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        環(huán)?;ぜ夹g(shù)在化學(xué)工程工藝中的應(yīng)用

        2021-01-09 12:57:42靳慧軒海灣工程有限公司河北石家莊050000
        化工管理 2021年31期
        關(guān)鍵詞:化工催化劑化學(xué)

        靳慧軒(海灣工程有限公司,河北 石家莊 050000)

        0 引言

        化學(xué)工業(yè)作為涉及多個(gè)領(lǐng)域的工程。傳統(tǒng)化工工藝在實(shí)際應(yīng)用中存在高能耗、高污染等問題,與當(dāng)前所提倡的環(huán)?;どa(chǎn)理念不相符。而環(huán)保化工技術(shù)是繼傳統(tǒng)化工技術(shù)優(yōu)點(diǎn)所形成的具有節(jié)能降耗、環(huán)保等特點(diǎn)的新型技術(shù),能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)化工技術(shù)的不足,減少化工生產(chǎn)環(huán)節(jié)污染物,為化工行業(yè)的整體發(fā)展提供新的發(fā)展路徑和方向,所以,在化工工程中應(yīng)用該技術(shù)具有一定現(xiàn)實(shí)意義。

        1 環(huán)?;ぜ夹g(shù)及其應(yīng)用的必要性

        1.1 定義

        環(huán)?;ぜ夹g(shù)指的是對(duì)現(xiàn)有化工技術(shù)、化學(xué)原理進(jìn)行優(yōu)化和改良,降低化學(xué)工程中原料、溶劑以及廢物等有害物質(zhì)對(duì)環(huán)境污染,整個(gè)過程中可以體現(xiàn)環(huán)保、節(jié)能等理念的技術(shù)[1]。隨著該技術(shù)的不斷開發(fā),可以從化學(xué)反應(yīng)、化工污染源頭處減少污染物的產(chǎn)生,在化工生產(chǎn)、加工中使用一些無毒害的原料、催化劑等實(shí)現(xiàn)無污染,比如在化工生產(chǎn)中多使用催化劑來促使反應(yīng)速率提高。在環(huán)保化工技術(shù)開發(fā)中,可以使用一些無毒害的催化劑來提高反應(yīng)速率,從源頭處控制化學(xué)污染。

        1.2 環(huán)?;ぜ夹g(shù)在化學(xué)工程工藝中應(yīng)用的必要性

        第一,近年來,環(huán)保、環(huán)境以及資源等問題成為人們關(guān)注的熱點(diǎn),對(duì)各行業(yè)產(chǎn)生一定的影響?;瘜W(xué)工業(yè)涉及冶金、合成纖維、醫(yī)藥等多個(gè)領(lǐng)域,在滿足生活、生產(chǎn)等需求的同時(shí),給自然、人類帶來一些負(fù)面影響,不利于化工行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。而在化學(xué)工程工藝中應(yīng)用環(huán)?;ぜ夹g(shù),不僅可以緩解資源、環(huán)境等問題,而且為化學(xué)工程行業(yè)的發(fā)展提供新的思路和方向。從預(yù)防入手,對(duì)化工生產(chǎn)環(huán)境污染問題進(jìn)行有效控制,比如利用廢棄物資源回收技術(shù)減少有害廢物的排放,使污染物的量得以控制,突顯出環(huán)保化工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。第二,在以往化學(xué)工程生產(chǎn)中,受工藝的約束,所排放的部分廢水、廢物未進(jìn)行有效處理而排放,不僅會(huì)污染周圍河流、土壤以及空氣,而且霧霾等惡劣天氣出現(xiàn)的頻率增多,對(duì)人類身體健康、出行等帶來不良影響。此外,傳統(tǒng)化學(xué)工程生產(chǎn)中所消耗的原材料比較多,且資源利用率相對(duì)較低,加之目前化工資源比較短缺,不利于該行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。因此,在化學(xué)工程工藝中應(yīng)用環(huán)?;ぜ夹g(shù)具有一定的必要性[2]。

