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化學(xué)工程,簡稱化工,是研究以化學(xué)工業(yè)為代表的,以及其他過程工業(yè)生產(chǎn)過程中有關(guān)化學(xué)過程與物理過程的一般原理和規(guī)律,如石油煉制工業(yè)、冶金工業(yè)、食品工業(yè)、印染工業(yè)等,并應(yīng)用這些規(guī)律來解決過程及裝置開發(fā)、設(shè)計(jì)、操作等問題,它是以數(shù)學(xué)及少量的物理觀念為基礎(chǔ)應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)上,主要研究大規(guī)模改變物料中的化學(xué)組成及其機(jī)械和物理性質(zhì),來替生產(chǎn)化學(xué)品或是物料工廠提供一個(gè)反應(yīng)流程設(shè)計(jì)方式。實(shí)驗(yàn)研究、本文由收集整理理論分析和科學(xué)計(jì)算已經(jīng)成為當(dāng)代化工研究中不可或缺的三種主要手段。
化學(xué)工程的研究領(lǐng)域最初只是化工單元操作,如:輸送現(xiàn)象(為化工學(xué)科當(dāng)中“單元操作”的理論基礎(chǔ))、化工熱力學(xué)輸送現(xiàn)象。隨著發(fā)展,后來又發(fā)展出一些新的分支,化學(xué)工程領(lǐng)域的分支龐大,可應(yīng)用在各類化學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的研究及實(shí)務(wù)上的操作,因應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要,以化工的知識(shí)背景為基礎(chǔ),例如半導(dǎo)體工業(yè)。隨計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展,數(shù)值模擬(cfd)在化工的發(fā)展占據(jù)重要的地位。
2 化學(xué)工程與工藝專業(yè)簡介
2.1 化學(xué)工程與工藝任務(wù)。根據(jù)化學(xué)工程與工藝專業(yè)的性質(zhì),化學(xué)工程與工藝專業(yè)的任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)習(xí)化學(xué)工程學(xué)與化學(xué)工藝學(xué)等方面的基本理論和基本知識(shí),受到化學(xué)與化工實(shí)驗(yàn)技能、工程實(shí)踐、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、科學(xué)研究與工程設(shè)計(jì)方法的基本訓(xùn)練.具有對(duì)現(xiàn)有企業(yè)的生產(chǎn)過程進(jìn)行模擬優(yōu)化、革新改造,對(duì)新過程進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)和對(duì)新產(chǎn)品進(jìn)行研制的基本能力。由于涉及化工的學(xué)科和領(lǐng)域很多,化學(xué)工程與工藝專業(yè)除了讓學(xué)生學(xué)習(xí)一般應(yīng)用化工的基本知識(shí)和基本技能外,還應(yīng)該結(jié)合本地區(qū)、本行業(yè)及本校的實(shí)際情況,重點(diǎn)學(xué)習(xí)化工在某個(gè)或某幾個(gè)領(lǐng)域中的具體應(yīng)用,以便形成不同高校應(yīng)用化工專業(yè)的特色專業(yè)方向。
2.2 化學(xué)工程以及化學(xué)工業(yè)的一些特點(diǎn)。以物理學(xué)、化學(xué)和數(shù)學(xué)為基礎(chǔ),并結(jié)合工業(yè)經(jīng)濟(jì)基本法則,研究化工單元操作以及有關(guān)的流體力學(xué)、傳熱和傳質(zhì)原理、熱力學(xué)和化學(xué)動(dòng)力學(xué)等在化學(xué)工業(yè)上的應(yīng)用,以指導(dǎo)各種過程及其設(shè)備的開發(fā)、改進(jìn)和發(fā)展屬于化學(xué)工程學(xué)的內(nèi)容。化學(xué)工程是隨著化學(xué)工業(yè)的大規(guī)模生產(chǎn)發(fā)展而形成的。化學(xué)工程包括過程動(dòng)態(tài)學(xué)及控制、化工系統(tǒng)工程、傳遞過程、單元操作、化工熱力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程等方面。化學(xué)反應(yīng)是化工生產(chǎn)的核心部分,提供過程分析和設(shè)計(jì)所需的有關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù),研究傳遞過程的方向和極限,化工熱力學(xué)是單元操作和反應(yīng)工程的理論基礎(chǔ),它決定著產(chǎn)品的收率,對(duì)生產(chǎn)成本產(chǎn)生重要影響。對(duì)單元操作的研究,可用來指導(dǎo)各類產(chǎn)品的生產(chǎn)和化工設(shè)備的設(shè)計(jì);傳遞過程是單元操作和反應(yīng)工程的共同基礎(chǔ),化學(xué)工業(yè)在新的形勢(shì)下要求處于化學(xué)核心地位的催化技術(shù)和化學(xué)工程都必須用跨學(xué)科的戰(zhàn)略進(jìn)行多學(xué)科的研究。動(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞,這三種傳遞,實(shí)質(zhì)上就是各種單元操作設(shè)備和反應(yīng)裝置中進(jìn)行的物理過程。
合成化學(xué)是化學(xué)學(xué)科的核心,化學(xué)家不僅發(fā)現(xiàn)和合成了眾多天然存在的化合物,同時(shí)也創(chuàng)造了大量非天然的化合物,使人類社會(huì)所有的化合物達(dá)到2230萬個(gè)(美國化學(xué)文摘1999年12月10日收錄的化合物數(shù)),并且以幾個(gè)月就有100萬個(gè)的速度發(fā)展,大量新化合物的產(chǎn)生是化學(xué)工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的基礎(chǔ)。信息技術(shù)及工程技術(shù)的進(jìn)步為設(shè)備和工藝創(chuàng)新創(chuàng)造了條件,推動(dòng)了化工行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。 化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)和許多深度加工的產(chǎn)品更新?lián)Q代快,要求化學(xué)工業(yè)必須不斷發(fā)展和采用先進(jìn)科學(xué)技術(shù),從而提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。不斷尋求技術(shù)上最先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)上最合理的方法、原理、流程和設(shè)備是化學(xué)工業(yè)工藝創(chuàng)新追求的目標(biāo)?;ば录夹g(shù)開發(fā)程序是一套科學(xué)的程序,它是以市場(chǎng)為導(dǎo)向、以創(chuàng)新為宗旨,以工業(yè)化和商業(yè)化為目的的創(chuàng)新過程。世界上經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家化學(xué)工業(yè)的研究開發(fā)費(fèi)用、科研人員以及專利和文獻(xiàn)的數(shù)量都居各工業(yè)部門的前列。
3 化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理分析
傳統(tǒng)的化工實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理是相當(dāng)復(fù)雜的,需要花費(fèi)大量的人力物力,由于化工實(shí)驗(yàn)需要平行實(shí)驗(yàn),數(shù)據(jù)處理過程的重復(fù)性也非常大。借助matlab軟件的應(yīng)用,可以使人們從大量的數(shù)據(jù)處理當(dāng)中解脫出來。
