基于化学工程中的化工生产工艺研究

摘要：本文聚焦化学工程中的化工生产工艺。在关键技术方面，化学反应技术涵盖对氧化、还原等反应机理的探究，以及微反应器等新型反应器提升反应效率的应用；分离与提纯技术包含传统蒸馏、萃取等技术的原理剖析与改进方向，以及膜分离等新型技术的优势与发展趋势；自动化控制技术介绍DCS、PLC 等自动化系统的应用及人工智能等智能化技术提升生产智能化的前景。工艺优化与创新上，通过实验设计等方法优化参数，采用绿色原料与溶剂、开发原子经济性反应实现绿色工艺创新，借助新型催化剂等材料推动工艺性能提升。安全与环保层面，分析化工生产火灾、爆炸等安全风险并提出防控措施，评估工艺对环境的影响并介绍三废处理技术。

关键词：化工生产工艺；关键技术；优化创新；安全环保

一、化工生产工艺关键技术分析

1.1化学反应技术

化工生产是化学反应。化工中最常见的反应是化学氧化反应，氧化反应主要是研究物质和氧发生化学变化过程，包括电子的得失、原子及化学键的断裂和重新结合等的变化过程。实际氧化反应中，影响较大的是温度、压力、催化剂等因素。在乙烯氧化生产环氧乙烷过程中，银催化剂选择合适的时候可以降低反应的活化能，使反应在较低温度下进行，从而提高了环氧乙烷的产率和选择性。而一种新型反应器的应用和开发也极大地改变着传统的化工反应。微反应器由于其本身内部管道的直径极小，使两个反应物接触面积加大，使得反应过程具有较高的可控性，同时反应速率大大提高。对于许多在反应过程对反应条件要求非常严格的反应，反应程度不高的反应在传统的反应器中几乎很难完成的反应可以在这类微反应器中发生，从而达到很好的反应效果。

1.2分离与提纯技术

蒸馏技术是最传统的分离分离技术，根据不同组分沸点分离原理对混合物进行加热挥发，冷却冷凝而进行分离，至今在石油化工等行业仍得到广泛应用，用于分离不同沸点的烃类混合物。萃取技术是指溶质在萃取相及反萃取相两种不相容溶剂中溶解度的差别来分离的方法，在药品等医药工业领域，从植物中有效成分的分离中被广泛应用。但传统方法均存在能耗高、分离精度低的缺点，新型膜法分离技术逐渐应用，例如超滤膜采用膜的筛分效应实现大分子物质的高效截留，可实现溶液的净化与分离，在污水处理、医药等方面得到广泛应用。

1.3自动化控制技术

DCS和PLC已经应用于化工生产自动化系统。DCS能够对影响化工生产的温度、压力、流量等参数进行集中监视、分散控制，建立综合监控平台，操作员可以了解生产的全局情况，及时对工艺参数进行调整，确保生产工艺的平稳运行，PLC适用于进行逻辑控制，在化工生产的顺序控制、电机启停等控制中得到充分的应用。

二、化工生产工艺的优化与创新

2.1工艺优化方法与策略

设计优化实验即工艺优化，通过实验设计优化实现一种有效设计方案，在实际生产中同时考察各个工艺参数之间交互影响的关系，优化其设置的水平组合。在某化学产品的合成中使用实验设计优化方法系统对反应条件，包括反应温度、反应时间、反应物比例等因素和产品的收率、纯度的关系建立数学模型，准确预测出最佳工艺参数，提高生产效率。响应面设计能有效地通过试验收集的数据拟合得到一个响应曲面，直观表示各个因素对被控反应或指标的影响，明确告知工程师该如何改进工艺提高产品质量，避免盲目操作，节省时间。

2.2绿色化工工艺创新

绿色的工艺创新是化工工业的可持续发展之路。原材料的利用，许多化工企业正在用可再生资源代替化石类原料，在绿色化工产品制备上，用可再生油脂类生物柴油替代传统的石油资源，生产生物柴油，减少对石油资源的消耗，并降低二氧化碳的排放。另外，绿色溶剂也是主要的创新工艺，在绿色溶剂中，新型绿色溶剂离子液凭借低蒸气压、高稳定性等特性，逐渐被应用于化工产品的有机合成、分离提纯等过程中，逐步替换了传统有机挥发液、有毒害溶剂等产品，大幅减少了对环境的污染程度。

2.3新型材料在化工生产工艺中的应用

化工生产工艺出现新变革，新型催化剂材料会改变反应的历程，比如纳米级催化剂具有比表面积大、奇特的电子特性，可以提高反应活性与选择性，在汽车尾气处理中，纳米级别的贵金属催化剂可以有效催化CO、NOx等有害气体生成无害气体。新型分离膜材料也有广泛的应用，比如纳滤膜能够通过对孔径进行调节，在分子尺度上实现分离，在海水淡化、药物分离的过程中具有出色的表现，实现了高效分离、较低能耗，促进化工分离工艺的发展向着高效化、低能耗的方向前进。

三、化工生产工艺的安全与环保

3.1化工生产过程中的安

化工生产的原料与产品大都是具有易燃易爆、高温高压以及有毒有腐蚀性等风险的产品，其中火灾爆炸风险非常大，例如炼油加工的原油与中间产物都是具有高渗透性的烃类物质，一旦泄漏且具有明火、火花等点火源，就会发生火灾爆炸事故。对于生产使用反应釜、管道的使用也易发生危险，设备长期运转、处于高压高腐蚀的环境下，存在一定老化现象，可能导致破裂而导致的物料泄漏现象，而泄漏的物质在泄漏发生地点遇明火可能会有火灾爆炸危害。针对化工生产存在的危险因素，应做好风险管控措施。对于安全管理要具备严格的制度与条例管理，并做好岗位的条例工作和操作规程，防止操作人员岗位乱操作，科学应用和实施法律法规条例规定，以做好必要的设备管理和制度化处理。

3.2化工生产工

化工生产的环境影响范围较广，其环境问题主要体现在废气排放环节，例如化工企业的二氧化硫、氮氧化物等酸性排放气体带来的酸雨危害，以及排放的挥发性有机化合物（VOCs）所带来的光化学烟雾等大气污染；在废水排放环节，废水排放中通常会存在各种重金属离子、有机污染物等有害物质，如果未能得到有效处理，直接排到水体中造成水源污染，对于水生动物来说同样会产生危害，进一步危害人类健康；在废渣排放环节，废渣可能会存在一些含有毒有害物质，如果直接排放到土壤、地下水环境中，则会造成地下水、土壤的长期污染。针对这些环境问题，化工企业需充分开展相关的污染控制技术，主要体现为废气治理，通过相关设备比如脱硫脱硝、除尘设备以及挥发性有机化合物（VOCs）治理设备等进行处理，比如通过选择性催化还原技术（SCR）对氮氧化物进行治理，通过活性炭吸附法对于挥发性有机物进行治理，达到排放的达标性。

结语

化工生产工艺涵盖关键技术、优化创新及安全环保等核心板块。化学反应、分离提纯与自动化控制技术为基石，工艺优化、绿色创新及新材料应用是发展动力，安全风险防控与环境治理是可持续保障。未来，化工行业需持续融合多元技术，坚守安全环保底线，实现高质量、绿色化发展，为社会经济发展注入强劲动力。

参考文献

[1]刁丽华，王军伟.化学工程中化工生产工艺的分析[J].化工管理，2022，（15）：140-143.

[2]张林强.化学工程中的化工生产工艺[J].化工管理，2022，（09）：146-148.