簡析綠色化學(xué)工程與工藝在化學(xué)工業(yè)節(jié)能中的應(yīng)用

趙冬花

摘要：化學(xué)工程與工藝是研究有關(guān)化學(xué)過程與物理過程的一般原理和規(guī)律，如石油煉制工業(yè)、冶金工業(yè)、食品工業(yè)、印染工業(yè)等，并應(yīng)用這些規(guī)律來解決裝置開發(fā)、設(shè)計、操作等問題，主要研究大規(guī)模改變物料中的化學(xué)組成及其機械和物理性質(zhì)。后來因現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要，以化工知識背景為基礎(chǔ)，又發(fā)展出一些新的分支，例如半導(dǎo)體工業(yè)?；瘜W(xué)工程領(lǐng)域的分支龐大，可應(yīng)用在各類化學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的研究及實務(wù)上的操作。為了充分發(fā)揮其作用，本文簡述了化學(xué)工程與工藝節(jié)能的必要性以及綠色化學(xué)工程與工藝應(yīng)用的基本要求，對綠色化學(xué)工程與工藝在化學(xué)工業(yè)節(jié)能中的應(yīng)用進行了簡要分析。

關(guān)鍵詞：綠色化學(xué)工程與工藝;應(yīng)用;要求;化學(xué)工業(yè)節(jié)能

綠色化學(xué)工程是應(yīng)用相應(yīng)的科學(xué)方法對化工原料、溶劑、廢物等進行綠色處理，可有效降低化工材料對生態(tài)環(huán)境造成的污染，同時還可有效提高能源的利用率。

一、化學(xué)工程與工藝節(jié)能的必要性

化學(xué)工程與工藝節(jié)能的必要性主要表現(xiàn)為：（1）節(jié)約能源消耗的要求?；ぎa(chǎn)品主要消耗的是天然氣和石油等化石燃料，現(xiàn)在這些化石燃料在地球上日益減少，因此需要充分考慮生產(chǎn)工藝，提升整個化工工業(yè)的生產(chǎn)效率，降低能源浪費。（2）化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程控制的需要。有些化工工廠對不同數(shù)量的化工原料進行生產(chǎn)的時候進行統(tǒng)一的燃料消耗，或能源消耗過多，或能源消耗不夠，這些都會給生產(chǎn)化工產(chǎn)品造成燃料浪費，有相關(guān)報道稱，最多時由于能源過剩而產(chǎn)生的燃料浪費高達(dá)70%以上。在這種資源浪費的情況下，要充分考慮化學(xué)工程與工藝，盡可能地降低化學(xué)工業(yè)的成本，嚴(yán)格把關(guān)生產(chǎn)質(zhì)量，保證生產(chǎn)效益。

