我国化工过程强化技术理论与应用研究进展

2022-12-04

前言:

化学工业在我国国民经济之中占有十分重要的比重, 为我国经济发展和国防建设做出了巨大的贡献。在化学工业创造可观的经济价值的同时, 也消耗了大量的能源和资源, 对环境造成了巨大的污染, 制约了我国经济和环境的可持续发展。化工过程强化技术被认为是能够有效节能减排的技术手段, 其理论与应用研究在我国取得了一定的进展, 为化学工业的发展提供了一定的动力。

一、化工过程强化技术概述

化工过程强化技术是一种能够明显减小工厂与设备的体积, 高效节能、清洁环保并且能实现可持续发展的新型化工技术, 化工过程的最终目的就是将原材料进行转化, 形成满足需要的产品, 并完成生产过程的零排放[1]。化工过程强化技术具有两个不同的实现途径, 一个是设备的强化, 一个是过程的集成。设备强化就是将设备进行小型化和微型化的处理, 在减小设备体积的同时提高设备的生产能力。过程集成是要将化工的过程进行集成化的处理, 是系统优化的技术之一。

二、我国化工过程强化技术理论与应用研究进展

1. 超重力强化技术

超重力一般是指物质在比地球的重力加速度大很多的环境之下承受的力。在地球上很难在正常的环境中感受到这种力, 实现超重力环境的常用方法是通过旋转产生的离心力进行模拟。超重力机和旋转填充床是能够实现这种旋转模拟的设备。不同物料在超重力的环境之下, 会被旋转时形成的强大剪切力撕成细小的微粒, 相间传质速率得到了很大的提高, 分子的混合效率也在提升, 从而可以使设备的体积减小[2]。超重力强化技术在强化传递和多相反应过程中的突破性得到了广泛的认可。

关于超重力强化技术的理论研究在最近几年广泛展开, 人们开始逐渐了解流体在超重力环境之下的流动特征和力学特征, 理论研究的主要方向是对于“三传一反”规律的研究。所谓“三传一反”规律是指传质规律、混合规律以及反应耦合规律等, 最早的研究是对旋转填充床之中的液相的总体积传质系数进行了分析, 研究结果表明超重力环境下比传统塔器环境下的体积传质系数有所提高。随着科学技术的发展, 可视化的研究技术逐渐产生并得到了广泛的应用, 在此基础上, 研究者建立了关于填料空间之内的飞行液滴的运动和传质方程, 并通过方程得出了空间液体传质系数的表达式。陈建峰等专家学者建立了传质模型, 对超重力机中的水脱氧过程进行研究, 通过相应的计算, 得出了液相传质的系数, 为之后的相关研究提供了更加精确的模型, 也第一次在模型理论上对超重力机中的传质非均匀性行为进行了诠释[3]。他们还对超重力环境下分子的混合性能和混合规律进行了研究, 通过模拟实验进行研究, 得出了提高分子混合效率的方法。

经过我国专家学者的努力, 我国超重力强化技术已经取得了很大的进步, 处于世界先进行列, 并在化学工业之中得到了广泛的应用。在工业生产中建立了若干条利用超重力法来制备纳米颗粒的工业生产线, 生产产量大幅度提升。我国将超重力水脱氧技术率先应用在油田的海水处理之中。

2. 微化工强化技术

微化工技术是采用集成化、精细化的手段和方法, 实现工业生产过程高效、安全、低耗的现代化工业技术, 是化工学科的研究前沿。微化工系统具有高效率、高集成、高安全性、低能耗的特点, 应用前景十分广阔。

微化工技术在最近几年得到了快速的发展, 研究成果十分显著, 专家学者已经通过理论研究开发出了不同类型的新型微化工生产设备。微化工技术的基础研究主要集中在对内部微结构的研究以及对微结构特征等方面的研究, 为微化工生产过程的相关实践提供了理论依据[4]。

微化工技术在微分散设备内进行纳米碳酸钙的制备技术中得到了广泛的应用, 并且在磷酸二氢铵的工业生产之中应用了微化工系统, 大幅度减小了设备的体积, 提高了生产效率。微化工系统具有无污染、无噪声、无振动、过程可控等优点, 有效解决了生产过程中的安全、环保、质量稳定性等问题。随着科技的不断进步, 关于微化工技术的研究也将向着更加新型的化工设备方向发展, 将来的微化工技术设备将全面有效的实现工业生产过程中的高效、绿色、安全等特点。

结束语

化工过程强化技术还有很多, 本文只是就其中的两种进行了简要的介绍, 分析了其理论与应用研究的相关进展。我国化工过程强化技术的相关研究与应用已经取得了一定的成就, 为化学工业的生产提供了强大的技术支持, 有效实现了工业生产过程中的节能减排, 促进了化学工业与自然环境的协调可持续发展。

摘要：化学工业是我国国民经济的支柱产业之一, 具有高污染、高能耗的特点, 化工过程强化技术可以有效解决化学工业中存在的这一问题, 实现化学工业的节能减排。化工过程强化技术在我国经历了一段时间的发展, 取得了一定的研究成果, 在不同的领域得到了广泛的应用。本文将对我国一些比较典型的化工过程强化技术理论与应用研究的进展进行简要探讨。

关键词：化工过程强化技术,超重力,微化工