与处理，该批评的绝不姑息，有其他原因的，也应加强教育。

2011年即将结束，对这一年的工作我感悟很多，在来年的工作中，我也将继续保持自己高昂的工作热情，努力提升自己的工作技能，给班组里的员工树立榜样，在组长管理工作中我仍将本着服务员工生产，协助主管管理的宗旨履行自己的职责。保质保量按时完成公司下达的生产任务，为公司的发展努力奋斗！

ABC

氮化钒铁工业化中试及其应用研究 篇3

关键词：氮化钒铁；微合金化；高强度抗震钢筋；光圆钢筋；低合金高强度带钢

中图分类号：TF762 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）26-0038-03

目前，我国普遍使用的微合金化技术主要有钒、铌两大类。我国钒资源相对充足，钒微合金化更为普遍。由于钒和氮优异的综合强化效果且能有效节约钒资源，国内外学者开始积极研究氮化钒和氮化钒铁的制备及其应用。

实践证明，氮化钒由于其比重小，对于大量未配置炉外精炼的中小型冶炼炉，钒的稳定性和精确控制较为困难。因此，利用现有的钒铁资源生产比重较大的氮化钒铁进行微合金化更适合于我国

国情。

1 实验室研究

1999年，东北大学刘建荣、张光德等人系统查阅了国内外氮化钒铁的制备情况，制备方法总体上可分两种：钒铁的熔体液态渗氮和钒铁粉的固态渗氮。文献资料表明，液态条件下渗氮量较低，工业应用价值有限。因此，钒铁粉固态渗氮是获得高含氮量氮化钒铁的主要制备方法。

基于热力学计算和动力学分析，采用不同粒度、不同品位的钒铁与不同纯度的氮气在常压不同温度下分别用料筒法、压块法、散料法和沸腾床法进行了一系列的实验室研究。

试验室研究结果表明：钒铁固态渗氮反应为放热反应，反应热将维持渗氮反应的进行；钒铁粉粒度对含氮量有很大影响，用组合筛分级的粗粉（0.8mm筛下）比细粉（0.45mm筛下）渗氮含量低得多，初步说明渗氮的限制性环节是氮气向钒铁颗粒内传质；温度升高，氮含量急剧增加，进一步说明了渗氮过程受氮气向钒铁颗粒内传质控制；四种制备方法中，散料法最好，其次是沸腾床法，再次是压块法，料筒法效果最差；氮气纯度影响渗氮效果，纯氮（99.9999%）与高纯氮（99.99%）相差无几，未经处理的工业氮气效果较差；在实验室条件下，利用现有的FeV50和FeV80制成的氮化钒铁氮含量能稳定达到11%～13%。

试验室研究表明：采用工业钒铁用散料法和高纯氮在适当压力下自蔓延渗氮是实现经济、高效工业化生产氮化钒铁的有效途径。

2 工业化中试研究

2008年，河北众成集团建立了氮化钒铁工业化中试基地，注册成立了辽宁绥中高新合金材料有限公司，建设了自蔓延高温合成中试生产线，氮化钒铁年产能约1000吨，产值约1.2亿元；随着氮化钒铁的推广应用，需求不断增加，公司目前正逐步淘汰中试反应器，实现了反应器大型化，年产能将达到2000吨以上。

工艺流程为：球磨→筛分→混料→合成→整粒→包装。

产品的成分见表1，主要供钢铁企业生产微合金化高强度钢筋等产品。由于以FeV80为原料生产时球磨效率低，FeV70N14未进行工业化大批量生产，仅做了小批量试制。

产品的主要特点是：比重大，达到5.0以上，溶速快，钢水吸收高（95%以上）且稳定；与钒铁、铌铁、钛铁和氮化钒等微合金化方式比，吨钢微合金化成本低且大幅度节约钒；钢材无明显的时效特征，性能稳定性好；采用独特的粒度控制技术，可按用户要求灵活控制且粒度均匀。

3 应用研究

3.1 低成本高强度抗震钢筋生产工艺

3.1.1 强化机制的选择。目前，热轧钢筋的强化机制主要有微合金化强化和余热处理强化两种或两种复合强化。根据高强度抗震钢筋的冶金质量要求及其使用特点，考虑到我国钢筋在使用过程中大多采用焊接连接的实际，余热处理钢筋在钢筋表面形成薄层回火马氏体组织，提高了耐软化性能，但600℃时就失去了它们所获得的特征。这一点非常重要，因为在工地上焊接或热弯钢筋常常会遭遇这样的温度。采用常规的焊接方式，焊接区必然成为余热处理钢筋的强度“谷底”，余热处理钢筋必须开发配套的连接技术。因此，为确保高强度抗震钢筋的安全使用，凌钢一贯坚持微合金强化。

3.1.2 微合金化工艺选择。根据不同的微合金化强化机制，进行了钒铁、铌铁、钒铌复合、氮化钒及氮化钒铁等多种工艺的系统研究，不同工艺的微合金化成本测算见表2：

高强度抗震钢筋实物质量的本质要求是：不但每批钢材的性能指标要达到标准规定值，而且不同批次的性能指标要尽可能控制在小的范围以提高建筑物的整体抗震性。这对原料管理、工艺控制和质量控制提出了更为严格的要求。经对比试验、综合成本和生产实际等因素，选择采用氮化钒铁微合金化工艺。同比钒铁微合金化节钒60%以上，按年消耗800吨氮化钒铁计算，节约钒铁500吨以上，具有显著的社会效益，是我国节钒微合金化技术的发展方向。

3.1.3 实物质量情况。参照成分对性能影响的定量化测算，合理控制氮化钒铁加入量，考虑其规格效应制定严格的内控化学成分要求，确保合理的力学性能富余量。冶炼工序执行窄成分控制，轧制工序稳定负差增量，确保各项力学性能和工艺性能指标及特征值均达到抗震钢筋要求。

凌钢自2009年采用氮化钒铁微合金化工艺以来，生产φ8～40mm高强度抗震钢筋HRB400E累计160万吨，目前月产量达到10万吨，占钢筋总量的55%以上。2010年供应国家重点工程京沪高铁HRB500E约10万吨，性能指标见表3：

3.2 低成本HPB300生产工艺简介

根据我国钢筋标准GB1499下一步修改意见（取消牌号HRB335和HPB235，增加牌号HPB300和HRB600），利用氮化钒铁微合金化试验生产了光圆钢筋φ40mm的HPB300，典型成分和性能见表4。试验结果表明：完全可以基于普碳钢采用氮化钒铁微合金化工艺低成本生产HPB300，具有显著的经济效益和社会效益。

基于普碳钢Q235，适当提高碳含量，按凌钢工况条件测算，在锰铁（硅铁）与钢铁料价格差大于2500元/t，即可降低生产成本。目前锰铁（硅铁）与钢铁料价格差约为3500元/t；与原工艺比较，锰铁和硅铁合金消耗降低20kg/t，成本降低135元/t；钢铁料消耗升高20kg/t，成本升高65元/t；氮化钒铁成本为50元/t。因此综合成本降低20元/t；按年产量100万吨计，年效益约2000万元。

3.3 低成本低合金高强度中宽热带生产工艺

凌钢低合金高强度钢系列中寬热带主要代表牌号有Q345B、Q345C、S240、S290等。通过系统的理论分析并经生产实践验证，采用低碳当量设计配合氮化钒铁代替铌铁微合金化技术生产低合金高强度钢是可行的，且节约成本。以Q345B为例，工艺调整前后的典型成分和性能见表5，成本降低约70元/t，同时碳当量降低0.05%，焊接性能明显提高，冲击功（20℃，5×10×55mm）同比提高20J，综合性能显著提高。低合金高强度钢系列品种市场竞争力大幅提升，年产量规模由1.8万吨提高到目前的12万吨，年效益约800万元。

4 结语

实验室条件下，氮化钒铁含氮量能稳定达到11%～13%，采用工业钒铁用散料法和高纯氮在适当压力下自蔓延渗氮是实现经济、高效工业化生产氮化钒铁的有效途径；中试、大生产和实际使用表明，氮化钒铁有诸多优点，是我国节钒微合金化技术的发展方向；氮化钒铁微合金化是目前低成本生产高强度抗震钢筋、光圆钢筋和低合金高强度热轧带钢的理想合金。

参考文献

[1] 刘建荣.氮化钒和氮化钒铁制备的实验研究[D].东北大学，2000.

[2] 许晓英.张光德，等.氮化钒铁微合金化高强度抗震钢筋的工艺研究[A].河北金属学会.钒氮微合金化钢暨氮化钒铁应用技术交流会论文集[C].承德，2010：22-25.

[3] 黄秀声.中国钢铁新闻网.2006-12-07.