        2 化學(xué)工程工藝中環(huán)?;ぜ夹g(shù)的開發(fā)和應(yīng)用

        2.1 開發(fā)

        2.1.1 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以為有毒害性的原料,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。

        2.1.2 催化劑選用

        大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)都需要催化劑的參與。催化劑性能會(huì)直接影響目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)量、速率,在化學(xué)反應(yīng)中起到加快反應(yīng)速率,確保各類原料充分反應(yīng)的作用,在促使資源利用率提高的同時(shí),能夠降低化工生產(chǎn)成本。在環(huán)?;ぜ夹g(shù)開發(fā)過程中,應(yīng)根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)物、催化劑的性能等條件選擇無害且具有回收價(jià)值的催化劑,在滿足目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)量的同時(shí),提高催化劑的利用率。

        2.1.3 高反應(yīng)速率

        在化學(xué)工程工藝中,部分化學(xué)反應(yīng)需在高溫環(huán)境下進(jìn)行,即需要設(shè)置相應(yīng)的供熱裝置,如果使用傳統(tǒng)單線供熱方式,一方面在局部設(shè)備需要供熱的情況下,容易導(dǎo)致部分熱量浪費(fèi);另一方面如果需對(duì)多種設(shè)備進(jìn)行供熱,存在熱能供應(yīng)不足的情況,會(huì)降低生產(chǎn)效率。因此,在化工工程工藝中,應(yīng)從節(jié)能、環(huán)保的視角出發(fā),對(duì)反應(yīng)供熱系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,促使生產(chǎn)效率提高。

        2.2 應(yīng)用

        2.2.1 物技術(shù)

        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)的不斷優(yōu)化,而且會(huì)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。生物技術(shù)的應(yīng)用范圍還涉及到基因、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)保化工技術(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(shì),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。

        2.2.2 清潔、回收技術(shù)

        清潔技術(shù)作為環(huán)?;ぜ夹g(shù)中的一種,主要應(yīng)用于造紙工業(yè)、廢水處理等領(lǐng)域,能夠起到環(huán)境保護(hù)的作用[3]。在化學(xué)生產(chǎn)中應(yīng)用該技術(shù),對(duì)廢棄物進(jìn)行處理,使部分廢物通過轉(zhuǎn)化進(jìn)行再次利用,對(duì)有毒物質(zhì)進(jìn)行溶解處理,降低其對(duì)環(huán)境的威脅,達(dá)到節(jié)能、環(huán)保的目的。比如在造紙工業(yè)中,為了降低對(duì)環(huán)境的污染,使用木素降解菌對(duì)纖維原料進(jìn)行處理,替代以往的化學(xué)法制漿方式,并且在廢紙脫墨、改性中應(yīng)用纖維素酶,在漂泊工藝中使用木素酶等。同時(shí),高分子材料在使用中降解的難度比較大,容易造成環(huán)境問題,可以兩方面入手減少污染,一方面在材料合成制備過程中,將光熱、生物酶敏感基團(tuán)引入分子鏈中,目的是從源頭上防止高分子材料的污染;另一方面采取聚合物解聚、降解的方式收回廢棄材料中有價(jià)值的化學(xué)品,對(duì)部分塑料進(jìn)行生物降解;或者采取零污染的物理法對(duì)廢氣高分子材料的相容性、流變性進(jìn)行改變,實(shí)現(xiàn)高分子材料的再次利用,在降低環(huán)境污染的同時(shí),促使資源的利用率提高。

        2.2.3 催化技術(shù)

        該技術(shù)作為化學(xué)工藝中不可或缺的一部分。目前,化工企業(yè)在化學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)中多應(yīng)用該技術(shù)。與傳統(tǒng)化學(xué)技術(shù)相比較,該技術(shù)的應(yīng)用可以促使催化劑的利用率提高,降低化工污染,比如目前多使用固體催化劑,能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)液體催化劑的缺陷,在保證化學(xué)產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí),實(shí)現(xiàn)廢棄物的有效利用,降低對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染。

