化學(xué)工程工藝技術(shù)思考

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摘要:本文主要側(cè)重于化學(xué)工程工藝的研究，主要對(duì)化學(xué)工程工藝中的綠色化工技術(shù)、化工分離技術(shù)以及超臨界流體萃取技術(shù)進(jìn)行闡述和介紹，從而實(shí)現(xiàn)了化學(xué)工程工藝在企業(yè)生產(chǎn)、化學(xué)工程制造中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:化學(xué)工程工藝;綠色化工;分離技術(shù);超臨界流體

1概述

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各種化學(xué)制品已經(jīng)充斥在我們周圍，成為我們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活中不可或缺的基本物品。然而，這些物品的原材料生產(chǎn)，都是來(lái)自于化學(xué)工程與工藝?；瘜W(xué)工程與工藝是通過(guò)對(duì)化學(xué)材料的處理，從而實(shí)現(xiàn)了化學(xué)生產(chǎn)的環(huán)保資源的高效優(yōu)化，生產(chǎn)過(guò)程也變得非常完善。尤其是當(dāng)前，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展也隨之帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，化學(xué)工程與工藝更是要朝著綠色環(huán)保的方向發(fā)展，尤其是與化學(xué)工程工藝相關(guān)而且環(huán)境問(wèn)題息息相關(guān)的行業(yè)，例如石油化工行業(yè)、材料化工行業(yè)、生物化工行業(yè)等，這些都是利用化學(xué)工程與工藝的技術(shù)來(lái)帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的行業(yè)，對(duì)于我國(guó)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展來(lái)說(shuō)，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。所以利用高新科技實(shí)現(xiàn)的化學(xué)工程與工藝，不僅有利于科學(xué)的發(fā)展和進(jìn)步，而且對(duì)于經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展來(lái)說(shuō)意義重大。尤其是目前化學(xué)工程與工藝正朝著高精化、自動(dòng)化、數(shù)字信息化的方向發(fā)展，加強(qiáng)對(duì)化學(xué)工程工藝的研究是非常有必要的。

2化學(xué)工程工藝

化學(xué)工程與工藝是涵蓋冶煉、藥物生產(chǎn)、食品加工、材料化工、印刷業(yè)等多行業(yè)一門科學(xué)，其實(shí)現(xiàn)是以化學(xué)的基本理論知識(shí)為基礎(chǔ)的，具有工業(yè)特色的技術(shù)?；瘜W(xué)工程工藝涵蓋了原有化學(xué)的理論知識(shí)，結(jié)合了現(xiàn)代最新的環(huán)保思想和理念，對(duì)于促進(jìn)社會(huì)的發(fā)展、人類的進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)化來(lái)說(shuō)意義重大。目前環(huán)境保護(hù)越來(lái)越被人們所看重，也是人們?cè)谖镔|(zhì)經(jīng)濟(jì)條件逐漸優(yōu)越的前提下追求更高質(zhì)量生活的體現(xiàn)。而化學(xué)工程工藝的相關(guān)研究，這實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能、優(yōu)化工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程、提升社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要途徑，它的出現(xiàn)，能夠使人們?cè)跍p能節(jié)排的前提下使其經(jīng)濟(jì)利益最大化，也是目前更多企業(yè)愿意嘗試和追求的環(huán)保生產(chǎn)途徑?？萍嫉陌l(fā)展帶動(dòng)社會(huì)的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的提升勢(shì)必會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成破壞，在綠色環(huán)保、減能節(jié)排的前提下，化學(xué)工程工藝勢(shì)必為社會(huì)可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)新的契機(jī)，這對(duì)于社會(huì)發(fā)展來(lái)說(shuō)，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。新型的化學(xué)工程工藝與傳統(tǒng)的化工相比，更加注重環(huán)境保護(hù)，更加看重生產(chǎn)效率，例如綠色化工技術(shù)、最新的分離技術(shù)以及超臨界流體萃取技術(shù)等，都是當(dāng)前化學(xué)工程工藝最新興的生產(chǎn)技術(shù)。

3綠色化工技術(shù)

