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固液分(fēn)離中(zhōng)的工(gōng)藝放大與風險
在現代的化工(gōng)與醫(yī)藥生産(chǎn)中(zhōng)，一種化合物(wù)往往需要複雜的流程才能(néng)被制造出來。為(wèi)了最終達到所需要的産(chǎn)品質(zhì)量與産(chǎn)量，每一個生産(chǎn)單元必須選擇适當的設備，并對設備在實際運轉中(zhōng)的數據提前進行預計，這就是工(gōng)藝放大。固液分(fēn)離作(zuò)為(wèi)影響重要（投資、産(chǎn)量、質(zhì)量、能(néng)耗、物(wù)耗、環保與安(ān)全）的一個工(gōng)藝環節尤其更需要工(gōng)藝放大。
現代化工(gōng)與醫(yī)藥産(chǎn)業對每一個工(gōng)藝環節的有(yǒu)效性要求越來越高，這就要求對投資、操作(zuò)費用(yòng)、産(chǎn)能(néng)能(néng)夠做出準确計算。德(dé)國(guó)克勞斯馬斐工(gōng)藝技(jì )術股份公(gōng)司長(cháng)期以來積累了行之有(yǒu)效的工(gōng)藝放大方法。能(néng)夠依據客戶的實際需要對固液分(fēn)離與幹燥工(gōng)序進行準确的工(gōng)藝放大，克勞斯馬斐公(gōng)司的完整産(chǎn)品線(xiàn)（刮刀(dāo)/推料離心機、混料/盤式幹燥器、轉鼓/盤式過濾機）形成了一個非常有(yǒu)效的設備平台，能(néng)夠為(wèi)工(gōng)藝放大的結果提供成套解決方案或優良的單台設備。
固液分(fēn)離的工(gōng)藝放大必須包含以下四部分(fēn)，并按先後順序逐一進行。
* 工(gōng)藝分(fēn)析與實驗室分(fēn)析
* 現場工(gōng)業試驗
* 數據放大（scale-up）
* 經驗數據對比，最終性能(néng)保證的确認
工(gōng)藝放大的這四步可(kě)以保證對生産(chǎn)要求的充分(fēn)理(lǐ)解，從而得到良好的工(gōng)藝放大結果，并把風險降到最低。
工(gōng)藝分(fēn)析與實驗室分(fēn)析
在工(gōng)藝放大的這一階段首先需要明确這一環節的生産(chǎn)任務(wù)：離心分(fēn)離、幹燥、混合、洗滌、萃取、反應等。其次，對于固液分(fēn)離來說是确定适當的分(fēn)離手段－連續或間歇操作(zuò)、 單一功能(néng)或多(duō)功能(néng)工(gōng)廠、大批量或是小(xiǎo)批量精(jīng)細生産(chǎn)，同時應進行盡可(kě)能(néng)詳細的物(wù)料分(fēn)析。
通過與最終用(yòng)戶讨論并确定了生産(chǎn)任務(wù)與分(fēn)離手段後，有(yǒu)關物(wù)料本身的測試就十分(fēn)必要了。通常物(wù)料測試包括兩部分(fēn)，首先是不需要受現場條件制約在實驗室即可(kě)獨立進行的粒度分(fēn)布、黏度測量、密度測量等物(wù)化性質(zhì)試驗。接下來可(kě)以利用(yòng)實驗室規模的固液分(fēn)離設備或幹燥設備測試物(wù)料的脫水能(néng)力、幹燥特點等參數。這樣試驗者可(kě)以對構成過濾阻力或降低幹燥速度的因素有(yǒu)更全面的理(lǐ)解。通常這些因素包含有(yǒu)毛細作(zuò)用(yòng)、表面張力、物(wù)料電(diàn)阻、極性作(zuò)用(yòng)和範德(dé)華力。
如圖1 所示，物(wù)料在離心分(fēn)離的過程中(zhōng)會受到不同的作(zuò)用(yòng)力。利用(yòng)圖1所示的杯式離心機進行定性試驗，我們可(kě)以得到工(gōng)藝放大時所需要的轉速、脫水/幹燥時間、溫度、濾網選擇和洗滌液比例等參數。
