化學(xué)工程與工藝中的自動(dòng)化發(fā)展趨勢

張光強(qiáng)

摘 要 隨著我國社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展， 我國科學(xué)技術(shù)不斷完善和創(chuàng)新，自動(dòng)化逐漸應(yīng)用到各行各業(yè)中。當(dāng)前，自動(dòng)化作為化學(xué)工程與工藝的主要發(fā)展趨勢，其呈現(xiàn)出的特點(diǎn)也相當(dāng)可觀。對(duì)于自動(dòng)化的精細(xì)程度已經(jīng)遠(yuǎn)超人力。由于化學(xué)的覆蓋面很廣，也極其復(fù)雜繁瑣，其實(shí)用性也體現(xiàn)在了化學(xué)工程與工藝上。無論是服務(wù)于能源事業(yè)的化工技術(shù)還是環(huán)境污染中的綠色化學(xué)，都注定了化學(xué)工程與工業(yè)的廣泛應(yīng)用，而自動(dòng)化的高效率產(chǎn)出使得化學(xué)工程與工藝的獨(dú)立性也更加完善。

關(guān)鍵詞 化學(xué)工程 化工工藝 生物技術(shù) 環(huán)保原料 化工物料

中圖分類號(hào)：TQ06 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2022）07-0031-03

基于現(xiàn)階段化工行業(yè)的整體水平不斷完善現(xiàn)有技術(shù)，在現(xiàn)代化科技的帶動(dòng)下，提升化學(xué)反應(yīng)效率的同時(shí)，減少廢氣物質(zhì)的排放。高速增長的社會(huì)經(jīng)濟(jì)體制下，社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展需要依托先進(jìn)技術(shù)的創(chuàng)新主導(dǎo)。隨著化工技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于環(huán)境的破壞程度越來越小，有效排除了潛在風(fēng)險(xiǎn)?；ば袠I(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要素主要體現(xiàn)在：

第一，在行業(yè)生產(chǎn)中充分發(fā)揮先進(jìn)生產(chǎn)工藝的優(yōu)勢，加速推進(jìn)各項(xiàng)指標(biāo)的落實(shí)，明確發(fā)展方向，加大推廣力度。隨時(shí)關(guān)注行業(yè)最新動(dòng)態(tài)，引進(jìn)現(xiàn)代化的化工發(fā)展理念，可有效提升整個(gè)化工行業(yè)的發(fā)展水平，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們的正常生活提供優(yōu)良的環(huán)境。

第二，充分發(fā)揮先進(jìn)化學(xué)技術(shù)的重要作用，使其在眾多領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。通過不斷磨合，在保證充分利用其價(jià)值的同時(shí)，減少給環(huán)境帶來的破壞。

第三，定期優(yōu)化現(xiàn)有工藝和生產(chǎn)流程。及時(shí)淘汰企業(yè)現(xiàn)有的與時(shí)代發(fā)展不符的落后技術(shù)，根據(jù)市場變化定期更新生產(chǎn)工藝。

1 化學(xué)工程與工藝的現(xiàn)狀

化學(xué)的應(yīng)用極其廣泛，隨著人們生活質(zhì)量的提高，大數(shù)據(jù)的時(shí)代為社會(huì)的轉(zhuǎn)型帶來了極大的助力，企業(yè)的發(fā)展也使得大眾對(duì)工藝的精細(xì)程度要求更高，而這種高要求的制作則需要引進(jìn)眾多的人力物力完成，只有更多遍的篩查和嚴(yán)格的考究才能夠?qū)a(chǎn)品以接近完美的程度呈現(xiàn)在大眾面前。

