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摘要：化學(xué)工程是研究化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中化學(xué)過程和物理過程的共同規(guī)律，涉及化工制造、生物工程、納米技術(shù)等。首先介紹了化學(xué)工程的研究內(nèi)容，然后分析了化工生產(chǎn)工藝流程、存在的問題和優(yōu)化措施，最后指出未來發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：化學(xué)工程；化工生產(chǎn)；工藝流程；優(yōu)化措施；發(fā)展趨勢(shì)

隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，我國化學(xué)工程發(fā)展迅猛，化工生產(chǎn)行業(yè)具有良好的發(fā)展機(jī)遇。而在實(shí)際生產(chǎn)中，不僅會(huì)帶來環(huán)境污染，還會(huì)危害工作人員的健康。針對(duì)這種情況，必須采用科學(xué)有效的措施改進(jìn)生產(chǎn)工藝，既滿足市場(chǎng)需求，又能提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)化工行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1化學(xué)工程的研究內(nèi)容

化學(xué)工程的研究內(nèi)容如下：①單元操作。化工生產(chǎn)的基本過程，主要有換熱、吸收、整流、結(jié)晶、干燥、萃取等，這些基本過程被稱為單元操作，可以指導(dǎo)設(shè)備設(shè)計(jì)、產(chǎn)品生產(chǎn)、操作控制。②化學(xué)反應(yīng)工程。化工生產(chǎn)的核心就是化學(xué)反應(yīng)，直接影響產(chǎn)品收率、生產(chǎn)成本等要素。20世紀(jì)中葉后，隨著氧化、還原、硝化、反應(yīng)器穩(wěn)定性、反應(yīng)相內(nèi)傳質(zhì)傳熱等研究的開展，充實(shí)了化學(xué)工程的內(nèi)容[1]。③傳遞過程。該過程是單元操作、化學(xué)反應(yīng)的基礎(chǔ)，主要分為熱量傳遞、質(zhì)量傳遞、動(dòng)量傳遞三種類型。此外，以氣體的增濕減濕為例，同時(shí)存在兩種或多種傳遞現(xiàn)象。④化工熱力學(xué)。主要研究傳遞過程的方向、極限，為過程分析提供數(shù)據(jù)支持，實(shí)現(xiàn)了理論研究和實(shí)際應(yīng)用的緊密結(jié)合。⑤其他問題。以化工系統(tǒng)工程、過程動(dòng)態(tài)學(xué)及控制為代表，隨著生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大，資源能源消耗量增加，此時(shí)能量利用問題凸顯出來，必須對(duì)生產(chǎn)設(shè)計(jì)和工藝操作進(jìn)行優(yōu)化。

2化工生產(chǎn)工藝流程和存在的問題

2.1工藝流程

第一步，原料處理。化工生產(chǎn)之前，原料處理是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，原料不同，處理方法也不同。其中，氣體材料多采用凈化、加壓、加溫等處理方法；固體材料多采用粉碎、溶解、融合等處理方法；液體材料多采用蒸發(fā)、過濾、沉淀等處理方法。第二步，化學(xué)反應(yīng)。化學(xué)反應(yīng)是化工生產(chǎn)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。具體來說，是以處理后的材料為對(duì)象，在一定的溫度、壓力等條件下進(jìn)行反應(yīng)，達(dá)到預(yù)期反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和收率。目前常用的化學(xué)反應(yīng)類型，主要是氧化、還原、聚合、焙燒、異構(gòu)化等，獲得目標(biāo)產(chǎn)物或混合物。第三步，產(chǎn)品精制。經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后，得到的產(chǎn)品純度較低，此時(shí)就要進(jìn)行分離和精制，將雜質(zhì)、副產(chǎn)物去除，促使產(chǎn)品組成符合規(guī)格。值得注意的是，精制過程中的雜質(zhì)和副產(chǎn)物，可以進(jìn)行回收再利用，而不能直接作為廢物處理[2]。