綠色環(huán)保、節(jié)能減排是當(dāng)前企業(yè)工業(yè)生產(chǎn)一直看重和強(qiáng)調(diào)的生產(chǎn)方式，化學(xué)工程工藝中的綠色化工技術(shù)，則是對(duì)綠色環(huán)保的工業(yè)生產(chǎn)的最好的詮釋，綠色化學(xué)工程又被人成為環(huán)境優(yōu)化化學(xué)工程，核心理念就是注重環(huán)境保護(hù)、降低環(huán)境污染、節(jié)能減排，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境污染與企業(yè)生產(chǎn)利益最大化之間的最佳平衡，對(duì)人類的健康和發(fā)展具有非常積極的意義。所以綠色化學(xué)工程工藝就是在化學(xué)工程過(guò)程中原材料選取、催化劑選用以及化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中都在強(qiáng)調(diào)綠色化工的理念，從而從化學(xué)工程生產(chǎn)的源頭阻止環(huán)境污染，促進(jìn)廢物利用。

3．1選用綠色化學(xué)原料

綠色化工源頭做起就需要對(duì)化學(xué)工程的原材料入手，通過(guò)選擇綠色環(huán)保的、無(wú)害的化學(xué)化學(xué)物質(zhì)作為企業(yè)生產(chǎn)的原材料，在根本上減少或消除化工生產(chǎn)的污染物的排放，進(jìn)而將對(duì)環(huán)境污染源消滅在萌芽之中。當(dāng)前，在企業(yè)生產(chǎn)中原材料的選取非常重要，尤其是在各種高新科技的快速發(fā)展下，各種化工原材料、催化劑、溶劑等都已經(jīng)能夠加工成無(wú)毒無(wú)害或低毒少害的化學(xué)材料，所以在針對(duì)化學(xué)工程原材料選取時(shí)，盡量選擇使用高新技術(shù)生產(chǎn)的無(wú)毒無(wú)公害的原材料，或者采用天然的植物、農(nóng)作物或其他很多自然生物作為企業(yè)生產(chǎn)的原材料，從而有效地促進(jìn)化學(xué)工程原材料綠色化，從根本上消除自然環(huán)境污染源。

3．2選用綠色化學(xué)催化劑

在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中，很多都需要催化劑來(lái)加速整個(gè)化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程，從而節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間成本，提升經(jīng)濟(jì)收益。然而，在傳統(tǒng)的化學(xué)工程生產(chǎn)過(guò)程中，很多催化劑雖然加速了化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程，但是在污染物生產(chǎn)和排放量等方面，都對(duì)環(huán)境造成了很嚴(yán)重的污染。目前在綠色化工技術(shù)中，大都采用天然無(wú)公害的催化劑的開(kāi)發(fā)和使用，在化學(xué)工程中，盡量選擇無(wú)污染公害或少污染的催化劑替代傳統(tǒng)的污染重的催化劑，從而促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)工程的綠色無(wú)公害。目前，部分化學(xué)工程工藝研究人員發(fā)現(xiàn)一種烷基化固相催化劑，其在促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程中基本上能夠做到無(wú)污染物排放，同時(shí)能夠加大廢棄物的使用率，這對(duì)于企業(yè)綠色化工生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，將是一個(gè)很大的福音。

3．3選擇綠色的化學(xué)反應(yīng)

在企業(yè)化工成產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)有很多化學(xué)反應(yīng)，而對(duì)于這些化學(xué)反應(yīng)的選擇，盡量提升化學(xué)反應(yīng)的選擇性，從而將化工過(guò)程中減少污染排放和能源消耗，使生產(chǎn)物更加純凈化、提取更加便捷。以石油化工生產(chǎn)為例，對(duì)于烴類的處理常常選擇氧化處理，這個(gè)操作會(huì)對(duì)生產(chǎn)物造成污染和破壞，所以在石油化工生產(chǎn)過(guò)程中，要盡量避免此種反應(yīng)，通過(guò)優(yōu)化化學(xué)反應(yīng)的選擇性，選擇綠色生產(chǎn)，從而提升整個(gè)化學(xué)反應(yīng)的綠色生產(chǎn)過(guò)程。

4化工分離技術(shù)

