化学工程中的化工生产工艺研究

2019年6月

Technology and Equipment

工艺与设备

Chemical Engineering Design Communications化 工 设 计 通 讯

化学工程中的化工生产工艺研究

李厚平

（中核建中核燃料元件有限公司江南运行公司，四川宜宾 644000）

摘 要：化学工程是研究化学工业生产中化学过程和物理过程的共同规律，涉及化工制造、生物工程、纳米技术等。首先介绍了化学工程的研究内容，然后分析了化工生产工艺流程、存在的问题和优化措施，最后指出未来发展趋势。

关键词：化学工程；化工生产；工艺流程；优化措施；发展趋势中图分类号：TQ02 文献标志码：A 文章编号：1003-6490（2019）06-0070-02

Study on Chemical Production Technology in Chemical Engineering

Li Hou-ping

Abstract：Chemical engineering is to study the common law of chemical and physical processes in chemical industry production，involving chemical manufacturing，biological engineering，nanotechnology，etc.This paper first introduces the research content of chemical engineering，then analyses the chemical production process，existing problems and optimization measures，and finally points out the future development trend

Key words：chemical engineering；chemical production；process flow；optimization measure；development trend随着科学技术进步，我国化学工程发展迅猛，化工生产行业具有良好的发展机遇。而在实际生产中，不仅会带来环境污染，还会危害工作人员的健康。针对这种情况，必须采用科学有效的措施改进生产工艺，既满足市场需求，又能提高企业竞争力，推动化工行业可持续发展。1 化学工程的研究内容

化学工程的研究内容如下：①单元操作。化工生产的基本过程，主要有换热、吸收、整流、结晶、干燥、萃取等，这些基本过程被称为单元操作，可以指导设备设计、产品生产、操作控制。②化学反应工程。化工生产的核心就是化学反应，直接影响产品收率、生产成本等要素。20世纪中叶后，随着氧化、还原、硝化、反应器稳定性、反应相内传质传热等研究的开展，充实了化学工程的内容[1]。③传递过程。该过程是单元操作、化学反应的基础，主要分为热量传递、质量传递、动量传递三种类型。此外，以气体的增湿减湿为例，同时存在两种或多种传递现象。④化工热力学。主要研究传递过程的方向、极限，为过程分析提供数据支持，实现了理论研究和实际应用的紧密结合。⑤其他问题。以化工系统工程、过程动态学及控制为代表，随着生产规模扩大，资源能源消耗量增加，此时能量利用问题凸显出来，必须对生产设计和工艺操作进行优化。

2 化工生产工艺流程和存在的问题

2.1 工艺流程

轻质量的问题，不利于工艺水平的提升。首先，化学原料的反应不完全，不仅降低了产品质量，还会造成资源浪费。其次，生产设备的性能不过关，会增加废气、废水、废渣的产量，污染生态环境。以化肥生产为例，对温度和压力的要求高，如果反应器皿的温度不够，因反应不彻底就会产生三废。最后，化学生产工艺不连续，会影响生产进度，一旦前后生产环节相脱节，就会阻碍生产活动的进行。

第二，环境污染破坏。原料经化学反应后，生成的固体、气体具有一定毒性，不经处理直接排放，就会污染生态环境。个别化工企业在生产期间，为了提高经济效益，盲目降低成本，毒害物质处理不达标就排放，会造成空气污染、土壤污染、水体污染，甚至人体中毒事件。以印刷、造纸、纺织、金属等行业为例，生产期间易出现重金属超标现象，影响生态环境的可持续发展[3]。

第三，管理力度不足。近年来，为了控制化工污染，实现人与自然和谐发展的目标，国家出台了多个法律法规，约束相关行业的行为，通过转变生产模式，走上绿色发展、节能环保的道路。在具体管理中，面对环境污染、生产安全、资源浪费等问题，相关部门的管理力度不足，管理措施流于形式，甚至存在睁一只眼、闭一只眼的情况。而化工企业单纯追求经济利润，没有使用先进设备和技术，忽视了安全、环境等要素，也会造成生产问题。