2.2存在的問題

第一，產(chǎn)品質(zhì)量低下。在化工企業(yè)中，普遍存在重?cái)?shù)量、輕質(zhì)量的問題，不利于工藝水平的提升。首先，化學(xué)原料的反應(yīng)不完全，不僅降低了產(chǎn)品質(zhì)量，還會(huì)造成資源浪費(fèi)。其次，生產(chǎn)設(shè)備的性能不過關(guān)，會(huì)增加廢氣、廢水、廢渣的產(chǎn)量，污染生態(tài)環(huán)境。以化肥生產(chǎn)為例，對(duì)溫度和壓力的要求高，如果反應(yīng)器皿的溫度不夠，因反應(yīng)不徹底就會(huì)產(chǎn)生三廢。最后，化學(xué)生產(chǎn)工藝不連續(xù)，會(huì)影響生產(chǎn)進(jìn)度，一旦前后生產(chǎn)環(huán)節(jié)相脫節(jié)，就會(huì)阻礙生產(chǎn)活動(dòng)的進(jìn)行。第二，環(huán)境污染破壞。原料經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后，生成的固體、氣體具有一定毒性，不經(jīng)處理直接排放，就會(huì)污染生態(tài)環(huán)境。個(gè)別化工企業(yè)在生產(chǎn)期間，為了提高經(jīng)濟(jì)效益，盲目降低成本，毒害物質(zhì)處理不達(dá)標(biāo)就排放，會(huì)造成空氣污染、土壤污染、水體污染，甚至人體中毒事件。以印刷、造紙、紡織、金屬等行業(yè)為例，生產(chǎn)期間易出現(xiàn)重金屬超標(biāo)現(xiàn)象，影響生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展[3]。第三，管理力度不足。近年來，為了控制化工污染，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展的目標(biāo)，國家出臺(tái)了多個(gè)法律法規(guī)，約束相關(guān)行業(yè)的行為，通過轉(zhuǎn)變生產(chǎn)模式，走上綠色發(fā)展、節(jié)能環(huán)保的道路。在具體管理中，面對(duì)環(huán)境污染、生產(chǎn)安全、資源浪費(fèi)等問題，相關(guān)部門的管理力度不足，管理措施流于形式，甚至存在睜一只眼、閉一只眼的情況。而化工企業(yè)單純追求經(jīng)濟(jì)利潤，沒有使用先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)，忽視了安全、環(huán)境等要素，也會(huì)造成生產(chǎn)問題。

3新形勢(shì)下化工生產(chǎn)工藝的優(yōu)化措施

3.1改進(jìn)生產(chǎn)工藝

化工企業(yè)改進(jìn)生產(chǎn)工藝，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必要途徑，具體做法如下：第一，深入研究化工反應(yīng)的原理和條件，以乙烯合成為例，可以采用裂解石油法，也可以采用乙醇脫水法。要求企業(yè)結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需求，選擇合理的生產(chǎn)工藝，既能提高反應(yīng)效率，又能降低生產(chǎn)成本。第二，嚴(yán)謹(jǐn)選擇原料，應(yīng)考慮到溫度、壓力、流速、性能等指標(biāo)，具有耐溫、耐壓、耐磨、防腐等優(yōu)勢(shì)，避免發(fā)生破裂、損害、漏滴等問題。第三，合理布局設(shè)備，從平面、立體兩個(gè)角度出發(fā)，提高安裝精準(zhǔn)度，為后續(xù)生產(chǎn)作業(yè)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[4]。

3.2應(yīng)用新型能源

一直以來，我國化工生產(chǎn)使用的是傳統(tǒng)化石燃料，缺點(diǎn)是燃燒效率低，且會(huì)造成環(huán)境污染，不滿足新形勢(shì)下的行業(yè)發(fā)展需求。對(duì)此，積極推廣應(yīng)用新型能源，例如電能、太陽能、地?zé)崮艿龋梢蕴岣呃眯剩行ПＷo(hù)生態(tài)環(huán)境。此外，配合使用新型催化劑，可以提高反應(yīng)速度和程度，減少副產(chǎn)物的生成量，緩解能源浪費(fèi)現(xiàn)象。

3.3合理處理廢棄物

在化工生產(chǎn)期間，廢棄物的處理也是一項(xiàng)關(guān)鍵工作。我國地域廣闊，自然資源豐富，但人均占有量遠(yuǎn)低于世界平均水平。西方發(fā)達(dá)國家的工業(yè)發(fā)展，采用先污染后治理的道路，我國應(yīng)該引以為戒，遵循以防為主、防治結(jié)合的原則。具體來說，廢棄物不能直接排放，必須按照法律規(guī)范進(jìn)行處理；或者進(jìn)行回收再利用。以廢水處理為例，可以采用沉淀法，將重金屬離子轉(zhuǎn)化為化合物，從而降低廢水的危害，避免造成土壤污染和水體污染。

