淺談化學(xué)工程在工藝技術(shù)中應(yīng)用研究

劉鳳嬌 任華存

1.山東威瑞信試驗(yàn)檢測(cè)有限公司 山東濟(jì)南 250100；2.山東雄獅建筑裝飾股份有限公司 山東濟(jì)南 250100

隨著科技的發(fā)展和進(jìn)步，化學(xué)工程在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)了重要地位，但是化學(xué)工程工藝技術(shù)對(duì)于化學(xué)工程發(fā)展而言具有決定作用，同時(shí)化學(xué)工程和工藝技術(shù)涉及范圍比較廣，在生物、食品加工、材料制造等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，其在發(fā)展過(guò)程中既要保證先進(jìn)性，還需要保證環(huán)保性，進(jìn)而為化工領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展提供保障。化工工程發(fā)展過(guò)程中，環(huán)保工作十分重要，由于化學(xué)工藝涉及環(huán)保問(wèn)題，因此需要提高環(huán)保能力，使化學(xué)工程能夠得到良好發(fā)展，在良好環(huán)境中不斷尋求發(fā)展。

1 化學(xué)工程與工藝技術(shù)概述

1.1 化學(xué)工程

化學(xué)工程是化工業(yè)及其他過(guò)程工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行的物理過(guò)程、化學(xué)工程共同規(guī)律研究的一門學(xué)科，其主要涉及了傳遞過(guò)程原理、化學(xué)反應(yīng)工程、熱力學(xué)、分離工程等學(xué)科。以往化學(xué)工程只針對(duì)材料物理加工，涉及范圍小[1]。但是隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，對(duì)化工工程也具有推動(dòng)作用，逐漸完善。當(dāng)前我國(guó)化工工程也取得了進(jìn)步，但是面臨著更多問(wèn)題，對(duì)此，需要不斷完善創(chuàng)新，針對(duì)這些問(wèn)題尋找解決方法，使化學(xué)工程能夠帶來(lái)更多經(jīng)濟(jì)熊阿姨，緩解能源緊缺現(xiàn)象，并緩解環(huán)境污染。

1.2 化學(xué)工藝技術(shù)

化學(xué)工程也就是化學(xué)生產(chǎn)技術(shù)、化工技術(shù)，氣質(zhì)的是原料無(wú)在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)后轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品方法和過(guò)程以及一些實(shí)現(xiàn)該轉(zhuǎn)變的措施，其主要是為花絮額工業(yè)提供設(shè)備、技術(shù)、工藝，一般該工藝中包括化學(xué)反應(yīng)、原料加工和產(chǎn)品精制三方面。此外，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中，化學(xué)工藝也發(fā)揮著重要作用，例如農(nóng)藥、化肥生產(chǎn)等，可以增加農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益[2]。同時(shí)，化學(xué)工藝在制藥領(lǐng)域也作出了貢獻(xiàn)，能夠提煉藥物，保證藥效，維護(hù)人們的身體健康。

2 化學(xué)工程在工藝技術(shù)中的應(yīng)用

2.1 膜分離技術(shù)

該技術(shù)在化學(xué)工程中也有廣泛的應(yīng)用，其能夠真正分離物質(zhì)。膜分離技術(shù)的廣泛應(yīng)用是由于去優(yōu)勢(shì)明顯，在采用該技術(shù)時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)高效、低污染，技術(shù)成本也比較低，具有較強(qiáng)的操作性，相對(duì)穩(wěn)定，不容易在生產(chǎn)中發(fā)生安全事故，因此在化學(xué)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用[3]。膜分離技術(shù)實(shí)質(zhì)上就是基于各種原材質(zhì)膜分離成不同的膜和介質(zhì)，因此可以使用不同方法分離，進(jìn)而形成兩邊互相隔離的膜界。因?yàn)槟け旧碛袧B透性，在兩側(cè)外界壓力下可以實(shí)現(xiàn)真正的物質(zhì)分離。隨著分離技術(shù)的迅速發(fā)展，新型分離技術(shù)不斷涌現(xiàn)，其在應(yīng)用時(shí)需要選擇符合的分離技術(shù)提高效率，避免影響環(huán)境。例如在磷肥生產(chǎn)中，通過(guò)膜微濾技術(shù)能夠?qū)⒘资械暮衔锶コ簦摷夹g(shù)可以將大分子熔直接留，去除0.05-10μm微粒。