化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)是初步了解、學(xué)習(xí)和掌握化學(xué)工程與工藝科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究方法的一個(gè)重要的實(shí)踐性環(huán)節(jié)?;?shí)驗(yàn)的特點(diǎn)流程較長,規(guī)模較大,數(shù)據(jù)處理也較為復(fù)雜。因此依靠計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)會(huì)使繁瑣的數(shù)據(jù)處理過程變得簡單快捷,大大提高工作效率。數(shù)據(jù)處理是每一個(gè)化學(xué)工程實(shí)驗(yàn)必不可少的步驟,也是至關(guān)重要的一個(gè)步驟。通過實(shí)驗(yàn)可以建立過程模型、分析工藝技術(shù)的可行條件。但是化工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理往往并不是那么簡單,它需要通過復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算,若僅僅依靠手工計(jì)算則需要花費(fèi)大量的時(shí)間,而且化工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理量很大、重現(xiàn)性很高,因此應(yīng)用計(jì)算機(jī)來處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以大大提高工作效率?;瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)是一個(gè)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的專業(yè)學(xué)科。實(shí)驗(yàn)的目的是通過有限的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)去尋找某一對(duì)象或某一過程中各參數(shù)之間的定量關(guān)系,從而揭示某化工過程所遵循的客觀規(guī)律。
matlab在化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用進(jìn)行初步的嘗試。傳統(tǒng)的化工實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理是相當(dāng)復(fù)雜的,需要花費(fèi)大量的人力物力,由于化工實(shí)驗(yàn)需要平行實(shí)驗(yàn),數(shù)據(jù)處理過程的重復(fù)性也非常大。而matlab是一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件,能夠方便地繪出各種函數(shù)圖形,一方面可以解決符號(hào)演算問題,另一方面可以解決數(shù)學(xué)中的數(shù)值計(jì)算問題。matlab的應(yīng)用范圍非常廣,包括信號(hào)和圖像的處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)試和測(cè)量、財(cái)務(wù)建模和分析以及計(jì)算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。它已成為國際控制界的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算軟件。借助matlab軟件的應(yīng)用,可以使人們從大量的數(shù)據(jù)處理當(dāng)中解脫出來,利用matlab軟件編寫一個(gè)數(shù)據(jù)處理程序:只需輸入任意一組原始數(shù)據(jù),就可以把實(shí)驗(yàn)結(jié)果,數(shù)據(jù)模型以及作圖一起顯示出來。
依據(jù)數(shù)理、化學(xué)內(nèi)涵作為支撐媒介,進(jìn)而深度聯(lián)合工業(yè)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)條件進(jìn)行窺測(cè),將化工單元操作和熱學(xué)、動(dòng)力學(xué)原理進(jìn)行深度融合,進(jìn)而有力指導(dǎo)設(shè)備開發(fā)工作?;瘜W(xué)工程主要隨著化學(xué)工業(yè)的過渡改造而形成,其中化學(xué)反應(yīng)作為生產(chǎn)流程的核心內(nèi)容,將為過程分析創(chuàng)設(shè)主動(dòng)適應(yīng)空間,將研究過程方向梳理完全;而化工熱力學(xué)條件作為單元反應(yīng)的理論基礎(chǔ),對(duì)于產(chǎn)品回收效率有著充分的界定要求,其將直接決定產(chǎn)品后期回收效率,對(duì)于產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)成本規(guī)模產(chǎn)生著重大影響效果。因此,在單元詳細(xì)操作流程中,技術(shù)人員可針對(duì)各類化工設(shè)備以及產(chǎn)品形態(tài)進(jìn)行科學(xué)審視,由于傳遞流程作為單元操作、反應(yīng)工程的支撐媒介,而化工產(chǎn)業(yè)在全新發(fā)展形態(tài)下需要落實(shí)核心催化技術(shù),就必須聯(lián)合跨學(xué)科形態(tài)的戰(zhàn)略進(jìn)行綜合比對(duì)、研究,爭取達(dá)到統(tǒng)一規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)格局。內(nèi)部傳遞機(jī)制主要圍繞動(dòng)力、熱能、產(chǎn)品質(zhì)量元素闡述,這其實(shí)就是異質(zhì)化單元內(nèi)部反應(yīng)裝置的物理演變過程。
另一方面,合成化學(xué)作為既定學(xué)科的核心要素,為設(shè)計(jì)主體開發(fā)大量非天然化合物質(zhì)提供靈感經(jīng)驗(yàn)。在大量創(chuàng)新化合產(chǎn)物的影響下,有關(guān)化工產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)模型便開始順利過渡。信息技術(shù)為各類設(shè)備、工藝創(chuàng)造主動(dòng)適應(yīng)條件,整體上推動(dòng)了行業(yè)的進(jìn)步趨勢(shì)。這部分生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)聯(lián)合各類深加工流程進(jìn)行替換改造,需要化學(xué)工業(yè)不斷開發(fā)新型歸控技術(shù),進(jìn)而為既定產(chǎn)業(yè)規(guī)范效率和經(jīng)濟(jì)成果提供適應(yīng)條件。技術(shù)人員需要全面開發(fā)最為先進(jìn)的協(xié)調(diào)處理細(xì)則,這是創(chuàng)新化學(xué)工藝改造流程的必要準(zhǔn)則。整個(gè)技術(shù)開發(fā)活動(dòng)利用市場(chǎng)導(dǎo)向機(jī)理進(jìn)行布置,使得工業(yè)、商業(yè)化動(dòng)機(jī)需求得到全面綻放。
二、化學(xué)工程、工藝試驗(yàn)數(shù)據(jù)的科學(xué)搭配分析
傳統(tǒng)形態(tài)的化工實(shí)驗(yàn)操作,內(nèi)部數(shù)據(jù)排列機(jī)理相當(dāng)復(fù)雜,整體活動(dòng)延展下來,具體的人力、物力資源全面堆積。因?yàn)閮?nèi)部流程需要借助平行試驗(yàn)進(jìn)行掌控,特定數(shù)據(jù)處理重復(fù)性特征廣布。因此,必要時(shí)技術(shù)人員可依靠MATLAB軟件進(jìn)行流程過渡,將人工演算過程中的數(shù)據(jù)限制因素調(diào)節(jié)完畢。這部分實(shí)驗(yàn)流程是掌握化工研究方式的重要環(huán)節(jié),整體流程較為漫長。所以,計(jì)算機(jī)信息技術(shù)便將這些復(fù)雜的演算流程進(jìn)行智能模擬操作,并透過實(shí)驗(yàn)要求建立必要的模型基礎(chǔ),使得工藝技術(shù)管制范圍下的各類可行條件全面延展?;ぎa(chǎn)業(yè)講求專業(yè)實(shí)驗(yàn)的引導(dǎo)價(jià)值,具體行動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)機(jī)也是圍繞特地實(shí)驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)定量關(guān)系探索,進(jìn)而將化工所需遵循的客觀規(guī)律羅列完整。