相比技術(shù)的要求，化學(xué)工程與工藝的獨(dú)立性顯得尤為重要，其展現(xiàn)出的實(shí)用性極強(qiáng)，但對(duì)于同一方面同一工作，化學(xué)工程與工藝當(dāng)中，無聊枯燥且效率低的任務(wù)過多，拉慢了整體的完成速率。人工化的滲入使得更多的重復(fù)式工作減少。就現(xiàn)狀來看，維護(hù)生態(tài)平衡成了化工行業(yè)發(fā)展的首要條件，作為化工行業(yè)發(fā)展必不可少的技術(shù)手段之一，化學(xué)工程與工藝的確需要得到人們的重視。

眾所周知，化學(xué)工程與工藝的發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)成熟，下一步的改進(jìn)方向?yàn)榛瘜W(xué)工程與工藝中的自動(dòng)化發(fā)展趨勢部分人力和資源的投入。為了節(jié)省資源和成本，自動(dòng)化的引入很有必要。

隨著社會(huì)的進(jìn)步，小到一塊肥皂、一袋洗衣液，大到旋風(fēng)分離器都是化學(xué)工程的成果，而被人們廣泛使用的化工成果以及在國際上小有成就的化工能力都受到人們極大的關(guān)注。在社會(huì)的關(guān)注下，化學(xué)工程與工藝的操作過程需要極其精細(xì)，對(duì)每一步驟的把控都需要嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真地對(duì)待。尤其在煉油化工模塊，有關(guān)生命，人們總是更加重視，相對(duì)于工貿(mào)行業(yè)，煉油化工模塊化學(xué)工程與工藝的任務(wù)顯得尤為重要。對(duì)于精細(xì)化工領(lǐng)域，要求其精細(xì)的把控程度更是精細(xì)到一分一毫，在此情況下，化學(xué)工程與工藝的表現(xiàn)也得到了社會(huì)的認(rèn)可，其發(fā)展到如今，早已熟練地掌握了該領(lǐng)域的繁雜的工藝?；瘜W(xué)工程與工藝已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡闹匾糠諿1]。

2 化學(xué)工程與工藝的應(yīng)用

2.1 生物技術(shù)的應(yīng)用

化學(xué)工程與工藝的應(yīng)用之一是生物技術(shù)的應(yīng)用。隨著科技的快速發(fā)展，為生物技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的環(huán)境，在醫(yī)藥、工業(yè)以及農(nóng)業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域中會(huì)應(yīng)用到該技術(shù)，不僅促使化學(xué)工程產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，而且能創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。生物技術(shù)的應(yīng)用范圍還涉及基因、細(xì)胞以及酶工程等方面，在生物制造業(yè)中能夠突顯出環(huán)?；ぜ夹g(shù)的優(yōu)點(diǎn)。比如細(xì)胞與酶的反應(yīng)作為生物研究中常見的內(nèi)容，為了提高該反應(yīng)的速率，一般會(huì)添加合適的催化劑，使反應(yīng)更加充分。在該反應(yīng)中可以應(yīng)用環(huán)?；ぜ夹g(shù)所研發(fā)的丙烯酸胺作為催化劑，一方面可以實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約，反應(yīng)中所產(chǎn)生的廢棄物相對(duì)較少;另一方面該反應(yīng)可以體現(xiàn)生物與化學(xué)技術(shù)二者融合的優(yōu)勢，促使生產(chǎn)效率提高。同時(shí)，膜化學(xué)技術(shù)多應(yīng)用于大氣污染、水處理中，能夠?qū)崿F(xiàn)介質(zhì)的分離，達(dá)到較好的生態(tài)環(huán)境治理效果。

2.2 使用環(huán)保原料

化學(xué)工程與工藝的應(yīng)用之二是使用環(huán)保原料。化學(xué)原料多通過化學(xué)方法生產(chǎn)所得，是化工生產(chǎn)環(huán)節(jié)不可或缺的原料，所使用的原料是否滿足環(huán)保要求，會(huì)直接影響化工行業(yè)污染的治理。這就要求選用環(huán)保性的化工原料，即在化工生產(chǎn)中使用純天然原料代替有毒害性的原料，達(dá)到無污染、零排放的目的，比如在生產(chǎn)酸、醇等化工原料過程中，可以使用一些天然植物纖維（樹木、蘆葦）、農(nóng)副產(chǎn)品廢棄物（麥秸、稻草）替代以往的化學(xué)原料。