2.2 超臨界流體萃取技術(shù)

在化學(xué)工程發(fā)展過(guò)程中產(chǎn)生了很多新工藝技術(shù)，其中就包括超臨界流體萃取技術(shù)。超臨界流體指的是一般氣體或液體在溫度、壓力持續(xù)變化狀態(tài)下達(dá)到一定臨界點(diǎn)，之后會(huì)出現(xiàn)氣體到液體變化，或是出現(xiàn)液體到氣體變化。在化學(xué)工藝實(shí)施過(guò)程中，通過(guò)該變化，超臨界流體若是能夠達(dá)到某一臨街壓力或是溫度點(diǎn)，則需要適當(dāng)控制溫度，若是無(wú)法有效控制，氣體或液體長(zhǎng)期受外界影響會(huì)導(dǎo)致流體密度增加，但是并未真正出現(xiàn)汽化、液化現(xiàn)象，與此同時(shí)，超臨界流體技術(shù)無(wú)法有效發(fā)揮。當(dāng)前，超臨界流體萃取技術(shù)在食品加工中應(yīng)用廣泛，也應(yīng)用在生物制藥領(lǐng)域中，例如在食品工業(yè)中，采用該技術(shù)可以萃取香辛料、精油、果皮等風(fēng)味成分、花生油和菜籽油等動(dòng)植物油、咖啡堿等特定成分，其在精油萃取中，采用超臨界萃取方法防止水蒸氣蒸餾中的有效成分和熱敏成分流失，在萃取桂皮油時(shí)，萃取溫度為45℃，壓力為120bar，所得油性成分更高[4]。再比如，在食品添加劑萃取中，對(duì)于辣椒紅色素、黃瓜綠素等天然色素的萃取，采用傳統(tǒng)工藝和超臨界流體萃取提取辣椒樹(shù)脂、分離辣椒紅色素，萃取壓力、溫度、時(shí)間分布為20MPa、35℃、6h，所得色素與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相符。

該技術(shù)對(duì)化學(xué)混合物進(jìn)行加溫加壓，進(jìn)而產(chǎn)生臨界狀態(tài)，之后再分離想萃取的物質(zhì)，真正實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離。在超臨界下，流體物質(zhì)融合氣體、液體，密度隨之增加，接近液體密度。因?yàn)椴捎迷摷夹g(shù)時(shí)溶解性很高，極易向外流動(dòng)、擴(kuò)散，在實(shí)際加工生產(chǎn)時(shí)外界細(xì)微變化都會(huì)影響當(dāng)前密度。采用該技術(shù)時(shí)一般使用流體為萃取溶劑，進(jìn)而處于超臨界狀態(tài)中，之后接觸物體，使萃取物在流體中融合，分類萃取物和物料，再降低外在的壓力、溫度等施加條件，流體密度也會(huì)持續(xù)變化，溶解度有所下降，萃取物容易被解析，實(shí)現(xiàn)分離[5]。采用SCFE分離物料哦萃取物，在萃取速度、兼容范圍等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，同時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)溫度、壓強(qiáng)等外在條件控制流體密度和溶解度，進(jìn)而有效分離萃取物，提取純度很高，可以大大增加化工生產(chǎn)收入。

2.3 分離技術(shù)

