化學工程新進展及其在石化工業中的應用

化學工程新進展及其在石化工業中的應用

　　近年來在某些分支學科的結合點上，產生了一些化學工程新的生長點，下面是小編搜集整理的一篇探究化學工程新進展的論文范文，歡迎閱讀查看。

　　摘要：熱電池作為國防科技工業領域的一種主要化學電源，是現代化武器和應急系統的理想電源。隨著國防科技與各類武器系統的發展，對熱電池的使用環境溫度要求越來越高，很多情況要求熱電池在溫度大于300℃，甚至達到400℃及以上的環境中工作。本文通過對三種耐高溫膠粘劑在熱電池高溫環境下的應用研究，模擬在高溫環境下對熱電池的導線連接及焊點保護和連接處電池的絕緣性，對比三種膠粘劑的在高溫環境下的外觀變化及宏觀組織結構變形，分別檢測三種膠粘劑在高溫環境下自身的絕緣性能變化，討論是否滿足在熱電池高溫環境下應用的絕緣性要求。為熱電池在高溫環境下的導線連接及連接焊點保護和絕緣性要求尋找合適的膠粘劑。

　　關鍵詞：化學工程、分離體系、數據驅動

　　一、前言

　　傳統化學工程的分支學科，如分離工程、反應工程、傳遞過程、系統工程等，近年都有很大發展。它們與石化工業某些過程相結合，產生了一些新的過程和技術，提出了一些有希望的發展方向。另外，近年來在某些分支學科的結合點上，產生了一些化學工程新的生長點。它們對今后的煉油或石化工業可能有更大的影響。本文對以上的一些發展動態作了簡要的介紹。

　　二、化學工程近期幾個重要發展方向

　　1、反應過程與分離過程的結合這里指的是在一個設備中同時完成反應和分離兩個過程。目前最成功的是由甲醇與異丁烯混合物合成甲基叔丁基醚，反應產物生成兩個共沸物，分離比較困難。當采用了一個置有催化劑的反應蒸餾塔，便可取代原有的兩個多管式固定床反應器、兩個蒸餾塔和一個甲醇水洗塔等5個設備。使甲醇的轉化率不受平衡轉化率的限制，在蒸餾過程中也避免出現共沸物，反應熱可供蒸餾使用，大大節省了投資和能耗。對酷化、醚化、烴化、水合等過程，只要反應條件和分離條件比較接近，都有可能采用反應蒸餾。近期有希望工業化的反應與分離結合的過程還有反應萃取、反應吸附、反應結晶等。尤以膜反應器最受關注。它是反應與膜分離結合的設備，最適用于各類可逆反應和反應產物對反應有抑制作用的過程。

　　2、多個反應過程的結合。把從原料轉化為產品所需進行的多個反應在一個反應器中完成。為此需采用多種催化劑或多作用催化劑。

　　3、放熱反應和吸熱反應相結合。例如丁烷脫氫制丁烯為一強加熱反應，要求反應溫度較高。若加入空氣進行部分氧化脫氫，氧和氫結合是強放熱反應，使總的放熱反應可在較低溫度下進行。

　　3、多個分離過程的結合。開發此過程的目的是強化分離效果，增加回收率、節約能耗。近年來研究較多且實用前景較好的過程有：滲透蒸發，即膜分離與蒸發過程相結合;膜萃取，即膜分離與萃取過程相結合;支撐液膜萃取即萃取與反萃取結合等一些新的分離技術都開始從研究走向實用階段。

　　三、強化化學作用對分離體系中體相的影響

　　1、篩選分離劑使對某被分離組分有特殊的化學結合能力，增大分離因子;另一是對原分離體系加入附加組分，改變原體系的化學位，從而增大分離因子。另一類適用于萃取、吸收等使用分離劑的過程。

　　2、強化化學作用對相界面傳質速率的影響。采用相轉移催化劑(PTC)促進水相和有機相間的反應已為人所熟知。其實質是PTC可以促進反應組分通過相界面的傳質速率。若兩相間不發生反應，我們把這類促進通過兩相界面的傳質速率和選擇性的物質稱為“相轉移促進劑”(PTA)。可以認為PTC也屬于PTA中的一類。如用有機相萃取水相中的有機酸和酚，采用長碳鏈的胺為PTA，可以加快萃入有機相的速率。又如對氣體分離膜，若在表層涂上一層固定液作為PTA，可以增大某組分通過的選擇性和通量。又如把對被分離組分有特殊親和力的PTA結合在相界面上，便形成各類的“親和”(Affinity)分離過程。如親和色譜、親和吸附、親和過濾、親和膜分離等。已經形成強化分離過程的一個前沿研究方向。

