化學工程與工藝中的節能分析

封宇松

摘要：化工企業本身在生產中所消耗的能源比較多，隨著市場產品需求量的增加，化工企業在生產中消耗的能源也處于增加趨勢。而目前我國能源處于短缺狀態，且開采的難度逐漸加大，通過更新機械設備能夠起到能源節約作用，但沒有從根本上解決目前能源問題，并且在化工生產中操作、管理不當，也會導致能源損耗。因此，通過應用節能降耗技術來解決化工生產中能源耗損問題具有一定的必要性。

關鍵詞：化學工程;節能降耗;化工工藝

一、化學工程特點

近年來，以往傳統的化學工程呈現出更多不足，其主要體現為較強的污染特點，主要包含煙霧和毒氣，以及廢料和廢水等，該類物質不具備降解條件，同時化工生產中能源消耗過大，不符合當代可持續發展的基本理念。

化工生產本身作為一個高耗能的行業，以化學熱力學視角來說，在化工生產中，為滿足高溫、高壓等化學反應條件的需求，需要提供大量的能量來支持化學反應。以化學動力學的視角來說，大多數化學反應速度比較慢，或在基本反應條件下很難發生完全反應，為了促使化學反應速率提高，使其達到完全反應的目的，需根據參與化學反應的物質特點適當提高反應溫度，該過程中也會增加能源的消耗。同時，在化學生產中，通常會使用石油、天然氣及煤炭這些基本原料，作為化工生產的燃料和動力，消耗量比較大，部分能源還作為化工生產的原料，比如乙烯、半水煤氣的生產需要的原料分別為原油、焦炭，并且部分化工產品生產工藝路線存在巨大差異，所消耗的能源數量、種類比較多，反映出化工生產所需的能源具有多樣化、復雜性等特點。目前我國化學生產中工藝技術、設備處于不斷更新和升級的狀態，化工生產整體水平明顯得到提高。但與發達國家相比較，我國在引進其高端生產技術方面面臨多種因素的制約，間接反映出我國化學生產技術、設備相對較落后，一定程度阻礙了化工生產行業的可持續發展。同時，目前化工生產中所使用的設備、技術，能源消耗較大，所產生的部分廢棄物會造成環境污染，與當前化工生產所提倡的節能降耗理念相背離。

二、化學工程中節能工藝的應用

1、節能設備

熱管換熱器是一種比較常見的節能設備，并且節能效果顯著。熱管換熱器具有良好的導熱性質，熱傳遞是通過全封閉真空管內工質的蒸發與凝結實現的，因此，熱管具有良好等溫性，還能夠根據實際情況進行傳熱面積的靈活調節，也因此可以實現遠端傳熱。另外，材質不同，熱管的耐高溫性與抗氧化能力也不同，受到材質的限制，可以通過加入陶瓷換熱器的方式彌補這個問題。蓄熱器一般在工業鍋爐中應用比較多，它的功能是在將儲存和回收熱量，這些熱量被儲存起來，在生產需要的時候這些能量會釋放，進而實現循環利用，以此達到降低能耗的目的。以鍋爐工作為例，鍋爐工作會出現氣量波動，氣壓會因此受到影響，還可能出現水位浮動的情況，在這樣的情況下，就會給鍋爐的操作帶來難度，也會導致燃燒效率的降低。針對上述情況可以采取蓄熱器，就能夠使鍋爐工作更加穩定，也可以有效降低其負荷，使鍋爐更好的運行，提高鍋爐的工作效率，最終達到節約能源的目的。

2.變頻調速技術

為嚴格做好化工工藝能耗監控工作，強化生產回收再利用環節，提高變頻調速技術的使用質量，就需要做好以下方面的工作：首先，正確認識水資源和余熱資源這兩種可回收資源的回收過程，使用好蒸發器等設備，保障余熱可以正常傳輸并且通過該過程產生大量的有機蒸汽。其次，利用專用的螺桿膨脹機，以這些有機蒸汽為條件，實現機械能到電能的相互轉化，電能的產生可以反過來回收利用這些余熱，從而降低能耗。除此之外，變頻調速技術可以改變電動機外部電源的供熱頻率，進而實現電動機頻率的變化，調節負載轉速。這種技術可以變革傳統的化工工藝靜態發展過程，調節電動機系統狀態轉換的平衡過程，降低工藝生產能耗。

3.選用高活性催化劑

在化工生產中，為了對化學反應速率進行控制，通常會使用催化劑來輔助化學反應進行，如果所選用的催化劑性能、含量不符合反應要求，會降低化工原料的利用率，而且化學反應所產生的副產品量會增加，導致能耗、化工分離的負載增加，與化工生產所提倡的節能降耗理念相背離。因此，在化工生產環節，應根據反應原理、原料以及條件等選用高活性的催化劑，且對催化劑的量進行合理控制，促使化學反應速率、轉化率提高，比如在使用硫酸鉀制取氧氣的反應中，為了提高反應速率，節約能耗，可以添加適量的催化劑（高活性氧化銅）。

4.PLC控制技術

將PLC應用于實際化工工藝控制中，可以實現生產自動化。PLC也就是可編程邏輯控制器，其本質就是儲存器，同時還可以進行邏輯計算、編程與順序控制，可以根據實際情況對生產過程進行靈活調控。PLC系統通過數據采集對相關工作進行控制，系統模塊會對采集的數據進行分析和轉化，分析數據的準確性高，能夠為生產中的節能降耗提供有力支持。另外，系統能夠對數據進行自動掃描，結合相關的圖標、文字對數據進行綜合性分析，最終工作人員通過數據分析結果，就可以對設備進行相應的調節，已達到降低耗能的目的。工藝順序控制可以對可選功能組級進行獨立開啟，或者關閉，這樣可以滿足單項控制需求，一旦其中一個環節出現問題，不會影響其他環節的工作，這樣可以達到降低耗能的目的。PLC中斷、關閉或者停止信號，以保證程序的開啟或者關閉，自動化控制技術的應用大大提升了系統運行效率和穩定性。

結語

化學工程中多種試劑反應、生產環節產生廢氣、廢水等，導致環境污染嚴重。故需開發優質化學工程，深入研究化學工程工藝，從源頭上控制多項工業污染出現。發展化學工程工藝，可控制有毒物質排放、降低資源能源流失及消耗，也可控制危險化工品使用，對未來化學工程工藝發展意義重大。

參考文獻

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