有關化學工程與石油化工節能的分析

吳晶 裘炎(浙江省天正設計工程有限公司,浙江 杭州 310012)

無論是在生產方面還是在石油化工方面，都離不開化學反應。化學反應中的提純技術、分離技術是生產過程中必不可少的技術手段，對石油化工生產非常的重要。要想順順利利的完成整個石油化工的生產，就必須用到分離設備、反應設備、換熱設備和流體傳送設備。所以，要想對化學工程與石油化工進行節能分析，就必須對這四個設備進行研究，尋找這四個過程中可以節能的環節，從而實現對石油化工的節能。

1 流體傳送設備的節能

在石油化工的生產過程中，會使用一些相應的流體傳送設備(泵和壓縮機等），所以我們需要對這些設備進行分析。在高中的物理課中我們都學過能量守恒定律，就是在傳送的過程中，各種機械能相互轉變，成為生產中使用的能量。所以我們需要利用能量守恒定律對流體傳送進行節能分析，減少損失壓頭的損失。

1.1 泵的節能分析。流體在流動或傳送的過程中，會與傳送的管道內壁發生碰撞摩擦，導致一部分的能量轉換為了熱能，造成了能源的消耗，增加壓頭損失。根據能量守恒定律對流動的狀況進行分析，我們可以知道，要想減少離心泵的能量損失，需要對流體流速進行控制，減少管道內不必要的閥門部件，必要時增加減阻劑降低流體損耗的能量。此外，還可以采用高質量、高效率的泵，將流體通過的部件的表面打磨光滑等方式來減少流體的能耗。

1.2 壓縮機節能。石油化工的生產過程中，除了離心式壓縮機之外，還會采用往復式壓縮機。雖說這兩種壓縮機的工作原理及節能方式有所不同，但是兩者在進行壓縮工作的過程中，都是有效能發生損失。造成有效能損失的主要原因是因為進行了非等溫壓縮。所以，要想使壓縮機變得更加節能，就要改變壓縮機的結構，將其改變為多等級壓縮，在傳送下一級的過程中冷卻，這樣就可以使壓縮機趨于等溫壓縮，可以有效的減少有效能的損失，大大減少不必要的浪費。

離心式壓縮機在工作的時候會在流動、沖擊、輪阻、漏氣等環節造成能量的損失。要想提高離心式壓縮機的節能效率，就必須改進其操作方式和設計方案。例如：通過增加吸入過程的壓力，降低吸入過程中產生的熱量，減少葉輪的阻力，改變葉輪葉片的角度等方法，降低能量的消耗。

2 換熱設備的節能

2.1 換熱設備主要就是進行熱量的傳遞，在熱量傳遞的過程中，由于傳熱方式存在一些缺陷，導致一些熱量損失。首先就是優化熱量傳遞過程中的溫差，將溫度趨于平衡狀態。熱量傳遞有逆流、順流、交差流、混合流等四種方式，其中逆流過程中產生的溫差是最大的，順流產生的溫差是最小的。因此，為了增加熱量的傳遞，應該多采用逆流傳熱方式，以此來減少熱量的消耗。

2.2 將換熱設備的換熱面積增大，強化傳熱。改進傳熱設備的結構，以此增大單位體積內的傳熱面，從而使得換熱器的工作效率增加。如可以采用一些直徑比較小的傳送管，將這些管子緊密的排布在一起，使用合適形狀的翅片管來增加傳熱的面積，增加傳熱效率。

2.3 提高傳熱系數是增加傳熱量最為重要的途徑，也是傳熱設備節能研究的重點。要想提高傳熱的效率，就需要增加冷熱流體與管壁之間的換熱系數，特別是換熱比較差的那一側。可以將管壁表面變得粗糙，以此來影響底層流體的傳熱。還可以在管道中加入一些插件，引發其轉動產生熱量。

3 分離設備的節能

石油化工生產的過程中，肯定會用到分離技術中的精餾技術。在精餾的過程中，受熱蒸發的蒸汽會隨著壓力流向精餾塔，這是一種不可逆因素。其次是再沸器和冷凝器工作的時候會使精餾過程的不可逆程度增大。因此，要想降低精餾過程的能耗，減少損失，就必須降低流體流動所產生的壓力降，較少傳熱過程中的溫度差。可以通過以下措施：減小回流比和再沸器的負荷，使得再沸器與冷凝器之間的溫差減小，從而減少傳熱熱阻；利用先進的技術設備，減少塔的壓降。此外，還可以在冷凝器與再沸器之間增加一些加熱或冷卻裝置來減少能量消耗。

4 反應設備的節能

化學反應的過程中，經常伴有熱量的吸入和放出，要想對化學反應進行節能，就需要控制放熱與吸熱過程中加熱步驟。在放熱反應的過程中，應該盡可能增加放熱反應的溫度，從而回收品質較高的熱量。在吸熱反應的過程中，應該合理控制熱量的提供，盡可能降低供熱溫度，充分利用反應過程中的預熱，節省燃料成本，降低能源消耗。

5 結語

在資源緊缺的今天，節能技術的應用已經成為我國節能的重要手段。節能技術是多種多樣的，合理利用節能技術，在最大程度上降低能源的消耗，是我們今后研究的重點。石油化工資源是我國發展的必要能源，也是一種不可再生能源，使用的越多，儲存量就會越少。所以應該加大研究力度，盡可能在每一個施工環節都不會出現資源的浪費，減少經濟成本。

[1]魏壽濤.石油化工生產過程最優化[M].中國石化出版社，1994.

[2]史密斯.化工熱力學導論[M].化學工業出版社，2008.