　　3、優化化工動態過程。這是在計算機技術高度發展以及快速、高精度分析和監測儀器和方法產生的基礎上才可能發展起來的技術。主要內容包括有以下5方面。

　　(1)分批操作的動態模擬和過程的優化。

　　(2)對開工、停工和變換操作條件時實現最優化控制。

　　(3)利用動態響應過程以快速研究傳質過程和測定相應的傳遞參數。也可以研究反應機理和測定吸附和反應動力學方程與相關的參數。各種過渡應答技術、催化反應色譜等技術都已取得廣泛的應用，并取得了許多用傳統定態方法不易得到的研究結果。

　　(4)把脈沖進料的高效分析技術如色譜、電泳進行放大，發展成為高精度的制備技術。

　　(5)利用強制周期改變操作參數的方法強化反應和分離過程等。

　　四、計算機技術與石油化工相結合

　　計算機技術在化學工程發展中占重要地位。因此，計算機技術與石油化工結合將有助于精確連續化穩定發展。

　　1、運行優化與產品設計

　　在歷史數據和多元統計方法的操作條件優化基礎上，進一步用于產品的優化設計。還可以在煉化行業中進行一些相關的應用，例如Sebzalli利用PCA對煉油產催化裂化過程操作空間進行識別，而Chen利用模糊c-均值聚類方法，提出用于開發期望的產品操作策略。

　　2、過程監測與故障診斷

　　過程監測與故障診斷主要任務是對過程運行狀態進行實時監控，并對系統進行分析異常，保證能及時發現運行過程故障，并在事故發生前采取有效的控制措施避免事故，以保證運行過程的安全與平穩。目前，基于數據的統計過程中控制在石化行業已得到普遍的關注，其方法也從以單一的變量統計過程控制向以主元分析為主的多變量統計技術轉變�；�于多變量統計技術應用于石化工業過程的監控始于20世紀80年代，其相關的多變量統計在石油化工方面的報道文獻也較多�；�于多變量的數據驅動的過程監測與控制也常被稱為多變量過程控制(MPC)或多變量統計過程控制(MSPC)。其采用的方法也主要是PCA，PLS，基于支持向量機以及它們與其他方法的混合算法。

　　3、產品質量預測與控制

　　利用數據驅動方法進行預測離線或在線的產品質量，以克服沒有在線儀表的困難，也不會受在線儀表價格昂貴的限制、避免了維護費用高的缺點。也可以進一步應用于控制回路用來完成產品質量的調控。這種數據驅動方法主要是通過對目標控制變量建立軟測量模型來實現的。PCA、PLS、SVM是實現數據驅動的軟測量模型的主要方法，人工智能算法(模糊神經系統、神經網絡等)及其混合算法。在許多資料中都有對軟測量模型方法及應用的綜合報道。在石化行業中，一些典型的應用如：用來生產乙烯的在線質量監測，基于PLS的軟測量模型，檢驗在線氣相色譜儀的性能。Fortuna等人開發了一個基于多層感知器的復雜軟測量模型，模型采用三層神經網絡，取得了較好的在線預測功能，用于預測精餾塔汽油濃度。Bakhtadze等建立了原油精煉過程的產品軟測量模型，該模型應用于缺少實驗數據情況下的軟測量建模，這種模型是將Takagi-Sugeno模糊模型和基于過程知識的相聯搜索算法相結合。

　　五、結語

　　在21世紀，化學工程將發揮非常大的作用，假如我們可以及時抓住機遇，那么我們就有可能在開辟化學工程發展的新的階段中，形成中國化學工程的特色和優勢，為人類的可持續發展做出貢獻�；瘜W工程是一門傳統的學科，但必將煥發出新的生機!其應用領域將擴展到所有涉及物質轉化的領域，包括系統工程也包括產品工程，其學科基礎將向高層次發展，理論和實驗研究都將關注復雜體系的多尺度結構，計算能力也將空前提升。

　　參考文獻

　　[1]袁乃駒 丁富新 張春潔：《膜反應器及其在生物工程中的應用》，《高�；瘜W工程學報》1991年1期;

　　[2]趙玉潮 張好翠 沈佳妮 陳光文 袁權：《微化工技術在化學反應中的應用進展》，《中國科技論文在線》，2008年3期

　　[3]徐斌 宋育賢：《化學工程技術的研究進展》，《國外油田工程》，2001年4期

　　[4]袁乃駒：《化學工程發展方向》，《現代化工》，1993年6期

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