在化學(xué)工程工藝中，有很多物質(zhì)都是混合的，對(duì)于化工企業(yè)的生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能符合生產(chǎn)所需的，那么在化學(xué)工程工藝的物質(zhì)分離技術(shù)，則是將物質(zhì)進(jìn)行凈化、提純的重要過(guò)程，是使物質(zhì)從雜亂無(wú)章、無(wú)規(guī)律的變化，通過(guò)外在作用力，如壓力、重力、溫度、電磁場(chǎng)等作用下能夠有序的轉(zhuǎn)變的過(guò)程，而過(guò)程中是需要消耗能量的，而這種過(guò)程這是化學(xué)工程工藝中的物質(zhì)分離技術(shù)。在化工分離技術(shù)中，應(yīng)用最為廣泛的是蒸餾法，這種方法的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)外在的燃料燃燒對(duì)物質(zhì)進(jìn)行加熱，通過(guò)混合物中不同物質(zhì)的氣化溫度點(diǎn)，來(lái)充分掌握加熱溫度的變化，使得混合物的溫度在預(yù)期溫度點(diǎn)進(jìn)行持續(xù)加熱，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)物質(zhì)氣化分離。在我國(guó)，對(duì)于蒸餾分離的技術(shù)和工程實(shí)現(xiàn)，都已經(jīng)積累了深厚的理論知識(shí)和豐富的應(yīng)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為我國(guó)的化工也生產(chǎn)做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。但是，蒸餾法整體來(lái)說(shuō)速度比較慢，效率相對(duì)較低，所以在化學(xué)工程分離技術(shù)的實(shí)現(xiàn)中，目前推出了各種熱門的物質(zhì)分離方法和技術(shù)，無(wú)論是在時(shí)間效率上、還是在生產(chǎn)成本上，都能很好地應(yīng)用在企業(yè)化工生產(chǎn)過(guò)程中。

4．1膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)是當(dāng)前化學(xué)工程工藝領(lǐng)域中，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離技術(shù)中比較流行的分離方法，在環(huán)保節(jié)能、低污染、高效率等諸多方面都表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。膜分離技術(shù)是以各種材質(zhì)的膜作為基本的分離介質(zhì)，膜的介質(zhì)可以采用氣體材質(zhì)、固體材質(zhì)、液體材質(zhì)或混合材質(zhì)，最終構(gòu)成一個(gè)膜兩邊互不連通的界面，根據(jù)其自身的滲透特性，在不同的外在作用力(例如重力、壓力、電磁場(chǎng)、滲透壓差)下，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離。按照膜不同材質(zhì)劃分，常見(jiàn)的膜有包括支撐液膜、乳化液膜的液體材質(zhì)膜以及無(wú)機(jī)材料膜、聚合物膜的固體材質(zhì)膜，這些膜的材質(zhì)、特性不同，最終實(shí)現(xiàn)的分離過(guò)程也不盡相同，有滲透、電滲析、微濾、液膜分離等，這些分離技術(shù)和過(guò)程在氣體干燥、廢水處理等方面廣泛應(yīng)用，正式因?yàn)槟し蛛x技術(shù)效率高、耗能少、工作條件需求低，也逐漸化學(xué)工程工藝中分離技術(shù)的主體。

4．2吸附技術(shù)

在分離技術(shù)發(fā)展迅速的今天，新型吸附技術(shù)也逐漸進(jìn)入了物質(zhì)分離工程中，通過(guò)變壓吸附、層析、模擬移動(dòng)長(zhǎng)等分離方法，新型的吸附技術(shù)也成為了分離技術(shù)中的新型技術(shù)，在工業(yè)制造和化工生產(chǎn)中起到非常重要的作用。

4．3反應(yīng)分離耦合技術(shù)

反應(yīng)分離耦合技術(shù)是提高生產(chǎn)效率、優(yōu)化化學(xué)工程生產(chǎn)過(guò)程、降低生產(chǎn)成本中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。反應(yīng)分離耦合技術(shù)是通過(guò)利用物質(zhì)分離來(lái)促進(jìn)反應(yīng)或通過(guò)物質(zhì)反應(yīng)來(lái)促進(jìn)分離的一種化工分離技術(shù)，整個(gè)技術(shù)的應(yīng)用效率非常高，操作費(fèi)用也很低。以醋化反應(yīng)為例，該反應(yīng)過(guò)程就是在精餾塔中進(jìn)行可逆的醋化反應(yīng)，利用精餾的反應(yīng)來(lái)分離醋和水，同時(shí)逆向反應(yīng)也能夠加強(qiáng)醋化過(guò)程，從而在原料成本等多方面節(jié)約成本。

