我國(guó)化工過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)理論與應(yīng)用研究進(jìn)展

高春坡 李亞芳 趙中博

(1 山東宏濟(jì)堂制藥集團(tuán)有限公司 山東省濟(jì)南市 250000)

(2 濟(jì)南沃茨數(shù)控機(jī)械有限公司 山東省濟(jì)南市 250000)

前言：

化學(xué)工業(yè)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)之中占有十分重要的比重，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)做出了巨大的貢獻(xiàn)。在化學(xué)工業(yè)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值的同時(shí)，也消耗了大量的能源和資源，對(duì)環(huán)境造成了巨大的污染，制約了我國(guó)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展?；み^(guò)程強(qiáng)化技術(shù)被認(rèn)為是能夠有效節(jié)能減排的技術(shù)手段，其理論與應(yīng)用研究在我國(guó)取得了一定的進(jìn)展，為化學(xué)工業(yè)的發(fā)展提供了一定的動(dòng)力。

一、化工過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)概述

化工過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)是一種能夠明顯減小工廠與設(shè)備的體積，高效節(jié)能、清潔環(huán)保并且能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的新型化工技術(shù)，化工過(guò)程的最終目的就是將原材料進(jìn)行轉(zhuǎn)化，形成滿足需要的產(chǎn)品，并完成生產(chǎn)過(guò)程的零排放[1]。化工過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)具有兩個(gè)不同的實(shí)現(xiàn)途徑，一個(gè)是設(shè)備的強(qiáng)化，一個(gè)是過(guò)程的集成。設(shè)備強(qiáng)化就是將設(shè)備進(jìn)行小型化和微型化的處理，在減小設(shè)備體積的同時(shí)提高設(shè)備的生產(chǎn)能力。過(guò)程集成是要將化工的過(guò)程進(jìn)行集成化的處理，是系統(tǒng)優(yōu)化的技術(shù)之一。

二、我國(guó)化工過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)理論與應(yīng)用研究進(jìn)展

1.超重力強(qiáng)化技術(shù)

超重力一般是指物質(zhì)在比地球的重力加速度大很多的環(huán)境之下承受的力。在地球上很難在正常的環(huán)境中感受到這種力，實(shí)現(xiàn)超重力環(huán)境的常用方法是通過(guò)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力進(jìn)行模擬。超重力機(jī)和旋轉(zhuǎn)填充床是能夠?qū)崿F(xiàn)這種旋轉(zhuǎn)模擬的設(shè)備。不同物料在超重力的環(huán)境之下，會(huì)被旋轉(zhuǎn)時(shí)形成的強(qiáng)大剪切力撕成細(xì)小的微粒，相間傳質(zhì)速率得到了很大的提高，分子的混合效率也在提升，從而可以使設(shè)備的體積減小[2]。超重力強(qiáng)化技術(shù)在強(qiáng)化傳遞和多相反應(yīng)過(guò)程中的突破性得到了廣泛的認(rèn)可。

關(guān)于超重力強(qiáng)化技術(shù)的理論研究在最近幾年廣泛展開(kāi)，人們開(kāi)始逐漸了解流體在超重力環(huán)境之下的流動(dòng)特征和力學(xué)特征，理論研究的主要方向是對(duì)于“三傳一反”規(guī)律的研究。所謂“三傳一反”規(guī)律是指?jìng)髻|(zhì)規(guī)律、混合規(guī)律以及反應(yīng)耦合規(guī)律等，最早的研究是對(duì)旋轉(zhuǎn)填充床之中的液相的總體積傳質(zhì)系數(shù)進(jìn)行了分析，研究結(jié)果表明超重力環(huán)境下比傳統(tǒng)塔器環(huán)境下的體積傳質(zhì)系數(shù)有所提高。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，可視化的研究技術(shù)逐漸產(chǎn)生并得到了廣泛的應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上，研究者建立了關(guān)于填料空間之內(nèi)的飛行液滴的運(yùn)動(dòng)和傳質(zhì)方程，并通過(guò)方程得出了空間液體傳質(zhì)系數(shù)的表達(dá)式。陳建峰等專(zhuān)家學(xué)者建立了傳質(zhì)模型，對(duì)超重力機(jī)中的水脫氧過(guò)程進(jìn)行研究，通過(guò)相應(yīng)的計(jì)算，得出了液相傳質(zhì)的系數(shù)，為之后的相關(guān)研究提供了更加精確的模型，也第一次在模型理論上對(duì)超重力機(jī)中的傳質(zhì)非均勻性行為進(jìn)行了詮釋[3]。他們還對(duì)超重力環(huán)境下分子的混合性能和混合規(guī)律進(jìn)行了研究，通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究，得出了提高分子混合效率的方法。

