化學(xué)工程與工藝中的節(jié)能分析

封宇松

摘要：化工企業(yè)本身在生產(chǎn)中所消耗的能源比較多，隨著市場(chǎng)產(chǎn)品需求量的增加，化工企業(yè)在生產(chǎn)中消耗的能源也處于增加趨勢(shì)。而目前我國(guó)能源處于短缺狀態(tài)，且開采的難度逐漸加大，通過(guò)更新機(jī)械設(shè)備能夠起到能源節(jié)約作用，但沒(méi)有從根本上解決目前能源問(wèn)題，并且在化工生產(chǎn)中操作、管理不當(dāng)，也會(huì)導(dǎo)致能源損耗。因此，通過(guò)應(yīng)用節(jié)能降耗技術(shù)來(lái)解決化工生產(chǎn)中能源耗損問(wèn)題具有一定的必要性。

關(guān)鍵詞：化學(xué)工程;節(jié)能降耗;化工工藝

一、化學(xué)工程特點(diǎn)

近年來(lái)，以往傳統(tǒng)的化學(xué)工程呈現(xiàn)出更多不足，其主要體現(xiàn)為較強(qiáng)的污染特點(diǎn)，主要包含煙霧和毒氣，以及廢料和廢水等，該類物質(zhì)不具備降解條件，同時(shí)化工生產(chǎn)中能源消耗過(guò)大，不符合當(dāng)代可持續(xù)發(fā)展的基本理念。

化工生產(chǎn)本身作為一個(gè)高耗能的行業(yè)，以化學(xué)熱力學(xué)視角來(lái)說(shuō)，在化工生產(chǎn)中，為滿足高溫、高壓等化學(xué)反應(yīng)條件的需求，需要提供大量的能量來(lái)支持化學(xué)反應(yīng)。以化學(xué)動(dòng)力學(xué)的視角來(lái)說(shuō)，大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)速度比較慢，或在基本反應(yīng)條件下很難發(fā)生完全反應(yīng)，為了促使化學(xué)反應(yīng)速率提高，使其達(dá)到完全反應(yīng)的目的，需根據(jù)參與化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)特點(diǎn)適當(dāng)提高反應(yīng)溫度，該過(guò)程中也會(huì)增加能源的消耗。同時(shí)，在化學(xué)生產(chǎn)中，通常會(huì)使用石油、天然氣及煤炭這些基本原料，作為化工生產(chǎn)的燃料和動(dòng)力，消耗量比較大，部分能源還作為化工生產(chǎn)的原料，比如乙烯、半水煤氣的生產(chǎn)需要的原料分別為原油、焦炭，并且部分化工產(chǎn)品生產(chǎn)工藝路線存在巨大差異，所消耗的能源數(shù)量、種類比較多，反映出化工生產(chǎn)所需的能源具有多樣化、復(fù)雜性等特點(diǎn)。目前我國(guó)化學(xué)生產(chǎn)中工藝技術(shù)、設(shè)備處于不斷更新和升級(jí)的狀態(tài)，化工生產(chǎn)整體水平明顯得到提高。但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比較，我國(guó)在引進(jìn)其高端生產(chǎn)技術(shù)方面面臨多種因素的制約，間接反映出我國(guó)化學(xué)生產(chǎn)技術(shù)、設(shè)備相對(duì)較落后，一定程度阻礙了化工生產(chǎn)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。同時(shí)，目前化工生產(chǎn)中所使用的設(shè)備、技術(shù)，能源消耗較大，所產(chǎn)生的部分廢棄物會(huì)造成環(huán)境污染，與當(dāng)前化工生產(chǎn)所提倡的節(jié)能降耗理念相背離。

二、化學(xué)工程中節(jié)能工藝的應(yīng)用

1、節(jié)能設(shè)備

熱管換熱器是一種比較常見(jiàn)的節(jié)能設(shè)備，并且節(jié)能效果顯著。熱管換熱器具有良好的導(dǎo)熱性質(zhì)，熱傳遞是通過(guò)全封閉真空管內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā)與凝結(jié)實(shí)現(xiàn)的，因此，熱管具有良好等溫性，還能夠根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行傳熱面積的靈活調(diào)節(jié)，也因此可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端傳熱。另外，材質(zhì)不同，熱管的耐高溫性與抗氧化能力也不同，受到材質(zhì)的限制，可以通過(guò)加入陶瓷換熱器的方式彌補(bǔ)這個(gè)問(wèn)題。蓄熱器一般在工業(yè)鍋爐中應(yīng)用比較多，它的功能是在將儲(chǔ)存和回收熱量，這些熱量被儲(chǔ)存起來(lái)，在生產(chǎn)需要的時(shí)候這些能量會(huì)釋放，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，以此達(dá)到降低能耗的目的。以鍋爐工作為例，鍋爐工作會(huì)出現(xiàn)氣量波動(dòng)，氣壓會(huì)因此受到影響，還可能出現(xiàn)水位浮動(dòng)的情況，在這樣的情況下，就會(huì)給鍋爐的操作帶來(lái)難度，也會(huì)導(dǎo)致燃燒效率的降低。針對(duì)上述情況可以采取蓄熱器，就能夠使鍋爐工作更加穩(wěn)定，也可以有效降低其負(fù)荷，使鍋爐更好的運(yùn)行，提高鍋爐的工作效率，最終達(dá)到節(jié)約能源的目的。