作者简介：张光德（1971-），男，江西萍乡人，凌源钢铁股份有限公司高级工程师，硕士，研究方向：品种钢研发和新技术推广应用。

中试实验 篇4

由于经济的进一步发展，使得环境污染问题也越来越受关注。挥发性有机化合物(VOCs)产生的空气污染问题是其中危害人体健康最为严重的空气污染物[1]。根据WHO定义，挥发性有机化合物(VOCs)是指在常温常压下，其饱和蒸汽压范围为13.33 Pa～50.66 kPa、沸点范围在50～260℃内的有机污染物，主要有烷烃、芳香烃、烯烃、卤烃类、醛类、酮类、醋类和其他类[2]。根据不同的VOCs所具有的不同的性质和VOCs在空气中不同浓度的情况，VOCs的治理，一般广泛采用的方法可具体分为两种：一种是非破坏性的回收方法；另一种是通过光、热、催化剂和微生物进行化学反应的消除法，将VOCs转化为对人体无害的水和二氧化碳，化学反应的类型有热氧化、催化燃烧、生物氧化、电晕法、等离子体分解法[3]等。根据不同的环境，不同的浓度具体的使用各种处理方法。采用纳米TiO2光催化净化[4]这种技术具有不需要复杂的设备、无须苛刻反应条件、能量消耗较低以及由于反应成水和二氧化碳不产生二次污染等特点，应用于处理空气中低浓度的VOCs方面有着诱人的前景。活性炭纤维(ACF)为新型的多孔吸附材料，具有吸附量大，吸附快、解吸容易等优点而被广泛用于空气及水中污染物的净化。对水及气相有机污染物的处理表明，将TiO2负载到上ACF成TiO2/ACF复合材料，即可以使TiO2催化剂回收容易，还能利用ACF载体高吸附的性能起吸附富集作用来提高光催化处理效率[5,6,7]，同时TiO2催化分解吸附到ACF的VOCs使得其获得原位再生。本文采用浸涂法ACF负载TiO2，用来净化处理空气中的VOCs，探讨中试装置的光催化再生影响因素为实用化提供依据。

1 实验

1.1 实验材料

活性炭纤维布江苏苏通碳纤维有限公司

环己烷（分析纯）天津市富宇精细化工有限公司

溶胶TiO2自制

1.2 中试装置实验仪器设备

数显调节仪XMTD，姚奥特仪表有限公司；雷弗精密流量型蠕泵BT100L，保定雷弗流体科技有限公司；数字测风仪QDF-6，厦门智吴电子有限公司；精密电子天平JJ100，常熟双杰测试仪器厂；烘箱1000 W，上海讯能电热设备有限公司；VOC测定仪PGM-54，美国RE公司；紫外灯250 W，广东雪莱特光电科技股份有限公司；扫描电子显微镜Su-1500，日本Hitachi（日立）公司；X射线衍射仪X’Pert PRD，帕纳科X-ray分析仪器公司。

1.3 实验过程

1.3.1 活性炭纤维的预处理

剪取9块约50 cm×50 cm的活性炭纤维毡，分别编号1,2,3,4,5,6,7,8,9；将活性炭纤维在沸水中加热2 h，用稀硝酸溶液处理30 min，用去离子水洗涤至中性；烘干备用。

1.3.2 TiO2/ACF的制备

称取一定量自制的溶胶TiO2[8]配制0.01 mol/L,0.05mol/L和0.1 mol/L三种浓度的溶胶TiO2，将经过预处理的活性炭纤维1,2,3浸泡0.01 mol/L的溶胶TiO2中，将经过预处理的活性炭纤维4,5,6浸泡0.05 mol/L的溶胶TiO2中，将经过预处理的活性炭纤维7,8,9浸泡在0.1mol/L的溶胶TiO2中，进行涂覆约15 min，匀速提拉取出。将9块碳纤维毡置于100℃烘箱中烘干。将编号为1,6,8的活性炭纤维置于100℃马弗炉中加热，将编号为2,4,9的活性炭纤维置于150℃马弗炉中加热，将编号为3,5,7的活性炭纤维置于250℃马弗炉中加热，加热处理时间约为15 min[9]。

1.3.3 吸附流程

活性炭纤维布吸附VOCs中试实验装置如图1所示。首先，开动风机，由调控装置和测风仪调控风速至符合实验要求，然后把足量的环己烷倒入烧杯中作为模拟VOCs污染物，由流量型蠕动泵定量抽送到数显调节仪上进行加热（80℃）后喷出进入风道，以一定的流速进入吸附室，此时，可在风道的前段用VOC仪测定VOC的初始浓度。

在吸附室中由多孔铁框负载TiO2/ACF布，用于吸收通入的环己烷，通过吸附室后的气体在风道后段用VOC仪进行定时（每3 min）的VOC浓度测定记录。

1.3.4 TiO2/ACF的光照再生

12根125 W紫外光灯分三排等距排列，将吸附饱和的TiO2/ACF置于紫外线灯下光照再生。

将编号从1到9的吸附饱和的TiO2/ACF布分批置于紫外灯装置中，控制光照时间如下：

编号1,4,7的TiO2/ACF布光照0.5 h；编号2,5,8的TiO2/ACF布光照1 h；编号3,7,9的TiO2/ACF布光照1.5 h。

1.3.5 TiO2/ACF光照后吸附

继续重复2.3.3步骤的吸附流程

1.4 TiO2/ACF吸附饱和时间的测定

(1）把实验要求的TiO2/ACF负载到铁框上（如图2），放到吸附室的固定位置上。

(2）按相应的实验要求调控好风速（1.5 m/s）和环己烷流量（2 mL/min）后，开动流量型蠕动泵，由流量型蠕动泵定量抽送到数显调节仪上进行加热（80℃）后喷出进入风道，由风机抽动，以一定的流速进入到吸附室，同时开始计时。

(3）计时开始后，在风道的前段位置，使用VOC仪测定环己烷的初始浓度并记录；在测定环己烷初始浓度以后，在开始计时后的第3 min测定风道后段的环己烷浓度，此后，每隔3 min测定1次并记录，直到环己烷浓度恒定在一个小范围（±0.1）不变后，停下风机和流量蠕动泵。

(4）将上面得到的环己烷初始浓度记为C0，每隔3 min所测得的环己烷浓度记为Ct，按公式2-1处理，即可得到相应时间的环己烷透过率Q:

处理完成后，做一个Q-t的曲线关系图，即可在图上找到相应的饱和吸附时间。

1.5 TiO2/ACF饱和吸附量测定方法

(1）用电子天平测量进行预处理后的TiO2/ACF布质量，记为mo。

(2）用电子天平测量测量饱和吸附后的TiO2/ACF布质量，记为mt。

(3）按如公式(2-2)处理即可得到饱和吸附量q。

1.6实验方案

本次实验中，选择二氧化钛浓度（A）、光照时间（B）、煅烧温度（C）作为考察TiO2/ACF对环己烷吸附性能的3个因素，按L9(33)进行正交实验，表头设计见表1。

2 结果与讨论

2.1 X衍射的测定

图3为溶胶钛100℃烘干的二氧化钛样品的XRD衍射图，典型的锐钛矿相TiO2峰，峰的位置分别为：2θ=25.34,37.86,48.10,53.92,55.10,62.72。其分别对应d=3.512,2.374,1.890,1.699,1.665,1.480。这与在图3-2上2θ=25.1847,47.3794,47.9320,55.1200,63.2486,d=3.53619,1.91879,1.89795,1.66625,1.46906较为吻合，证实了在该溶胶钛经过100℃条件处理下形成了以锐钛矿相为主相的TiO2。

2.2 电镜分析

如4图可见，ACF未负载TiO2的扫描电镜照片，由照片看出ACF纤维丝的直径约为4～13μm，纤维表面有突起，纤维丝之间交错有许多大的空洞。

图5为ACF负载了0.01 mol/L的TiO2溶胶的TiO2/ACF扫描电镜照片，可见Ti O2零星地负载在ACF表面，纤维表面的突起更多，ACF丝之间仍然是交错有许多大的空洞。

图6为ACF负载0.05 mol/L的TiO2溶胶的TiO2/ACF，与图5相比，TiO2较为密布地负载在ACF丝表面，会阻塞纤维丝的孔洞，减小吸附性能。

图7为ACF负载0.1 mol/L的TiO2溶胶的TiO2/ACF，由图可见，随着TiO2的浓度增加在ACF表面形成密集的TiO2不同厚度的膜，全部覆盖了ACF表面的微孔，使ACF的吸附性能降低。

2.3 TiO2/ACF布对环己烷的吸附性能测定结果与讨论

2.3.1 TiO2/ACF吸附环己烷的饱和吸附时间的测定

本次正交实验中，TiO2/ACF吸附环己烷的饱和吸附时间及直观分析结果见表2。

采用直观分析法，表中SⅠ、SⅡ、SⅢ分别是因素水平为1、2、3的光照前的饱和吸附时间加和；

S’Ⅰ、S’Ⅱ、S’Ⅲ分别是因素水平为1、2、3的光照后的饱和吸附时间加和.。

2.3.2 TiO2/ACF吸附环己烷的饱和吸附量的测定

TiO2/ACF吸附环己烷的饱和吸附量及直观分析结果见表3。

采用直观分析法，表中L’Ⅰ、L’Ⅱ、L’Ⅲ分别是因素水平为1、2、3的光照后的饱和吸附量加和。

由表3可以发现，光照前TiO2/ACF和吸附量几乎为零，甚至为负，表明开始没什么吸附量，说明吸附性能差，可能是二氧化钛溶胶里的分散剂被大量吸附，从而阻塞了碳纤维上的孔洞。光照后吸附量增大，说明分解了分散剂，光催化确实有效果。对光照后各组数据进行正交试验分析。

2.3.3 二氧化钛浓度对TiO2/ACF布对环己烷的吸附性能的影响

从表2可见：光照前SⅠ>SⅡ>SⅢ，说明在实验条件下，二氧化钛浓度越大，负载在TiO2/ACF布的二氧化钛就越密集，达到饱和吸附的时间就越短，吸附效果越差。电镜照片上二氧化钛颗粒堵塞吸附孔的结果也证实了这一点。

光照后S’Ⅰ>S’Ⅱ>S’Ⅲ表明在实验条件下，二氧化钛浓度越大，负载在TiO2/ACF布的二氧化钛就越密集，达到饱和吸附的时间就越短，吸附效果越差。说明堵塞吸附孔的量越多。

