化工工藝設(shè)計常見問題綜述及建議

呂嘉

（中國電子系統(tǒng)工程第四建設(shè)有限公司，河北 石家莊 050000）

化工工藝設(shè)計屬于化學學科發(fā)展的上游環(huán)節(jié)，對整個化學學科的發(fā)展有著突出貢獻作用。從化學學科本身來講，化工工藝設(shè)計使得化學學科與經(jīng)濟發(fā)展相關(guān)聯(lián)。從一定程度上，使化學學科的研究成果轉(zhuǎn)變?yōu)槿粘Ｉa(chǎn)和生活所需。從化工工藝設(shè)計本身入手，化工工藝涉及危險的化學用品、化學反應(yīng)等，安全管理內(nèi)容是其主要關(guān)注的環(huán)節(jié)。本文主要從化工工藝的安全性、實用性以及合理性出發(fā)，以期可以不斷提升化工工藝設(shè)計水平。

一、化工工藝設(shè)計內(nèi)容

化工工藝設(shè)計的內(nèi)容主要包括三大方面，即化學反應(yīng)、化學反應(yīng)材料、化學反應(yīng)環(huán)境設(shè)計等。首先，化學反應(yīng)是其中的主要環(huán)節(jié)，化學材料選擇以及化學反應(yīng)環(huán)境設(shè)計都需要依托它為基礎(chǔ)進行設(shè)計。往往一次化學反應(yīng)的產(chǎn)物只能被當作粗產(chǎn)物，需要后續(xù)不斷進行分析純化后才會得到最終終產(chǎn)物。因此，化學反應(yīng)并不是一次進行的，需要在多個反應(yīng)協(xié)同進行。其次，基于化學反應(yīng)與終產(chǎn)物之間的關(guān)系?；瘜W材料的選擇要基于化學反應(yīng)性質(zhì)進行。例如，化學反應(yīng)中反應(yīng)物的物理性質(zhì)是溶液、固體還是溶膠都是需要考慮。最后化學環(huán)境的設(shè)計要考慮到其性能和安全兩方面的因素。有關(guān)化學反應(yīng)環(huán)境的性能從化學反應(yīng)的特性出發(fā)，例如反應(yīng)需要高溫高壓等，就需要對輸送管道或者反應(yīng)閥設(shè)計相應(yīng)的抗高溫抗高壓的材料。另外，一些化學試劑等除了有毒有害之外，還會具有腐蝕性，因此管道的設(shè)計還需要考慮到其抗腐蝕性能?；瘜W環(huán)境的安全管理內(nèi)容除了針對反應(yīng)本身之外，還要針對工作人員本身的安全考慮進行設(shè)計。某些化學反應(yīng)會產(chǎn)生對環(huán)境有害的產(chǎn)物，例如味精在生產(chǎn)過程中會排放出惡臭難忍的氣味污染空氣和水源等，這對周圍居民的生活造成了一定的影響。因此，對化學反應(yīng)的后續(xù)處理設(shè)計也是必要的。

二、化工工藝設(shè)計常見問題

化工工藝涉及中的常見問題應(yīng)該從化學工藝設(shè)計的三方面入手。一般來講，在目前的化工工藝設(shè)計中這三方面均出現(xiàn)了一些不夠完善的問題需要解決。

（一）化學反應(yīng)的設(shè)計問題

化學反應(yīng)往往是按順序進行，或者按照協(xié)同原理共同進行的。如果是按照順序進行的，會存在一些步驟不夠簡化的問題。目前關(guān)于化學反應(yīng)步驟簡化的研究較少，主要集中在設(shè)備的升級或者簡化處理上。如果化學反應(yīng)是按照協(xié)同遠離共同進行的話，通過一次加料就會發(fā)生多個反應(yīng)共同進行的情況。一般來講，這樣的反應(yīng)需要區(qū)分主要反應(yīng)和次要反應(yīng)。主要反應(yīng)在其中起主導(dǎo)作用，對整個反應(yīng)速率的提高都有顯著影響。而次要反應(yīng)主要其輔助運作用，不會影響整個反應(yīng)的速率，但又是缺一不可的反應(yīng)之一。往往協(xié)同進行反應(yīng)不容易發(fā)現(xiàn)主要反應(yīng)和次要反應(yīng)，因此不容易控制反應(yīng)速率，對最終的產(chǎn)物得率計算也會出現(xiàn)困難。

（二）化學反應(yīng)材料的問題

化學反應(yīng)材料的問題主要是對反應(yīng)材料的性質(zhì)不夠明確。例如，反應(yīng)需要在液體的環(huán)境中進行，反應(yīng)材料首先應(yīng)該是可溶的。其次，針對一個反映結(jié)果其實可以出現(xiàn)許多種不同反應(yīng)過程，繼而每個過程對應(yīng)的反應(yīng)材料也會不同。因此，反應(yīng)速率不夠快速的影響因素中，材料的選擇也是主要原因之一。大多數(shù)情況下，很多反應(yīng)都屬于既定的反應(yīng)。因此，化學反應(yīng)本身的工藝就未進行提升，自然會造成一些原材料浪費，或者反應(yīng)技術(shù)落后的現(xiàn)象。其次，除了反應(yīng)材料性質(zhì)方面的問題，反應(yīng)材料的對于整個反應(yīng)過程的耐受性也要考慮。例如最簡單的碳酸鈣生成反應(yīng)，屬于酸堿中和反應(yīng)最終生成的沉淀物。目前有關(guān)碳酸鈣的反應(yīng)材料多種多樣，有些材料對整體的反應(yīng)不耐受會使原材料本身發(fā)生分解致使反應(yīng)中出現(xiàn)一些其他產(chǎn)物，因此不被采用。

