化学工程与工艺对化学工业节能的促进作用分析

曲敬芳(山东华鲁恒升集团有限公司，山东 德州 253000)

0 引言

在绿色环保理念的指导下，要求化学工程与工艺在发展时能够尽可能地降低对环境所造成的污染，同时在化学反应生成的过程中，应尽可能地降低有毒副产物的产生[1]。而在化学工业发展时，应对设施设备性能进行改进和提升，降低对能源的消耗，进而使化工领域在为我们提供服务的过程中以尽可能小的副作用促进生产价值的提升，进而促进化学工业的进步，促进人类与自然和谐发展。

1 化学工程与工艺发展现状研究

化学工程与工艺渗透到了我们日常生活、工作的方方面面，基于该领域的应用，使得人们的生活质量和水平得到了显著提高。然而，在化学工程与工艺广泛应用的过程中，其对我们的生存环境所带来的影响较大。化学工业作为化学工程与工艺领域应用的具体体现，在其广泛发展的过程中，使得化工垃圾、大气污染、水污染、土地污染等领域都遭受了重要损失。而造成这一现象的主要原因是，在化学工程与工艺应用初期，其对人们生存环境所带来的影响没有引起人们的充分重视，同时对化学工程与工艺应用过程中的基本特性也没有准确深入地研究，相应的技术和研究还不够成熟。在采用化学工程与工艺为人类服务的过程中，没有做好严格有效的把控，没有科学系统化的管理措施，使得化学工程与工艺在发展过程中既导致了大量的资源浪费与枯竭，同时化学工业副产物也对生态环境带来了严重的破坏[2]。例如，很多化工企业在生产的过程中对于部分化工垃圾没有采用科学有效的处理措施，导致化工垃圾直接排放，造成的土地污染和水污染。同时，在进行化学工业的过程中，对相关的工艺要求标准较高，若相应的科学技术措施和设施设备不够完善，会导致在化学工业的过程中产生大量废气污染到大气环境。

因此，结合化学工程与工艺在历史发展时期的现状进行总结，一方面对化学工程与工艺的研究与科学技术应用不足，粗放型的发展使得化学工程与工艺发展时的资源投入较大，在大量资源被应用的过程中也造成了资源的浪费。在资源控制方面的不足使得化学工程与工艺未来的发展面临着新的挑战。另一方面对化学工程与工艺发展时的相关工艺技术未进行有效改进与提升，在环境污染方面未做到有效保护，其带来的环境伤害性是现阶段面临的重要问题。基于这一现状，对于化学工程与工艺在未来发展的过程中，一方面要实现化学工程与工艺的自动化发展，基于自动化技术的应用从人力、物力、财力等方面资源进行节约，同时也基于自动化设施设备的应用使各项化学工业工艺更加精准严谨，使每一份化学材料在投入之后都能够得到科学有效的应用，通过精细化的管理、缜密的计算、严谨的工艺，使化学工程与工艺产生更高的价值，更好地为人类服务[3]。另一方面基于环境保护的现实需求在化学工程与工艺发展的过程中要向绿色化学发展。通过绿色化学技术使化学工程与工艺应用过程中的废弃物排放达到环境保护的标准，在化学工业的工艺流程方面不断提升，进而使化学工程与工艺生产水平与质量得到显著提升，同时又不会造成资源的浪费，不会对环境造成污染，使化学工业绿色化，满足人类的发展需求。深入研究化学工程与工艺自动化发展与绿色发展这两个方向，彼此之间是相互促进、互相协同的两个方面。在实现化学工艺自动化发展的过程中，能为化学工业的绿色发展奠定良好的基础，而绿色发展的目标又倒逼化学工业自动化水平不断提升。因此，两者相辅相成，共同促进，进而为后期的化学工程与工艺发展提供指导方向，为化学工业节能奠定良好的基础[4]。

2 化学工程与工艺在化学工业节能方面的应用

2.1 基于自动化发展的化学工程与工艺应用

基于自动化的应用将使化学专业用在产业领域方面得到广泛延伸，以此为基础产生的新型产业也将更好地服务于广大人们的生产与生活。而在自动化应用于化学工业的过程中，学科融合是基础，物理、化学、数学等多学科通过有效融合，针对各项新型技术进行联合应用，对化学工程与工艺进行全方位包容，使化学工业工艺拥有了更广阔的发展空间[5]。自动化发展之所以成为化学工业未来的发展方向，主要是因为在传统的化学工程与工艺发展过程中，其自动化技术的应用较低，使化学工业在生产效率方面得不到有效提升，同时在化学工艺质量方面也得不到提高。这一现状不仅影响到化学工业的发展水平，同时在自动化效率不高的情况下导致多项资源浪费，使企业的发展成本居高不下，而产生的有利价值得不到提升，影响到化工企业发展过程中的经济效益，而在外部环境不断波动的情况下影响到化工企业发展的稳定性。