當(dāng)前，化學(xué)工程中所用化學(xué)物質(zhì)多，很多化學(xué)物質(zhì)共同反應(yīng)很復(fù)雜，因此需要有效分離其中的一些化學(xué)物質(zhì)，進(jìn)而提高化學(xué)工程生產(chǎn)效率。但是，就傳統(tǒng)化學(xué)工程生產(chǎn)而言，化學(xué)物質(zhì)分離水平低，若是想高效分類化學(xué)物質(zhì)，需要投入更多生產(chǎn)成本，這對(duì)經(jīng)濟(jì)實(shí)力不強(qiáng)的企業(yè)而言十分重要。因此，在化學(xué)工程中，分離技術(shù)一致得不到提升，但是若是不能夠有效分離化學(xué)物質(zhì)對(duì)化學(xué)生產(chǎn)工廠效率會(huì)產(chǎn)生影響。分離技術(shù)實(shí)質(zhì)上是凈化、提純復(fù)雜的化學(xué)技術(shù)，使復(fù)雜的化學(xué)物質(zhì)更加有規(guī)律、條理，進(jìn)而提高化學(xué)工程效率[6]。現(xiàn)階段，常用分離方法為蒸餾法，該方法利用外在燃燒加熱物質(zhì)，通過(guò)有效分離混合物中的汽化電，持續(xù)加熱物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)提純目的。

例如，在橄欖油、棕櫚油、大豆油、油酸、脂肪酸甲酯、肝油、亞麻籽油、三聚酸等油脂和脂肪酸類產(chǎn)品中，采用分子蒸餾技術(shù)，蒸餾時(shí)物質(zhì)分子間陰歷小，自由飛馳距離大，進(jìn)而將蒸發(fā)面中的分子提取出來(lái)落在冷凝面聚集起來(lái)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)分離目的。

2.4 綠色化學(xué)技術(shù)

化學(xué)工程中，綠色化工技術(shù)十分重要，其在應(yīng)用時(shí)需要合理選擇化學(xué)原材料類型，進(jìn)而控制化工原材料中的污染問(wèn)題。此外，還需要使用催化劑，進(jìn)而加速物質(zhì)間不同反應(yīng)速率，并確保化學(xué)物質(zhì)間反應(yīng)更為完全。

2.4.1清潔生產(chǎn)技術(shù)

化學(xué)工程中，為保證施工效率、這來(lái)那個(gè)，需要將綠色化工技術(shù)發(fā)揮出來(lái)，提高化工生產(chǎn)環(huán)保性。綠色化工技術(shù)應(yīng)用時(shí)，需要以綠色節(jié)能、清潔環(huán)保為目標(biāo)，應(yīng)用也比較普遍，在造紙、制藥、海水淡化等領(lǐng)域中都有廣泛應(yīng)用，進(jìn)一步降低有害污染物排放量，確保生態(tài)環(huán)境。例如，在制藥領(lǐng)域采用清潔生產(chǎn)技術(shù)合成氯唑沙宗；在造紙領(lǐng)域中采用不含氟漂白紙漿技術(shù)、延伸脫木素技術(shù)等清潔生產(chǎn)技術(shù)用于解決造紙過(guò)程中的化學(xué)漿蒸煮黑流，避免污染水環(huán)境[7]。

當(dāng)前，我國(guó)水資源浪費(fèi)現(xiàn)象明顯，采用先進(jìn)水資源處理技術(shù)可以提高水資源利用率，在海水淡化處理中，采用清潔生純技術(shù)過(guò)濾、提純海水，實(shí)現(xiàn)淡水生產(chǎn)。海水出量大，海水淡化原料充足，在處理時(shí)需要提高水資源處理效果，并對(duì)清潔生產(chǎn)技術(shù)提出了更高要求。以往海水淡化主要采用阻垢劑，其是由羥基乙叉二膦酸聚丙烯酸、水解聚馬來(lái)酸酐等組成，要想提高該藥劑效果，需要加入其他材料。在清潔生產(chǎn)下，采用低磷復(fù)配阻垢劑客觀評(píng)價(jià)、分析阻垢劑效果，判斷其性能發(fā)揮下過(guò)，并進(jìn)行靜態(tài)阻垢實(shí)驗(yàn)，獲得檢驗(yàn)效果，提高質(zhì)量。

2.4.2生物技術(shù)

隨著科技發(fā)展，生物技術(shù)水平不斷提高，其在應(yīng)用時(shí)主要對(duì)細(xì)胞、微生物、酶等物質(zhì)應(yīng)用，以滿足生物化學(xué)或化學(xué)仿生學(xué)應(yīng)用，采用生物技術(shù)能夠循環(huán)使用資源，并有效轉(zhuǎn)化化學(xué)生產(chǎn)有效物質(zhì)，提高化學(xué)物質(zhì)利用率。

