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摘要:化工技术,是化工生产的主要影响因素之一。而技术的基础在于化学反应的基本原理。掌握化学反应,把握其应用的技巧,才能在规定的范围内提高生产效率。此外,化学工业对于环境的影响非常大,化学工厂生产的废物对于环境的影响还是非常大的。
关键词:化学反应;化工技术;重要性
在推动工业化进程中,化学技术的应用给人们生活带来了极大地便利,我们日常生活中的塑料袋,外卖的打包盒都得益于聚乙烯化学物质的发现及应用;纳米技术的研究与发展使得医学领域有了重大突破,拯救了许多处于死亡边缘的患者;航天事业的发展也得益于化学反应中源源不断产生的氧气;化肥、农药、乙烯催熟等在农业中的应用。就当今生活而言,化工技术更是遍布于社会的方方面面,融入人们的生活中,逐渐成为不可或缺的一部分。
1化工技术特点及生产过程
由于化工生产技术的多样性和复杂性,生产出的化工技术产品种类繁多,各种化工产品原料来源和生产技术都不一样,因此多种技术的综合运用才能保证一个大型化工企业的生产过程正常运行;化工技术的生产依托于各种化学反应,在大量生产一种产品的同时,往往会生产出不同的化学物质,生成新的化学原料,可以通过再加工生产出相关联的产品和副产品,因此,化工技术是最能挖掘原料来源、综合利用物质资源和节约资源的一门技术;化工技术体现在化学反应中,一般化工产品的产生,对原料的使用都有严格的比例使用要求,如果在生产过程中,各工序之间发生变化,没有按照顺序比例标准进行,就会影响化工技术的进行和产品质量下降、数量减少,造成资源浪费、成本增加,所以必须保证化工技术在运用过程中的严谨性。
化工生产过程一般可以概括为三大部分,一是化工原料的预处理,不同的化工原料需要经过净化、乳化或粉碎等多种不同的预处理,这是化工生产的基本步骤。二是化学反应,经过预处理的原料在一定的温度、压力停留时间及催化剂等条件下进行反应,这个时候化学技术的重要性便开始体现,如何通过氧化、还原、复分解、聚合等反应将物质分离,达到所要求的反应转率和收率,这是化工生产过程中最关键的步骤,也是最考验化工技术的环节。三是产品精制,将化学反应得到的混合物进行分离,制成符合质量的产品,将原料未反应的原料副产物或杂质进行回收处理,利用化工技术进行废物利用,降低对环境的影响,从而达到保护环境的目的,使得化学反应不仅仅用于化工生产。
2化工技术发展现状
化工技术被应用在各大生活领域,被不断地挖掘和创新,在化学反应应用中,納米技术是化工技术中的高端技术之一,纳米技术优点很多,其中外在和内在结构的特异性是其他材料不可替代的,具有不可多得的优良特性,纳米原料可以有效的隔离紫外线等高光物质的侵扰,具有非常强大的抗辐射作用,并可以大幅度降低在水中的可溶性,具有非常强的实用性,在涂层防护领域是不可多得的原材料。在化工生产过程中,纳米材料应用范围十分广泛,前景乐观,使得化工技术应用中复合材料生产得到进一步的推动和运用。
在化工企业的生产实践过程中,为了能够满足生产标准的需求,催化剂的使用频率一般相对较高。催化剂的使用可以促使原料物质的质变,在很多化学反应中,催化剂的加入可以减少产品生产时间,并且提高产品质量,在很多大型化工企业产品生产加工过程中,催化剂的存在是必须的,所以催化剂在化学反应中占据着不可或缺的位置。一般情况下,对催化剂的使用效率、使用频率及使用环境等要求非常高,催化剂虽然在理论上十分重要,但在我国实际化工企业生产过程中化工技术对催化剂的使用往往达不到要求,催化剂的使用效果往往差强人意,还造成了化工原料的浪费,并造成一定程度上的化工污染。所以在选择使用催化剂的过程中,一定要对催化剂有一定的了解,提升对催化剂的重视程度,不要盲目选择,盲目跟风,只有选对了催化剂才能通过化学反应带来好的效果。
3化工技术在化学应用中的重要性