MATLAB軟件在整個(gè)研究過程中開辟引導(dǎo)先河,其將各類函數(shù)圖形進(jìn)行輕松規(guī)劃,肅清細(xì)致符號(hào)演算和數(shù)值計(jì)算限制問題。這類軟件應(yīng)用范圍較為廣闊,包括數(shù)字通訊和財(cái)務(wù)建模等內(nèi)容。目前這類程序已經(jīng)成為國際控制終端的必要支撐媒介,現(xiàn)場(chǎng)操作人員基本只需編寫某種數(shù)據(jù)處理程序,之后將原始數(shù)據(jù)輸入,就能輕松提煉相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,將優(yōu)質(zhì)化數(shù)據(jù)和圖示模型展出。另外,涉及這方面人員素質(zhì)的強(qiáng)化工作也相當(dāng)重要。隨著技術(shù)創(chuàng)新和科技產(chǎn)業(yè)化的加快,環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng),必然會(huì)帶來對(duì)分析檢驗(yàn)專業(yè)人才需求的上升,且無論在數(shù)量和質(zhì)量上,都提出了新的要求。
三、結(jié)語
因?yàn)槊恳粋€(gè)化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)的目的都不相同,因此其處理的步驟以及涉及的化學(xué)公式也不盡相同,不可能以一個(gè)程序來概括,但是經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)研究和總結(jié),發(fā)現(xiàn)不同的化工實(shí)驗(yàn)中都會(huì)有其相似之處,它們都可以由圖1來概述。
2數(shù)據(jù)處理的程序編制
2.1數(shù)據(jù)輸入?;瘜W(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)輸入主要依靠提示的函數(shù)input實(shí)現(xiàn),比如以溫度為例子,則其輸入函數(shù)為:t=input(‘請(qǐng)輸入實(shí)驗(yàn)的溫度(攝氏度):’),其中輸入函數(shù)大多是以矩陣的輸入形式為主。
2.2處理和作圖?;瘜W(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)時(shí)常會(huì)存在離散的情況,必須經(jīng)由多種擬合的方法將它們結(jié)合成一條或多條連合的曲線,而其中最常用的擬合方式是最小二乘法,因此本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的擬合方式也采用最小二乘法的方式。設(shè)實(shí)驗(yàn)的離散數(shù)據(jù)(x1,y1)通過最小二乘法將其擬合成因變量y,自變量x,輸入的函數(shù)關(guān)系為y=f(x),函數(shù)關(guān)系的主要思路是讓離散數(shù)據(jù)中的x1的殘差平方以及Σ(f(x1)-y1)2達(dá)到最小值。因?yàn)樵诘贸龌?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中多少會(huì)因?yàn)橥饨绲囊蛩卮嬖谥恍┱`差,因此最小二乘法可以無需使輸入函數(shù)y=f(x)必須經(jīng)過全部的離散數(shù)據(jù)(x1,y1),但是殘差平方和必須達(dá)到最小值。根據(jù)最小二乘法的擬合方法可知,最小二乘法可以滿足化工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的擬合應(yīng)用需求。在化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)中會(huì)涉及到流體的流動(dòng)阻力研究,研究主要是通過測(cè)試流體的流動(dòng)阻力,在經(jīng)過特定的計(jì)算之后得出摩擦系數(shù)(λ)和雷諾準(zhǔn)數(shù)(Re)的離散數(shù)據(jù),再同理,經(jīng)過最小二乘法擬合出連續(xù)的曲線,并根據(jù)其畫出相對(duì)應(yīng)的圖形。得出上述式子之后可以將MATLAB里的函數(shù)polyfit()進(jìn)行線性的擬合,以作為化工數(shù)據(jù)處理的程序原理。
2.3建立數(shù)據(jù)庫。因?yàn)榻?jīng)過上述的設(shè)計(jì),化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理只能得知在特定的溫度下(比如10℃、20℃以及30℃等)實(shí)驗(yàn)的物性數(shù)據(jù),但是在實(shí)際的生產(chǎn)中,工業(yè)生產(chǎn)所涉及的溫度多變,不單單只停留在設(shè)計(jì)好的溫度當(dāng)中,因此,這就需要我們?cè)跀?shù)據(jù)中選擇最相近的數(shù)據(jù),假設(shè)它們屬于線性的關(guān)系,再利用內(nèi)插或者外推的方式計(jì)算出實(shí)驗(yàn)的物性數(shù)據(jù)常數(shù)。在本文的化工實(shí)驗(yàn)中,編寫的程序已經(jīng)將實(shí)驗(yàn)溫度和密度以及實(shí)驗(yàn)的溫度與黏度進(jìn)行多次的實(shí)驗(yàn)擬合,建立出了一個(gè)相對(duì)完整的數(shù)據(jù)庫,在工作中只需將溫度輸入進(jìn)系統(tǒng),則程序可以自動(dòng)跳出在特定溫度下的物性數(shù)據(jù),提高數(shù)據(jù)處理效率。
3程序的運(yùn)行
在編制完成化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理程序,且建立數(shù)據(jù)庫之后,便應(yīng)該輸入數(shù)據(jù)以驗(yàn)證程序是否能有效地處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理中,MATLAB軟件的應(yīng)用是十分重要的,經(jīng)過實(shí)驗(yàn)可知,在化工實(shí)驗(yàn)當(dāng)中會(huì)出現(xiàn)大量的離散數(shù)據(jù),必須經(jīng)過擬合的方式進(jìn)行處理,其處理過程中不僅工作量大,而且十分繁瑣,一旦出現(xiàn)差錯(cuò)則必須重新重來,浪費(fèi)大量的人力物力資源,而且在處理好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之后,在查看實(shí)驗(yàn)當(dāng)中還要將化工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重新計(jì)算一次,看結(jié)果是否與原先的計(jì)算結(jié)果相同,工作量十分重,但是如果運(yùn)用MATLAB軟件則大大降低了數(shù)據(jù)處理難度,只要在MATLAB軟件中輸入相應(yīng)的化工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),就可以得到結(jié)果,節(jié)省了時(shí)間,提高了工作效率。
4結(jié)語
[關(guān)鍵詞]微流體化學(xué) 化學(xué)工藝研發(fā) 應(yīng)用
中圖分類號(hào):TQ021 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-914X(2016)24-0125-01
一、流體化學(xué)及微通道反應(yīng)器
當(dāng)前的很多生物、化學(xué)、材料進(jìn)行的科學(xué)實(shí)驗(yàn)中,經(jīng)常需要對(duì)流體進(jìn)行操作,如樣品 DNA的制備、液相色譜、PCR 反應(yīng)、電泳檢測(cè)等操作都是在液相環(huán)境中進(jìn)行。如果要將樣品制備、生化反應(yīng)、結(jié)果檢測(cè)等步驟集成到生物芯片上,則實(shí)驗(yàn)所用流體的量就從毫升、微升級(jí)降至納升或皮升級(jí),這時(shí)功能強(qiáng)大的微流體裝置就顯得必不可少了。因此隨著生物芯片技術(shù)的發(fā)展,微流體技術(shù)作為生物芯片的一項(xiàng)關(guān)鍵支撐技術(shù)也得到了人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。近年來微流體技術(shù)(Microfluidics Technology)的快速發(fā)展,已經(jīng)在化學(xué)、醫(yī)藥及生命科學(xué)等領(lǐng)域上造成革命性的沖擊。