同时，S’Ⅰ>SⅠ，S’Ⅱ>SⅡ，S’Ⅲ>SⅢ，说明相同浓度的TiO2悬浮液制备的TiO2/ACF布，光照条件下TiO2的存在可提高活性炭纤维对有机物的吸附性能，延长活性炭纤维达到吸附饱和的时间，从而增加活性炭纤维的平衡吸附量，这与刘守新等人[10,11]的实验结果相一致。

从表3可见:光照后L’Ⅰ>L’Ⅱ>L’Ⅲ表明在一定的实验条件下，二氧化钛浓度越大，负载在TiO2/ACF布的二氧化钛就越密集，饱和吸附量就越小，吸附效果越差。也说明堵塞吸附孔的量越多。

活性炭纤维具有的孔结构，使得活性炭纤维与TiO2组合存在着显著的协同作用。有两方面的作用：其一，ACF的存在提高了TiO2的光催化活性，

这是因为活性炭纤维对有机物污染物具有强吸附性能，增加了VOCs的局部浓度，大大提高了TiO2与VOCs分子的接触比率，加快了TiO2的光催化氧化速率；其二，TiO2负载到ACF表面，堵塞了部分纤维丝的孔洞，使得ACF的吸附性能下降。

在TiO2溶胶浓度较低时，TiO2/ACF复合材料中随TiO2含量的增加，光催化活性增大。而当TiO2的含量超过一定限度时，光催化性能反而下降。因为在制备TiO2/ACF复合材料时，活性炭纤维中的部分孔洞会被TiO2颗粒堵塞，当TiO2含量超过一定量时，降低活性炭纤维的吸附能力，TiO2粉末的吸附性能比活性炭纤维低很多，因此TiO2/ACF整体吸附性能下降，吸附作用减弱了，导致光催化活性的下降，如果没有负载则只有吸附而没有光催化作用，故TiO2/ACF的协同作用需要负载TiO2的量恰当[12]。

2.3.4 光照时间对TiO2/ACF布对环己烷的吸附性能的影响

由表2可看出，S’Ⅰ>SⅠ,S’Ⅱ>SⅡ,S’Ⅲ>SⅢ，说明光照后原先吸附饱和TiO2/ACF布在光照一段时间后，吸附在上面的环己烷被二氧化钛光催化氧化，TiO2/ACF布再生，重新恢复吸附能力。

比较光照后的饱和吸附时间加和S’Ⅰ、S’Ⅱ、S’Ⅲ可见，S’Ⅲ最大，说明光照时间最长时，饱和吸附时间也最长，这说明光照时间越长，再次吸附达到饱和的时间就越长。但S’Ⅱ最小，说明当光照1 h后，再次吸附达到饱和的时间就最短，这一问题的原因待查。

比较光照后的饱和吸附量加和L’Ⅰ、L’Ⅱ、L’Ⅲ可见，光照时间越长，再次吸附的饱和吸附量也越大。

光照时间越长，二氧化钛光催化氧化吸附在TiO2/ACF上的环己烷就越彻底，再生的效果就越好，吸附性能也就越好。

2.3.5 煅烧温度对TiO2/ACF布对环己烷的吸附性能的影响

由表2，比较光照前饱和吸附时间加和SⅠ、SⅡ、SⅢ及光照后饱和吸附时间S’Ⅰ、S’Ⅱ、S’Ⅲ可见，温度最小即100℃时，饱和吸附时间最长；

由表3，比较光照后的饱和吸附量加和L’Ⅰ、L’Ⅱ、L’Ⅲ可见，温度最小即100℃时，饱和吸附量最大。

而X衍射的测定，证实了100℃条件处理下形成了以锐钛矿相为主相的TiO2。说明温度最小即100℃时，吸附性能最好，证明了锐钛矿的二氧化钛有较好的光催化效果。温度升高，TiO2/ACF布的吸附性能有所下降，可能是由于温度过高，导致活性炭纤维被氧化，活性炭纤维上的孔洞收缩、坍塌，比表面降低，从而吸附能力大大下降。

3 结论

(1）采用TiO2/ACF光催化法处理VOCs具有一定的效果。

(2）在实验范围内，随着TiO2/ACF中，锻烧温度越低，吸附性能越好；

TiO2含量的增加，吸附性能降低；当紫外光照时间越长，再次吸附的效果就越好；

(3）综合三个因素对TiO2/ACF光催化降解环己烷的影响，在实验范围内，当二氧化钛浓度为0.01 mol/L，煅烧温度为100℃时，TiO2/ACF的光催化活性最高，光照再生1.5 h，吸附饱和时间达30 min以上。

摘要：现在空气质量状况越来越受到人们的重视,尤其是挥发性有机物对的污染很严重。本实验以具有很强吸附能力的活性炭纤维(ACF)为载体,采用浸渍法将TiO2负载于ACF制成TiO2/ACF复合材料,对模拟环己烷废气的吸附及光催化降解效果进行了研究。实验考察了TiO2浓度、煅烧温度及紫外光照时间等因素对环己烷去除率的影响。结果表明,在实验范围内,当TiO2浓度为0.01mol/L,煅烧温度为100℃,紫外光照时间为1.5h,制得的TiO2/ACF的光催化活性最高。

关键词：TiO2,ACF,吸附,光催化降解,VOCs,中试实验

参考文献

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中试总结报告编写内容 篇5

按照《浙江省危险化学品建设项目安全许可实施细则》的规定，对技术创新、自主研发、国内外领先等项目，在项目设立审查中，要求提供项目中试总结报告。中试总结报告应包括以下几项内容：

一、中试的时间、地点及主要参与人；

二、中试主要内容；

1、主要原料规格；

2、反应原理；

3、工艺流程图及流程叙述；

4、主要装置设备、规模、中试设计生产能力；

三、中试过程介绍

1、实验方法；

2、中试批次、数量；

四、中试总结

1、小试到中试放大倍数；

2、中试过程安全设施、设备运转情况；

3、中试过程出现的安全问题及对策；

4、采取的安全措施；

中试总结报告应分别由技术负责人，报告编制人，单位负责人签字，编制单位盖章。

根据《浙江省化工（科研）试验性项目安全管理规定（试行）》的规定，中（扩）试项目技术转让时，必须出具安全技术鉴定报告和新产品的安全技术说明书，附有可能产生的事故类型说明、防止或控制事故发生的措施以及安全技术规程等文件

中试实验 篇6

【关键词】污水回用；电吸附；除盐

1.引言

电吸附（electrosorption）又称电容去离子技术（capacitive deionization）。它是利用带电电极表面吸附水中离子及带电粒子的现象，使水中溶解盐类及其它带电物质在电极的表面富集浓缩而实现水的净化/淡化的一种新型水处理技术。与常规的吸附方式不同，电吸附是将吸附剂极化以操纵界面电位，从而改变界面吸附量和选择性(电增强吸附)。电吸附的驱动力来自吸附质与电吸附剂电极的各种相互作用。

电吸附过程中，吸附和脱附都可以通过电位的调控来完成。循环电吸附时，吸附剂首先保持在吸附电位，使吸附质从一种溶液中移去(电吸附)，然后电位反向控制在脱附电位使其脱附到另一种溶液中(电脱附)。电吸附过程可构成电位控制的吸附、脱附循环，一方面允许提高吸附容量(电增强吸附)，另一方面原位再生吸附剂。电吸附是一种不涉及电子得失的非法拉第过程，所需电流仅用于给吸附电极/溶液界面的双电层充电，因此电吸附本质上是一个低电耗的过程。它通过电脱附原位再生使用过的吸附剂，避免采用热再生，进一步节约了能耗，并且由于不采用溶剂洗涤或化学药剂再生，因而是一种清洁技术。

电吸附水处理原理：含离子水由一端进入由阴阳电极形成的通道，在通道中，原水中离子或带电粒子受到电场力作用而朝极性相反的电极迁移，最终被电极表面的双电层所吸附。当去除电压并让双电层放电时，双电层所吸附的离子又重新释放出来，这样双电层得以再生，为下一轮电吸附做准备，原水即在这种充放电过程中实现了除盐及净化。

2.电吸附技术在邯钢污水深度处理中的中试应用

2.1 试验要求

为满足节能减排的要求，提高邯钢第一污水处理厂的水质，增大回用量减少外排水量，需要对目前邯钢第一污水处理厂的出水进行深度处理。因此使用电吸附技术对其进行试验，产水用途为邯钢循环补给用水，水质需达到工业循环补给水要求。

2.2 试验工艺流程

工艺流程分为三个步骤：工作流程，排污流程，再生流程。如图1所示。

工作流程：储存在原水池中的原水通过提升泵打入保安过滤器，大于5μm的残留固体悬浮物或沉淀物在此道工序被截流，水再被送入电吸附（EST）模块。水中溶解性的盐类被吸附，水质被净化。

排污过程：排污过程其本质和再生一样，是模块的一个反冲洗程序，但水源有区别，排污过程用的是中间水池的水，即再生之后的浓水，这是一个有效的节水过程，因为经过再生之后的浓水尚未达到饱和，所以用再生后产生的浓水再次冲洗模块，就节省了冲洗过程中的用水量，提高了产水率。

再生流程：就是模块的反冲洗过程，用原水冲洗经过短接静置的模块，使电极再生。反冲洗后的水被送入中间水池，进入中水池的水等待下一个周期排污用。

2.3 数据与分析

中试分四个阶段运行，第一阶段要求出水达到循环补给水要求，得水率75%；第二阶段要求得水率70%；第三阶段要求得水率80%；第四阶段要求得水率75%。

2.3.1电导率。水的电导率与其所含的无机酸、碱、盐的量有一定关系。当它们的浓度较低时，电导率随浓度的增大而增大，因此常用于推测水中离子的总浓度或含盐量。本试验对电导率的去除效果如图2所示。

从图2可以看出，第一阶段平均去除率74.5%；第二阶段平均去除率79.5%；第三阶段平均去除率66.6%；第四阶段平均平均去除率73.1%；出水平均电导率为588.9μS/cm。

2.3.2总硬度。总硬度是水质的一个重要指标，对工业用水影响很大，过高的总硬度会导致结垢。本次试验总硬度去除率见图3。

由图3可以看出，电吸附对硬度的去除效果还是比较好的。其中第一阶段平均去除率79.6%；第二阶段平均去除率84.8%；第三阶段平均去除率76.4%；第四阶段平均去除率77.1%，出水总硬度平均达到5.1mmol/L。

2.3.3氯化物。氯离子是主要考察指标之一，是总盐中含量最高的组分，氯离子过高可能对钢铁管道产生腐蚀。氯离子的去除也是除盐的重要指标。本次试验氯离子去除效果见图4。

由图4可以看出，对氯离子的去除效果是相当好的（要优于电导率），其中，第一阶段平均去除率80%；第二阶段平均去除率86.2%；第三阶段平均去除率69.3%；第四阶段平均去除率82.1%；出水氯离子浓度平均为91.05mg/L.

