對材料在化學工程中重要性的探究

王靖凱

摘 要：本文闡述了材料對于化學工程的重要性與必要性。通過了解《材料化學》，我們可以初步了解到一些材料在化工行業中的應用及其相關的原理，使我們明確不同材料功能與哪些基礎知識相關， 怎樣用這些基礎知識來解釋材料的性能、解決實際材料設計中的問題，從而更高效完成相關任務。

關鍵詞：材料；化學工程；重要性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.025

1 化工行業中材料的重要性

1.1 化學工程技術需要新材料的支撐

工程技術水平的提高需要新材料的支撐。材料的力學、化學等方面的性能對化學工程的規模、成本、效率等密切相關。化學工程領域的核心技術是分離與反應及過程裝備技術，新材料的特性在其中發揮著關鍵的作用。其中關注較多的新材料如膜材料，新型吸附材料，并且依靠這些新材料發展起來許多新技術，例如膜分離等技術。

吸附蒸餾技術是以吸附材料為基礎開發出的一項新型技術， 該過程使用一個吸附蒸餾塔讓吸附與蒸餾同時操作得以實現，通過這樣的設計使分離因素，脫附作用等得到了提高和強化，從而使得這種吸附蒸餾技術與傳統的分離技術相比具有很多優點，除了前面列舉的優點，還有可以持續操作并且生產能力較大等優點。又比如，新開發的陶瓷膜材料，使我國率先形成陶瓷膜新產業，同時以陶瓷膜為基礎發展出一系列的新興技術：用膜催化反應制備合成氣、納米催化陶瓷膜集成反應器。這一些依靠新材料發展出來的新型的工業技術，使我國的化學工程向國際上邁了很大的一步，并且使我國的經濟得到了快速的發展。

1.2 材料的需求決定化學工程的研究與生產的方向

現目前，我國在化工材料方面有了很大的進展，主要的石油和化工產品產量居世界前列。化工材料從最初滿足基本生產需要的基本材料發展到現在用于各種新領域的新材料，如用于可再生能源產業的多晶硅、碳纖維；用于腐蝕環境的芳綸、氟材料、硅材料、工程塑料；用于海水淡化、污水處理、現代分類技術的各種膜材料；有利于環境的各種生物質基材料；用于國防、軍工的特種纖維、特種聚合物等。這些新材料的需求對于我國整個工業領域的發展都有著及其重要的意義。

為了滿足這些新材料的需求量，就必須把它們實現工業化，這就需要化學工業結合各個方面的因素對這些生產工藝進行設計與推廣，以達到最優化綠色經濟的要求實現生產。所謂綠色經濟包括原子經濟，零排放等，目前，一種新型鈦硅分子篩催化材料能夠實現“原子經濟”反應，原因在于這種材料具有定向氧化催化的功能。并且由于化工工業上的氧化反應大多都難做到零排放，例如丙烯環氧化反應，而這種新材料便有可能使其成為零排放反應，并且將其實現工業化，為化工生產提供了一個發展方向。

1.3 新材料的制造對化工行業的必要性

我國在化工新材料的研究上與國際水平還有較大的差距，主要體現在以下幾個方面：

化工行業專用設備在大型化、創新性以及核心技術方面能力不足。核心與高端技術及設備依賴進口（依賴度70%），成為行業轉型升級的“瓶頸”。

化工設備核心材料使用的可靠性與壽命不高，腐蝕失效及其事故頻繁，腐蝕防護和工藝過程與國外有較大差距。

由此可見，新材料的研發成為當務之急，將材料化學應用于化工行業，走理工交融、理論知識與實踐技能并重的路子，能有效地提升能源的利用效率，使得污染排放量不斷降低。因此，我們要充分挖掘其有效價值，推動我國社會經濟發展。

2 材料對從事化工行業的具體作用

2.1 在設備材料設計方面的作用

對于化學工業中的生產設備，不是所有的材料都是標準的，當我們需要一些非標準的材料時，就需要對一些原有的一些材料進行設計與模擬，這就需要運用到“材料化學”中所學到的各種關于材料的知識，從材料的成分與結構、制備（合成）與加工、性質（性能）及使用性能方面對材料進行更深層次的設計運用。

2.2 在設備材料選擇方面的作用

由于化學工業是多品種的基礎工業，所以為了適應多種化工產品生產的需要，工程上設計出很多化工設備，不同種的化工設備的型號，材質又有多種，并且不同種的化工設備有不同的操作條件。比如說，最常考慮又必須要考慮的條件有溫度，壓力，處理的介質，對于溫度來說，常常有低溫、常溫、中溫、高溫、超高溫之分，同樣對于壓力來說也是如此。而介質則分為腐蝕性的、易燃易爆的、有毒或者劇毒的。所以在選擇化工設備的材料時需要從材料的化學性能、力學性能、物理性能和加工工藝性能等方面出發，所以，合理選擇和正確使用材料對化學工業來說顯得尤為重要。

例如液氨貯罐材料的選擇：首先考慮到貯罐內的介質為冷凝后的液氨，對大多數材料沒有腐蝕作用；其次考慮壓力，由于氨氣冷凝需要加壓，又考慮到貯罐受大氣溫度的影響，所以根據規定，確定其壓力；最后選擇材料的品種，根據前面的分析，確定其材料需要耐壓，耐低溫，且抗壓力波動。在根據材料性能的對比，選出符合這些條件的材料，例如16MnR材料。

3 結束語

化學工業是國民經濟重要的支柱產業和基礎產業，資源、資金、技術密集，產業關聯度高，產品應用范圍廣。而材料是一切科學技術的物質基礎，一切工業的發展都要有賴于材料的發展。一方面，化工設備及反應原料的更新，都需要依托材料的進步；另一方面很多材料的制備與加工需要用化學工程中化工單元技術與理論，所以，材料化學與化學工程是相互交聯，相互滲透的。 “材料化學”綜合了有關材料的制備、組成、結構和性能等知識，使我們了解結構與材料物性之間的關系，更好地促進化工與材料的交融。

參考文獻：

[1]孫宏偉，段雪等.化學工程學科前沿與展望[J].北京：科學出版社，2012.endprint