3 新形势下化工生产工艺的优化措施

3.1 改进生产工艺

第一步，原料处理。化工生产之前，原料处理是一个重要环节，原料不同，处理方法也不同。其中，气体材料多采用净化、加压、加温等处理方法；固体材料多采用粉碎、溶解、融合等处理方法；液体材料多采用蒸发、过滤、沉淀等处理方法。

第二步，化学反应。化学反应是化工生产中的关键环节，直接影响产品的质量。具体来说，是以处理后的材料为对象，在一定的温度、压力等条件下进行反应，达到预期反应转化率和收率。目前常用的化学反应类型，主要是氧化、还原、聚合、焙烧、异构化等，获得目标产物或混合物。

第三步，产品精制。经化学反应后，得到的产品纯度较低，此时就要进行分离和精制，将杂质、副产物去除，促使产品组成符合规格。值得注意的是，精制过程中的杂质和副产物，可以进行回收再利用，而不能直接作为废物处理[2]。

2.2 存在的问题

化工企业改进生产工艺，是实现可持续发展的必要途径，具体做法如下：第一，深入研究化工反应的原理和条件，以乙烯合成为例，可以采用裂解石油法，也可以采用乙醇脱水法。要求企业结合实际生产需求，选择合理的生产工艺，既能提高反应效率，又能降低生产成本。第二，严谨选择原料，应考虑到温度、压力、流速、性能等指标，具有耐温、耐压、耐磨、防腐等优势，避免发生破裂、损害、漏滴等问题。第三，合理布局设备，从平面、立体两个角度出发，提高安装精准度，为后续生产作业打下坚实基础[4]。

3.2 应用新型能源

第一，产品质量低下。在化工企业中，普遍存在重数量、

收稿日期：2019-03-17作者简介：李厚平（1982—） ，男，山东乐陵人，化工工程师，主要

从事化工生产中的科研、质量技术工作。

一直以来，我国化工生产使用的是传统化石燃料，缺点是燃烧效率低，且会造成环境污染，不满足新形势下的行业发展需求。对此，积极推广应用新型能源，例如电能、太阳能、地热能等，可以提高利用效率，有效保护生态环境。此外，配合使用新型催化剂，可以提高反应速度和程度，减少副产物的生成量，缓解能源浪费现象。

3.3 合理处理废弃物

在化工生产期间，废弃物的处理也是一项关键工作。我

（下转第74页）

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第45卷第6期

2019年6月

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表2 我厂待加工汽油的主要性质

馏程（ASTM D86），℃

初馏点10 vol%30 vol%50 vol%70 vol%90 vol%终馏点

44536284125170205

项目密度g/cm硫，wt 氮 wt RON/MON凝点，℃

3

参数0.734200×10-635×10-695/89-1

反应器的处理能力和反应时间决定了空速的大小。提高

空速，装置的处理能力变大，催化剂与原料的接触时间相应减少，两者间进行反应的时间也就变少，这将影响产品的生成率，如果减小空速，则会导致装置的处理量变小。

3.2 我厂汽油加氢工艺参数

3 加氢工艺讨论

3.1 影响加氢反应的主要工艺条件

影响加氢反应的主要参数条件是氢油比、压力、温度以及空速。

氢油比就是氢气与原料油的比例。氢油比增加，有利于加氢反应的进行，可以提高催化剂寿命；但是过高的氢油比将导致操作费用和设备投资的增加。

反应中可以通过控制氢分压来实现对压力的控制，提高系统中的氢分压，对芳烃饱和、脱氮、脱硫都有促进作用，但是氢分压的提高，会造成整个反应的压力增高，必须采用更高强度的反应器，会导致投资成本增加，同时也会增加系统的运行成本。

