對材料在化學(xué)工程中重要性的探究

王靖凱

摘 要：本文闡述了材料對于化學(xué)工程的重要性與必要性。通過了解《材料化學(xué)》，我們可以初步了解到一些材料在化工行業(yè)中的應(yīng)用及其相關(guān)的原理，使我們明確不同材料功能與哪些基礎(chǔ)知識相關(guān)， 怎樣用這些基礎(chǔ)知識來解釋材料的性能、解決實際材料設(shè)計中的問題，從而更高效完成相關(guān)任務(wù)。

關(guān)鍵詞：材料；化學(xué)工程；重要性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.025

1 化工行業(yè)中材料的重要性

1.1 化學(xué)工程技術(shù)需要新材料的支撐

工程技術(shù)水平的提高需要新材料的支撐。材料的力學(xué)、化學(xué)等方面的性能對化學(xué)工程的規(guī)模、成本、效率等密切相關(guān)?；瘜W(xué)工程領(lǐng)域的核心技術(shù)是分離與反應(yīng)及過程裝備技術(shù)，新材料的特性在其中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。其中關(guān)注較多的新材料如膜材料，新型吸附材料，并且依靠這些新材料發(fā)展起來許多新技術(shù)，例如膜分離等技術(shù)。

吸附蒸餾技術(shù)是以吸附材料為基礎(chǔ)開發(fā)出的一項新型技術(shù)， 該過程使用一個吸附蒸餾塔讓吸附與蒸餾同時操作得以實現(xiàn)，通過這樣的設(shè)計使分離因素，脫附作用等得到了提高和強化，從而使得這種吸附蒸餾技術(shù)與傳統(tǒng)的分離技術(shù)相比具有很多優(yōu)點，除了前面列舉的優(yōu)點，還有可以持續(xù)操作并且生產(chǎn)能力較大等優(yōu)點。又比如，新開發(fā)的陶瓷膜材料，使我國率先形成陶瓷膜新產(chǎn)業(yè)，同時以陶瓷膜為基礎(chǔ)發(fā)展出一系列的新興技術(shù)：用膜催化反應(yīng)制備合成氣、納米催化陶瓷膜集成反應(yīng)器。這一些依靠新材料發(fā)展出來的新型的工業(yè)技術(shù)，使我國的化學(xué)工程向國際上邁了很大的一步，并且使我國的經(jīng)濟得到了快速的發(fā)展。

1.2 材料的需求決定化學(xué)工程的研究與生產(chǎn)的方向

現(xiàn)目前，我國在化工材料方面有了很大的進展，主要的石油和化工產(chǎn)品產(chǎn)量居世界前列?；げ牧蠌淖畛鯘M足基本生產(chǎn)需要的基本材料發(fā)展到現(xiàn)在用于各種新領(lǐng)域的新材料，如用于可再生能源產(chǎn)業(yè)的多晶硅、碳纖維；用于腐蝕環(huán)境的芳綸、氟材料、硅材料、工程塑料；用于海水淡化、污水處理、現(xiàn)代分類技術(shù)的各種膜材料；有利于環(huán)境的各種生物質(zhì)基材料；用于國防、軍工的特種纖維、特種聚合物等。這些新材料的需求對于我國整個工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展都有著及其重要的意義。

為了滿足這些新材料的需求量，就必須把它們實現(xiàn)工業(yè)化，這就需要化學(xué)工業(yè)結(jié)合各個方面的因素對這些生產(chǎn)工藝進行設(shè)計與推廣，以達到最優(yōu)化綠色經(jīng)濟的要求實現(xiàn)生產(chǎn)。所謂綠色經(jīng)濟包括原子經(jīng)濟，零排放等，目前，一種新型鈦硅分子篩催化材料能夠?qū)崿F(xiàn)“原子經(jīng)濟”反應(yīng)，原因在于這種材料具有定向氧化催化的功能。并且由于化工工業(yè)上的氧化反應(yīng)大多都難做到零排放，例如丙烯環(huán)氧化反應(yīng)，而這種新材料便有可能使其成為零排放反應(yīng)，并且將其實現(xiàn)工業(yè)化，為化工生產(chǎn)提供了一個發(fā)展方向。