流動(dòng)化學(xué)是大型化學(xué)品和石油化工領(lǐng)域一項(xiàng)非常成熟的技術(shù),然而在實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用在最近幾年剛剛開始。流動(dòng)化學(xué)技術(shù)促使流動(dòng)化學(xué)反應(yīng)器逐漸取代燒瓶式間歇反應(yīng)器和微波反應(yīng)器。微波反應(yīng)器不能夠工業(yè)化,其致命缺點(diǎn)注定其在化學(xué)研究手段中短命。流動(dòng)化學(xué)反應(yīng)器具有微波的熱效應(yīng),能夠進(jìn)行微波反應(yīng)器不可能完成的危險(xiǎn)反應(yīng),克服了微波反應(yīng)器不能放大的缺陷。中試流動(dòng)反應(yīng)釜輕易將合成放大到噸級(jí)反應(yīng)。
在經(jīng)過多年發(fā)展后,流動(dòng)化學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)開始改變實(shí)驗(yàn)室科學(xué)研究的方式。流動(dòng)化學(xué)適應(yīng)了藥物合成的三類反應(yīng),反應(yīng)速度非??斓姆磻?yīng);反應(yīng)速度較快但受動(dòng)力學(xué)控制的反應(yīng)和適合間歇反應(yīng)但是危險(xiǎn)、難以實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)。其中這三類反應(yīng)總和約占到藥物合成反應(yīng)的一半。這些反應(yīng)都能夠在流動(dòng)系統(tǒng)中快速、安全的進(jìn)行,并且產(chǎn)率高、雜質(zhì)小。流動(dòng)化學(xué)系統(tǒng)極大的縮短了藥物開發(fā)的時(shí)間。
連續(xù)流化學(xué)采用微反應(yīng)器,由于微反應(yīng)器具有比表面積大、傳遞速率高、接觸時(shí)間短、副產(chǎn)物少、轉(zhuǎn)化率更高、操作性好、安全性高、快速直接放大等優(yōu)點(diǎn),連續(xù)流反應(yīng)的各條件(反應(yīng)物,產(chǎn)物,副產(chǎn)物,催化劑,溶劑,介質(zhì))微量化,溫度、壓力等反應(yīng)條件可進(jìn)行更精確調(diào)控,相比傳統(tǒng)的批量反應(yīng)(間歇反應(yīng)),在反應(yīng)放大和優(yōu)化的過程中,具有更高反應(yīng)效率,更高重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。且連續(xù)流反應(yīng)器熱量緩沖需求量低,產(chǎn)量提高,試劑減少,自動(dòng)化程度極高,大大節(jié)省人力資源。連續(xù)流技術(shù),代表綠色化學(xué)和實(shí)驗(yàn)自動(dòng)化的發(fā)展。在未來的發(fā)展中,微流體化學(xué)技術(shù)在工藝研發(fā)中的優(yōu)勢(shì)也會(huì)越來越引起關(guān)注。
二、流體化學(xué)在化學(xué)合成領(lǐng)域中的應(yīng)用
流體化學(xué)及在流體化學(xué)理論上建立起來的微通道反應(yīng)系統(tǒng)的快速發(fā)展,使得更多的科研工作者投入到與其相關(guān)的研究。化學(xué)工藝特別是工藝條件的優(yōu)化上,微通道反應(yīng)系統(tǒng)得到了比較廣泛的應(yīng)用。
Emiliano Rossi [1]等人公開了一種利用微通道反應(yīng)器安全、高效地制備中間體重氮甲烷后立即進(jìn)入下一步酸類甲基化反應(yīng)解決了重氮甲烷劇毒、易爆、不易運(yùn)輸?shù)劝踩珕栴},同時(shí)也更好地保護(hù)了科研工作者。
三、利用流體化學(xué)及其連續(xù)流儀器合成芳基硼酸頻哪醇酯
芳基硼酸頻哪醇酯作為一個(gè)具有較高活性的中間體,在藥物研發(fā)和有機(jī)合成中有著十分重要的作用。目前芳基硼酸頻哪醇酯的制備主要利用鹵代芳基化合物在金屬鈀催化劑作用下與雙聯(lián)頻哪醇基二硼烷反應(yīng)制備,文獻(xiàn)報(bào)道收率大多為 20%~80%不等反應(yīng)過程不易控制,極易產(chǎn)生脫鹵的芳基化合物,而且鈀催化法成本較高,后處理廢水過多。也有用烷基鋰或者格氏試劑等金屬有機(jī)強(qiáng)堿先制備活性芳基中間體再與硼酸酯反應(yīng)得到芳基硼酸酯。但該方法條件要求苛刻,一般低溫鋰化(-70℃)、酯化(-70℃)[2],常規(guī)釜式反應(yīng)釜不可避免會(huì)產(chǎn)生因混合不均勻而導(dǎo)致局部過熱等問題,反應(yīng)過程的轉(zhuǎn)化率受到負(fù)面影響,能耗較大。
為了優(yōu)化這個(gè)問題,開發(fā)更加適合工藝化的制備方式,我們嘗試?yán)梦⑼ǖ婪磻?yīng)器進(jìn)行芳基硼酸酯合成工藝研究。微反應(yīng)器一般包括化工單元中所需要的換熱器、反應(yīng)器、混合器、控制器等,但是,反應(yīng)器的管道尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于常規(guī)管式反應(yīng)器,并具有常規(guī)釜式反應(yīng)器所不具備的一些特性:通道尺寸微型化;較大的比表面積;優(yōu)良的傳質(zhì)傳熱特性;生產(chǎn)靈活且安全性能高。因此利用微通道反應(yīng)器進(jìn)行芳基硼酸酯合成這類反應(yīng)具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)。
首先,對(duì)芳基硼酸頻哪醇酯的連續(xù)化合成實(shí)驗(yàn)做儀器和試劑的準(zhǔn)備,用 CDCl3、DMSO-d6為溶劑,TMS 為內(nèi)標(biāo)。在經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)和嘗試后,取得芳基硼酸頻哪醇酯的連續(xù)化合成的成功。整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程如下(圖1、圖2)
具體實(shí)驗(yàn)過程以3-氨基吡啶作為起始原料為例:
(1)混合物Ⅰ配置:預(yù)先配置好3-氨基吡啶的乙腈溶液(0.5mol/ L),雙聯(lián)頻哪醇基二硼烷的乙腈溶液(1.0mol/ L),設(shè)定計(jì)量泵P1、泵P2的流速比為3-氨基吡啶:雙聯(lián)頻哪醇基二硼烷=1.0: 0.55 ,同時(shí)泵入混合模塊A1中,設(shè)定此段換熱器溫度為80℃,即可配置混合均勻的混合物Ⅰ。此時(shí)3-氨基吡啶:雙聯(lián)頻哪醇基二硼烷的摩爾比為1.0:1.1。
(2)預(yù)先配置好亞硝酸叔丁酯的乙腈溶液(1.0mol/ L),經(jīng)過泵P3泵入預(yù)熱模塊C1中預(yù)熱然后流入混合模塊A2中與混合物Ⅰ混合并反應(yīng),繼續(xù)流經(jīng)一系列增強(qiáng)傳質(zhì)型混合反應(yīng)模塊(B1―B5)混合反應(yīng)至反應(yīng)完成,此時(shí)3-氨基吡啶:雙聯(lián)頻哪醇基二硼烷:亞硝酸叔丁酯的摩爾比為1.0:1.1:1.5,反應(yīng)停留時(shí)間為90s,反應(yīng)液在出口均勻流出反應(yīng)器進(jìn)入收集容器。
(3)粗產(chǎn)品經(jīng)過濃縮,拌樣(100-200目硅膠),經(jīng)柱層析(300-400目硅膠)純化后可用高效液相色譜以及核磁(氫譜)進(jìn)行檢測(cè),此時(shí),3-氨基吡啶轉(zhuǎn)化率為100%,3-吡啶硼酸頻哪醇酯收率為72%。
經(jīng)過本次實(shí)驗(yàn),證明利用流體化學(xué)及其連續(xù)流儀器合成芳基硼酸頻哪醇酯是可行的,且更有效,充分體現(xiàn)了流體化學(xué)在此類反應(yīng)上的優(yōu)勢(shì)。
參考文獻(xiàn):
關(guān)鍵詞:化學(xué)生產(chǎn);化工生產(chǎn)工藝;化工技術(shù)