温度主要是影响反应的平衡常数和反应速率常数。反应温度升高能够提高反应速率，但是会造成裂化反应程度加大，同时容易造成催化剂的结焦。

通过以上讨论，我厂针对汽油硫含量高，含有二烯烃的实际情况，将反应的操作条件进行了如下规定。

选择性加氢反应：反应器入口压力3.03MPa，床层总温升＜14℃，入口反应温度150℃，体积空速5h-1。

一段加氢脱硫反应器：反应器入口压力2.08MPa，入口温度240℃，床层总温升＜17℃，体积空速2.5h-1。

二段加氢脱硫反应器：反应器入口压力1.85MPa，入口温度305℃，床层总温升＜1℃，体积空速3.3h-1，氢油比200m3/m3。

4 结束语

我厂的汽油加氢采用选择性加氢技术，首先进行二烯烃饱和，有效地避免烯烃结焦，；之后在较缓和的反应条件下进行脱硫反应以有效地去处原料中的杂质，减少辛烷值损失，生产符合国五标准的汽油。该工艺技术先进，设计合理，能够保证我厂汽油加氢单元的顺利生产，实现最大限度的经济效益。

参考文献

[1] 陈长生主编.石油加工生产技术[M].北京：高等教育出版社，2007：164.

（上接第70页）

国地域广阔，自然资源丰富，但人均占有量远低于世界平均水平。西方发达国家的工业发展，采用先污染后治理的道路，我国应该引以为戒，遵循以防为主、防治结合的原则。具体来说，废弃物不能直接排放，必须按照法律规范进行处理；或者进行回收再利用。以废水处理为例，可以采用沉淀法，将重金属离子转化为化合物，从而降低废水的危害，避免造成土壤污染和水体污染。

3.4 降低动力损耗

随着化学工程学科的发展，多相物系、高黏度流体、非牛顿型流体的传递规律，成为新的研究课题。针对化学反应中的多重定常稳定态问题进行研究，既能为反应器的设计和操作提供依据，也有利于化工研究和实际应用的结合。化学工程和生产工艺的纵深发展，能延长生产链、提高附加值，满足新形势下化工行业的发展需求。

4.2 向新领域渗透

化工生产除了消耗能源外，还会造成动力损耗，降低动力损耗，能节省生产成本，提高经济效益。具体操作如下：一方面，采用变频技术，适当调宽节能调速的范围，能减小电机拖动系统的能源损耗。相比于传统工艺，变频技术的应用可以减小系统磨损，延长使用寿命，不论是输入阶段、还是输出阶段，均能保证系统的动态平衡。另一方面，改造供热系统，化工生产系统是多个设备的有机结合，其中供热系统是一个重点，通过升级和优化，可将系统散发的热量传送至各个设备，实现余热的再利用，避免发生高热低用现象，实现节能降耗目标。

3.5 加强生产管理

化学工程和生产工艺向新领域渗透，是该学科的客观需

要，也是学科发展的动力所在。目前，化学工程的研究与物理工程、生物技术、生物医学工程的发展密切相关、相互影响。总结来看，在化工生产领域以外，只要涉及反应过程、传递过程的项目，均可以用到化学工程的知识和经验。5 结语

化学工程的发展与经济社会的进步密切相关。介绍了化工生产工艺流程，指出生产中存在的问题，例如产品质量低下、环境污染破坏、管理力度不足。对此，应该改进生产工艺，应用新型能源，合理处理废弃物，降低动力损耗，并加强生产管理，以推动化工行业可持续发展。

参考文献

[1] 蔡成仪.危险化工工艺生产过程安全管理研究[J].中国化工贸易，2018，10（28）：49.[2] 香永佳.化学工程中化工生产工艺探索及对策[J].读与写，2018，15（21）：194.[3] 马士起.化工生产工艺在化学工程中的运用分析[J].建筑工程技术与设计，2018（14）：4826.

在生产管理上，首先应该结合生产现状，制定完善的管

理制度体系，明确岗位职责，实行生产质量负责制。其次编制合理的奖惩措施，用来激发员工的积极性，树立高度责任心，降低生产风险。最后落实设备的检修养护工作，动态监测运行工况，及时发现问题、解决问题，提高运行稳定性。4 化学工程和生产工艺的未来发展趋势

4.1 学科纵深发展

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