2.3.4COD。COD是水中有機物消耗氧的含量，是反应废水污染程度的重要指标之一，是水质监测的重中之重，电吸附对COD的去除效果见图5。

电吸附对COD的去除机理有两种，一是吸附（还原性物质或极性有机物），一是分解（非极性有机物）。浓水COD是否浓缩，主要取决于这两种处理方式哪个占主要，而这两种去除方式哪个占比例大又主要取决于原水有机物的种类及浓度。从图8看，浓水COD是有些浓缩的，经对原水及浓水取样分析TOC，浓水的TOC并未增加，因此推断原水中可能含有还原性的物质。

从整个运行结果看：平均进水COD44.7mg/L，平均出水COD 12.6mg/L，平均去除率71.8 %；平均浓水COD102.7mg/L，浓缩1.3倍，而反渗透浓水COD一般都会浓缩4倍左右。

3.结论

本试验采用常州爱思特净化设备有限公司的电吸附除盐设备，在邯钢第一污水处理厂，对其外排水进行深度除盐处理试验研究。根据中试结果可得出以下结论：

（1）原水平均电导率2213.93μS/cm.，出水平均电导率588.9μS/cm.，平均去除率为73.4%

（2）原水平均总硬度为24.9mmol/L，出水平均总硬度为5.1mmol/L，平均去除率为79.5%

（3）原水平均氯根为442mg/L.，出水平均氯根为91.05mg/L.，平均去除率为79.4%

（4）原水平均COD为44.7mg/L.，出水平均COD为12.6mg/L.，平均去除率为71.8%,但是去除率及其不稳定。

由此可见，电吸附技术基本能满足邯钢循环水对电导率、总硬度和氯根这些指标的要求，且去除效率较高，但对钢铁综合污水中COD的去除效果不稳定，这和COD的成分有很大关系，就这部分的去除机理仍需要进行探讨。

参考文献

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稠油采出水处理中试 篇7

活性焦是以劣质煤为主要原料制备的一种具有吸附和催化双重性能的粉末状材料,发达的中孔结构决定了其对大分子、长链有机物以及无机物均有较强的吸附特性,可通过过滤和吸附两种功能对污水进行处理。与活性炭[7]相比,活性焦既具有活性炭的特点,又克服了活性炭价格高、机械强度低、易粉碎的缺点。鉴于以上优点,目前活性焦已成为难降解有机废水、油田采出水处理的研究热点。

本工作开发了稠油采出水COD活性焦组合工艺处理技术,以国内某油田经隔油-气浮工艺处理后的稠油采出水进行中试,对预吸附—水解酸化—曝气生物固定床滤池—后吸附组合工艺进行研究,稳定进水水质,提高污水可生化性,吸附难生物降解物质,使污水经过组合工艺处理后能稳定达标排放。

1 试验部分

1.1 试验材料

稠油采出水:国内某油田采出水经过隔油—气浮处理后的出水,出水温度为45~55℃,原水水质见表1。

mg/L

活性焦:以劣质褐煤为主要原料制备而成的粉末状物质,吸附量为50~100 mg/g。

生物载体:改性聚氨酯,呈矩形泡沫状,规格为5 cm×2 cm×2 cm,载体层高度1.5 m,载体量为21 m3。

高效石油专性降解菌:中跃环保科技集团,投加量为1 g/L(以有效容积计)。

1.2 工艺流程及运行参数

工艺流程见图1。稠油采出水由泵提升至预吸附池,其内安装搅拌器,进水与回流活性焦泥均匀混合,出水经过沉降池1后自流到上升流速为0.22m/h的水解酸化池,随后经过气水比10∶1(体积比)的曝气生物固定床滤池处理后,自流到后吸附池,池内活性焦的投加量为2 kg/m3,混合液自流到沉降池2。上清液自流到下一级后直接外排,部分焦泥回流到预吸附池,剩余焦泥脱水外排或作为燃料。污水处理系统设计流量为1 m3/h,各单元工艺参数见表2。

预吸附启动阶段,可以通过投加新活性焦的方式,使吸附池内活性焦浓度快速达到所需要的浓度。而在稳定运行阶段,不需要投加新的活性焦,通过将后吸附焦泥按进水流量的15%~25%(w)回流至预吸附池,以维持预吸附池中活性焦的浓度。

中试生化装置启动阶段进行闷曝,水解酸化和生物曝气固定床滤池分别按n(C)∶n(N)∶n(P)=300∶5∶1和n(C)∶n(N)∶n(P)=100∶5∶1比例投加营养,待微生物培养工作完成后,开始逐步进水,流量逐渐增加至满负荷流量(1 m3/h),监测有机物的降解效果,考察该生化工艺运行的稳定性及处理效果。

1.3 分析方法

采用重铬酸钾法测定COD[8]232-235;采用五日生化法测定BOD5[8]249-252;采用红外分光光度法测定ρ(石油类)[8]491-492;采用纳氏试剂分光光度法测定ρ(氨氮)[8]444-445;采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定TN[8]448-449;采用重量法测定SS[8]129-130。

2 结果与讨论

2.1 生化装置的启动与稳定运行

水解酸化—曝气生物固定床滤池的COD去除效果见图2。由图2可见,随着运行时间的增加,生化出水COD逐渐降低,直至达到110 mg/L左右,处理效果较稳定,COD去除率为50%~70%。

2.2 预吸附单元对水质的稳定效果

稠油污水水质、水量变化较大,若直接进入后置生化处理单元会对微生物造成较大冲击,抑制微生物的活性甚至死亡,而预吸附单元可以有效解决这一问题。预吸附单元对COD的去除效果见图3。

由图3可见:预吸附单元进水COD的波动范围较大,在408.6~526.7 mg/L之间,均值为465.5 mg/L;而预吸附出水较为稳定,COD均值为265.1 mg/L,单元COD去除率均值达到43.1%,说明预吸附单元具有较强的稳定性和抗冲击负荷能力,能适应水质水量变化较大的稠油采出水,为后续生物处理单元提供稳定有利的进水条件。

2.3 后吸附单元对难降解有机物的吸附效果

经过预吸附与生物工艺处理后,稠油污水中的污染物主要是难生物降解的物质,无法继续通过生化方法而被去除,出水水质不能达标外排,而后吸附工艺可以通过投加活性焦对其进行深度吸附处理。后吸附单元对COD的去除效果见图4。由图4可见,当后吸附进水COD为75.3~105.5 mg/L(均值为89.7 mg/L)时,后吸附单元的平均去除率为48.5%,出水COD为42.1~49.6 mg/L(均值为46.2 mg/L)。

2.4 组合工艺稳定运行阶段的处理效果

组合工艺COD的变化见图5,由图5可见:预吸附进水COD为408.6~526.7 mg/L,波动范围较大,而预吸附出水COD均值为265.1 mg/L;水解酸化—曝气生物固定床滤池出水COD均值为89.7 mg/L;后吸附出水均值为46.2 mg/L。组合工艺的平均COD去除率达90.0%。

组合工艺BOD5/COD的变化见图6。由图6可见,预吸附出水BOD5/COD值为0.08,经水解酸化后出水BOD5/COD值达到0.25,曝气生物固定床滤池出水BOD5/COD值变为0.14,水中主要是难降解有机物。水解酸化段BOD5/COD值升高的原因在于,在水解酸化池中部分难生物降解的有机物转化为易生物降解的有机物,导致BOD5的升高,同时污水中许多易降解的有机物被微生物直接摄取,宏观表现为COD的下降,所以水解酸化池出水的BOD5/COD值增大,即可生化性提高。

组合工艺进出水水质和排放标准见表3。由表3可见,出水中主要污染物的指标均已达到DB 21/1627—2008《辽宁省污水综合排放标准》[9]。

mg/L

3 结论

a)构建的预吸附—水解酸化—曝气生物固定床滤池—后吸附组合工艺可以有效处理水质、水量变化较大及含有大量化学添加剂的稠油采出水,无二次污染,COD去除率达到90.0%,出水COD均值为46.2 mg/L,主要污染物水质指标均满足DB 21/1627—2008《辽宁省污水综合排放标准》。

b)预吸附单元可去除污水中大分子的有机化合物,单元COD去除率均值为43.1%,出水较为稳定,COD均值为265.1 mg/L,稳定水质的同时可降低后续生物反应的抑制毒性。

c)水解酸化—生物曝气固定床滤池的单元COD去除率为50%~70%,出水COD平均值达到89.7mg/L。其中水解酸化单元将难降解的物质转化为小分子易降解的物质,BOD5/COD值由0.08提高至0.25,为后续曝气生物固定床滤池提供有利稳定的进水条件。

d)后吸附进水COD为75.3~105.5 mg/L(均值为89.7 mg/L)时,后吸附单元平均COD去除率达到48.5%,出水COD为42.1~49.6 mg/L,均值为46.2 mg/L。

摘要：以活性焦为吸附剂,采用预吸附—水解酸化—曝气生物固定床滤池—后吸附组合工艺中试处理稠油采出水。试验结果表明,当预吸附进水COD为408.6~526.7 mg/L、预吸附池活性焦泥回流量为25%(w)、水解酸化池上升流速为0.22 m/h、曝气生物固定床滤池气水体积比为10∶1、后吸附池投加新活性焦2 kg时,组合工艺对稠油采出水COD的去除率达到90.0%,出水COD均值为46.2 mg/L,出水水质满足DB 21/1627—2008《辽宁省污水综合排放标准》。

关键词：稠油采出水,水解酸化,曝气生物固定床滤池,活性焦,吸附

参考文献

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[8]国家环境保护总局.水和废水监测分析方法[M].4版.北京:中国环境科学出版社,2002.

