利用新的流程工艺设备方案开创了新的流程工艺技术，把产品研发和流程工艺生产过程的时间缩短了一半

随着工业的不断发展，为了能够快速引进新的化工产品生产，工业园区里安装的设备占用了大量的空间，为了能够解决这一难题，Evonik公司提出了Copiride项目，该项目开创了集成的流程工艺设备的设计方案。

在中国和中东地区出现了超大型化学工业园，里面有像纽约天际线一样一个挨着一个的流程设备。欧洲相关的工作组正在讨论把化学工业企业缩小到车库大小的生产方案。欧洲，尤其是德国的化工企业在亚洲、阿拉伯地区面对越来越大的价格压力，他们需要快速有效地研发出新的智能化的流程工业技术方案来脱离这一困境。

2009年在美因茨市举办的微系统技术会议上，参会者展示了Copiride项目，该项目团队由15家欧洲的企业和高等院校组成，在之后的三年半时间里他们将以流程工艺项目为主导密切协作研发了适合于微反应技术连续性生产的流程设备基础平台。化工企业将实现快速的、可持续的发展，将更加高效地利用原材料资源。“这一研发是紧凑型流程设备集成平台的研发，目标是从项目理念开始到最终的生产过程的研发过程缩短一半。” Evonik公司（流程工艺技术和过程技术部）Copiride项目的参加者Jürgen Lang先生说道。

Copiride工作组已经在现有样机的基础上把Evonik公司的流程工艺设备集成到一个集装箱中。Evonik公司把这一新形式的流程工艺设备称之为Evotrainer——流程设备集成。

第二代集成流程设备

第一代集成流程设备问世之后，Evonik公司根据这一设备设计了一套流程工艺方案，其核心是创建一个能够与市场快速同步发展的、经济合理的流程设备集成平台。初步计算，这一流程设备集成平台能够把新建化工企业的投资降低一半左右。Lang先生说：“价格低廉并不意味着技术便宜。我们的零部件质量水平都很高，我们努力使其具有多功能。例如，管道可以起到支架的作用，或者保障稳定性。”

到目前为止，在Hanau-Wolfgang的工业园中已经有第二代Evotrainer集成流程设备投入使用。第一代集成流程设备的反应设备安全性能不足，Evonik公司在第一代的基础上对第二代研发的“微型化工厂”性能进行了改进。Lang 先生说：“在过去的一年里我们有了很多突破，增加和改进了许多模块。”从外观上来看，流程设备集成箱是三个各7m长的大家伙，有着灰色外衣，内部可以说是应有尽有。其核心是反应器，同时也包括了对分解物的清理装置。这种集装箱式的流程工艺设备几乎能够满足用户所有的要求，里面有一间流程工艺控制室，能够以最短的距离对其进行控制的IT模块，原材料上料模块，可以根据流程工艺的特点设定所需的压缩空气，特定流向的气流能够把有害气体引入下一环节的设备进行处理，集装箱板壁非常灵活，能够在需要维修的地方敞开。它还集成了所有的防火设计元素，紧急通道和按照水资源保护法所需的接水盘。

Lang先生强调指出：“所有的一切都是按照高效、节能的原则设计的。”短距离的流程设备管道易于发热，流程工艺设计工程师要想缩短管道就要进行管道缩短的分析计算，因为管道长度减少几十厘米不是一件容易的事情。流程工艺设备的产能则与流程工艺的工艺步骤有关，这一集装箱式流程设备可以实现的年产量约为200t，与市场需求基本一致。

Lang先生认为：这一技术最适合在需要投资引进新产品的时候使用。当然，投资的多少与基本框架条件有关，但实践证明投资集成的流程设备更加经济合理。

每一个集装箱式流程设备都是一套“量身定做的西装”，满足特定的化工反应要求。Evonik公司的工程师们可以为用户选择最合适的化工设备，集成的流程设备具有多功能性，在集装箱内可以包容整个的化工产品生产厂，也可以只是一个反应器或者一个处理过程。流程工艺设备集成的设计与日常流程工艺设备的设计完全不同，Lang先生强调指出：“在集成的流程工艺设备的设计中，最重要是如何在狭小的、价值高昂的有限空间内合理的布置好流程设备。我们的工程师需要具有更多的化工生产所需的功能集成知识，利用更多的技巧把流程工艺设备安置到狭小的集装箱空间内。”

高标准要求

目前，Copiride项目的研发人员已经把五种典型的反应器集成到集装箱内。这五种典型的反应器涉及到的化工反应分别是食品添加剂生产领域、可再生原材料提炼、生物燃料、生物物质应用和特殊化工领域中的化学反应。该项目组每年有两位来自企业和高等院校的人员组成的小组选择合适的子项目，这些项目包括：

环氧化技术（Mythen, Universita Degli Studi di Napoli Federico II.大学）；

生物柴油生产（Chemtex, Politecnico di Torino公司）；

合成氨生产（ITI Energy, University of Newcastle upon Tyne大学）；

1号和2号聚合反应（Evonik公司，斯图加特大学）；

葡萄糖氧化和脱氢（Abo Akademi大学）。

对于每一种反应器都有4个非常明确、具有专业技术和可检测性的目标。例如，在合成氨的生产中降低投资成本、减少二氧化碳排放、把运营成本减少一半或者把流程设备的体积减小90%。Volker Hessel先生说：“我们把这些标准和要求作为集装箱式流程设备设计的基础。”