2.3 合理運(yùn)用化工物料

化學(xué)工程與工藝的應(yīng)用之三是合理運(yùn)用化工物料。積極采用無毒害催化劑促進(jìn)化學(xué)生產(chǎn)，工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)選擇無毒無害的化學(xué)催化劑，加快化學(xué)正反應(yīng)的催化劑，例如煉油FCC催化劑、加氫催化劑等新型催化劑的應(yīng)用，合理控制催化劑的使用，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)溫度低、處理負(fù)荷大的需求，加大反應(yīng)速度，滿足煉油化工需求。還可選擇沸石分子篩催化劑、新型酸堿催化劑等無毒害催化劑，加快化工環(huán)節(jié)反應(yīng)速度，提高正反應(yīng)效率，減少因副產(chǎn)物與主產(chǎn)品分離時(shí)產(chǎn)生的能源消耗。選擇可再生的自然成分無毒害化工原料，如谷物、糖作物等農(nóng)產(chǎn)品廢棄物取代有毒化工原料，例如將農(nóng)作物、野生纖維織物等加工為甲醇、草酸等化學(xué)原料應(yīng)用于生產(chǎn)，選擇無毒害的溶劑，減少因易燃易爆有毒的溶劑污染環(huán)境，保證低碳環(huán)保的需求。利用材料特點(diǎn)與精細(xì)調(diào)控提高正化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能的有效提高。例如在過氧化氫的工業(yè)生產(chǎn)中，傳統(tǒng)的蒽醌法能源消耗較高一直是行業(yè)發(fā)展的瓶頸，高濃度的過氧化氫也不適合長距離的運(yùn)輸，利用廉價(jià)金屬催化劑滿足化學(xué)反應(yīng)需求，多壁碳納米管結(jié)構(gòu)進(jìn)行管控，精細(xì)調(diào)控，促進(jìn)氧化還原反應(yīng)，提高雙氧水產(chǎn)率。利用合成氣直接制備低碳烯烴的催化劑，解決合成反應(yīng)的強(qiáng)放熱反應(yīng)，精細(xì)調(diào)控催化劑重量及份數(shù)，保證反應(yīng)器溫度控制，實(shí)現(xiàn)煉油過程中化學(xué)工藝的有效提升，實(shí)現(xiàn)節(jié)能與經(jīng)濟(jì)效益雙提升[2]。

3 提升化學(xué)工程與工藝的措施

3.1 加大資金投入，完善安全生產(chǎn)設(shè)備

化工生產(chǎn)企業(yè)的安全管理想要得到實(shí)現(xiàn)主要是加大安全管理的資金投入，并且將化工的安全生產(chǎn)設(shè)備的資金支持加到最大化。就目前的化工生產(chǎn)設(shè)備的整體情況來看，一些設(shè)備由于長期的運(yùn)轉(zhuǎn)普遍存在設(shè)備老化、管道腐蝕、性能降低、載荷降低等問題，這就給化工設(shè)備的生產(chǎn)埋下了安全隱患，因此加強(qiáng)安全管理和設(shè)備的資金投入勢在必行?；どa(chǎn)企業(yè)要科學(xué)地應(yīng)用管理資金定期做好化工生產(chǎn)設(shè)備的檢修和維護(hù)，并且對(duì)化工設(shè)備進(jìn)行定期的技術(shù)改造，使得設(shè)備始終處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，降低因設(shè)備老化而引起的安全事故概率，這同時(shí)也能夠使得化工生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量得到良好的提升，為企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 改善化工反應(yīng)條件，發(fā)揮化工工藝節(jié)能技術(shù)低碳優(yōu)勢