吸附除磷技术中试研究 篇8

利用磷吸附剂进行深度除磷,通过现场中试,考查了磷吸附系统的运行条件和处理效果,分析了工程实用性。

1 试验材料与方法

1.1 磷吸附剂

中试采用某公司提供的B型磷吸附剂,表观比重0.92 g/cm3,标准颗粒直径0.4~1.5 mm(75%以上);该吸附剂在接近中性的p H值条件下有着较高的吸附能力,当p H值>5.0时,其吸附率可在85%以上。该吸附剂为Mg2+、Al3+、Cl-、OH-、及H2O组成的不可溶矿物性物质。由H2O、Cl-形成的中间层夹于Mg2+、Al3+、H2O组成的基本层中间,整体构造呈现夹层状。Cl-可与其他阴离子进行离子交换,特别是对PO43-具有较高的亲和性,当磷吸附剂在水中接触到PO43-后,中间层的Cl-就会对PO43-进行置换,从而将PO43-从水中去除。

1.2 工艺流程

吸附试验工艺流程示意图如图1所示。朱家浜为现场附近的河流,虚线框内所围部分为磷吸附试验流程。

曝气生物滤池(BAF)主要去除水中的NH3-N和有机物,混凝沉淀池所投加混凝剂为聚合氯化铝(PAC),和砂滤一起用来去除大部分的TP及悬浮物、微粒等,脱气塔则用来降低水的碱度,保证出水TP达标。

现场共3个磷吸附塔,1个连接脱气塔,1个直接与水箱相连,另外1个备用。每个塔的进水端都安装了流量计。每个磷吸附塔中有吸附剂15.7 L,石英砂垫层2.4 L,过水流量为80 L/h。脱气塔的作用是去除河水中的HCO3-。HCO3-与PO43-形成竞争吸附从而影响磷吸附剂的除磷效果和寿命,而磷吸附前的各流程对HCO3-没有明显的去除作用,因此设置了脱气塔,向进入脱气塔的水中投加一定量HCl,调节至p H=4.0~4.5,水流经过脱气塔后,HCO3-变成CO2被吹脱去除。经过磷吸附塔的出水,视p H情况,添加Na OH调节至中性后排放。试验中对比了脱气与不脱气2种模式下的运行效果。

1.3 检测方法

TP、溶解性TP及PO43-浓度的检测方法按GB11893—1989《水质总磷的测定钼酸铵分光光度法》,其最低检出浓度为0.01 mg/L,测定上限为0.6 mg/L。

2 试验结果与分析

2.1 河水水质

中试过程中,对河水水质进行了持续的监测,结果见表1。

从表中可见,河水TP中约70%为PO43-,比例较高,因此,PO43-的有效去除对实现出水TP达标至关重要;碱度的平均值高达205.2 mg/L,脱气塔发挥了主要作用。

2.2 不同进水磷浓度情况下的吸附除磷效果

通过调节混凝时PAC的投加量来调节磷附塔进水磷浓度,通过一段时间的运行检测,考查磷吸附工艺在处理不同TP浓度进水时去除效果,结果见图2。

图2a)反映进水TP浓度较高的情况:试验期间进水TP浓度为0.13~0.20 mg/L,平均浓度0.16 mg/L;进水PO43-浓度为0.10~0.15 mg/L,平均浓度0.12 mg/L。经过有脱气塔的吸附系统处理后,出水TP平均浓度在0.03 mg/L左右,去除率达81%;出水PO43-浓度则均<0.01 mg/L,低于检测限,几乎被完全去除。

图2 b)反映进水TP浓度较低的情况:试验期间进水TP浓度为0.04~0.06 mg/L,平均值0.05 mg/L;进水PO43-浓度为0.01~0.05 mg/L,平均值0.03 mg/L。经过有脱气塔的吸附系统处理后,出水TP和PO43-浓度平均值均<0.01 mg/L;在不经过脱气塔的情况下,出水TP浓度平均值为0.02mg/L,PO43-平均浓度也低于检测限,几乎被完全去除。

可见,磷吸附系统对水中的TP,尤其是PO43-有着优异的去除效果。当进水TP浓度<0.20 mg/L时,无论有无脱气塔存在,磷吸附系统都可以实现出水TP达标,但有脱气塔的情况下处理效果会更好。

2.3 磷吸附塔出水磷浓度随累积进水量的变化情况

试验中对磷吸附系统出水磷浓度随进水量累积的变化情况进行了试验和分析,并对比了有脱气塔和无脱气塔2种情况下的磷吸附处理情况。试验结果如图3所示。

由图3可见,在有脱气塔的情况下,在2种进水条件下,当累积处理水量达到近2 500 L时,PO43-仍可以几乎被完全去除;在没有脱气塔的情况下,运行初期PO43-可以被完全去除,在累积处理水量达到1 700 L左右时,出水中开始测出大于0.02 mg/L的PO43-,同时检测出了碱度,可见在此之前磷吸附剂吸附了大量的碱度,并因此降低了自身的磷吸附能力。

2.4 磷吸附塔加速试验

随着试验的进行,在没有脱气塔的情况下,磷吸附出水开始检出大于0.02 mg/L的PO43-,但由于磷吸附进水本身磷浓度很低,不容易判断吸附剂是否已吸附饱和,因此进行了加速试验,即在水箱中投加磷酸盐(此时进水TP浓度为0.04 mg/L左右),使其PO43-浓度达到100 mg/L,考查磷吸附剂的极限磷吸附量,并对比有脱气塔和无脱气塔2种情况下的运行情况。试验结果如图4所示。

对于通过脱气塔将HCO3-几乎完全去除的进水,PO43-的吸附量超过了理论值3 g P/L吸附剂,在吸附了7.3 g P/L吸附剂之后,处理水中依然没有检测到PO43-;终止加速试验后,切换到普通进水,磷吸附剂依然保持有吸附能力,后续处理出水中仍然没有检测到PO43-。

对于进水不经过脱气塔的情况,碱度为130~185 mg/L的进水直接进入磷吸附塔,当磷的吸附量超过1.3 g P/L吸附剂后,处理水中开始检测到PO43-,可能的原因是:加速试验进水PO43-的浓度比实际原水高出数百倍,会与被吸附的HCO3-发生置换。磷吸附饱和后停止了加速试验,切换到了普通进水,出水检出了2~3 mg/L的PO43-,随着处理水量的增加,出水PO43-浓度逐渐接近进水值。

3 结语

1)磷吸附剂的优势。

(1)磷吸附剂对PO43-有极好的去除效果,在中试条件下,当进水TP在0.16 mg/L、PO43-在0.12 mg/L时,PO43-几乎被完全去除;当进水TP在0.06 mg/L以下时,吸附出水TP低至0.02 mg/L以下,PO43-几乎被完全去除。

(2)碱度会影响磷吸附剂的处理效果和寿命,有必要设置脱气塔。在有脱气塔的情况下,磷吸附剂对PO43-的吸附能力高于理论值3 g P/L吸附剂,在吸附量达到7.3 g P/L吸附剂之后仍然具有较好的去除效果。

2)除磷系统不足之处及建议。

(1)在脱气模式下工作时,脱气塔耗能较大,过程中需要使用强酸(HCl)和强碱(Na OH)进行两次p H调节,系统维护管理难度较大,危险性大。

(2)磷吸附剂吸附饱和后,需要进行再生,操作难度大,成本较高。

(3)磷吸附系统装置占地面积较大,在用地有限的情况下,其应用受到限制。

(4)为使吸附塔高效地发挥磷吸附效果,保证合理的使用寿命,建议磷吸附塔入口进水达到如下要求:SS浓度在1 mg/L以下;p H=6.5~6.7;通过投加一定量Na Cl O来防止吸附剂被微生物污染;避免投加PAM等黏性物质。

参考文献

[1]OZACAR M.Adsorption of phosphate from aqueous solution ontoalunite[J].Chemosphere,2003(51):321-327.

[2]丁文明,黄霞.废水吸附法除磷的研究进展[J].环境污染治理技术与设备,2002,3(10):23-27.

[3]JOHANSSON L.Phosphate removal using blast furnace slugs andopoka mechanisms.Water Research,2000,34(1):259-265.

[4]项学敏,卫志强,周集体.污水中磷酸根的吸附研究进展[J].广州环境科学,2009,24(4):5-9.

