化学工程与工艺中的节能分析

封宇松

摘要：化工企业本身在生产中所消耗的能源比较多，随着市场产品需求量的增加，化工企业在生产中消耗的能源也处于增加趋势。而目前我国能源处于短缺状态，且开采的难度逐渐加大，通过更新机械设备能够起到能源节约作用，但没有从根本上解决目前能源问题，并且在化工生产中操作、管理不当，也会导致能源损耗。因此，通过应用节能降耗技术来解决化工生产中能源耗损问题具有一定的必要性。

关键词：化学工程;节能降耗;化工工艺

一、化学工程特点

近年来，以往传统的化学工程呈现出更多不足，其主要体现为较强的污染特点，主要包含烟雾和毒气，以及废料和废水等，该类物质不具备降解条件，同时化工生产中能源消耗过大，不符合当代可持续发展的基本理念。

化工生产本身作为一个高耗能的行业，以化学热力学视角来说，在化工生产中，为满足高温、高压等化学反应条件的需求，需要提供大量的能量来支持化学反应。以化学动力学的视角来说，大多数化学反应速度比较慢，或在基本反应条件下很难发生完全反应，为了促使化学反应速率提高，使其达到完全反应的目的，需根据参与化学反应的物质特点适当提高反应温度，该过程中也会增加能源的消耗。同时，在化学生产中，通常会使用石油、天然气及煤炭这些基本原料，作为化工生产的燃料和动力，消耗量比较大，部分能源还作为化工生产的原料，比如乙烯、半水煤气的生产需要的原料分别为原油、焦炭，并且部分化工产品生产工艺路线存在巨大差异，所消耗的能源数量、种类比较多，反映出化工生产所需的能源具有多样化、复杂性等特点。目前我国化学生产中工艺技术、设备处于不断更新和升级的状态，化工生产整体水平明显得到提高。但与发达国家相比较，我国在引进其高端生产技术方面面临多种因素的制约，间接反映出我国化学生产技术、设备相对较落后，一定程度阻碍了化工生产行业的可持续发展。同时，目前化工生产中所使用的设备、技术，能源消耗较大，所产生的部分废弃物会造成环境污染，与当前化工生产所提倡的节能降耗理念相背离。

二、化学工程中节能工艺的应用

1、节能设备

热管换热器是一种比较常见的节能设备，并且节能效果显著。热管换热器具有良好的导热性质，热传递是通过全封闭真空管内工质的蒸发与凝结实现的，因此，热管具有良好等温性，还能够根据实际情况进行传热面积的灵活调节，也因此可以实现远端传热。另外，材质不同，热管的耐高温性与抗氧化能力也不同，受到材质的限制，可以通过加入陶瓷换热器的方式弥补这个问题。蓄热器一般在工业锅炉中应用比较多，它的功能是在将储存和回收热量，这些热量被储存起来，在生产需要的时候这些能量会释放，进而实现循环利用，以此达到降低能耗的目的。以锅炉工作为例，锅炉工作会出现气量波动，气压会因此受到影响，还可能出现水位浮动的情况，在这样的情况下，就会给锅炉的操作带来难度，也会导致燃烧效率的降低。针对上述情况可以采取蓄热器，就能够使锅炉工作更加稳定，也可以有效降低其負荷，使锅炉更好的运行，提高锅炉的工作效率，最终达到节约能源的目的。

2.变频调速技术

为严格做好化工工艺能耗监控工作，强化生产回收再利用环节，提高变频调速技术的使用质量，就需要做好以下方面的工作：首先，正确认识水资源和余热资源这两种可回收资源的回收过程，使用好蒸发器等设备，保障余热可以正常传输并且通过该过程产生大量的有机蒸汽。其次，利用专用的螺杆膨胀机，以这些有机蒸汽为条件，实现机械能到电能的相互转化，电能的产生可以反过来回收利用这些余热，从而降低能耗。除此之外，变频调速技术可以改变电动机外部电源的供热频率，进而实现电动机频率的变化，调节负载转速。这种技术可以变革传统的化工工艺静态发展过程，调节电动机系统状态转换的平衡过程，降低工艺生产能耗。

3.选用高活性催化剂

在化工生产中，为了对化学反应速率进行控制，通常会使用催化剂来辅助化学反应进行，如果所选用的催化剂性能、含量不符合反应要求，会降低化工原料的利用率，而且化学反应所产生的副产品量会增加，导致能耗、化工分离的负载增加，与化工生产所提倡的节能降耗理念相背离。因此，在化工生产环节，应根据反应原理、原料以及条件等选用高活性的催化剂，且对催化剂的量进行合理控制，促使化学反应速率、转化率提高，比如在使用硫酸钾制取氧气的反应中，为了提高反应速率，节约能耗，可以添加适量的催化剂（高活性氧化铜）。

4.PLC控制技术

将PLC应用于实际化工工艺控制中，可以实现生产自动化。PLC也就是可编程逻辑控制器，其本质就是储存器，同时还可以进行逻辑计算、编程与顺序控制，可以根据实际情况对生产过程进行灵活调控。PLC系统通过数据采集对相关工作进行控制，系统模块会对采集的数据进行分析和转化，分析数据的准确性高，能够为生产中的节能降耗提供有力支持。另外，系统能够对数据进行自动扫描，结合相关的图标、文字对数据进行综合性分析，最终工作人员通过数据分析结果，就可以对设备进行相应的调节，已达到降低耗能的目的。工艺顺序控制可以对可选功能组级进行独立开启，或者关闭，这样可以满足单项控制需求，一旦其中一个环节出现问题，不会影响其他环节的工作，这样可以达到降低耗能的目的。PLC中断、关闭或者停止信号，以保证程序的开启或者关闭，自动化控制技术的应用大大提升了系统运行效率和稳定性。

结语

化学工程中多种试剂反应、生产环节产生废气、废水等，导致环境污染严重。故需开发优质化学工程，深入研究化学工程工艺，从源头上控制多项工业污染出现。发展化学工程工艺，可控制有毒物质排放、降低资源能源流失及消耗，也可控制危险化工品使用，对未来化学工程工艺发展意义重大。

参考文献

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