經(jīng)過(guò)我國(guó)專(zhuān)家學(xué)者的努力，我國(guó)超重力強(qiáng)化技術(shù)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，處于世界先進(jìn)行列，并在化學(xué)工業(yè)之中得到了廣泛的應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)中建立了若干條利用超重力法來(lái)制備納米顆粒的工業(yè)生產(chǎn)線，生產(chǎn)產(chǎn)量大幅度提升。我國(guó)將超重力水脫氧技術(shù)率先應(yīng)用在油田的海水處理之中。

2.微化工強(qiáng)化技術(shù)

微化工技術(shù)是采用集成化、精細(xì)化的手段和方法，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程高效、安全、低耗的現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)，是化工學(xué)科的研究前沿。微化工系統(tǒng)具有高效率、高集成、高安全性、低能耗的特點(diǎn)，應(yīng)用前景十分廣闊。

微化工技術(shù)在最近幾年得到了快速的發(fā)展，研究成果十分顯著，專(zhuān)家學(xué)者已經(jīng)通過(guò)理論研究開(kāi)發(fā)出了不同類(lèi)型的新型微化工生產(chǎn)設(shè)備。微化工技術(shù)的基礎(chǔ)研究主要集中在對(duì)內(nèi)部微結(jié)構(gòu)的研究以及對(duì)微結(jié)構(gòu)特征等方面的研究，為微化工生產(chǎn)過(guò)程的相關(guān)實(shí)踐提供了理論依據(jù)[4]。

微化工技術(shù)在微分散設(shè)備內(nèi)進(jìn)行納米碳酸鈣的制備技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用，并且在磷酸二氫銨的工業(yè)生產(chǎn)之中應(yīng)用了微化工系統(tǒng)，大幅度減小了設(shè)備的體積，提高了生產(chǎn)效率。微化工系統(tǒng)具有無(wú)污染、無(wú)噪聲、無(wú)振動(dòng)、過(guò)程可控等優(yōu)點(diǎn)，有效解決了生產(chǎn)過(guò)程中的安全、環(huán)保、質(zhì)量穩(wěn)定性等問(wèn)題。隨著科技的不斷進(jìn)步，關(guān)于微化工技術(shù)的研究也將向著更加新型的化工設(shè)備方向發(fā)展，將來(lái)的微化工技術(shù)設(shè)備將全面有效的實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的高效、綠色、安全等特點(diǎn)。

結(jié)束語(yǔ)

化工過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)還有很多，本文只是就其中的兩種進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，分析了其理論與應(yīng)用研究的相關(guān)進(jìn)展。我國(guó)化工過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)的相關(guān)研究與應(yīng)用已經(jīng)取得了一定的成就，為化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持，有效實(shí)現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的節(jié)能減排，促進(jìn)了化學(xué)工業(yè)與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。

[1]褚秀玲，仇汝臣.化工過(guò)程強(qiáng)化的理論與實(shí)踐初探[J].化工生產(chǎn)與技術(shù)，2010，01（13）:9-14.

[2]常凌飛，劉有智.化工過(guò)程強(qiáng)化的研究進(jìn)展[J].化工中間體，2011，08（26）:15-19.

[3]崔國(guó)凱，錢(qián)晨陽(yáng)，王從敏.離子液體強(qiáng)化有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的研究進(jìn)展[J].化學(xué)反應(yīng)工程與工藝，2013，03（12）:281-288.

[4]孫培永，張利雄，閔恩澤.新型反應(yīng)器和過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)在生物柴油制備中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].石油學(xué)報(bào)(石油加工)，2012，01（15）:1-8.