生化法处理碱渣废水中试研究 篇9

关键词：碱渣,废水,生化处理,化学需氧量,硫化物

用碱洗工艺脱除裂解气中的硫化物时会产生硫化物浓度和化学需氧量(COD)均较高的碱渣废水[1]。中国石油兰州石化公司为70万t/a乙烯装置配套建设的2套碱渣废水处理装置均采用中压湿式氧化工艺,设计反应温度为120～150℃,设计反应压力为0.5～0.6 MPa。目前装置存在的主要问题是:(1)实际处理量小且只能达到设计能力的60%,无法满足生产需要,未处理碱渣只能填埋;(2)处理效果差,只能将污水的COD由7.27～35.00 g/L降低到6.06～31.40 g/L(下降率仅为26.53%),硫化物质量浓度由12.009～13.142 g/L降低到5.365～9.247 g/L(去除率仅为44.17%)。国内多采用西门子高温高压湿式氧化工艺处理乙烯碱渣,目前已在上海赛科石油化工有限责任公司、中国石油化工股份有限公司茂名分公司、中国石油独山子石化公司等多家企业的乙烯装置投用,缺点是:(1)一次性投资和运行成本较高;(2)处理效果欠佳,处理后污水的COD高达5 g/L,仍无法满足污水处理厂的进水水质要求;(3)操作压力较高,涉及有毒气体(硫化氢),安全风险较大。2009年7月,为开发出能高效、经济、安全、稳定地处理碱渣废水的新工艺,中国石油兰州石化公司石油化工厂与天津莱特化工有限公司合作,采用韩国SK集团开发的高效生物强化(简称QBR)技术处理乙烯碱渣废水和炼油厂液态烃碱渣废水。中试研究结果表明,处理后碱渣废水COD的下降率为98.5%,硫化物、石油类物质去除率分别为99.9%,85.3%。

1 中间试验

1.1 工艺流程

生化法处理碱渣废水中间试验工艺流程如图1所示。

按m(46万t/a乙烯装置碱渣废水)/m(24万t/a乙烯装置碱渣废水)为10∶7比例将乙烯装置碱渣废水加入到均质桶内,混合均匀后将混合碱渣废水的pH值调节到9.0～11.0。将混合碱渣废水排入QBR池进行生化处理,除去COD、硫化物等污染物后,出水排入化污系统,污泥混合液进入沉淀池进行泥水分离,沉淀下来的污泥通过回流返回到QBR池内。可直接向QBR池内加入清水,以满足QBR池内溶解性总固体(TDS,Total Dissolved Solids)质量浓度小于20 g/L要求,V(清水)/V(碱渣)为3。为使微生物的处理能力和活性均保持在高效状态,需根据处理负荷向QBR池内加入专用营养液QMM。

1.2 关键设备

p H值调节罐p H值调节罐的作用是将混合碱渣废水的pH值调节为9～11,长、宽、高分别为1 000,400,700 mm,有效容积为80 L,材质为碳钢内防腐。

隔油池平流式,长、宽、高分别为950,400,500 mm,有效容积为130 L,材质为碳钢内防腐。

QBR池池内布置有微孔曝气头,长、宽、高分别为1.5,1.0,1.6 m,有效容积为2 m3,材质为碳钢内防腐。

沉淀池直径为680 mm,高度为1.4 m,有效容积为250 L,材质为碳钢内防腐。

1.3 工艺条件

QBR工艺设计操作条件如表1所示。

1.4 水质指标

生化法处理碱渣废水中试装置设计进、出水水质指标如表2所示。

1.5 激活微生物

所用微生物为人工筛选且有针对性的高效微生物菌团,容积负荷为传统活性污泥法的10倍。将碱渣废水投入QBR池,用稀释水将碱渣废水的COD稀释到约为1.6 g/L,向QBR池中投入5 kg干菌后开始曝气。连续曝气24 h后,QBR池中溶解氧的质量浓度由7 mg/L下降到1 mg/L;曝气30 h后,QBR池中溶解氧的质量浓度由1 mg/L上升到6 mg/L,污泥为黄褐色絮状,污泥指数(SVI)达到100～150,表明微生物已被激活[2]。

2 结果与讨论

2.1 稳定运行试验

2.1.1 处理效果

在m(46万t/a乙烯装置碱渣废水)/m(24万t/a乙烯装置碱渣废水)为10∶7,处理量为312,422,412 L/d,停留时间为12 h的工艺条件下,当QBR中试装置处于稳定运行状态时,废水处理效果如表3所示。

由表3可以看出,用QBR中试装置处理进水水质变化范围较大(p H值为12.97～13.92,COD为21.4～27.0 g/L,硫化物质量浓度为10.9～24.0 g/L)的碱渣废水,COD平均下降率为97.00%,石油类、硫化物平均去除率分别可达89.50%,99.96%,处理效果甚佳。

2.1.2 药剂消耗

稳定运行期间,营养液投加泵流量较大,导致营养液投加量过大,造成不必要浪费。处理1 t碱渣废水,营养液、硫酸(H2SO4质量分数为98%)和碱液(NaOH质量分数为30%)消耗量分别为11,45,24 L。

2.2 抗冲击运行试验

2.2.1 处理效果

在混合碱渣废水处理量为450,462 L/d(为处理量的120%),停留时间为12 h的工艺条件下,高负荷下装置的废水处理效果如表4所示。

由表4可以看出,即使QBR中试装置高负荷运行,处理COD为12.189～17.420 g/L,硫化物质量浓度为5.78～13 86 g/L的混合乙烯碱渣废水,COD下降率为97.1%,石油类、硫化物去除率分别为93.7%,99.8%,处理效果依然良好。

2.2.2 药剂消耗

装置高负荷运行时,处理1 t碱渣废水,营养液、硫酸(H2SO4质量分数为98%)和碱液(NaOH质量分数为30%)消耗量分别为2,38,58 L。

2.3 乙烯-炼油混合碱渣废水的处理

2.3.1 处理效果

以m(乙烯碱渣废水)/m(炼油业液态烃碱渣废水)为15的混合碱渣废水为原材料,在处理量为480,500,440 L/d,停留时间为12 h的工艺条件下,混合碱渣废水的处理效果如表5所示。

由表5可以看出,用QBR中试装置处理乙烯-炼油混合碱渣废水,COD下降率为98.0%,石油类物质和硫化物去除率分别分94.2%,99.9%,处理效果良好。

2.3.2 药剂消耗

处理1 t乙烯-炼油混合碱渣废水,营养液、硫酸(H2SO4质量分数为98%)和碱液(NaOH质量分数为30%)消耗量分别为4,40,53 L。

2.4 用碱渣调节p H值

为降低处理成本,进行了用未处理乙烯碱渣废水代替新鲜碱液调节曝气液pH值的试验研究。

2.4.1 处理效果

碱渣代替新鲜碱液时废水的处理效果如表6所示。

2.4.2 药剂消耗

处理1 t碱渣废水,营养液、硫酸(H2SO4质量分数为98%)消耗量分别为2.6,29.2 L。营养液用量降低的原因是采用了人工间歇定量投加方式。

2.5 进出水关键性能监测结果

用QBR技术处理前后乙烯碱渣废水的pH值,COD,石油类物质及硫化物含量变化情况分别如图2至图5所示。

由图2可以看出,在25次监测范围内,只有1次出水p H值超出污水处理厂进水要求的6～9范围之外,出水p H值合格率为96%。

污水处理厂要求进水COD应小于1 g/L。由图3可以看出,采用QBR技术处理后,在监测的27次中只有1次出水COD不合格,合格率为96.3%。

污水处理厂要求进水石油类物质质量浓度应小于25 mg/L。由图4可以看出,出水石油类物质含量合格率为80%。

污水处理厂要求进水硫化物质量浓度应小于20 mg/L。由图5可以看出,出水硫化物含量合格率为84%。

2.6 处理成本

采用QBR技术处理高浓度乙烯碱渣废水,综合处理成本为70.45元/t,其中包括动力消耗成本10.65元/t,药剂消耗成本59.80元/t。

3 结束语

使用QBR技术,可使碱渣废水的pH值由1 3.4 降低到6.6,COD由20.419 g/L降低到463.5 mg/L,硫化物质量浓度由21.118 g/L降低到12.4 mg/L。

参考文献

[1]于然旺,董明会.乙烯装置废碱液处理的现状与展望[J].乙烯工业,2004,16(2):54-57.