Hessel先生是美因茨微流程工艺技术研究所的负责人，他不仅是Copiride项目的协调人，而且是Copiride项目的发起人。这位大学毕业的化学家是微流程技术领域中的学科带头人，并致力于研发出新的“使用寿命长、性能高、反应速度快符合微流程工艺技术对微型反应器要求的”流程工艺技术。他说：“我们希望研发出一种具有更多功能、反应速度加快1000倍的新型反应器。”而微流程工艺技术仅仅是实现这一目标的一种工具，但不是惟一的工具。Hessel先生把微反应器视为一种“启动”技术，而刻板教条并不是它的本质。“我们只希望在有需要的地方使用微流程技术，很多情况下只使用Mesostrukturen小型化流程设备。”这一项目的一个重要因素就是经济性和利用率分析，不能一味地追求速度，Hessel先生认为，“我们需要经济性和高速度之间找到一个最佳的平衡点。”

项目的试点实施

Evonik公司本身就使用了两种不同的聚合反应器，Lang先生也已经赢得了阶段性的优势。“我们为特殊的反应制造一个专门的反应器。”一年之内，这一流程设备将制造完成。

所选择的应用项目都是来自不同的流程工艺领域，来自完全不同的流程工业企业。Hessel先生说：“这样选择是为了让微反应技术和流程工艺技术的强化尽可能进入那些以前很少接触的领域。”工业合作伙伴除Evonik公司以外，还有两家意大利的企业（Chemtex公司和Mythen公司），一家芬兰企业（Avo Academi公司）和一家苏格兰的企业（ITI Energie公司）。Hessel先生解释说：“我们选择了意大利第四大化工生产厂作为对欧洲市场的测试。”

Hessel先生计划在2011年年底开始试点，他计划利用一半的时间操作管理这种集成的流程工业设备，以便进一步的去粗取精、提升精华。

Volker Hessel博士、教授

Volker Hessel早年就读于美因茨大学化学系，1993年获得博士学位。1994年，他开始在美因茨市的微反应技术研究所工作，并于1996年成为微反应技术研发组的带头人。1999年，他被任命为微反应技术部门的负责人，2002年担任R&D部门的副总经理。2007年，他任IMM“微化学工艺和微流程工艺”研发总经理。2005年7月被Eindhoven技术大学授予微流程工艺技术教授的称号。

Jürgen Lang博士

Jürgen Lang博士早年就读于卡尔斯沃大学高频技术系，1999年获得卡尔斯沃大学物理电子研究所博士学位。1987年，他开始在卡尔斯沃市的霍伦霍夫系统技术和创新研究ISI研究所工作。2000年，他进入Evonik公司流程工艺技术和能源技术服务中心（TE）工作。2010年，他被调入TE中心的创新管理部门工作。

“我们不想对世界许愿”

使用了集装箱式的流程工艺设备之后的用户会被它完全折服。但Volker Hessel先生（美因茨市IMM公司）和Jürgen Lang先生并不把这一技术视为一种竞争，而是一种创新性的工艺流程。

图1 Volker Hessel博士、教授，IMM公司

PROCESS：Lang博士，Copiride项目和F3项目有许多的相似之处，它们都打着“未来工厂”的旗号。两者之间的区别何在？

Jürgen Lang：我们所讨论的是流程工艺方案系统的、理论的替代应用问题。Copiride项目的整体还不像F3项目那样广泛、直观。我们使用了集装箱，集中精力实现其基础设施的标准化，我们让流程工艺技术适合于集成的流程工艺设备。换一句话说，我们认为Copiride项目是流程工艺技术的一个补充，是创新性流程工艺技术的一个组成部分。

PROCESS：Hessel先生，在集成的流程工艺设备中使用微反应技术的目的是什么？

Volker Hessel：我们不是想再次证实微反应技术在本质上有安全保障，或者说它有更好的选择性、有更高的产能。我们现在是想让微反应技术进入到真实的、合适的生产环境中。

PROCESS：欧盟的许多都只是提出了方案，而没有具体的实施并产生一定的效益，Copiride项目会产生很好的效益吗？

Volker Hessel：我们努力把真实的产品呈现出来，并用这些产品打开市场。对于一些小公司来讲，例如Mythen公司，失败将会危及企业的生存。同时，流程设备的集成不涉及理论上可能性的探究，设备集成在集装箱中，它是实际存在的，它的效益也是非常吸引人的。

图2 Jürgen Lang博士，Evonik公司

PROCESS：像Evotrainer这样集成的流程设备会给流程工艺研发带来什么样的变化？

Jürgen Lang：新技术总是与专业技术知识的积累和技术培训分不开的。我们是由科学家和工程技术人员组成的跨学科的团队，这样一个团队来研究这一项目，将充分发挥集成流程设备的最大潜力。在研发初期我们就确定了如何使我们的流程工艺设备工业化，我们期望化工生产能够更加良好、更加快捷、更加精简。传统的流程工艺设备做不到这一点，但只要通过科学家与流程工艺工程师的相互合作，我们集成的流程设备可以做到。

PROCESS：在使用运行过程中常常会遇到一些阻力。您将如何克服这些阻力？

Jürgen Lang：采用新方案是一个特殊的决策，我们不想对世界许愿，我们相信只要与集成的流程工艺设备一起工作一段时间之后，就会知道这一方案是可行的方案。