        2.2.4 應(yīng)用環(huán)保產(chǎn)品

        為了降低和防止環(huán)境污染問題發(fā)生的幾率,化工企業(yè)應(yīng)站在行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的立場,生產(chǎn)出對(duì)環(huán)境友好的新型產(chǎn)品。如為了降低汽車燃料對(duì)環(huán)境的污染,減少對(duì)人體的傷害,可以應(yīng)用環(huán)保化工技術(shù)生產(chǎn)出新的環(huán)保產(chǎn)品,以乙醇汽油來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的汽油作為汽車的燃料。同時(shí),在環(huán)保理念的倡導(dǎo)下,應(yīng)用生物航煤來替代普通的航煤,減少二氧化碳的排放,并且該燃料的應(yīng)用要求比較低,無需改裝原有的發(fā)動(dòng)機(jī),突顯出該新型燃料在使用便捷性、環(huán)保等方面的優(yōu)勢(shì)。此外,所生產(chǎn)的可降解塑料袋不僅可以滿足人們實(shí)用性需求,而且這類材質(zhì)的塑料袋在短期內(nèi)可以分解,避免對(duì)環(huán)境的破壞。

        3 基于環(huán)保化工技術(shù)提高化學(xué)工程工藝的策略

        3.1 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[4]。化工工藝流程設(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。

        3.2 合理布局設(shè)備、場地

        在當(dāng)前激烈的市場競爭環(huán)境下,化工企業(yè)在應(yīng)用環(huán)?;ぜ夹g(shù)的過程中,需綜合考慮經(jīng)濟(jì)、環(huán)保以及安全等因素,通過成本的控制增強(qiáng)自身的競爭力。對(duì)于化學(xué)工程設(shè)計(jì)人員、技術(shù)人員而言,應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)化工設(shè)備、場地進(jìn)行合理布局和規(guī)劃,比如設(shè)計(jì)新的設(shè)備系統(tǒng),對(duì)傳統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn),依據(jù)產(chǎn)品需求、設(shè)備要求等制定出簡單、實(shí)用的設(shè)施布局方案。關(guān)于車間設(shè)備的布置,應(yīng)考慮地形、主導(dǎo)風(fēng)向等因素,充分發(fā)揮車間地理位置方面的優(yōu)勢(shì),通常將配電室、控制室布置于生產(chǎn)區(qū)域的中心處,確保設(shè)備布局與工藝流程相適應(yīng)。此外,關(guān)于各車間、各部門位置的布局,應(yīng)遵循協(xié)調(diào)、緊湊以及整齊等布局原則,使各設(shè)備之間協(xié)調(diào)、配合運(yùn)作,對(duì)操作區(qū)域設(shè)備、管線進(jìn)行合理分布,對(duì)不同管道進(jìn)行標(biāo)識(shí),確保有毒、腐蝕性介質(zhì)被集中放置、處理,防止對(duì)周圍環(huán)境的污染。

        4 結(jié)語

        傳統(tǒng)化工企業(yè)在生產(chǎn)過程中過分強(qiáng)調(diào)效益,忽視了資源、環(huán)境等問題,給生態(tài)環(huán)境、人類帶來一些負(fù)面影響,一定程度阻礙了化工行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此,在化學(xué)工程工藝中應(yīng)用環(huán)?;ぜ夹g(shù)具有一定的可行性,將環(huán)?;だ砟钊谌牖どa(chǎn)的各環(huán)節(jié),對(duì)化工原料和催化劑質(zhì)量進(jìn)行把控,優(yōu)化化工工藝流程、設(shè)備以及整個(gè)反應(yīng)過程,在保證化工產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí),盡可能地降低對(duì)環(huán)境的污染,為環(huán)?;瘜W(xué)工程發(fā)展打下基礎(chǔ)。

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