化工工艺及典型化工设备节能策略

杨学民

（河北圣雪大成制药有限责任公司，河北石家庄 051430）

传统的化工生产需要用到易燃易爆以及有毒物质，并且会消耗大量的能源。而随着化工生产技术水平不断提升，通过改进化工工艺、升级设备实现绿色生产和资源重复利用，降低对环境的损害已经成为许多企业正在着力研究的目标。化工工艺设计方案的好坏直接关系到化工企业生产能否安全有序开展，对于实现节能减排，降低生产成本起着关键的作用。本文将详细分析在化工工艺中采用节能策略的重要性

1 在化工工艺中采用节能策略的必要性分析

随着现代化工生产技术的不断发展进步，以及化工企业生产规模扩大、管理层级增多，产量在快速增加的同时，产业发展与环境保护的矛盾日益突出。目前，我国的化工企业在化工工艺设计上主要存在以下两个问题：一是在实际的生产过程中，采用了不可逆和不合理的设计方案、导致原料运输、储存和启动设备过程中的能源损耗增加，造成原材料的严重浪费，成本增加。此外，当前，许多化工企业的化工工艺设计大都着重于如何提升生产效率和品质，而对于如何适当合理利用废弃物缺乏正确的认识，导致许多废渣废物得不到适当地处置就被排放到自然中。生产者缺乏循环利用的观念，违背绿色生产的原则，这不仅会对生态环境产生不可逆的损害，长此以往还会损害企业的社会效益。因此，改进化工工艺设计，采用节能策略对于解决上述问题具有重要的意义。

从企业生产的角度而言，在化工工艺中实施节能措施能够保护现有资源，降低设备损耗，贯彻可持续发展的目标。而从长远发展的角度来看，转变以往只以盈利为目的的落后的发展形式，以保护环境、绿色生产为出发点设计工艺路线、升级改造设备，能够推动管理者积极思考，努力实现资源最优化调配，合理安排生产方案，提升产能效益，树立良好的企业形象。

2 化工工艺设计环节的节能问题分析

2.1 设备选择问题

在化工车间中的设备多种多样，主要有普通分离设备、吸附设备、结晶设备以及各种塔器和反应器等，这些设备组装工序复杂，相互联系，一旦某一环节出现操作失误，将会影响生产的顺利开展，并且增加安全隐患，浪费生产材料。而随着绿色生产已经从软性要求成为评估化工企业发展质量的硬性指标，设计人员在制定工艺路线和设备安装方案时，除了考虑是否符合国家安全标准以外，生产设备的动能转化效率、维护成本以及排放和污水净化处理设备应该如何安装等问题也需要进行深入研究。作为化工企业，应定期对设备进行维护和保养，逐步淘汰落后的设备，积极开发新的节能设备，提升生产的效率和产品品质，在环境保护中发挥重要的作用。[1]

2.2 材料选择问题

化工生产过程中会消耗大量的能源。由于生产原料性质特殊，对于有毒有害、易燃易爆物质的储存也有对应的要求。因此，在选择材料时，必须结合企业实际的生产情况和储存条件，对于原料使用的多少、配比以及使用细则做出严格的规定，这是实现安全规范生产的基本要求。除了上述几点以外，在生产过程中，合成和分解某种材料会消耗过量的能源、或者会排放过多的污染物，并且废渣废水循环利用的难度大，会对环境带来负面影响，化工设计者应当考虑寻找更适合生产的替代品，从而达到节能降耗的要求。

3 化工生产常见的节能设备

3.1 储热器

热能散失、能源转换率低是目前化工生产中存在的一大问题之一，能源转换效率低下，会导致设备内温度达不到指定要求，原料得不到充分的合成，转化时间过长，会直接影响到产品的品质。而在工业锅炉中存储一定热量，并在需要的时候释放热量，减少散失。同时该装置能够有效稳定过滤能力，强化锅炉燃烧能力，能源利用率也会相应提升[2]。