化學(xué)工程通常就是指為達(dá)到一定效果在理論基礎(chǔ)上進(jìn)行的一系列化學(xué)生產(chǎn)活動(dòng),它是將理論應(yīng)用于實(shí)踐的一個(gè)過程?,F(xiàn)如今化工行業(yè)除了包括石油化工、催化制造等傳統(tǒng)化工,還囊括了生物制藥、納米技術(shù)等現(xiàn)代化工。但目前化工生產(chǎn)行業(yè)還是主要以化石燃料等傳統(tǒng)化學(xué)工業(yè)為動(dòng)力,但是燃燒化石燃料不僅使得不可再生資源的減少,更對(duì)自然環(huán)境造成重大的污染。很顯然,這和人們?nèi)諠u追求綠色環(huán)保的觀念產(chǎn)生矛盾。因此,面對(duì)化工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染問題,及時(shí)地做出科學(xué)合理的改進(jìn)措施已經(jīng)變得至關(guān)重要。
1化工生產(chǎn)行業(yè)當(dāng)前現(xiàn)狀
1.1對(duì)環(huán)境造成重大污染
化工行業(yè)是目前當(dāng)今世界最主要的污染源之一。首先,化工生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生很多的廢水。廢氣和固體廢棄物,如果不加以合理處理直接排放到水源里,那么對(duì)當(dāng)?shù)氐牡叵滤鷳B(tài)系統(tǒng)造成的后果將不堪設(shè)想。其次,化工行業(yè)在生產(chǎn)大量日常生活品為人們帶來便利的同時(shí),也帶來了大量的生活垃圾,由于很多生活垃圾都是高分子化學(xué)材料,處理起來非常困難,如果將它們直接采取填埋的方式處理,將很長時(shí)間難以降解,這會(huì)對(duì)土壤造成嚴(yán)重的污染?;どa(chǎn)過程中不僅會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐耐临|(zhì)、水源造成污染,而且對(duì)空氣也會(huì)有很嚴(yán)重的影響?;ば袠I(yè)主要以燃燒化石燃料為主。燃燒化石燃料會(huì)生成大量的二氧化碳、二氧化硫和固態(tài)顆粒物,不僅會(huì)造成溫室效應(yīng)加劇的后果,還會(huì)形成霧霾、酸雨等惡劣現(xiàn)象,給人們經(jīng)濟(jì)和健康帶來巨大的損失。
1.2化工生產(chǎn)效率太低
隨著人們生活水平的提高,傳統(tǒng)的化工生產(chǎn)工藝已經(jīng)無法最大限度地滿足人們的日常需要了,這是由于化工生產(chǎn)工藝本身的缺陷造成的?;どa(chǎn)工藝是將理論的化學(xué)反應(yīng)放大應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)過程中,因此在具體工藝中會(huì)遇到很多問題。例如化學(xué)反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)化率太低,化工生產(chǎn)過程中連續(xù)性較低等。這些問題都可能導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)不充分,最終造成化工生產(chǎn)效率比較低。另外,反應(yīng)設(shè)備的效率太低也是造成化工生產(chǎn)過程中效率比較低的一個(gè)重要原因。
2化工生產(chǎn)行業(yè)改進(jìn)措施
2.1優(yōu)化化學(xué)反應(yīng)環(huán)境
每一個(gè)化工工藝都是化學(xué)反應(yīng)的放大過程,但是又要比簡單的化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜得多。就像化學(xué)反應(yīng)的各個(gè)參數(shù)一樣,反應(yīng)條件也是化工生產(chǎn)中最為重要的環(huán)節(jié)。而每一個(gè)化學(xué)反應(yīng)都會(huì)有其最佳的反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等參數(shù),同理,化工生產(chǎn)過程中的最佳反應(yīng)條件決定著化工生產(chǎn)過程中的質(zhì)量。因此,要想實(shí)現(xiàn)提高化工生產(chǎn)過程效率的目的,也應(yīng)該最大限度地創(chuàng)造一個(gè)最佳的化工反應(yīng)環(huán)境,同時(shí)應(yīng)該盡可能避免各種副反應(yīng)的出現(xiàn)。另外,在適當(dāng)?shù)那闆r下,也要使用恰當(dāng)?shù)拇呋瘎┮蕴岣呋どa(chǎn)過程中的速率。
2.2改進(jìn)化工生產(chǎn)工藝
在化工工藝的改進(jìn)方面,不僅要提高反應(yīng)生產(chǎn)過程的效率,更應(yīng)該注重化工生產(chǎn)工藝的綠色安全環(huán)保。通過調(diào)整化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)參數(shù)和條件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)化工生產(chǎn)過程中效率的改進(jìn)。而化工工藝要想實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保,就需要尋求一些新的途徑,例如,更加綠色環(huán)保的化學(xué)反應(yīng),使用最少的生產(chǎn)原料,生成對(duì)環(huán)境友好的產(chǎn)物等。在日趨崇尚綠色環(huán)保的當(dāng)今社會(huì),化工生產(chǎn)工藝走向綠色安全是大勢(shì)所趨,而綠色安全環(huán)保的生產(chǎn)工藝也能帶領(lǐng)化工行業(yè)走上新的輝煌。
2.3合理處置生產(chǎn)廢料
化工生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢水、廢氣和固體廢棄物,而這些廢料通常都是對(duì)自然環(huán)境和人體有嚴(yán)重危害的。所以在處置這些化工生產(chǎn)過程中的廢料時(shí)應(yīng)該格外注意。通常處理這些廢料主要采用物理法和化學(xué)法,但是二者各有利弊,物理法較為環(huán)保,而化學(xué)法較為徹底,具體是由廢料的種類來決定采用哪種方法處置。另外,生物法處理化工廢料也逐漸受到科學(xué)家們的關(guān)注,生物法處理化工廢料既綠色環(huán)保又反應(yīng)徹底,是一種較為理想的處理辦法。綜上所述,無論采取何種方法處理化工廢料,都應(yīng)該秉持綠色安全的原則,將其對(duì)環(huán)境和人類的危害降到最低。
2.4尋求化工新能源
當(dāng)今化工生產(chǎn)行業(yè)仍然是主要以燃燒化石燃料為主。但是化石燃料作為不可再生資源已經(jīng)面臨很多的問題,而且大量燃燒化石燃料也會(huì)對(duì)自然環(huán)境和我們?nèi)祟惖慕】祹砭薮笥绊?,因此尋求別的能源來替代不可再生的化石燃料已經(jīng)迫在眉睫。新的可再生能源不僅保障了化工生產(chǎn)的長久穩(wěn)定發(fā)展,也避免了傳統(tǒng)化工行業(yè)對(duì)人類和自然環(huán)境帶來的惡劣影響。而科學(xué)家們也在這一方面取得了較好的成果,例如,電化工、生物化工、納米技術(shù)等。我們有理由相信在科學(xué)家們的不懈努力下,將新能源大量普及并應(yīng)用于化工領(lǐng)域指日可待。
3結(jié)語
通過對(duì)我國當(dāng)前化工生產(chǎn)行業(yè)現(xiàn)狀的了解和分析,我們發(fā)現(xiàn)化工生產(chǎn)過程中還存在很多的問題正待我們?nèi)パ芯亢徒鉀Q。我們要想改良化工工藝就需要對(duì)科學(xué)進(jìn)行不斷探索,要想維持自然環(huán)境的不被污染,就需要找到更加科學(xué)環(huán)保的辦法保護(hù)自然環(huán)境,這是考驗(yàn)人類生存和自然環(huán)境共同長久發(fā)展的重大課題。而現(xiàn)在的我們要做的就是認(rèn)真探索,尋求突破創(chuàng)新,對(duì)傳統(tǒng)化工工藝中存在的問題進(jìn)行研究并改進(jìn),最終保障化工行業(yè)的綠色健康可持續(xù)發(fā)展,這樣我們才能穩(wěn)定的推動(dòng)社會(huì)建設(shè)。
參考文獻(xiàn):
[1]李珺瑤.化學(xué)工程中的化工生產(chǎn)工藝[J].化工管理,2017,(06):90.
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關(guān)鍵詞:工藝;化學(xué)工程;化工生產(chǎn)