苯酚丙酮废水现场中试试验研究 篇10

苯酚丙酮废水主要来源于苯酚丙酮生产过程的氧化、精馏等主要工艺装置,废水水质组成成分复杂,污染物浓度较高,主要含挥发酚、苯酚和异丙苯等苯系物,苯、小分子酮类、醛类、醇类、酯类、羧酸类等有机污染物以及硫酸盐,废水p H变化幅度较大,CODCr、苯酚等浓度很高,尤其是硫酸盐含量非常高,且硫酸盐含量和苯酚浓度变化较大。国内企业往往是将苯酚丙酮废水与其他废水混合后进行处理,曾有采用曝气 + 生物接触氧化工艺流程处理该废水的报道[2],郭怡雯等[3]采用兼氧/好氧工艺和好氧工艺对苯酚丙酮生产废水进行了小试试验研究,孟志国等[4]考察了湿式过氧化物氧化技术(WPO法) 处理此类废水的可行性。

本文采用LTBR高效生物处理技术 + 强化Fenton技术对某石化公司的苯酚丙酮废水进行了现场中试试验,取得了理想的效果。

1 试验工艺流程及分析方法

1. 1 中试试验装置工艺流程

苯酚丙酮废水在pH调节罐经初步调节pH值后自流进入LTBR特效生物膜反应器,废水中的大部分有机物在反应器内被特效微生物降解。为了维持LTBR特效生物膜反应器内的微生物生长环境,利用鼓风机持续向反应器内供氧,利用营养液计量泵定期向反应器内投加专用的营养液(BMM); 同时为了保持反应器内合适的盐含量(TDS),需要通过计量泵向反应器内补充稀释水(根据苯酚丙酮进水含盐量的变化调整); 生化处理后废水在LTBR特效生物膜反应器中直接实现泥水分离,生化出水自流进入LTFT反应器,达到指定液位后,反应器内p H自动调节系统将废水调至p H反应条件,计量泵加入定量的双氧水,人工加入Fenton催化剂和铁盐,充分搅拌下进行Fenton反应( 间歇) ,反应混合液进入静置槽搅拌分离( 底部分离出的Fenton催化剂可回收再利用),Fenton出水至贮水槽静置后达标排放。

中试试验装置工艺流程见图1。

1. 2 试验设备、仪器及试剂

试验设备、仪器及试剂见表1。

1. 3 试验设计进、出水水质与水量

本次试验所使用的苯酚丙酮废水来源于某石化企业苯 酚丙酮车 间, 试验设计 处理量为650 L / d,设计进、出水水质见表2。

1. 4 中试试验主要操作参数

试验主要操作参数见表3。

mg/L(p H 除外)

1. 5 分析方法

试验主要分析项目及分析方法见表4。

2 试验装置的启动与运行

2. 1 微生物激活阶段

本阶段从2013年6月23日至6月26日。首先在LTBR生化单元加入经稀释水稀释的苯酚丙酮废水(CODCr在3 000 mg /L左右),投入特效复合菌种和生物营养液( BMM),调节p H值至中性,进行充分闷曝。连续曝气24小时后,曝气液中的DO由7 mg /L迅速下降至1 mg /L左右; 连续曝气30小时后,DO逐步升高到6 mg /L左右。该过程说明微生物已经被激活,可以连续进水,并逐级增加进水量,同时进一步提高污泥浓度,使处理负荷维持在较高水平。

2. 2 微生物调整阶段

本阶段从6月27日至7月5日。6月27日LTBR生化单元开始连续进水,处理量在600 L / d左右,经稀释水稀释的苯酚丙酮废水CODCr浓度约4 000 mg /L,该阶段微生物增长缓慢,系统出水较为混浊,活性污泥呈现出乳白色。针对该现象从6月30日起,增加了系统的供风量,使曝气液DO维持在2 mg /L以上,并将处理量降低到400 L / d。随后的几天,曝气液和出水混浊问题得到了很好的解决,微生物的活性开始向良性方向发展。

2. 3 微生物稳定运行阶段

本阶段从7月6日至8月7日,LTBR生化单元逐渐转入正常,污泥稳定增长,活性污泥絮体明显增大,沉降性能良好,外观淡黄色污泥沉降比由5% 增加到12% 左右。出水由混浊转为清澈透明,各项水质指标有明显好转,LTBR生化单元转入正常运行。

2. 4 微生物正常运行阶段

从8月8日至8月18日进行了试验标定。其中8月8日至8月11日进行了常规标定,8月12日至8月18日进行了水量冲击标定(LTBR生化单元的废水进水量提高50% ~ 100% )。

3 结果与分析

3. 1 常规标定

8月8日至8月11日对苯酚丙酮废水现场中试试验装置进行了标定考核,苯酚丙酮废水原水为淡灰色并有少许悬浮物,LTBR生化出水和Fenton出水均无色透明,活性污泥性状良好。常规标定期间各单元进、出水水质分析数据见表5。

注: “L”表示该项目的测定结果低于其方法最低检出限,为未检出。

3. 2 水量冲击标定

为验证系统抗负荷冲击能力及受到冲击后的恢复能力,8月12日至8月18日对中试试验装置进行了水量冲击标定试验。标定期间各单元进、出水水质分析数据见表6。

1)8月12日至8月15日将LTBR生化单元的废水进水量提高50% ,即废水处理量由0. 65 t/d提高至0. 975 t/d,水量提高后生化单元运行稳定,平均COD处理效率在94% 以上,活性污泥性状良好,生化出水指标非常理想,强化Fenton单元出水指标均达到并优于设计排放指标。

2)8月15日至8月18日将LTBR生化单元的废水进水量提高100% ,即废水处理量由0. 975 t/d提高至1. 3 t/d,水量提高后生化单元处理效率短时间内出现波动,经过短时间适应调整后,生化单元迅速恢复其高效处理能力,活性污泥性状较好,后续强化Fenton单元仍然能通过调整,保证最终出水指标达到设计出水指标。

4 结 语

1) 采用“LTBR高效生物处理技术 + 强化Fenton技术”处理工艺进行苯酚丙酮废水现场中试的试验结果表明,废水中的主要污染物,如CODCr、挥发酚、石油类 等的去除 率都达到 了99% 以上,该工艺技术可行, 污染物降解能力强,处理效率高,处理效果好。

浅谈固体制剂中试车间的设计 篇11

在我国医药经济飞速发展与2010版GMP强制推行的关键时期,加大科研投入,推进技术创新成为了制药企业发展的必由之路。新药投入大量生产以前,必须研制出一条成熟、稳定、适合于工业生产的技术工艺路线。中试生产是小试的放大,是工业生产的缩影,是从实验室过渡到工业生产必不可少的重要环节,是两者之间的桥粱。所以,对中试车间的设计和建造显得尤为重要。中试车间的设计不仅要考虑实现科研成果产业化使用需求,还应考虑小规模生产的适应性,同时考虑GMP法规的符合性。下面结合笔者参与中试车间项目建设的实际情况,做一些设计上的探讨,希望能起到参考和借鉴作用。

1 固体制剂中试车间的布局要求

1.1 固体制剂中试车间的特点

1.1.1 生产前段工序相同

固体制剂剂型主要包括片剂、胶囊剂和颗粒剂,不论采用何种生产工艺,生产前段制粒工序都大体相同,在平面布置时尽可能按生产工段分块集中布置,这样可减少各工段间的相互干扰,同时有利于空调系统合理布置。

1.1.2 涉及物料种类多

由于不同剂型的产品涉及的物料种类不同,可以通过设置物料暂存或中转站、明确人物流分离、加强人员管理等措施来避免物料的混淆。

1.1.3 产尘的工序多

固体制剂生产过程中易产生大量的粉尘,如果处理不当,不仅会对药品质量产生很大的影响,还存在粉尘爆炸的危险。发尘量大的粉碎、过筛、制粒、干燥、整粒、压片、胶囊填充等工段,都需设计必要的捕尘、除尘装置。

1.1.4 批量小、品种多

中试设备规模小,品种多,由于每种产品所需人员不一、班次不一,批与批之间必须严格清场,才可保证药品质量。

1.2 固体制剂中试车间的布局设计

1.2.1 平面布局设计

厂房设施的合理设计和实施,包括空间设计、人流物流设计、隔离设计以及建筑装修材料的使用等方面,是规避生产质量风险及EHS风险的最基本、最重要的前提。

布局设计应依据《药品生产质量管理规范》 (2010年修订)、《医药工业洁净厂房设计规范》 (GB50457—2008)进行。车间总体布局应当合理, 生产区、仓储区、质量控制区和辅助区不得互相妨碍,工艺条件相近的靠近布置,差异性大的分开布置。可考虑单层厂房内设置多层操作平台以满足工艺需求和设备位差的要求。参观走廊的设置应综合考虑人流、物流通道,保证消防安全通道畅通。

1.2.2 人流/物流设计

人流物流的设置应分开,最好能在相反的方向 (或位置)设置人流、物流入口。当从同方向设置人流、物流入口时,两者之间应保持相对较远的距离, 不得相互影响和妨碍。人流通道应当采取适当措施 (如门禁系统),防止未经批准的人员进入。生产、贮存和质量控制区不得用作非本区工作人员的通道。

物流的规划,也就是生产工艺路线,主要考虑物流路线的合理性,路线要短捷、流畅,避免交叉污染。生产中易造成污染的物料应设置专用出入口。

1.2.3 生产设备布局设计

生产设备应按工艺流程合理布局,不迂回、不往返,一般可考虑直线形、U型或L型布置,使物料传输距离最短。暂存物料的中间站应靠近操作间, 方便各工序之间联系,防止药品生产的污染、混淆和人为差错。

1.2.4 人员物料净化设计

人员净化应设置换鞋、存外衣、盥洗、消毒、更换洁净服、气闸等设施,气闸室要双门联锁,有防止同时打开的措施。卫生间、淋浴、休息室的设置不得对洁净区产生影响。高致敏性、高活性及有毒害药品的人员净化应有防止有毒害物质被人体带出净 化用室的措施。

物料净化一般采用传递窗或者风淋室。由于原辅料包装体积都很大,而传递窗尺寸不可能太大, 起不到应有的作用。建议使用货淋或缓冲间,其门应是双门联锁结构,空调送风。原辅料和直接接触药品的内包材料,相互间不产生污染,如果工艺流程上合理,可以使用同一个入口。

1.3 公用工程的配套

配套中试车间的公用工程,尽可能利用药厂本身现有的资源,如压缩空气、氮(液)气、冷冻水、循环水、纯化水、蒸汽、真空、暖通、供电等。

2 固体制剂中试车间的工艺条件设计

2.1 生产区

固体制剂中试车间生产的暴露工序区域及其直接接触药品的包装材料最终处理的暴露工序区域,应当参照GMP“无菌药品”附录中D级洁净区的要求设置,并采取适当的微生物监控措施。