生物技術(shù)應(yīng)用內(nèi)容復(fù)雜，生物酶技術(shù)的應(yīng)用具有催化作用，化學(xué)酶具有高效反應(yīng)性和轉(zhuǎn)移性。而生物膜技術(shù)主要應(yīng)用在化學(xué)仿生學(xué)中，效果明顯[8]。在石化產(chǎn)品生產(chǎn)中，采用生物酶技術(shù)可以提取石油和煤炭材料，而大自然中的酶和生物酶作用并不會(huì)污染生態(tài)環(huán)境，可以起到保護(hù)環(huán)境的作用。例如，微生物在采油中的應(yīng)用，通過(guò)在油井中注入菌種、營(yíng)養(yǎng)液和生物活性因子，其中，菌株可以代謝產(chǎn)生有機(jī)酸、醇和表面活性劑氣體，使油井形成生物反應(yīng)器，產(chǎn)生大量能夠使出油量增加的代謝物，提高開(kāi)采率。

2.4.3環(huán)境友好型產(chǎn)品

該產(chǎn)品是整個(gè)生命周期都對(duì)環(huán)境比較友好的產(chǎn)品，也就是無(wú)公害、低公害的產(chǎn)品，例如低毒涂料、節(jié)水節(jié)能設(shè)備、無(wú)污染建筑材料、可降解包裝袋、低排放電動(dòng)汽車、綠色有機(jī)食品等，這些產(chǎn)品都是采用綠色化工技術(shù)生產(chǎn)所得，從生產(chǎn)環(huán)境實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、保護(hù)環(huán)境的目的。

3 化學(xué)工程技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

首先，化學(xué)變化十分復(fù)雜，其是由物質(zhì)性質(zhì)所決定的。化學(xué)工程復(fù)雜、不平衡，其中的影響因素也比較多，結(jié)構(gòu)尺度相對(duì)于以往有了較大改變。過(guò)程工程研究是利用技術(shù)手段簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，復(fù)雜結(jié)構(gòu)也更為簡(jiǎn)單、有價(jià)值，通過(guò)研究相關(guān)問(wèn)題可以有效解決結(jié)構(gòu)問(wèn)題。問(wèn)題解決時(shí)，專業(yè)人員采用整體法、還原法研究復(fù)雜內(nèi)部系統(tǒng)，有效解決復(fù)雜問(wèn)題，促進(jìn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)研究。

其次，現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展中不斷出現(xiàn)新技術(shù)、新問(wèn)題，特別是化學(xué)新技術(shù)的應(yīng)用推動(dòng)了科技發(fā)展，化學(xué)工工程和材料科學(xué)結(jié)合研究有利于形成化學(xué)工程產(chǎn)業(yè)，而該研究涉及了信息與化學(xué)結(jié)合、生物、能源、環(huán)境、化學(xué)等結(jié)合[9]。

最后，近年來(lái)，信息技術(shù)發(fā)展迅速，各行業(yè)發(fā)展過(guò)程中現(xiàn)代信息技術(shù)應(yīng)用大幅度增加，化學(xué)工程、信息工程二者結(jié)合成為未來(lái)發(fā)展方向，可以提高生產(chǎn)效率，增強(qiáng)生產(chǎn)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著社會(huì)的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，化工工程工藝在各領(lǐng)域中的應(yīng)用逐漸廣泛，為人們的日常生活產(chǎn)生了巨大影響，化工生產(chǎn)工藝對(duì)于日常生活發(fā)展具有重要意義。當(dāng)前，化工工程工藝中，綠色化工技術(shù)是常用技術(shù)，該技術(shù)在應(yīng)用時(shí)需要科學(xué)選擇原材料、催化劑，盡量選擇無(wú)毒無(wú)害物質(zhì)，其不僅可以提高化學(xué)生產(chǎn)效率，也能夠降低施工成本。在分離技術(shù)選擇時(shí)，常用蒸餾分離、膜分離，超臨界流體萃取技術(shù)一般應(yīng)用在特殊情況中。這些技術(shù)各有優(yōu)勢(shì)，需要根據(jù)實(shí)際情況科學(xué)選擇。