通過工(gōng)藝分(fēn)析與實驗室分(fēn)析确定了适當的設備形式後，就需要通過現場工(gōng)業試驗來确定如何才能(néng)達到客戶所需要的産(chǎn)品質(zhì)量。現場工(gōng)業試驗通常是用(yòng)克勞斯馬斐工(gōng)藝技(jì )術股份公(gōng)司的工(gōng)業試驗機來進行的。在某些情況下也直接用(yòng)真正的工(gōng)業生産(chǎn)設備進行試驗，這樣所得到試驗數據更接近真實情況。工(gōng)業試驗機要能(néng)夠适合不同的工(gōng)作(zuò)場合，便于移動與安(ān)裝(zhuāng)。試驗人員除了應了解設備之外還應對于工(gōng)藝流程與工(gōng)藝特點有(yǒu)全面的了解。工(gōng)業試驗機應該能(néng)夠方便地在客戶的生産(chǎn)現場直接安(ān)裝(zhuāng)，對于一些特殊的産(chǎn)品，比如物(wù)料顆粒不穩定或物(wù)料的輸送十分(fēn)麻煩，這一點是十分(fēn)重要的。圖2 介紹了推料式離心機進行工(gōng)業試驗時的必要配制。在試驗過程中(zhōng)連續準确的測量是成功工(gōng)業放大的關鍵所在。
對現場工(gōng)業試驗中(zhōng)所得的數據進行有(yǒu)效處理(lǐ)是工(gōng)藝放大的關鍵。整個固液分(fēn)離過程被區(qū)分(fēn)為(wèi)若幹個步驟，對應每一個步驟的試驗數據的處理(lǐ)方法不盡相同。每一個單一步驟的放大結果都會影響到整個固液分(fēn)離工(gōng)序的最終處理(lǐ)能(néng)力與質(zhì)量。
圖3 所示的是刮刀(dāo)離心機的工(gōng)藝放大過程中(zhōng)每一個單一步驟的放大過程（進料、洗滌、甩幹）。工(gōng)藝放大是通過長(cháng)期以來經過驗證的數學(xué)模型來進行的。這一模型是長(cháng)期與各類客戶交流生産(chǎn)經驗和試驗數據并總結出來的核心技(jì )術。
最終性能(néng)确認
為(wèi)了确保工(gōng)藝放大數據的準确性，所有(yǒu)放大結果在交付客戶之前都要經過克勞斯馬斐公(gōng)司的雙人四眼原則的檢驗。也就是說由另外的工(gōng)作(zuò)人員獨立進行計算，并進行結果對比。最後工(gōng)藝放大的結果還要與公(gōng)司數據庫内相似的物(wù)料進行比對。 克勞斯馬斐70年來在超過8000個項目中(zhōng)積累了2000餘種物(wù)料的處理(lǐ)經驗。豐富的實踐經驗可(kě)以減少設備選擇過程中(zhōng)犯錯誤的機會，從而在一開始就有(yǒu)可(kě)能(néng)減少設備投資并節省操作(zuò)費用(yòng)。
德(dé)國(guó)克勞斯馬斐公(gōng)司在中(zhōng)國(guó)設立了售前服務(wù)體(tǐ)系，擁有(yǒu)必要的試驗設備，良好訓練的服務(wù)工(gōng)程師可(kě)以與客戶一起在項目開始階段就把設備選擇的風險降至最低。
工(gōng)藝放大的風險
所有(yǒu)這四步工(gōng)藝放大的過程都是為(wèi)了将試驗誤差與風險最小(xiǎo)化。但是正如實驗一定會有(yǒu)誤差一樣，工(gōng)藝放大也有(yǒu)其特定的風險。
試驗數據的采集範圍不足有(yǒu)可(kě)能(néng)造成工(gōng)藝放大的不準确。特别是對于新(xīn)開發的産(chǎn)品或生産(chǎn)工(gōng)藝來說，往往沒有(yǒu)實際運行的工(gōng)業化生産(chǎn)，隻有(yǒu)實驗室内的小(xiǎo)規模試驗。在這種情況下，實驗室内形成的物(wù)料的性質(zhì)與将來實際工(gōng)業化生産(chǎn)的物(wù)料性質(zhì)可(kě)能(néng)會有(yǒu)較大的偏差，這就要求針對新(xīn)工(gōng)藝的工(gōng)藝放大必須考慮适當的彈性餘量。
另外，工(gōng)藝放大結果可(kě)能(néng)由于物(wù)料的性質(zhì)超出了數學(xué)模型的計算範圍而造成偏差。例如當物(wù)料的黏度大于3mPas時，毛細作(zuò)用(yòng)對固液分(fēn)離造成的影響就超出了數學(xué)模型計算的範圍。對于這種情況還需要更進一步的研究，目前還隻能(néng)通過使用(yòng)更接近真實設備尺寸的試驗設備或加大試驗數據的采集範圍以減少誤差。