化学反应是运用在各个方面的,不局限于生产产品、产品加工,对于生活中遇到的环境保护,医药安全,食品安全等同样产生影响。环保,是这个社会老生常谈的话题,化工技术对于废物处理是非常重要的手段;医药,本是人命关天,可却有人利用不成熟的化学技术生产不合格的药品,威胁社会安全,化工技术的利用与掌握也是重中之重;食品,民以食为天,可是每年的“315”晚会总是爆出个别商品添加剂超标的问题,可见,化工技术也是一把双刃剑,怎样利用,怎样规范也是一个重大问题。长此以往,安全问题一直存在,从化工技术角度说,主要原因在于:(1)不论是废物处理还是医学制药或是食品安全,处理过程都十分复杂,采用化学反应将有毒有害物质中和销毁也并非易事,需要不断地研究和实验。(2)化工技术是一个不断发展、不断进步的领域,但是化工技术领域中的储备人才少于社会需求本身,很多行业缺少相应的化工技术专家指导。(3)化学反应本身充满许多不确定性,一点点剂量的差别将会造成不一样的结果,所以需要制定标准的行业技术规范,技术指南,严格把握剂量,遵守规则,减少化工污染,防范化工事故。
4化工技术在化学反应中的应用
4.1化学原料
4.1.1化学反应中纳米原料应用化工技术中的重要性
纳米原料是一种新型的高科技原料,其在微观技术方面的突破使其在众多的社会化工研究领域都得到了相应的发展和应用。在现代化工技术中,纳米原料也得到了一定的应用。在化工技术发展和生产建设中,纳米原料能够起到一种相当大的抗辐射作用,在一定程度上推进了化工技术复核材料的应用与进一步发展。
4.1.2催化剂选择的重要性
绝大部分化学反应都需要使用催化剂,特别是在大型化工企业中,催化剂在具体的生产环节发挥着至关重要的作用,不仅能够有效控制相关化学反应的实际发生时间,并能够显著提升化学反应的速率和效率。在化工企业的生产实践过程中,为了能够满足生产标准的需求,催化剂的使用频率一般相对较高。但是,在我国多数化工加工中,催化剂的实际使用效果往往不够理想,不仅导致了化工原料的浪费,还在一定程度上增加了化工污染。所以应该加强对催化剂选择的重视,通过合理选择催化剂提升化学反应的实际效果。
4.2化工技术
4.2.1气液反应
气液反应主要包括氟化反应以及氯化反应两种。其中要想保证氟化反应的反应效率,就要对反应过程中的热传导性、反应温度以及反应物的性质进行控制。只有这样才能保证反应过程中国的苯以及苯类化合物直接进行氟化反应。由于微反应器具有较高的热传导能力,进而能够对反应过程中的温度进行有效控制。另外,微反应器还能够提高反应过程中的安全性,所以被广泛应用在物质的氟化研究过程中。氯化反应主要的研究对象为反应物质的转化率,转化率越高,反应效率就越高。通过对甲苯二异氰酸酯程度氯化研究发现,在常规反应器中进行反应时,反应物的转化率为65%,目的产物的转化率为45%。在微反应器中进行反应时,反应物的转化率为55%,但是目的产物的转化率为80%。由此可以看出,利用微反应器进行反应,能够大幅度提高目的产物的转化率,进而提高反应效率。
4.2.2液液反应
在對液液反应进行演技的过程中,本文主要以硝化反应为例。硝化反应是一种放热效果强的快速反应,最终的反应效率直接取决于反应器的应用性能。例如,在利用浓硫酸对硝酸根催化进行的过程中,硝酸根离子通过与反应过程中的有机分子相互结合,形成硝基的取代物,同时硝基扩散到有机物中。在此反应中,一旦硝酸根离子与有机物之间的融合性能较低,则会导致反应过程中的传质效果较差,进而出现大量的副产物,相应的反应效率就会降低。而利用微反应器进行反应,由于微反应器具有较高的应用性能,能够提高反应过程中的传质效果,最终达到降低副產物数量,提高化学反应效率的效果。由此可以看出,将微化工技术应用到化学反应中,能够从根本对反应过程进行强化。
5化学反应控制优化
5.1催化剂
在实验室做实验,我们对产品的需求量少,对催化剂的要求不是很高。