2.變頻調(diào)速技術(shù)

為嚴(yán)格做好化工工藝能耗監(jiān)控工作，強(qiáng)化生產(chǎn)回收再利用環(huán)節(jié)，提高變頻調(diào)速技術(shù)的使用質(zhì)量，就需要做好以下方面的工作：首先，正確認(rèn)識(shí)水資源和余熱資源這兩種可回收資源的回收過(guò)程，使用好蒸發(fā)器等設(shè)備，保障余熱可以正常傳輸并且通過(guò)該過(guò)程產(chǎn)生大量的有機(jī)蒸汽。其次，利用專用的螺桿膨脹機(jī)，以這些有機(jī)蒸汽為條件，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能到電能的相互轉(zhuǎn)化，電能的產(chǎn)生可以反過(guò)來(lái)回收利用這些余熱，從而降低能耗。除此之外，變頻調(diào)速技術(shù)可以改變電動(dòng)機(jī)外部電源的供熱頻率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)頻率的變化，調(diào)節(jié)負(fù)載轉(zhuǎn)速。這種技術(shù)可以變革傳統(tǒng)的化工工藝靜態(tài)發(fā)展過(guò)程，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的平衡過(guò)程，降低工藝生產(chǎn)能耗。

3.選用高活性催化劑

在化工生產(chǎn)中，為了對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率進(jìn)行控制，通常會(huì)使用催化劑來(lái)輔助化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行，如果所選用的催化劑性能、含量不符合反應(yīng)要求，會(huì)降低化工原料的利用率，而且化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的副產(chǎn)品量會(huì)增加，導(dǎo)致能耗、化工分離的負(fù)載增加，與化工生產(chǎn)所提倡的節(jié)能降耗理念相背離。因此，在化工生產(chǎn)環(huán)節(jié)，應(yīng)根據(jù)反應(yīng)原理、原料以及條件等選用高活性的催化劑，且對(duì)催化劑的量進(jìn)行合理控制，促使化學(xué)反應(yīng)速率、轉(zhuǎn)化率提高，比如在使用硫酸鉀制取氧氣的反應(yīng)中，為了提高反應(yīng)速率，節(jié)約能耗，可以添加適量的催化劑（高活性氧化銅）。

4.PLC控制技術(shù)

將PLC應(yīng)用于實(shí)際化工工藝控制中，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。PLC也就是可編程邏輯控制器，其本質(zhì)就是儲(chǔ)存器，同時(shí)還可以進(jìn)行邏輯計(jì)算、編程與順序控制，可以根據(jù)實(shí)際情況對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行靈活調(diào)控。PLC系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)采集對(duì)相關(guān)工作進(jìn)行控制，系統(tǒng)模塊會(huì)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和轉(zhuǎn)化，分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性高，能夠?yàn)樯a(chǎn)中的節(jié)能降耗提供有力支持。另外，系統(tǒng)能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)掃描，結(jié)合相關(guān)的圖標(biāo)、文字對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合性分析，最終工作人員通過(guò)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，就可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，已達(dá)到降低耗能的目的。工藝順序控制可以對(duì)可選功能組級(jí)進(jìn)行獨(dú)立開啟，或者關(guān)閉，這樣可以滿足單項(xiàng)控制需求，一旦其中一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，不會(huì)影響其他環(huán)節(jié)的工作，這樣可以達(dá)到降低耗能的目的。PLC中斷、關(guān)閉或者停止信號(hào)，以保證程序的開啟或者關(guān)閉，自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用大大提升了系統(tǒng)運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。

結(jié)語(yǔ)

化學(xué)工程中多種試劑反應(yīng)、生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生廢氣、廢水等，導(dǎo)致環(huán)境污染嚴(yán)重。故需開發(fā)優(yōu)質(zhì)化學(xué)工程，深入研究化學(xué)工程工藝，從源頭上控制多項(xiàng)工業(yè)污染出現(xiàn)。發(fā)展化學(xué)工程工藝，可控制有毒物質(zhì)排放、降低資源能源流失及消耗，也可控制危險(xiǎn)化工品使用，對(duì)未來(lái)化學(xué)工程工藝發(fā)展意義重大。

參考文獻(xiàn)

[1]孫健.化工工藝安全設(shè)計(jì)中的危險(xiǎn)因素及防范措施[J].化學(xué)工程與裝備，2021（02）：225-226+222.

[2]張沅，諸葛紹淵.化工工藝中常用的節(jié)能降耗技術(shù)措施[J].化工管理，2021（31）：46-47.

[3]張慶樂(lè)，唐翠閣.石油化工工藝及其廢水處理的思考[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2021，41（21）：169-170.