3.2 热管转换器

热管转换器的工作原理主要利用其将热流体与冷流体区分开来，如果在利用中某个热管发生故障也不会影响其他部分运行，也可以在易燃易爆区域使用。该装置被应用到生产中以后还可以实现冷热流体逆流换热，并且转换设备体积小，容易安装，能够产生良好的经济效益。

3.3 热泵

热泵主要是通过消耗自身能量，且将周围能源汇集在一起，然后经过传热循环系统实现加温，这样一来就可以将冷凝器中的热量释放出去，并传递到储水箱中，然后再在膨胀阀的作用下回到蒸发器中，实现能源的循环利用。

4 化工工艺节能具体措施

4.1 优化废渣和废水处理设施，实现资源循环利用

化工企业会产生大量的废渣和废水，这些物质经过无害化处理后可以被重复利用，实现对资源的循环利用，缓解化石能源和水资源日益紧张的局面，减轻环境污染。举例而言，许多化工生产企业都会引进微生物处理废水，但常规的技术不仅处理成本高，并且效果不理想。因此，通过升级废水处理系统，采用固定化微生物技术，利用褐藻酸钙等天然凝胶以及聚丙烯酰胺等高分子材料作为载体，定向筛选优质菌种，将其固定在载体上，能有效提升处理器中微生物含量，有利于加快集中处理的效率。此外，由于废渣和废水成分复杂，设计人员需要结合实际情况，对废渣和废水有害的程度进行合理的评估，采用最恰当的处理方案，既能控制处理成本，又能达到最佳的处理效果。

4.2 采用阻垢剂和催化剂，提升动能转换率

阻垢剂和催化剂是化工生产中常用的两种添加剂。合理将其应用于生产中，能有效提升动能转换率。热反应器在运行的过程中，会与化学物质发生反应，产生铁锈和结垢，影响设备运行效率，降低使用寿命。因此，在维护和检修机电设备的过程中，添加适量的阻垢剂，能够有效阻止难溶性无机盐在金属表面形成沉淀和结垢，保护设备。此外，适当利用催化剂，不但能加快原料合成速度，还能提高转化比例，节省原料。例如，乙烯通过氧化从而制得环氧乙烷所使用的银催化剂，其可以以碳化硅或者是α-氧化铝作为载体，同时可以加少量的氧化钡为助催化剂，产生了良好的效果[3]。

4.3 完善工艺路线设计，升级生产设备

在化工工艺和设备中应用节能设施，除了升级废渣废水处理设施、合理使用催化剂和阻垢剂以外，还需要完善化工工艺路线设计，对细节部分进行完善，升级生产和污水处理设备。首先，需要完善管道设计方案，选择合适管道材料，增强其抗腐蚀能力[4]，根据实际生产情况确定管道型号，并且定期对其进行检查和保养，防止渗漏。此外，为了达到节能降耗的生产标准，管理者还要优化生产管理模式，加大研发力度，升级和改进设备。举例而言，为解决分离提纯过程中能源损耗过多的问题，可以适当优化精馏塔工作压力，这样就可以有效强化回流比，同时也可以通过热泵蒸馏的方式减少分离能源损耗。

5 结语

现代化工生产除了坚持安全第一的原则以外，为了减轻对环境的破坏，还需要优化化工工艺设计、改进设备，以实现绿色生产。采取节能降耗措施对于帮助企业降低生产成本，树立良好的社会形象具有重要的意义。在化工工艺设计中，需要结合实际情况，考虑设备和材料选择问题。化工工艺中常见的节能设备主要有储热器、热泵、热能转换器等。而要实施节能措施，需要做到以下几点，第一，优化废渣和废水处理设施，有效实现资源循环利用，降低对环境的负面影响。第二，合理利用阻垢剂和催化剂，加快反应速度，此外，还要完善工艺路线设计，升级和改进生产设施，使能耗和排放量符合国家标准。