但是在化工生产中,不同的是,在很多关键的步骤都需要催化剂来进行处理。例如,在硫酸的生产过程中需要五氧化二钒作催化剂;在氮氢合氨的工业生产中,往往需要以铁为主的多组分催化剂来提高反应速率;在炼油厂,催化剂更是必不可少,采用不同的催化剂就可以得到不同品质的汽油、煤油;汽车尾气中的有害气体一氧化碳、一氧化氮也可以通过铂等金属作催化剂来转化为无害的二氧化碳和氮气。所以说,对一个化工生产流程来说,催化剂的作用是非常大的,往往一个高效率、高选择性的催化剂的发现,会让企业节约大量成本,从而获得巨大的经济收益。催化剂能够有效的加快反应的进行,提高化学反应的效率及速率。不过在化工生产中,只有使用效率非常高、选择性非常强的催化剂才能满足实际生产标准。而如今这种催化剂并不多见,这就导致化工原料的浪费,加剧了环境污染。化工加工所用催化剂也可以考虑采用纳米材料,因为纳米材料一般具有高选择性,有很好的开发前景,如果开发出来这种催化剂,将会解决许多化工生产难题。这样合理利用纳米催化剂可以提高反应效率,控制反应时间。此外,在工业生产中还要注意催化剂中毒现象,避免由于工业设备的使用不慎,而导致催化剂中毒。催化剂中毒会严重影响催化剂的催化效果。
5.2浓度与压力
当反应温度不变时,增加反应浓度会让反应向正方向进行。在实验室中,可以添加大量原料来提高原料浓度,从而提高反应速率。但是,在化工生产中,通过添加大量反应物来提高反应浓度是不划算的,但是如果有多个反应物,在化工生产中,可以选择添加大量其中一种比较廉价的反应物,来推动反应的进行。例如,对于N2+3H2=2NH3可逆反应而言,由于H2比N2贵,我们可以向反应器中通入大量N2,顺便带走大量NH3来使反应正向移动。此外,还可以通过加入不参与反应的惰性气体的方式,来达到一种稀释某些气体的浓度的目的,从而间接控制反应的进行,促使反应向对生产有利的方向进行。同样的,在化工生产中压力也是重要的控制因素之一,许多化工生产反应需要在一定的压力下才能顺利进行,或者对于气态反应而言,调整压力也能提高反应效率,降低物耗。因此,加压装置在化工厂中普遍存在,不过在使用加压装置时应更加小心操作,许多安全事故都是来自于高压装置。
5.3温度
化学反应往往会伴随着温度的变化,不同于实验室中的温度可以精确稳定的控制,化工生产中的温度很难把握得准确。因此温度对化工生产来说是一个很重要的控制因素,温度控制的准确程度,将会直接影响化工生产的产率。因为在化工生产中,普遍会用到催化剂,而催化剂对温度的要求则比较苛刻,温度过高或过低都会影响催化剂的活性,从而影响产率。此外,对于可逆的化学反应而言,温度和压强都会影响反应的进行,除了可以通过改变温度来促进反应的进行,还可以通过改变浓度。不过,改变浓度在化学平衡常数不变的情况下可行,但化学反应温度发生变化会让化学平衡常数发生变化。温度对反应的速率与进行程度有一定的影响,对于不同的反应,温度的影响程度与方向也不尽相同。对于吸热反应,一般会升高温度,使反应尽可能向反应生成的方向进行。反之,若是放热反应,就尽量降温,以提高产物的产率。一般在实验室不会进行这种操作,但是在化工生产过程中,温度对产率的影响不容忽视。所以在工业生产中,一般都会采取相应的措施来配合化学反应对吸、放热,让其向生成反应物的方向进行。一般除了安装加热炉外,还可以在必要位置安装换热器,将不利于得到产物的热量收集起来,供给有利于产物生成的吸热反应,这样不仅能提高产率,还能节约能源,保护环境。因此,换热器的换热效率也就显得越来越重要,可以通过采用导热性好的材料或者优化换热结构来进行优化,这将是未来化工生产优化的重点方向。
结论
化学反应是化学品生产过程中的重要环节,化学反应的理论原理作为产品生产的理论根基,将化学反应理论原理应用到化工技术中的时候,就会实现相辅相成的效果。不论是其社会价值,还是对于环境污染、社会问题来说,化工技术都是在化学反应基本原理上建立的,化工技术从化学反应中寻找最佳的利用率,以及最佳的反应条件。
参考文献:
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