在化工反應(yīng)中合理利用反應(yīng)過程中的壓力、熱量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能技術(shù)中能源、資源的可回收利用。合理利用煉油廠的廢渣、廢水、廢氣，實(shí)現(xiàn)再利用，例如從工藝物流的冷卻中回收熱量，替代需要另行加熱的環(huán)節(jié)，既可降低加熱設(shè)備及資源的投入，又可以降低傳熱設(shè)備的投資，實(shí)現(xiàn)熱回收的雙贏局面，國外企業(yè)的Shell Bulk CDU原油蒸餾技術(shù)，將蒸餾、脫硫、渣油熱轉(zhuǎn)化等裝置進(jìn)行組合的化工工藝節(jié)能技術(shù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)減壓、加氫、熱回收，實(shí)現(xiàn)快速、低成本的工藝技術(shù)與流程，燃料油消耗節(jié)省百分之十五，能源投入大幅減少，實(shí)現(xiàn)低投入高產(chǎn)出。又如運(yùn)用熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)能技術(shù)實(shí)現(xiàn)煤化工的技術(shù)升級(jí)，機(jī)硫轉(zhuǎn)化、氣體凈化、脫硫技術(shù)等實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)性與高效性的共同發(fā)展，將煤化工生產(chǎn)過程中廢熱鍋爐的多余蒸汽運(yùn)用到脫硫灰渣中，采用燃?xì)廨啓C(jī)-余熱鍋爐-蒸汽輪機(jī)的系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)，將余熱鍋爐副產(chǎn)蒸汽進(jìn)入蒸汽輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，提高反應(yīng)的熱量效率，實(shí)現(xiàn)熱能源的有效回收再利用，多種熱回收方式推動(dòng)石油、煤化企業(yè)向綠色化發(fā)展。在化工生產(chǎn)工藝中，注重工藝熱量優(yōu)化與傳熱，提高正反應(yīng)速率，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，降低能源的使用及副產(chǎn)物與主產(chǎn)品分離產(chǎn)生的能耗，化工工藝節(jié)能技術(shù)的升級(jí)，是推動(dòng)我國工業(yè)節(jié)能減排，低碳排放綠色化發(fā)展的重要原動(dòng)力[3]。

3.3 化工工藝流程改進(jìn)

化工生產(chǎn)工藝流程即原料預(yù)處理、加工以及生產(chǎn)成為半成品或成品的過程?；すに嚵鞒淘O(shè)計(jì)要符合產(chǎn)品質(zhì)量、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)以及易操作等方面的要求。而傳統(tǒng)化工企業(yè)在發(fā)展過程中，多使用單線、單一設(shè)備進(jìn)行能源的供應(yīng)，且部分反應(yīng)過程對(duì)壓力、溫度等條件要求比較高，比如在高溫、高壓條件下進(jìn)行，這種情況下會(huì)導(dǎo)致部分熱量浪費(fèi)，與環(huán)?；だ砟钕啾畴x。因此，可以通過優(yōu)化化工工藝流程的方式實(shí)現(xiàn)節(jié)能，如對(duì)化工反應(yīng)過程的熱能需求進(jìn)行分析，對(duì)反應(yīng)能源分配方式進(jìn)行重新規(guī)劃，以聯(lián)合加熱的方式對(duì)能耗進(jìn)行控制，促使能源利用率提高。另外，使用變頻電機(jī)代替以往的定頻電機(jī)，使反應(yīng)過程能源需求與供給相匹配，達(dá)到節(jié)約能源的目的。此外，針對(duì)化學(xué)反應(yīng)不充分，所產(chǎn)生的廢棄物量比較大的情況，應(yīng)對(duì)化工技術(shù)、設(shè)備進(jìn)行更新，使用專門的收集和回收設(shè)備對(duì)其處理，實(shí)現(xiàn)廢物的再次利用。

3.4 提升員工安全認(rèn)識(shí)