洁净区的内表面(墙壁、地面、天棚)应当平整光滑、无裂缝、接口严密、无颗粒物脱落,避免积尘, 便于有效清洁。生产区要有与生产规模相适应的面积和空间安排生产设备和物料,保证生产操作衔接合理,防止原辅料、中间品、半成品、成品混淆和交叉污染,辅助设施应能在满足生产需要的同时,不妨碍生产操作。

洁净区内要设计容器具、洁具的清洗、存放室, 还应有脏容器存放间。不少设计中忽略脏容器存放间,而且容器清洗和存放间太小,造成实际生产中容器乱放。因此,一定要根据产品的产量和运输方式确定各间大小。清洗间、存放间的设置应能避免设备、器具的二次污染,可以采用单向流动布置或保持相对负压。

洁净走廊不仅仅是人员、物料的通道,而且也是设备更换的通道。由于中试生产的特殊性及工艺配方和设备不断改进,应适当加宽洁净走廊或在走廊设置不锈钢的防撞护栏,减少运输过程和设备更换对隔断的碰撞或破坏。

2.2 仓储区

仓储区的设计和建造应当有足够的空间,确保良好的仓储条件(如温湿度、避光),并有通风和照明设施。高活性的物料或产品以及印刷包装材料应有单独的存放区域。接收、发放和发运区域应当能保护物料、产品免受外界天气(如雨、雪)的影响。

设立空气洁净度级别与生产要求一致的单独的物料取样区。如在其他区域或采用其他方式取样,应当能够防止污染或交叉污染。

2.3 质量控制区

质量控制实验室应与生产区分开,应有足够的区域用于样品处置、留样和稳定性考察样品的存放以及记录的保存,并能够避免混淆和交叉污染。

2.4 辅助区

更衣室和盥洗室应当方便人员进出,并与使用人数相适应。盥洗室不得与生产区和仓储区直接相通。休息室不应对生产区、仓储区和质量控制区造成不良影响。

维修间应当尽可能远离生产区。存放在洁净区内的维修用备件和工具,应当放置在专门的房间或工具柜中。

3 固体制剂中试车间的设备选型

设计人员在设备选型问题上应坚持按GMP的要求,便于操作、清洁、维护和消毒,尽可能降低产生污染、交叉污染、混淆和差错的风险。与药品直接接触的设备表面应当平整、光洁、易清洗或消毒、耐腐蚀,不得与药品发生化学反应、吸附药品或向药品中释放物质。

设备的传动部件应密封,所用的润滑剂、冷却剂等不得对药品或容器造成污染。

有爆炸危险的设备选型应符合《爆炸危险环境电力装置设计规范》(GB50058—2014)的要求。

3.1 称量罩

固体制剂涉及的物料产尘大,称量时为防止粉尘外逸造成交叉污染,生产区应设置单独的称量室,配置带有围帘的层流罩或采取局部排风除尘。以往对称量室的单独设置未重视,常在备料室称量,易将剩余的原辅料就地存放,产生交叉污染和混淆。

3.2 粉碎过筛机

选型时首先应考虑所购进的粉碎机是粉碎何种物料的以及产品要求粉碎的粒径。粉碎机的能耗很大,选型时考虑节能,生产能力应略大于实际需要的生产能力。

3.3 制粒相关设备

制粒是由原辅料的粉体与黏合剂混合成软材、颗粒干燥等工序完成。

3.3.1 湿法制粒机

湿法制粒的设备有卧式和立式2种,由于卧式湿法制粒机具有设备紧凑、重量轻、能耗低、结构简单、便于操作和维修等优势,设备选型时优先考虑, 传动系统采用传动装置。

人机对话界面能动态反映主要工序的情况,有工艺菜单的选择及参数 (搅拌浆与制粒刀速度、混合与制粒时间和CIP时间等)的设定,能显示设定参数、实际工作参数以及故障原因等。工艺有特殊要求时,可以选用夹层锅(加热和冷却功能)。

3.3.2 流化床制粒机

流化床制粒也称一步制粒法,是将常规湿法制粒的混合、制粒、干燥3个步骤在密闭容器内一次完成的方法。根据雾化喷入方法,一般有顶喷、侧喷和底喷3种。其中,顶喷多数用于锥形流化床;侧喷采用旋转流化床技术,在制药业用于药丸制造及粉粒包衣;底喷常用于粉体包衣、颗粒(丸)包衣。

为了避免“死床”现象,可考虑在容器底部气流分布板上方设置搅拌器,生产时缓慢搅拌流化床上的物料,以确保物料处于流化状态。

3.3.3 干法制粒机

干法制粒特点是所需设备少、占地面积小、省时省工,同时由于制粒中不使用黏合剂,制成片剂容易崩解,适用于湿热敏性药物,不适用于水溶性药物。

设备选型应首先考虑轧辊的质量(轧辊的加工质量和冷却效果直接影响物料的得粒率),轧辊表面应具有较强的耐磨性和抗疲劳强度,且具有较好的抗腐蚀性。设备设计时应最大限度地降低设备的振动,设备振动会加大尘粒的产生和加剧尘粒的扩散。

3.4 整粒机

设备选型应考虑筛网的目数,必须与制剂工艺要求相适应,整机无死角、残留、凹凸面以及螺钉, 易清洗。

3.5 混合机

总混宜采用三维混合机,物料在无离心力的作用下混合,不产生比重偏析和积聚现象,混合均匀度高、装载系数大、工效高、无污染、无泄漏、易清洗。

3.6 压片机

压片机选型时应考虑产品物料的情况,结合制剂工艺的要求进行选择,对压片机的主要技术参数、特点和应用范围进行对比分析,选出适合制剂工艺要求的设备。

3.7 包衣机

包衣机应选用高效包衣机,适用糖衣、有机薄膜、水溶性薄膜的包衣,其具有高效、节能、洁净、安全、操作简便等特点。包衣采用了大量的有机溶媒, 根据安全要求,高效包衣工作室应设计为防爆区, 采用全部排风,不回风,防爆区相对洁净区公共走廊负压。

3.8 胶囊填充机

胶囊充填机现以填塞定量式方式,结构紧凑, 动作可靠。设备选型时,还应关注:(1)单机运行噪音大,故机构设计、主要配套件和零件制造精度也至关重要;(2)粉尘污染问题的考虑;(3)装量精度的好坏除与机器质量有关外,主要还与颗粒制造质量、混粉均匀性、副料的添加和室内相对湿度等有关。

3.9 包装机

3.9.1 铝铝/铝塑包装机

铝铝/铝塑包装机根据包装形式分为软双铝、硬双铝和铝塑。选型时应考虑产品的特性,对设备运行的稳定性、网纹和批号的清晰度应重点关注。

3.9.2 数粒装瓶机

数粒装瓶机按功能可分为以下几个硬件动作模块和相应的软件程序模块:主传动模块、供瓶模块、数粒模块和加盖模块。在装瓶线上可选用能印生产标识、提高产品档次的喷墨打印机,增强产品的管理和防伪功能。

3.10 公用工程选型及要求

净化空调系统的选型及要求:配置空调净化系统,使生产区有效通风,并有温度、湿度控制和空气净化过滤。不同级别洁净区之间的压差应当不低于10 Pa。必要时,相同洁净度级别的不同功能区域 (操作间)之间也应当保持适当的压差梯度。如产尘操作间(如干燥物料或产品的取样、称量、混合、包装等操作间)应当保持相对负压或采取专门的措施,防止粉尘扩散,避免交叉污染并便于清洁。

4 固体制剂中试车间的供电

车间的配电应采用动力、照明分路供电,便于维修及管理。车间内所有用电负荷皆为二级负荷,由变电所供电,在车间配电室内根据工艺及配套设施的用电量,设置多个配电箱,所有用电设备的配电,皆通过配电箱来完成,设备设置就地的启停(防爆)按钮,控制元器件设置于配电室内的动力配电箱中,所有动力及控制电缆皆通过电缆桥架铺设到各设备,共用接地装置利用建筑物基础内钢筋作为接地体,并与厂区的接地网连接在一起,接地电阻值不大于1Ω,防雷、保护及工作接地均引自共用接地装置。

生产区应当有适度的照明,目视操作区域的照明应当满足操作要求,应配备应急照明、疏散指示灯以及厂房内外联系的通信装置。

5 固体制剂中试车间的三废处理

固体制剂中试车间排放主要是少量的生产污水和清洗用水,应通过管道分别排放到污水处理站,进行不同方式的处理后排放。

6 固体制剂中试车间的消防与安全

中试车间 消防按《建筑 设计防火 规范》 (GB50016—2014)和《中国建筑灭火器配置设计规范》(GB50140—2010)设计,在厂房内分有防爆区和非防爆区,高压部分与其他部分应以防爆墙分开,其泄爆面积与厂房体积的比值在0.05~0.22范围内,厂房内采用火灾自动报警系统和机械排烟系统,配备消防自动喷淋系统。同时,在车间现场配备干粉灭火器、泡沫灭火器等消防设施。洁净走廊安装大面积玻璃的安全门。

7 结语

在进行中试车间的设计时,应结合GMP的要求,针对产品的类型、单元操作过程的特点,兼顾通用性、灵活性,做成投资省、功能全、适应性广、环保、安全等综合性强的中试车间,完成产品最终的工业化进程。此外,工艺设计人员要不断提高GMP意识,强化质量风险管理观念,才能使设计的中试车间更符合法律法规的要求。

摘要：介绍了固体制剂中试车间设计的有关事项,包括车间的布局、工艺条件的设计、设备的选型、供电、环保、消防与安全等,使得设计的中试车间具有适用性和多功能性。