1.3 新材料的制造對化工行業(yè)的必要性

我國在化工新材料的研究上與國際水平還有較大的差距，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

化工行業(yè)專用設(shè)備在大型化、創(chuàng)新性以及核心技術(shù)方面能力不足。核心與高端技術(shù)及設(shè)備依賴進口（依賴度70%），成為行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的“瓶頸”。

化工設(shè)備核心材料使用的可靠性與壽命不高，腐蝕失效及其事故頻繁，腐蝕防護和工藝過程與國外有較大差距。

由此可見，新材料的研發(fā)成為當務(wù)之急，將材料化學(xué)應(yīng)用于化工行業(yè)，走理工交融、理論知識與實踐技能并重的路子，能有效地提升能源的利用效率，使得污染排放量不斷降低。因此，我們要充分挖掘其有效價值，推動我國社會經(jīng)濟發(fā)展。

2 材料對從事化工行業(yè)的具體作用

2.1 在設(shè)備材料設(shè)計方面的作用

對于化學(xué)工業(yè)中的生產(chǎn)設(shè)備，不是所有的材料都是標準的，當我們需要一些非標準的材料時，就需要對一些原有的一些材料進行設(shè)計與模擬，這就需要運用到“材料化學(xué)”中所學(xué)到的各種關(guān)于材料的知識，從材料的成分與結(jié)構(gòu)、制備（合成）與加工、性質(zhì)（性能）及使用性能方面對材料進行更深層次的設(shè)計運用。

2.2 在設(shè)備材料選擇方面的作用

由于化學(xué)工業(yè)是多品種的基礎(chǔ)工業(yè)，所以為了適應(yīng)多種化工產(chǎn)品生產(chǎn)的需要，工程上設(shè)計出很多化工設(shè)備，不同種的化工設(shè)備的型號，材質(zhì)又有多種，并且不同種的化工設(shè)備有不同的操作條件。比如說，最?？紤]又必須要考慮的條件有溫度，壓力，處理的介質(zhì)，對于溫度來說，常常有低溫、常溫、中溫、高溫、超高溫之分，同樣對于壓力來說也是如此。而介質(zhì)則分為腐蝕性的、易燃易爆的、有毒或者劇毒的。所以在選擇化工設(shè)備的材料時需要從材料的化學(xué)性能、力學(xué)性能、物理性能和加工工藝性能等方面出發(fā)，所以，合理選擇和正確使用材料對化學(xué)工業(yè)來說顯得尤為重要。

例如液氨貯罐材料的選擇：首先考慮到貯罐內(nèi)的介質(zhì)為冷凝后的液氨，對大多數(shù)材料沒有腐蝕作用；其次考慮壓力，由于氨氣冷凝需要加壓，又考慮到貯罐受大氣溫度的影響，所以根據(jù)規(guī)定，確定其壓力；最后選擇材料的品種，根據(jù)前面的分析，確定其材料需要耐壓，耐低溫，且抗壓力波動。在根據(jù)材料性能的對比，選出符合這些條件的材料，例如16MnR材料。

3 結(jié)束語

化學(xué)工業(yè)是國民經(jīng)濟重要的支柱產(chǎn)業(yè)和基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，資源、資金、技術(shù)密集，產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度高，產(chǎn)品應(yīng)用范圍廣。而材料是一切科學(xué)技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)，一切工業(yè)的發(fā)展都要有賴于材料的發(fā)展。一方面，化工設(shè)備及反應(yīng)原料的更新，都需要依托材料的進步；另一方面很多材料的制備與加工需要用化學(xué)工程中化工單元技術(shù)與理論，所以，材料化學(xué)與化學(xué)工程是相互交聯(lián)，相互滲透的。 “材料化學(xué)”綜合了有關(guān)材料的制備、組成、結(jié)構(gòu)和性能等知識，使我們了解結(jié)構(gòu)與材料物性之間的關(guān)系，更好地促進化工與材料的交融。

參考文獻：

[1]孫宏偉，段雪等.化學(xué)工程學(xué)科前沿與展望[J].北京：科學(xué)出版社，2012.endprint