化工企業(yè)的管理層和工人的安全意識(shí)較為淡薄是觸發(fā)化工企業(yè)發(fā)生安全事故的主要原因。因此要在化工生產(chǎn)中加強(qiáng)安全管理，并對(duì)生產(chǎn)流程中的操作步驟進(jìn)行規(guī)范化的管理，提高安全生產(chǎn)的宣傳力度，同時(shí)也要讓化工生產(chǎn)線上的工人認(rèn)識(shí)到安全問題引發(fā)的危害，安全事故的嚴(yán)重性，從而建立起安全責(zé)任意識(shí)。

4 化學(xué)工程與工藝自動(dòng)化趨勢

21世紀(jì)初，互聯(lián)網(wǎng)逐漸走入人們的視線，有了互聯(lián)網(wǎng)的幫助，節(jié)省了太多繁雜的工作量和時(shí)間，有效地保證了工作效率的提升。人們對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展好評(píng)如潮，可隨著互聯(lián)網(wǎng)步入人們的生活，人類成了互聯(lián)網(wǎng)的載體，這種副作用在一些方面無疑是最大的紕漏。

隨著碎片化的時(shí)間利用，人們的精神和注意力潰散，以至于人們節(jié)省出來的時(shí)間和精力都消耗在互聯(lián)網(wǎng)上，即使整體的工作效率有所提升，但完全單獨(dú)提出一部分工作量便會(huì)發(fā)現(xiàn)，其實(shí)際工作效率并未完全提升到另一高度。如此，化學(xué)工程與工藝的自動(dòng)化并未完全成熟，部分方面還有待提高。對(duì)于化學(xué)與工程中應(yīng)用自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)還需要慎之又慎。對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)帶來的副作用，采取更多的規(guī)定和監(jiān)督便可漸漸減小。但化學(xué)工程與工藝與自動(dòng)化的完美融合還是有很大的優(yōu)勢的。MES系統(tǒng)的出現(xiàn)使得化學(xué)工程與工藝的工作逐漸向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，其系統(tǒng)采用大數(shù)據(jù)采集引擎等多方面設(shè)備，將所有工作進(jìn)行信息化管理，通過移動(dòng)計(jì)算技術(shù)打造從原材料供應(yīng)、生產(chǎn)到銷售物流等閉環(huán)的條碼系統(tǒng)。倘若將其技術(shù)融入化學(xué)工程與工藝的工作當(dāng)中，其發(fā)展前景不可估量。網(wǎng)絡(luò)控制的發(fā)展趨勢如今看來副作用的影響不得不引起重視并且加以解決，在化學(xué)工程與工藝這種需要極強(qiáng)的專業(yè)性和精細(xì)的工作，計(jì)算機(jī)操控可以極大程度上解決該專業(yè)現(xiàn)有的問題，如此看來化學(xué)工程與工藝中的自動(dòng)化應(yīng)用利大于弊[4]。

5 結(jié)語

總之，任何行業(yè)的發(fā)展進(jìn)步都離不開先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)的推動(dòng)。特別是在化工企業(yè)的研發(fā)階段，現(xiàn)代化化工技術(shù)更是起到了不可替代的重要作用。就我國現(xiàn)階段的環(huán)境污染現(xiàn)狀以及治理任務(wù)而言，應(yīng)用環(huán)保生產(chǎn)工藝后，防御和治理相結(jié)合，有效遏制污染源的發(fā)展，環(huán)境問題得到有效改善。更好地發(fā)揮生物技術(shù)的效應(yīng)，推動(dòng)企業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。對(duì)于原材料的選擇和清潔技術(shù)的應(yīng)用，都可以降低污染，改善我們的生存環(huán)境，保護(hù)我們的生命安全。因此，我們要緊跟科技發(fā)展的步伐，定期優(yōu)化和升級(jí)企業(yè)的化工技術(shù)，提升全民環(huán)保意識(shí)，遵循自然規(guī)律，實(shí)現(xiàn)自身收益的穩(wěn)定增長，推動(dòng)社會(huì)持續(xù)發(fā)展。

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