5超臨界流體萃取技術(shù)

超臨界流體又稱為SCF，是SupercriticalFluid的縮寫，一般的氣體或液體在溫度或者壓力的持續(xù)變化下，達(dá)到某個(gè)臨界點(diǎn)就會(huì)發(fā)生氣體到液體的變化或者液體向氣體的變化，但是，超臨界流體是某種流體物質(zhì)在達(dá)到臨界壓力點(diǎn)或溫度點(diǎn)時(shí)，如果持續(xù)提升外界條件，該流體密度不斷增加，但是并沒(méi)有真正發(fā)生液化或氣化的現(xiàn)象，此時(shí)的物體就成為超臨界流體，該流體既具有氣體的特性，又具有也提到特質(zhì)，利用超臨界流體來(lái)實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離的技術(shù)，則被稱為SCFE超臨界流體萃取技術(shù)，該技術(shù)目前被廣泛應(yīng)用在食品加工、化學(xué)工程和企業(yè)生產(chǎn)、生物制藥等諸多領(lǐng)域。SCFE的超臨界流體萃取技術(shù)，是對(duì)混合物進(jìn)行施加溫度或壓力的條件，從而使其進(jìn)入超臨界狀態(tài)，進(jìn)而使萃取物從其中分離出來(lái)，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離。流體物質(zhì)在超臨界狀態(tài)下，融合了氣體和液體的綜合特性，密度上比氣體大得多，一般與液體比較接近，但是粘性度方面則與氣體接近，比液體小得多，而且超臨界流體自身的溶解度非常高、而且很容易流動(dòng)和擴(kuò)散，而且在壓力或溫度的臨界點(diǎn)，能隨著外加條件的微小變化，密度則發(fā)生顯著變化，極易實(shí)現(xiàn)混合物中萃取物的提取和分離。利用超臨界流體萃取技術(shù)，一般是使用流體作為萃取物的溶劑，使其進(jìn)入超臨界狀態(tài)，然后與物料進(jìn)行接觸，使其中的萃取物溶于流體中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)萃取物與物料的分離，而后降低外在施加條件，如降低壓力或溫度，流體密度發(fā)生變化，溶解度降低，萃取物則很容易從流體溶劑中解析出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)萃取物的分離。利用SCFE的超臨界流體萃取技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)物料萃取物的分離，在提取速率、萃取物兼容范圍等方面都非常優(yōu)異，而且外在條件是通過(guò)溫度或者壓強(qiáng)的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)流體密度、溶解度的控制，從而能夠有效地實(shí)現(xiàn)萃取物的分離，而且提取萃取物的純度非常高，對(duì)于化工生產(chǎn)來(lái)說(shuō)非常重要。其次，流體溶劑的選擇一般選擇二氧化碳流體，這種低溫、無(wú)氧環(huán)境的操作可以有效地分離熱敏或容易氧化的物質(zhì)，此外，SCFE技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，可以從固體或中液體中快速提取有效地萃取物成分，整個(gè)過(guò)程無(wú)污染、耗能少，而且對(duì)于有機(jī)物的分離提取和精致都有非常顯著的功效。

6總結(jié)

化學(xué)工程工藝是目前涵蓋冶煉、藥物生產(chǎn)、食品加工、材料化工、印刷業(yè)等多行業(yè)的專業(yè)學(xué)科，其實(shí)現(xiàn)的專業(yè)技術(shù)對(duì)于企業(yè)的生產(chǎn)來(lái)說(shuō)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。在化學(xué)工程工藝中，常見(jiàn)的技術(shù)有綠色化工技術(shù)，該技術(shù)是從原材料、催化劑以及化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程中選取綠色無(wú)毒無(wú)公害的物質(zhì)和反應(yīng)選擇性來(lái)提升化工的低污染率，分離技術(shù)則是通過(guò)蒸餾分離、膜分離等分流技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的化工材料的分離，超臨界流體萃取技術(shù)則是采用超臨界流體對(duì)物料中萃取物的提取，通過(guò)改變外在條件來(lái)實(shí)現(xiàn)萃取物的提取，從而實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離。這些化學(xué)工程工藝都在為企業(yè)的生產(chǎn)、化工過(guò)程等起到非常重要的作用，為促進(jìn)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

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作者：朱雅雯 單位：武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院