在我們目前所接觸的工業(yè)中,化工是非常重要的一個(gè)步驟,雖然不像航天事業(yè)那樣驚喜動(dòng)魄,也不如軍事可以直接用來保家衛(wèi)國,可是化工卻能滲透到很多行業(yè)中,其中很多都是足以值得我們驕傲的行業(yè),化工通過提供優(yōu)良以及合適的材料,來促進(jìn)社會(huì)發(fā)展和科技的進(jìn)步,起到基石的作用。本文主要是以化工生產(chǎn)作為入手點(diǎn),將生產(chǎn)化學(xué)物品的新工藝融入到化學(xué)工程里,以尋找到更加安全環(huán)保的方法為目的,以便研制出更多又好又新的材料。
1目前化工行業(yè)中所存在的問題
作為中間環(huán)節(jié)的化學(xué)生產(chǎn)工藝作用非常重要,直接關(guān)系到產(chǎn)品的純度、原材料的利用率并要嚴(yán)格控制環(huán)保,確保無污染物排出,無論什么時(shí)候都要確保人民的生活環(huán)境質(zhì)量,這也是衡量國家化工行業(yè)是否發(fā)達(dá)的一個(gè)重要的參考準(zhǔn)則。我國在化工行業(yè)的發(fā)展起步有些晚,所以亟待解決的問題也相對(duì)比較多,最主要突出的就是環(huán)保方面的問題。
1.1目前我國的化工生產(chǎn)率比較低
世界各個(gè)國家的工業(yè)都在迅速發(fā)展著,所以存在的問題也就更加突出,我國目前的化工產(chǎn)業(yè)在產(chǎn)率方面與發(fā)達(dá)國家的差距比較大,而在化工生產(chǎn)時(shí),對(duì)于壓力以及溫度的要求比較高,也就是說在生產(chǎn)過程中所使用的生產(chǎn)設(shè)備要非常達(dá)標(biāo)才可能有較高的產(chǎn)率。舉例來說,比如我們?cè)谏a(chǎn)肥料時(shí),器皿溫度是否達(dá)標(biāo)是一項(xiàng)很關(guān)鍵的因素,而我國目前的反應(yīng)器皿大多都無法達(dá)到理想的溫度狀態(tài),溫度不足會(huì)導(dǎo)致化肥在生產(chǎn)時(shí)反應(yīng)進(jìn)行的不夠充分,導(dǎo)致廢料產(chǎn)生過多,即對(duì)原材料是種浪費(fèi),也會(huì)污染環(huán)境。而更嚴(yán)重的事情是,由于生產(chǎn)時(shí)反應(yīng)不充分,會(huì)直接導(dǎo)致產(chǎn)品合格率很低,無法達(dá)到生產(chǎn)所需要的條件,造成了能源以及資源方面的浪費(fèi),這直接導(dǎo)致目前化工產(chǎn)率較為底下的現(xiàn)狀。
1.2化工廠的環(huán)保能力低下
在進(jìn)行化工生產(chǎn)時(shí),如果環(huán)保的能力較低,則會(huì)直接導(dǎo)致空氣以及環(huán)境污染。這也是造成我國污染嚴(yán)重的罪魁禍?zhǔn)字弧O裼∷?、造紙、印染、重金屬以及紡織業(yè)都屬于污染環(huán)境較為嚴(yán)重的行業(yè)。這些行業(yè)的廢水檢測(cè)結(jié)果,一般都是重金屬超標(biāo)非常嚴(yán)重,對(duì)環(huán)境造成的危害不可估量,從而嚴(yán)重影響人們的衣食住行,也影響了我國的環(huán)境污染指數(shù)。這些重金屬污染型廢水的排放會(huì)嚴(yán)重影響我國人民飲水的質(zhì)量以及土壤的質(zhì)量,使得生態(tài)環(huán)境失調(diào)。
1.3不能使化工生產(chǎn)過程連續(xù)化
眾所周知,連續(xù)性的生產(chǎn)過程無論在哪個(gè)行業(yè)都能極大地節(jié)省人力財(cái)力,同時(shí)又能最為充分地利用資源和能源。但我國的化工行業(yè)卻存在化工生產(chǎn)過程連續(xù)性不好的問題。生產(chǎn)過程可能會(huì)因?yàn)檫B續(xù)性不佳而造成生產(chǎn)過程的中斷,使得整個(gè)生產(chǎn)過程脫節(jié),對(duì)化學(xué)品的成品質(zhì)量造成極大的危害,并造成原料的浪費(fèi),這也是化工生產(chǎn)中最容易出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)。
2關(guān)于化工生產(chǎn)工藝的研究
我國工業(yè)是由化學(xué)工業(yè)、機(jī)械設(shè)計(jì)制造工業(yè)和煤礦工業(yè)組成的。而化學(xué)工業(yè)是其中最為重要的組成部分,因?yàn)榛すI(yè)與人民的生活密切相關(guān)。我們吃的糧食是有糖類等碳水化合物組成的,我們穿的衣服是有纖維或者尼龍等化學(xué)品制成的,我們用的工具更是由化工材料做成的。
2.1努力改善反應(yīng)環(huán)境和條件
作為化學(xué)工程中的起始工作,反應(yīng)環(huán)境和反應(yīng)條件對(duì)化工生產(chǎn)過程的產(chǎn)率起著很大的作用。尤其是反應(yīng)條件,它既關(guān)系著反應(yīng)是否能順利進(jìn)行,又關(guān)系著化工生產(chǎn)過程產(chǎn)率的問題,反應(yīng)條件好了,自然可以達(dá)到高效生產(chǎn),減少廢棄物的產(chǎn)出,提高原料產(chǎn)率。綜合以上原因,為了能夠達(dá)到高效生產(chǎn)我們最應(yīng)該做的就是加強(qiáng)化工生產(chǎn)過程中的反應(yīng)條件。催化劑能夠有效地縮短反應(yīng)時(shí)間,降低反應(yīng)能壘,增加反應(yīng)的速率。
2.2合理處理廢棄物
在化學(xué)品的生產(chǎn)過程中,反應(yīng)條件和反應(yīng)環(huán)境固然重要,但廢棄物的處理也很重要。我們國家是一個(gè)資源大國同時(shí)也是一個(gè)人口大國,使得人均資源占有率很有限,為了以后子孫后代的發(fā)展,我們不能走先污染后治理的道路,應(yīng)該合理處理好廢棄物。我國現(xiàn)行的法律規(guī)定,化工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的重金屬和有毒污染物一定不能直接排放到江河湖泊中。另外,對(duì)有毒廢氣也要經(jīng)過處理才能排放到大氣中。被污染水質(zhì)的排放應(yīng)該嚴(yán)格采用化學(xué)原理對(duì)其進(jìn)行化學(xué)處理,等到指標(biāo)合格后,才能通過專用渠道,排放到自然環(huán)境中。比較簡單的則是通過基本反映,利用沉淀的方式,將重金屬離子轉(zhuǎn)變?yōu)榛衔锍恋硐聛恚蛊湮:π越档阶畹?。而廢氣則應(yīng)該在排放裝置的中部和頂端設(shè)置有效的廢氣處理系統(tǒng),過濾掉有毒的粉塵和氣體,之后再排放到空氣中。
2.3優(yōu)化化工生產(chǎn)的工藝技術(shù)
除了這些工藝以外,我們還要真正改善化工生產(chǎn)中的工藝,對(duì)化工反應(yīng)的一系列的反應(yīng)條件和反應(yīng)原理進(jìn)行研究。例如,乙烯的合成方式有很多種,可以裂解石油品也可以將乙醇脫水,還可以將長的碳鏈斷裂成短的碳鏈。出現(xiàn)多種方式時(shí),我們就需要研究哪種方式更為節(jié)省能源,哪種方式的原料來源更廣,怎樣的工藝流程設(shè)計(jì)能取得最大的經(jīng)濟(jì)效益以及最高的產(chǎn)率。不同的原料,所需要的化工原料和生產(chǎn)方式都是不一樣的,我們需要針對(duì)不同的情況采取不同的工藝流程,使得這些流程能更好的適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn),來提高化工生產(chǎn)過程的有效性并且達(dá)到綠色環(huán)保高效的目的。
3結(jié)論
在化學(xué)工程中,化工生產(chǎn)是很重要的過程,只有保證在化學(xué)生產(chǎn)過程中的有效性,使化工生產(chǎn)的工藝達(dá)到設(shè)計(jì)的要求,同時(shí)也要提高生產(chǎn)設(shè)備水準(zhǔn),增加在生產(chǎn)過程中的利用率,提高產(chǎn)量。要將小的化工廠進(jìn)行合并,組合成規(guī)模比較大、在處理污染方面更有能力的化工廠,同時(shí)也要提高化工生產(chǎn)工藝的水平,使工藝在進(jìn)行過程中可以最大程度的連貫起來。
參考文獻(xiàn)
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[2]侯迎利,李姚,鄧東.氯堿化工生產(chǎn)中空間及受限空間內(nèi)乙炔和氯乙烯含量的測(cè)定田化工安全與環(huán)境,2022(44):26-27.