3.4降低動(dòng)力損耗

化工生產(chǎn)除了消耗能源外，還會(huì)造成動(dòng)力損耗，降低動(dòng)力損耗，能節(jié)省生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。具體操作如下：一方面，采用變頻技術(shù)，適當(dāng)調(diào)寬節(jié)能調(diào)速的范圍，能減小電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的能源損耗。相比于傳統(tǒng)工藝，變頻技術(shù)的應(yīng)用可以減小系統(tǒng)磨損，延長使用壽命，不論是輸入階段、還是輸出階段，均能保證系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡。另一方面，改造供熱系統(tǒng)，化工生產(chǎn)系統(tǒng)是多個(gè)設(shè)備的有機(jī)結(jié)合，其中供熱系統(tǒng)是一個(gè)重點(diǎn)，通過升級(jí)和優(yōu)化，可將系統(tǒng)散發(fā)的熱量傳送至各個(gè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)余熱的再利用，避免發(fā)生高熱低用現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)。

3.5加強(qiáng)生產(chǎn)管理

在生產(chǎn)管理上，首先應(yīng)該結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)狀，制定完善的管理制度體系，明確崗位職責(zé)，實(shí)行生產(chǎn)質(zhì)量負(fù)責(zé)制。其次編制合理的獎(jiǎng)懲措施，用來激發(fā)員工的積極性，樹立高度責(zé)任心，降低生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。最后落實(shí)設(shè)備的檢修養(yǎng)護(hù)工作，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)運(yùn)行工況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，提高運(yùn)行穩(wěn)定性。

4化學(xué)工程和生產(chǎn)工藝的未來發(fā)展趨勢(shì)

4.1學(xué)科縱深發(fā)展

隨著化學(xué)工程學(xué)科的發(fā)展，多相物系、高黏度流體、非牛頓型流體的傳遞規(guī)律，成為新的研究課題。針對(duì)化學(xué)反應(yīng)中的多重定常穩(wěn)定態(tài)問題進(jìn)行研究，既能為反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和操作提供依據(jù)，也有利于化工研究和實(shí)際應(yīng)用的結(jié)合。化學(xué)工程和生產(chǎn)工藝的縱深發(fā)展，能延長生產(chǎn)鏈、提高附加值，滿足新形勢(shì)下化工行業(yè)的發(fā)展需求。

4.2向新領(lǐng)域滲透

化學(xué)工程和生產(chǎn)工藝向新領(lǐng)域滲透，是該學(xué)科的客觀需要，也是學(xué)科發(fā)展的動(dòng)力所在。目前，化學(xué)工程的研究與物理工程、生物技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展密切相關(guān)、相互影響。總結(jié)來看，在化工生產(chǎn)領(lǐng)域以外，只要涉及反應(yīng)過程、傳遞過程的項(xiàng)目，均可以用到化學(xué)工程的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。

5結(jié)語

化學(xué)工程的發(fā)展與經(jīng)濟(jì)社會(huì)的進(jìn)步密切相關(guān)。介紹了化工生產(chǎn)工藝流程，指出生產(chǎn)中存在的問題，例如產(chǎn)品質(zhì)量低下、環(huán)境污染破壞、管理力度不足。對(duì)此，應(yīng)該改進(jìn)生產(chǎn)工藝，應(yīng)用新型能源，合理處理廢棄物，降低動(dòng)力損耗，并加強(qiáng)生產(chǎn)管理，以推動(dòng)化工行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]蔡成儀.危險(xiǎn)化工工藝生產(chǎn)過程安全管理研究[J].中國化工貿(mào)易，2018，10（28）：49.

[2]香永佳.化學(xué)工程中化工生產(chǎn)工藝探索及對(duì)策[J].讀與寫，2018，15（21）：194.

[3]馬士起.化工生產(chǎn)工藝在化學(xué)工程中的運(yùn)用分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2018（14）：4826.

作者:李厚平 單位:中核建中核燃料元件有限公司江南運(yùn)行公司