2.1.1 自动化之无人化操作产品包装设备

在化学工程与工艺领域发展的过程中，基于MES生产管理系统的应用使得化学工业在生产成本和管理效率方面得到显著提升，而且在提升效率的过程中不仅有效节约了生产资源的投入，同时在人力、物力等资源方面也得到有效节约，是促进化学工业节能生产的重要措施[6]。在MES生产管理系统中的无人化操作产品包装设备，能够采用机械化操作进行包装，可有效降低人力的投入，尤其是对于部分具有一定辐射性或者具有严重有毒性的化工产品在进行包装时，可有效规避其对人体所带来的伤害。因此，通过运用自动化设备进行化工产品的包装，能够24 h无间断工作，能够达到人工投入所能产生的同等价值和效益，而且还有效规避了人员在生产投入过程中可能产生的安全性问题，作为一种安全、高效的自动化设施设备将促进化学工程与工艺自动化水平的显著进步。

2.1.2 自动化之信息化管理

自动化包装设备在化学工程与工艺领域的应用仅仅是冰山一角。基于MES生产管理系统，能够对参与化学工业各环节的所有机械设备进行实时监控，而在监控的过程中通过分析各项设备的运行参数，及时发现设施设备运行过程中可能存在的问题和异常现象，基于发出的异常信号能够及时对设施设备进行调整，以保障相应的工艺生产环节不出现任何问题。通过数据支撑实现信息化管理，使得管理效率得到显著提升，管理更加智能化，而所带来的最直接影响就是化学工程与工艺水平得到提升，能够使生产效益和产品质量得到显著提高。自动化监控管理系统的应用，使得所有参与化学工业的设施设备在管理水平方面得到显著提升，任何设施设备出现异常问题都能够及时发现，能够及时针对化学工业工艺进行调节，保障生产效率和质量。而对相应的设施设备也能够按照数据参数进行定时的维修和管理，使设施设备在使用过程中的寿命得到延伸，使用性能得到显著提高。

2.1.3 自动化之DCS技术

通过自动化进行设备检修能够使化学工业工艺整个产业结构得到科学规划和调整，使化学工业过程中的流程更加科学，从传统的按不同生产环节进行分散管理向现阶段基于MES生产管理系统的协同综合化管理。而自动化管理技术的应用在人力资源方面得到有效节约，降低了企业生产过程中的人工成本，在该系统中的DCS技术能够对各项设施设备进行精细化监控，进而维持各项设施设备运营过程中的安全性和稳定性，及时进行故障修复和排查。基于设施设备的精细化操作和数据的精准计算，有效规避了人为操作过程中不稳定因素带来的损失以及对工艺生产产生的影响，因此基于MES的自动化管理技术应用从化学工业各环节、各板块、全方位提升化工水平，使化工工业节能生产目标得以实现。

2.1.4 自动化之其他领域

当然除了在自动化管理方面的应用之外，自动化管理技术涉及到的化学工业工艺应用范围非常广泛，而且近几年来随着化工技术与产业发展水平的不断提升，其自动化应用已经涉及到医药、高科技以及科研等多方面领域并发挥了独特的应用优势。可以说，现阶段在化学工业工艺发展过程中自动化发展已经是化工技术进步与提升的关键。而基于经济效益和环保等多方面影响因素的倒逼，使各化工领域和企业也在不断的进行自动化技术的研发，自动化技术将成为化学工业发展的常态化应用。

2.2 基于绿色化学的化学工程与工艺应用

化学工程与工艺在发展的过程中除了向自动化方向转变之外，绿色化学也是化学工程与工艺发展的重要目标。绿色化学的诞生与现阶段人们逐渐提升的环境保护意识密切相关，小到每一个个体、每一片区域，大到国家以及全球环境，都充分注重化学工业过程中的环境保护问题。而绿色化学应有效转变的人们在传统化学工业过程中的“末端治理”现状，通过多样化的环保技术应用使得绿色化学发展水平得到显著提升。在绿色化学理念指导下，不仅仅体现在技术投入方面逐渐向绿色无污染方向发展，在原材料选择以及资源投入方面也逐渐向绿色方向迈进，在化学工业发展的过程中运用无毒无害的原材料、在化工生产的过程中设置出无毒无害的反应环境，使得化工反应在实施的过程中具有更广阔的选择性，生产实施过程中的毒副产物产量不断降低。化学工业基于绿色技术的应用向清洁生产、零排放等多项目标奋进。结合绿色化学在化学工程与工艺领域的应用可以从化工反应的原料投入、催化剂应用、辅助剂应用以及能源应用等多方面践行绿色化发展理念。