（三）化學反應(yīng)環(huán)境的問題

化學反應(yīng)環(huán)境的設(shè)計主要是整個工廠體系的設(shè)計，從原材料的入口，到反應(yīng)過程，再到最終的處理過程都是化學反應(yīng)環(huán)境設(shè)計中需要考慮的問題。首先，無論是哪種環(huán)節(jié)，都需要管道進行輸送。目前，一些工廠中會出現(xiàn)管道不符合標準的問題，致使在流通過程中發(fā)生泄露現(xiàn)象。其次，管道本身的材料也可能與管道中的運輸材料發(fā)生反應(yīng)。例如，一些酒廠中曾經(jīng)利用塑料管道去運輸酒，而乙醇與塑料管道會發(fā)生化學反應(yīng)，使酒中含有一種叫作“塑化劑”的成分，對人體產(chǎn)生傷害。最后，除了環(huán)境性質(zhì)的問題之外，還會存在設(shè)備架設(shè)不合理的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象可能導(dǎo)致兩個問題，第一是反應(yīng)錯亂的問題，反應(yīng)本身就是復(fù)雜進行的，如果管道沒有有條理的架設(shè)，整個過程出現(xiàn)問題的話也不會找出其問題原因。第二，設(shè)備浪費的問題。因為管道架設(shè)等出現(xiàn)問題，導(dǎo)致一些不需要管道或者其他設(shè)備的地方增添的設(shè)備，自然會導(dǎo)致設(shè)備浪費的問題。

三、化工工藝設(shè)計的問題改進

（一）化學反應(yīng)的工藝改進

化學反應(yīng)的工藝改進主要針對反應(yīng)本身入手。首先，有些化學實驗原材料的純度是需要提高的，純度的提高會進一步提高反應(yīng)的速率。一般情況下實驗原材料源自大自然的產(chǎn)物，通常屬于一種混合物，其中還有多種雜質(zhì)很可能會對反應(yīng)產(chǎn)生阻礙作用。因此，反應(yīng)材料的純度需要保證，同時這樣也會提升反應(yīng)產(chǎn)物的產(chǎn)率。其次，簡化化學反應(yīng)步驟。化學反應(yīng)步驟的增多，相應(yīng)地會增加化學反應(yīng)時間。從整個工廠的效益來看，增加的時間就會相應(yīng)地減少產(chǎn)出、減少效益。因此，減少反應(yīng)步驟是提高整體效率的主要方式。

（二）化學反應(yīng)材料的替換

化學反應(yīng)原材料的替換主要基于原材料中反應(yīng)產(chǎn)物的百分比和反應(yīng)物物獲得的難易程度去考慮。首先，一次反應(yīng)大多是多種混合物反應(yīng)最終得到的粗產(chǎn)物。因此。粗產(chǎn)物地得到不僅與反應(yīng)本身有關(guān)，還需反應(yīng)原材料在混合物中所占百分比有關(guān)。其次，反應(yīng)物獲得的難易程度直接決定了反應(yīng)產(chǎn)物的得率。一般來講，一些生物化學實驗的原材料是難以獲得的。例如，從某種生物中通過多種方式提純蛋白，首先需要大量的該生物，最終經(jīng)過一系列復(fù)雜的提純反應(yīng)才能得到純度達50%以上的蛋白制品。因此，在對化學原材料進行改進時需要對原材料的難易程度進行改變，容易替代的材料。

（三）化學反應(yīng)環(huán)境的問題改進

化學反應(yīng)環(huán)境的設(shè)計是化工工藝設(shè)計的主導(dǎo)環(huán)節(jié)。目前化學反應(yīng)的環(huán)境設(shè)計問題主要是合理性的問題。首先是運輸管道的輸送問題。運輸管道中可能會運輸一些腐蝕性的溶液，因此管道需要根據(jù)運輸材料的性質(zhì)進行設(shè)計，確保不會受到運輸材料損壞的同時，也不會與運輸材料反應(yīng)生成一些有毒有害物質(zhì)。其次是閥門的設(shè)計。閥門的設(shè)計要根據(jù)反應(yīng)的順序，或者反應(yīng)的方式進行設(shè)計。例如，在某些反應(yīng)過程中，需要定期加入反應(yīng)物質(zhì)，因此閥門的設(shè)計要與反應(yīng)時間有關(guān)。另外。管道和閥門的設(shè)計不僅要具有合理性，同時也要滿足“節(jié)省”的原理。管道和閥門甚至是設(shè)備的設(shè)定要符合預(yù)期投資，對整個工藝的效率提高也是有益的。最后，設(shè)備的先進性問題?；瘜W反應(yīng)設(shè)備會提供化學反應(yīng)所需要的環(huán)境，但是化學反應(yīng)會對設(shè)備造成一定的損耗。因此，設(shè)備的維修工作也是重要的。目前，化工工藝設(shè)計的提升主要從其反應(yīng)設(shè)備的性能出發(fā)，所以需要提升工藝設(shè)計中的設(shè)備性能。綜上，對整體的化學工藝的改進，從細節(jié)處入手會在短期內(nèi)有明顯的效率提升。

四、結(jié)束語

從某種程度上來講，化學水平會反映一個國家的先進水平。因此，提高化工工藝設(shè)計對社會的發(fā)展是有促進作用的。在現(xiàn)有條件，例如設(shè)備或者反應(yīng)過程未進行提高之前，針對工藝設(shè)計中細枝末節(jié)的問題進行改進，可以進一步提升化工工藝的水平。因此，針對化工工藝的工廠、反應(yīng)材料、化學反應(yīng)性質(zhì)的提升是必要的。