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近年來我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時(shí),嚴(yán)重的環(huán)境問題已經(jīng)受到社會(huì)各界的重點(diǎn)關(guān)注。環(huán)境污染問題已經(jīng)影響到人們的日產(chǎn)生活,其中化學(xué)行業(yè)帶來的污染非常普遍,因此,需要發(fā)展化學(xué)工業(yè)中的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,強(qiáng)化綠色化工技術(shù)的運(yùn)用。綠色化工技術(shù)的運(yùn)用能夠從根本上抵制化學(xué)行業(yè)能源消耗帶來的污染問題,因此,對(duì)其探討是非常必要的。
1綠色化工技術(shù)
綠色化工技術(shù)指的是在化學(xué)工業(yè)發(fā)展中運(yùn)用化學(xué)工藝或者原理對(duì)化學(xué)方法進(jìn)行改造,以此來減少化學(xué)技術(shù)中化學(xué)原料、化學(xué)廢棄物或者有害化工產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的危害和污染,盡量將化學(xué)過程中的廢棄物進(jìn)行二次利用,提升廢棄物利用率的同時(shí)也減少排放量,促進(jìn)化學(xué)工業(yè)的綠色和生態(tài)發(fā)展[1]。
2綠色化工技術(shù)在化學(xué)工程工藝中的開發(fā)
2.1化學(xué)原料的選用
綠色化工技術(shù)的開發(fā)過程中,化學(xué)原料的選用就非常重要,這能夠從根本上解決污染問題。綠色、無害的化工原料在生產(chǎn)、排放的過程中也能產(chǎn)生較少的污染物。當(dāng)前高科技發(fā)展下,已經(jīng)生產(chǎn)處很多無毒無害或者較少毒害的原料、催化劑、各種溶劑供化學(xué)工業(yè)的發(fā)展使用,在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中盡量選擇這樣的化學(xué)原料,比如是很多天然的植物,包括各種農(nóng)作物或者野外農(nóng)作物,還有很多生物,都是無害化學(xué)原料的最佳選擇。在化學(xué)工業(yè)發(fā)展中,盡量使用這些物品代替,而且這些物品的成本通常比較低,來源廣泛。
2.2化學(xué)催化劑的選用
化學(xué)工業(yè)發(fā)展中常常使用各種催化劑加速化學(xué)反應(yīng)的速度,但是很多化學(xué)催化劑容易加重化學(xué)反應(yīng)廢棄物的排放量?,F(xiàn)在綠色化工技術(shù)開發(fā)過程中重點(diǎn)關(guān)注的就是對(duì)無害化學(xué)催化劑的開發(fā)。同時(shí),在化學(xué)催化劑的選用上,盡量用毒害較小的催化劑代替毒害大的催化劑,促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)過程的綠色發(fā)展[2]。很多化學(xué)行業(yè)的研究人員正在大力開發(fā)烷基化固相催化劑,其沒有毒害,期望這種催化劑能夠早日被廣泛運(yùn)用。在無毒害化學(xué)催化劑開發(fā)過程中,注重其廢棄物的排放量和循環(huán)使用率,最好能夠提升其循環(huán)使用的過程。
2.3強(qiáng)化化學(xué)反應(yīng)的選擇性
在化學(xué)反應(yīng)過程中,盡量提升化學(xué)反應(yīng)的選擇性,讓化學(xué)生成物的提取和凈化更加便捷,也能夠有效地控制化學(xué)生產(chǎn)成本,減少能源消耗和廢棄物的排放。比如在石油化學(xué)工業(yè)中經(jīng)常進(jìn)行的烴類選擇性氧化,其反應(yīng)的生成物極易發(fā)生氧化現(xiàn)象破壞生成物,因此,在化學(xué)反應(yīng)中,會(huì)盡量避免使用這種反應(yīng)。強(qiáng)化化學(xué)反應(yīng)的選擇性,能夠提升化學(xué)生產(chǎn)過程的健康發(fā)展水平。
3綠色化工技術(shù)在化學(xué)工程工藝中的運(yùn)用
3.1清潔生產(chǎn)技術(shù)的運(yùn)用
清潔生產(chǎn)技術(shù)在包括冶金、印刷、垃圾處理、海水淡化、煤氣化技術(shù)、發(fā)電技術(shù)等行業(yè)中已經(jīng)被廣泛運(yùn)用,在其過程中沒有毒害,而且沒有污染物。多種行業(yè)中運(yùn)用清潔生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)有效地控制了廢棄物和有毒物品的發(fā)生。比如在海水淡化過程中,運(yùn)用清潔的化學(xué)方法對(duì)海水進(jìn)行處理,其原料是海水,這是一種比較豐富的天然資源,產(chǎn)生的主要成分是淡水,整個(gè)過程中的生產(chǎn)技術(shù)對(duì)環(huán)境的污染非常小。
3.2生物技術(shù)的運(yùn)用
生物技術(shù)在化學(xué)仿生學(xué)與生物化工中的運(yùn)用集中在細(xì)胞、微生物、酶的范圍內(nèi),其中酶、膜化學(xué)技術(shù)運(yùn)用地非常廣泛。生物技術(shù)可以講很多可再生的資源在生產(chǎn)過程中轉(zhuǎn)化成有用的化學(xué)品,比如自然界中存在的酶是非常普遍的一種催化劑,其在生產(chǎn)過程中沒有污染物的生成和排放,而且反應(yīng)的條件比較溫和,受到化學(xué)行業(yè)的廣泛利用。
3.3環(huán)境友好型產(chǎn)品生產(chǎn)過程的運(yùn)用
當(dāng)今社會(huì)環(huán)境污染問題非常嚴(yán)重,各行各業(yè)對(duì)環(huán)境友好型產(chǎn)品的生產(chǎn)與利用非常急切。從人們的實(shí)際生活來講,運(yùn)用綠色化工技術(shù)的目的就是能夠生產(chǎn)處大量的環(huán)境友好型產(chǎn)品,這能夠給人們的實(shí)際生活帶來優(yōu)勢(shì)。環(huán)境污染問題嚴(yán)重影響到人們的生活質(zhì)量,環(huán)境友好型產(chǎn)品的開發(fā)和利用能夠避免產(chǎn)生環(huán)境污染問題。比如在生活中傳統(tǒng)的汽油燃燒給大氣帶來污染,也影響人類的健康;各種產(chǎn)品中氟利昂破壞了大氣中臭氧層,給人們的生活埋下安全隱患;很多塑料產(chǎn)品在人們生活中廣泛利用,帶來很多便捷之處,但是使用后形成垃圾不容易被分解。這些嚴(yán)重的污染問題急需被解決,這些帶來污染的產(chǎn)品急需被取代。所以,隨著技術(shù)的發(fā)展,可分解的塑料制品、清潔型汽油、新型燃料逐漸地被開發(fā)使用,人們的環(huán)保意識(shí)也在增強(qiáng),現(xiàn)在已經(jīng)有很多的研究用在環(huán)境友好型產(chǎn)品的開發(fā)上,比如在酒精的生產(chǎn)上,其原料已經(jīng)變成了天然的甘蔗;利用較易提取的乙醇汽油取代原來的汽油,在汽車行業(yè)中被廣泛運(yùn)用。環(huán)境友好型產(chǎn)品受到大眾喜愛的同時(shí),應(yīng)該提升開發(fā)技術(shù),加大對(duì)其的開發(fā)利用,這是與人們的實(shí)際生活緊密聯(lián)系的問題,需要社會(huì)各界齊心協(xié)力的支持[3]。
結(jié)論
關(guān)鍵詞:化學(xué)工程;綠色化工技術(shù);工藝
經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的環(huán)境問題受到全世界人民的關(guān)注,各國的專家們都在尋找一條既可以發(fā)展經(jīng)濟(jì)又不會(huì)對(duì)環(huán)境造成重大污染的道路?;瘜W(xué)工程工藝中的綠色化工技術(shù)就是在這樣的形勢(shì)下產(chǎn)生發(fā)展而來的,綠色化工技術(shù)的重點(diǎn)在于綠色二字,其能夠充分溶解資源消耗時(shí)產(chǎn)生的環(huán)境污染問題,對(duì)人類的可持續(xù)發(fā)展有極大的幫助。因此對(duì)于這樣的綠色化工技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用是非常有意義的。
1關(guān)于綠色化工技術(shù)
綠色化工技術(shù)的作用是減少化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的過程中無形的或有形的給環(huán)境造成的污染,通過技術(shù)的創(chuàng)新和改造完善化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)和運(yùn)作方法。如此一來,化學(xué)技術(shù)中使用的化學(xué)原料以及化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物對(duì)環(huán)境的污染就會(huì)有所減少。而且在這一方法的應(yīng)用下,化學(xué)工業(yè)在生產(chǎn)過程向空氣中排放的廢氣、向河流中排放的廢水中的有毒物質(zhì)就會(huì)減少許多。另外綠色化工技術(shù)在一定程度上將資源的回收利用程度提高了,減少了資源的浪費(fèi),從而對(duì)環(huán)境問題的解決有極大的益處。
2化學(xué)工程工藝中綠色化工技術(shù)的開發(fā)要點(diǎn)
2.1選用合適的化學(xué)原料