2.2.1 原料投入绿色化

在化学工业的过程中，原料的基本化学性质直接决定着化学工艺的设置以及化工产物的基本属性，而在进行化学工业生产时尽可能的选择绿色原材料，使化学工业的各个环节实现绿色无污染目标，而生产之后的产物也属于无毒无害产品，彻底转变了传统的化学生产现状。例如，在进行原材料投入时选择可再生的绿色资源作为化工原料。而这些绿色化工原料来自于植物、农作物、海产物、城市废弃物等多方面，这些绿色资源在应用时可通过一系列反应得到醇、酮、酸等常用的化工原料，在生产的过程中主要是基于微生物的细胞分解发生化学反应作用。在这一反应链条中所投入的原材料为绿色无污染物，化学反应实施过程中为微生物分解不会带来常规的化学反应所产生的污染排放现象，全过程属于清洁无污染流程。

2.2.2 催化剂应用绿色化

在催化剂应用方面尽可能的选择绿色无污染催化剂，在化工反应过程中催化剂是重要的组成部分，科学合理的选择催化剂可以保障化学反应的顺利实施，同时也是提高化学反应效率的重要措施。而基于绿色化学技术的应用在进行催化剂选择时，也尽可能地减少有毒副产物的产生，降低对环境的污染，发挥各项绿色资源的有效作用，使其在化学反应中有效发挥催化作用。例如在进行化工生产时运用固体催化剂、分子筛、杂多酸等催化剂来代替常用的浓硫酸进行精细化生产，既简化了化学工艺流程，同时又减少了在催化剂应用过程中可能产生的“三废”排放量，绿色催化剂的应用使得化工生产污染减量化目标得以实现。

2.2.3 溶剂和助剂绿色化

化学工业生产中的溶剂和助剂应用也逐渐向着绿色化方向发展。溶剂和助剂贯穿于化学反应的全过程，无论是在化学产品的分离，还是在化学反应催化环节等都会广泛应用溶剂和助剂来保障化学反应过程的顺利进行，以规避化学反应过程中可能出现的其他特殊障碍。然而，在传统的化工领域，其溶剂和助剂的应用大多具有挥发性和毒性。这类溶剂和助剂在应用时，会影响到生产工人的身体健康，同时以此为原料所产生的化工产物也存在一定的环境污染性。而基于绿色化学所诞生的绿色溶剂和助剂在应用的过程中，不仅能够达到与传统有毒化学助剂和溶剂应用时的同等效果，更重要的是绿色无污染的特点使其在应用过程中的损耗较低，产生的化工产物更加绿色化，反应过程及其反应之后的产物不会对环境造成任何污染，使得化学工业的绿色化目标得以实现。

2.2.4 工业能源绿色化

化学工程与工艺的能源应用方面逐渐向着绿色化方向发展，这主要体现在化学工艺的全过程都需要能源作为动力。例如，在化工生产的吸热反应中需要基于能源供应为化工反应提供热量，以促进化学反应的高效进行，而在化工反应的放热反应中，对所放出的热量也需要基于能源的供应对热量进行转移和应用，通过冷却以保障化学反应的安全。在化工反应的蒸馏、萃取、结晶、超滤、分离、纯化等相关过程中需要消耗大量的能量以保障各项工艺的顺利实施。传统的碳热能源会消耗大量的煤炭资源，而现阶段基于能源发展水平与技术的提升，光能、电能、微波能、超声波能广泛应用于化工反应过程中，这些能源都是绿色清洁能源，在保障化工反应顺利实施时，不会造成大量的资源浪费，尤其是光能和水电属于可再生资源，符合化学工业可持续发展的基本要求，在化学工业节能降排方面能发挥重要的价值。

2.3 基于生物技术的化学工程与工艺应用

生物技术在化工工业中的应用，主要表现在以下几个方面：

(1)生物化工。生物酶在生物体内是一个高效的催化酶，并且这种生物酶的催化性能非常好，具有很强的专一性，应用生物酶不仅可以增加生物酶反应效率，还能提升反应质量，所以生物技术可以应用在各种生物酶反应中。

(2)化学工程。将生物技术引入绿色化学工程与工艺中，将可再生能源转化成化学品，对提高绿色化学工程的应用性能具有重要影响意义。生物技术应用的原料大多来自于自然，这种原料的反应效果和催化作用远远高于一般工业原料，并且其应用性能也非常好，反应产生的污染物很少，具有良好的无污染性、高效性、节能性。

3 结语

化学工业与我们的日常生活息息相关，而基于环境保护和可持续发展理念的指导，现阶段的化学工程与工艺应逐渐向自动化、绿色化学、生物技术方向发展。

自动化技术在获得同等经济效益的情况下，降低资源的投入，从人力资源、材料资源以及能源等方面进行全方位节约。

同时，基于绿色化学技术的应用在原材料、催化剂、溶剂和助剂、能源等方面采用绿色化产品，降低对环境的污染。基于生物技术的应用，运用生物酶不仅可以增加反应效率，还能提升反应质量，多措并举，逐渐实现化学工业的资源节约和生态环保指标，充分发挥化学工程与工艺在化学工业生产过程中的节能减排效用。