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化学工程化工生产工艺探究

2019/07/26 阅读:

摘要:化学工程是研究化学工业生产中化学过程和物理过程的共同规律,涉及化工制造、生物工程、纳米技术等。首先介绍了化学工程的研究内容,然后分析了化工生产工艺流程、存在的问题和优化措施,最后指出未来发展趋势。

关键词:化学工程;化工生产;工艺流程;优化措施;发展趋势

随着科学技术进步,我国化学工程发展迅猛,化工生产行业具有良好的发展机遇。而在实际生产中,不仅会带来环境污染,还会危害工作人员的健康。针对这种情况,必须采用科学有效的措施改进生产工艺,既满足市场需求,又能提高企业竞争力,推动化工行业可持续发展。

1化学工程的研究内容

化学工程的研究内容如下:①单元操作。化工生产的基本过程,主要有换热、吸收、整流、结晶、干燥、萃取等,这些基本过程被称为单元操作,可以指导设备设计、产品生产、操作控制。②化学反应工程。化工生产的核心就是化学反应,直接影响产品收率、生产成本等要素。20世纪中叶后,随着氧化、还原、硝化、反应器稳定性、反应相内传质传热等研究的开展,充实了化学工程的内容[1]。③传递过程。该过程是单元操作、化学反应的基础,主要分为热量传递、质量传递、动量传递三种类型。此外,以气体的增湿减湿为例,同时存在两种或多种传递现象。④化工热力学。主要研究传递过程的方向、极限,为过程分析提供数据支持,实现了理论研究和实际应用的紧密结合。⑤其他问题。以化工系统工程、过程动态学及控制为代表,随着生产规模扩大,资源能源消耗量增加,此时能量利用问题凸显出来,必须对生产设计和工艺操作进行优化。

2化工生产工艺流程和存在的问题

2.1工艺流程

第一步,原料处理。化工生产之前,原料处理是一个重要环节,原料不同,处理方法也不同。其中,气体材料多采用净化、加压、加温等处理方法;固体材料多采用粉碎、溶解、融合等处理方法;液体材料多采用蒸发、过滤、沉淀等处理方法。第二步,化学反应。化学反应是化工生产中的关键环节,直接影响产品的质量。具体来说,是以处理后的材料为对象,在一定的温度、压力等条件下进行反应,达到预期反应转化率和收率。目前常用的化学反应类型,主要是氧化、还原、聚合、焙烧、异构化等,获得目标产物或混合物。第三步,产品精制。经化学反应后,得到的产品纯度较低,此时就要进行分离和精制,将杂质、副产物去除,促使产品组成符合规格。值得注意的是,精制过程中的杂质和副产物,可以进行回收再利用,而不能直接作为废物处理[2]。

2.2存在的问题

第一,产品质量低下。在化工企业中,普遍存在重数量、轻质量的问题,不利于工艺水平的提升。首先,化学原料的反应不完全,不仅降低了产品质量,还会造成资源浪费。其次,生产设备的性能不过关,会增加废气、废水、废渣的产量,污染生态环境。以化肥生产为例,对温度和压力的要求高,如果反应器皿的温度不够,因反应不彻底就会产生三废。最后,化学生产工艺不连续,会影响生产进度,一旦前后生产环节相脱节,就会阻碍生产活动的进行。第二,环境污染破坏。原料经化学反应后,生成的固体、气体具有一定毒性,不经处理直接排放,就会污染生态环境。个别化工企业在生产期间,为了提高经济效益,盲目降低成本,毒害物质处理不达标就排放,会造成空气污染、土壤污染、水体污染,甚至人体中毒事件。以印刷、造纸、纺织、金属等行业为例,生产期间易出现重金属超标现象,影响生态环境的可持续发展[3]。第三,管理力度不足。近年来,为了控制化工污染,实现人与自然和谐发展的目标,国家出台了多个法律法规,约束相关行业的行为,通过转变生产模式,走上绿色发展、节能环保的道路。在具体管理中,面对环境污染、生产安全、资源浪费等问题,相关部门的管理力度不足,管理措施流于形式,甚至存在睁一只眼、闭一只眼的情况。而化工企业单纯追求经济利润,没有使用先进设备和技术,忽视了安全、环境等要素,也会造成生产问题。