化學(xué)原料的性質(zhì)決定了整個(gè)化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)作。化學(xué)原料是化學(xué)工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ),而且是污染的來源,因此重視化學(xué)原料的選取是重中之重。從源頭上控制污染,是快速有效解決環(huán)境污染問題的方法。值得注意的是,研發(fā)的新型的化工原料盡管是綠色無污染的,但是不可能讓化學(xué)工業(yè)在生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生絲毫環(huán)境污染的問題。從這一點(diǎn)無法避免的問題出發(fā),現(xiàn)在的技術(shù)飛速發(fā)展,化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)著手研發(fā)更加清潔的原料,盡量選取那些沒有任何毒性或者是毒性較少的化學(xué)原料進(jìn)行化學(xué)工業(yè)生產(chǎn),逐漸降低化學(xué)藥劑的使用頻率,采用一些天然的植物或者是農(nóng)作物作為無毒害性材料,是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。
2.2選用綠色化學(xué)催化劑
化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)過程中經(jīng)常會(huì)用到化學(xué)催化劑加速化學(xué)反應(yīng)完成整個(gè)化學(xué)生產(chǎn),提高化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的效率。盡管可以帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益,為社會(huì)積累財(cái)富,但是很明顯這種財(cái)富不會(huì)長久,因?yàn)榛瘜W(xué)催化劑給環(huán)境造成的污染非常大。因此研發(fā)出毒性低的化學(xué)催化劑降低有毒物質(zhì)的排放以及排放量,是當(dāng)前化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的目標(biāo)??v觀現(xiàn)在的綠色化工技術(shù)行業(yè),其關(guān)注點(diǎn)都在研發(fā)無毒化學(xué)催化劑上,爭取研發(fā)出的催化劑既可以加快化學(xué)反應(yīng)又可以減少對(duì)環(huán)境的污染,努力朝著綠色化學(xué)催化劑的方向努力。依照現(xiàn)在的研發(fā)進(jìn)度來看,烷基化固相催化劑這一種催化劑的研究成果較為可觀,實(shí)驗(yàn)表明烷基化固相催化劑是沒有毒性的,對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染,可以推廣到化學(xué)生產(chǎn)工業(yè)中,有不錯(cuò)的使用價(jià)值。但值得一提的是,烷基化固相催化劑這一類催化劑在研發(fā)過程中,研發(fā)人員要針對(duì)廢棄物的排放標(biāo)準(zhǔn)問題準(zhǔn)備參考數(shù)據(jù),盡量達(dá)到生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢棄物也可以循環(huán)利用的效果,進(jìn)而促進(jìn)資源的利用率。
2.3選擇性強(qiáng)化化學(xué)反應(yīng)
化學(xué)反應(yīng)的選擇性也是綠色化工技術(shù)研發(fā)的重點(diǎn),若是研發(fā)人員可以完善這一內(nèi)容,化學(xué)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生物的提取會(huì)更加高效,也會(huì)更加便捷。也就是說強(qiáng)化化學(xué)反應(yīng)的選擇性不僅可以讓化學(xué)工業(yè)的環(huán)境污染降低,還可以降低化學(xué)工業(yè)所需成本,如此一來還節(jié)約了資源。例如在石油開發(fā)這一類化學(xué)工業(yè)中經(jīng)常會(huì)選擇烴類選擇性氧化物,這一種氧化物會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞,因?yàn)檫@種氧化物可以讓化學(xué)反應(yīng)非常容易就出現(xiàn)明顯的氧化反應(yīng)。由此可以知道,為了達(dá)到化學(xué)工業(yè)綠色生產(chǎn)的目的,減少環(huán)境污染,一定要選擇性強(qiáng)化化學(xué)反應(yīng)。
3化學(xué)工程工藝中綠色化工技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)
3.1應(yīng)用清潔生產(chǎn)技術(shù)
清潔生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用范圍有冶金、淡化海水、處理垃圾還有發(fā)電等,一般情況下都不會(huì)產(chǎn)生毒害性。正因?yàn)檫@種獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),在現(xiàn)代的化學(xué)工業(yè)中備受推崇。例如在海水淡化時(shí),清潔生產(chǎn)技術(shù)可以將海水中鹽分分離,甚至可以分離海水中的其他物質(zhì),使海水成為人們的生活用水。
3.2應(yīng)用生物技術(shù)
生物化工中常常應(yīng)用生物技術(shù),在實(shí)際生活中應(yīng)用的比較廣泛的是生物技術(shù)中膜化學(xué)技術(shù)。生物技術(shù)一般是通過將可再生的資源有效地轉(zhuǎn)化成可以為生產(chǎn)生活利用的化學(xué)品。例如常見的酶成分,這樣一種催化劑在化學(xué)反應(yīng)中有非常好的效果,而且最好的一點(diǎn)是不會(huì)給環(huán)境帶來無法消融的廢棄物。
3.3應(yīng)用環(huán)境友好型產(chǎn)品
環(huán)境友好型產(chǎn)品強(qiáng)調(diào)的是不影響環(huán)境和人類的生產(chǎn)生活,杜絕污染強(qiáng)度大的產(chǎn)品的使用。比如增加使用那些綠色汽油、燃料、能源,降低化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)給環(huán)境和人類帶來的危害,逐漸提高資源合理利用,增加效率。
4結(jié)束語
經(jīng)過對(duì)化學(xué)工程工藝中綠色化工技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用的分析可以發(fā)現(xiàn),這種技術(shù)可以減少對(duì)環(huán)境的污染破壞,提高資源再利用效率,以及提升資源溶解的程度,能推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。
作者:楊璐 單位:沈陽師范大學(xué)
參考文獻(xiàn):
1.1綠色化學(xué)工程
綠色化學(xué)這個(gè)詞匯已被人們所熟知。綠色化學(xué)是通過化學(xué)工程與工藝實(shí)現(xiàn)的。研究化學(xué)工程與工藝不僅能夠使人們獲得最大的利益,而且減少消耗資源和環(huán)境的污染。許多國內(nèi)外的公司運(yùn)用化學(xué)工程與工藝,研發(fā)符合公司要求的綠色產(chǎn)品。化學(xué)工程與工藝促進(jìn)了化學(xué)的發(fā)展。運(yùn)用化學(xué)工程與化學(xué)工藝能夠減少催化劑等有害的原料的使用。綠色化學(xué)的技術(shù)就是在源頭上阻止環(huán)境污染的產(chǎn)生,從根本上杜絕產(chǎn)生環(huán)境污染,并且回收再利用一些廢棄物品。
1.2分離工程
物質(zhì)在一些重力、壓力還有溫度和電的影響下,通過外力的作用,將物質(zhì)自發(fā)的從無序轉(zhuǎn)變成有序的過程被稱為分離工程。化學(xué)工程與化學(xué)工藝的分離工程是一個(gè)消耗能量的過程,分離工程是化學(xué)工程與化學(xué)工藝研究的重點(diǎn)之一。目前使用最多的分離工程方法就是蒸餾法,雖然我國在蒸餾分離法方面的研究已經(jīng)有深厚的理論依據(jù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),但是蒸餾分離方法在蒸餾速度方面需要進(jìn)一步改善。除了改進(jìn)蒸餾速度外,還要采用最先進(jìn)的蒸餾設(shè)備,采用新型的材料才會(huì)獲取更好的經(jīng)濟(jì)效益。采用新型的吸收劑不僅能夠影響蒸餾時(shí)間的長短,而且能夠提高蒸餾吸收的效率。膜分離技術(shù)因其具有節(jié)能、高效、易于清理等特點(diǎn),成為現(xiàn)如今比較流行的分離技術(shù),備受各個(gè)國家的科學(xué)家關(guān)注。膜分離的吸附分離法在氣體干燥、廢水等污染物的處理等方面得到了廣泛的運(yùn)用。膜分離重點(diǎn)開發(fā)新型吸附劑和實(shí)現(xiàn)膜的高效的使用壽命,但是膜分離存在著膜的污染和防治。
1.3SupereriticalFluid,SCF(超臨界流體)
超臨界流體是一種具有液體和氣體的性質(zhì)的一種流體,在溫度和壓力臨界點(diǎn)之上的無氣體液體的相界面。這項(xiàng)技術(shù)廣泛應(yīng)用在化工、食品加工、生物醫(yī)藥工程中。對(duì)質(zhì)量和工藝的要求較高。開發(fā)超臨界流體有著廣泛的發(fā)展前景,并且會(huì)為企業(yè)帶來豐富的發(fā)展利潤。近幾年來,超臨界水氧化法在環(huán)境治療保護(hù)方面的研究較多,但是在化學(xué)工程與工藝方面的研究較少,現(xiàn)如今處于研究試驗(yàn)期。
2結(jié)語
級(jí)別:北大期刊
榮譽(yù):Caj-cd規(guī)范獲獎(jiǎng)期刊
級(jí)別:北大期刊
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級(jí)別:統(tǒng)計(jì)源期刊
榮譽(yù):中國優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫
級(jí)別:統(tǒng)計(jì)源期刊
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級(jí)別:省級(jí)期刊
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