工艺和安全一个都不能少——南工大学子斩获全国大学生化工安全设计大赛金奖侧记

　　异丙醇生产原料循环利用、总能耗更低、操作更安全、流程更完善……近日，由南京工业大学化工学院和安全科学与工程学院6位同学组成的“乘风破浪的弟弟妹妹”团队的参赛作品——《年产6万吨异丙醇项目工艺设计及安全评价》获第八届全国大学生化工安全设计大赛金奖。

　　异丙醇在农药、电子工业、医药、涂料、日用化工以及有机合成等领域具有广泛用途，可用于生产甘油、乙酸异丙酯、异丙基铵盐等，也可以制造杀虫剂、消毒剂和防腐剂等。“乘风破浪的弟弟妹妹”团队调研了丙烯间接水合法、丙烯直接水合法、醋酸加氢法和醋酸异丙酯氢化法4种异丙醇生产工艺。

　　由于这些生产工艺存在设备腐蚀严重、“三废”多、工艺不成熟、原料价格高等问题，团队最终选择了丙酮加氢法，并创新使用精馏—蒸汽渗透膜集成分离技术。

　　“与传统精馏相比，该工艺总能耗降低63%，为异丙醇的高效生产和绿色生产提供了方案。”团队成员张亿擘介绍说，该工艺在成功截留并高效回收利用丙酮的同时，采用反应器与氢气分离膜系统集成技术，还能使丙酮加氢反应产物经闪蒸分离产生的混合气进入氢气分离膜系统，回收得到99.9%氢气，再次作为生产异丙醇的原料被循环使用。

　　“这个方案在我们今年参加第十五届全国大学生化工设计竞赛时就有了，但是当时的比赛比较偏向工艺上的设计，这次比赛是工艺和安全设计两大主题，仅有好的工艺还不够，所以我们对该工艺又进行了完善。”团队成员夏伟成介绍道。

　　因为缺乏相关知识背景，所以在老师的建议下，夏伟成等4位化工学院的学生和安全学院的苗雨轩、周婧婧2位同学一起组队参赛。最初组队时，由于专业背景不一致，团队内部也经历了一个磨合期。拿到化工学院同学们的设计方案后，苗雨轩和周婧婧采用HAZOP、LEC等方法对现有方案进行“把脉”。

　　经过分析后，他们发现膜分离设备在进料阀开度过大或全开时，反应器内压力升高，可能破坏膜结构，导致物料泄漏引发火灾爆炸事故。对此，苗雨轩和周婧婧建议在蒸汽渗透膜进料前增设一个缓冲罐，并加装一套膜分离设备作为备用，但这一方案很快被否定了。夏伟成解释说，不设缓冲罐是考虑到膜分离设备前的进料流股是稳定的带压流，作为静设备不那么容易坏，且膜分离器设备投资较高，鉴于经济投入等原因，采取了根据使用情况备相应数量的膜组件。

　　针对这样的情况，双方同学改变独立作战的模式，一方面，他们不仅从安全性角度出发，还结合可操作性、经济适用性等多个角度，重新对问题进行研判；另一方面，对于分析过程中出现的争议，他们及时请教各自指导老师，再重新进行商讨。

　　“老师们会给我们讲一些成熟的案例，我们也会把和对方沟通过程中的难点、堵点讲给老师听，请老师来给我们梳理，形成相应意见，再和对方进行沟通。”团队成员李逸凡说。

　　经过一轮又一轮修改，团队最终通过增加压力控制、流量传递和安全旁路系统，提高膜分离设备的操作安全性。“在膜前增加压力控制，利用DCS确保进料为稳定的带压流。在膜后增加流量传递仪表来监测出料流量和膜的状态，当分子筛膜损坏时，膜设备前的开关阀关闭，同时旁路开启，将膜短路，不影响整个设备的运转。”团队成员苗雨轩介绍道。

　　除了针对生产设备提出了改良建议外，团队还对生产线的安全管理制度等全流程进行“诊断”，提出组织现场应急处置方案及应急救援知识培训、定期开展仪表检修和操作人员规范培训等建议。团队成员周婧婧说：“我们对于整个生产工艺的方案提出了18条建议，使设计的方案既节能环保，也安全可靠。”

　　“这次跨界的团队组合参赛队伍，让我们进一步明白了学科交叉融合的重要性。”团队负责人赵振艺同学感慨道，他表示很感谢管国锋和潘勇两位教授的悉心指导，让他这个“化工人”懂得了更多的安全知识。