3新形势下化工生产工艺的优化措施

3.1改进生产工艺

化工企业改进生产工艺,是实现可持续发展的必要途径,具体做法如下:第一,深入研究化工反应的原理和条件,以乙烯合成为例,可以采用裂解石油法,也可以采用乙醇脱水法。要求企业结合实际生产需求,选择合理的生产工艺,既能提高反应效率,又能降低生产成本。第二,严谨选择原料,应考虑到温度、压力、流速、性能等指标,具有耐温、耐压、耐磨、防腐等优势,避免发生破裂、损害、漏滴等问题。第三,合理布局设备,从平面、立体两个角度出发,提高安装精准度,为后续生产作业打下坚实基础[4]。

3.2应用新型能源

一直以来,我国化工生产使用的是传统化石燃料,缺点是燃烧效率低,且会造成环境污染,不满足新形势下的行业发展需求。对此,积极推广应用新型能源,例如电能、太阳能、地热能等,可以提高利用效率,有效保护生态环境。此外,配合使用新型催化剂,可以提高反应速度和程度,减少副产物的生成量,缓解能源浪费现象。

3.3合理处理废弃物

在化工生产期间,废弃物的处理也是一项关键工作。我国地域广阔,自然资源丰富,但人均占有量远低于世界平均水平。西方发达国家的工业发展,采用先污染后治理的道路,我国应该引以为戒,遵循以防为主、防治结合的原则。具体来说,废弃物不能直接排放,必须按照法律规范进行处理;或者进行回收再利用。以废水处理为例,可以采用沉淀法,将重金属离子转化为化合物,从而降低废水的危害,避免造成土壤污染和水体污染。

3.4降低动力损耗

化工生产除了消耗能源外,还会造成动力损耗,降低动力损耗,能节省生产成本,提高经济效益。具体操作如下:一方面,采用变频技术,适当调宽节能调速的范围,能减小电机拖动系统的能源损耗。相比于传统工艺,变频技术的应用可以减小系统磨损,延长使用寿命,不论是输入阶段、还是输出阶段,均能保证系统的动态平衡。另一方面,改造供热系统,化工生产系统是多个设备的有机结合,其中供热系统是一个重点,通过升级和优化,可将系统散发的热量传送至各个设备,实现余热的再利用,避免发生高热低用现象,实现节能降耗目标。

3.5加强生产管理

在生产管理上,首先应该结合生产现状,制定完善的管理制度体系,明确岗位职责,实行生产质量负责制。其次编制合理的奖惩措施,用来激发员工的积极性,树立高度责任心,降低生产风险。最后落实设备的检修养护工作,动态监测运行工况,及时发现问题、解决问题,提高运行稳定性。

4化学工程和生产工艺的未来发展趋势

4.1学科纵深发展

随着化学工程学科的发展,多相物系、高黏度流体、非牛顿型流体的传递规律,成为新的研究课题。针对化学反应中的多重定常稳定态问题进行研究,既能为反应器的设计和操作提供依据,也有利于化工研究和实际应用的结合。化学工程和生产工艺的纵深发展,能延长生产链、提高附加值,满足新形势下化工行业的发展需求。

4.2向新领域渗透

化学工程和生产工艺向新领域渗透,是该学科的客观需要,也是学科发展的动力所在。目前,化学工程的研究与物理工程、生物技术、生物医学工程的发展密切相关、相互影响。总结来看,在化工生产领域以外,只要涉及反应过程、传递过程的项目,均可以用到化学工程的知识和经验。

5结语

化学工程的发展与经济社会的进步密切相关。介绍了化工生产工艺流程,指出生产中存在的问题,例如产品质量低下、环境污染破坏、管理力度不足。对此,应该改进生产工艺,应用新型能源,合理处理废弃物,降低动力损耗,并加强生产管理,以推动化工行业可持续发展。

参考文献

[1]蔡成仪.危险化工工艺生产过程安全管理研究[J].中国化工贸易,2018,10(28):49.

[2]香永佳.化学工程中化工生产工艺探索及对策[J].读与写,2018,15(21):194.

[3]马士起.化工生产工艺在化学工程中的运用分析[J].建筑工程技术与设计,2018(14):4826.

作者:李厚平 单位:中核建中核燃料元件有限公司江南运行公司

化学工程化工生产工艺探究

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