二、綠色化學(xué)工程與工藝應(yīng)用的基本要求

綠色化學(xué)工程與工藝應(yīng)用的基本要求主要表現(xiàn)為：（1）應(yīng)用無毒害化學(xué)原料。生產(chǎn)化學(xué)產(chǎn)品的源頭是原料的選擇，它決定著化學(xué)生產(chǎn)流程和工藝的選擇。綠色化學(xué)工程與工藝以不使用有毒有害的原料為首要開發(fā)目標(biāo)，從源頭上防止化學(xué)污染，同時綠色化學(xué)工程與工藝本著采用可再生的自然物質(zhì)作原料的開發(fā)原則，來保證化學(xué)生產(chǎn)的無污染。（2）采用無毒無害的化學(xué)催化劑。近年來，化學(xué)反應(yīng)越來越多的應(yīng)用到了工業(yè)化的生產(chǎn)中，而催化劑對提高反應(yīng)速率有著明泉的效果，所以開發(fā)新型高效、無毒無害的催化劑以成為綠色化學(xué)工藝的發(fā)展方向之一。如今，相關(guān)部門都在研發(fā)新的烷基化固相催化劑，此外，分子篩催化劑也得到了很好的開發(fā)和應(yīng)用。（3）提高化學(xué)反應(yīng)的選擇性。烴類選擇性氧化是一類具有強放熱性的反應(yīng)，石油化工工業(yè)中時常發(fā)生這種反應(yīng)，但是，它的生成物不穩(wěn)定，很容易被進一步氧化，生成H2O和CO2。在各類的催化反應(yīng)中，此反應(yīng)一般不會被選擇，因為有時生成物中還會存在同分異構(gòu)提，不利于得到最終產(chǎn)物，所以，為了簡化生產(chǎn)，一般都會使用選擇性高的試劑。這樣不僅可以降低分離產(chǎn)品和純化產(chǎn)品的難度，還提高了反應(yīng)的選擇性，還能夠起到降低成本，節(jié)約資源，減少環(huán)境污染的作用。所以加強這一方面的研究會有很強的實用性，比如開發(fā)載氧能力強、選擇性好的新型催化劑，就可以應(yīng)對不同的烴類氧化反應(yīng)。（4）應(yīng)用綠色能源?；瘜W(xué)工業(yè)從獲取化學(xué)原料到發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以及反應(yīng)產(chǎn)物的分離和純化等各個環(huán)節(jié)均伴隨能量的產(chǎn)生和消耗，而且耗能巨大。然而在化工生產(chǎn)的化學(xué)反應(yīng)中，若反應(yīng)是吸熱的，則需要在反應(yīng)開始時加入熱量來使反應(yīng)進行完全;若反應(yīng)是放熱的，則需要冷卻以移出熱量來控制反應(yīng)進行。同樣在化工分離與純化中，可通過精餾、萃取、再結(jié)晶、超濾等操作來實現(xiàn)，也需要消耗大量能量。所以找到合適的能源也是綠色化學(xué)工業(yè)重點研發(fā)目標(biāo)。例如清潔能源有電能、光能、微波以及超聲波等能量，其中電能是運用較多的一種，在利用天然、無毒、手性的維生素B12為催化劑的電催化反應(yīng)中可以實現(xiàn)在溫和中性條件下的自由基環(huán)氧化。

三、 綠色化學(xué)工程與工藝在化學(xué)工業(yè)節(jié)能中的應(yīng)用分析

1、綠色化學(xué)工程與工藝在環(huán)境友好型產(chǎn)品中的應(yīng)用分析。綠色化學(xué)工程與工藝應(yīng)用的主要目的是為社會生產(chǎn)環(huán)境友好型產(chǎn)品，如清潔汽油、磷洗衣粉等無毒無害產(chǎn)品。通過綠色化學(xué)工程可以生產(chǎn)出與社會、自然環(huán)境發(fā)展相符合的友好型產(chǎn)品。綠色化學(xué)工程工藝的出現(xiàn)在很大程度上起到了保護環(huán)境的作用。在社會生產(chǎn)、生活中，人們購買的產(chǎn)品均為綠色產(chǎn)品，不僅有效保證了人們身體健康，同時也可促進社會健康、和諧發(fā)展。因此，在化工生產(chǎn)過程中，如能夠促進綠色化學(xué)工程與工藝的優(yōu)勢得到充分發(fā)揮，可有效降低生態(tài)環(huán)境的污染，促進國家自然環(huán)境和社會經(jīng)濟得到可持續(xù)發(fā)展，對國家的長遠(yuǎn)發(fā)展及社會的進步具有重要意義。

2、綠色化學(xué)工程與工藝在清潔生產(chǎn)中的應(yīng)用分析。綠色化學(xué)工程與工藝在清潔生產(chǎn)中的應(yīng)用主要是通過對化工原料進行無害、無毒、無廢處理，實現(xiàn)原料利用率得到提高，進而促進化學(xué)工程的生產(chǎn)質(zhì)量得到提高。在清潔技術(shù)中，應(yīng)用最為普遍的技術(shù)分別為脫硝和脫硫兩種技術(shù)。應(yīng)用該兩種技術(shù)對存在較為嚴(yán)重的污染的化學(xué)廢物、生活垃圾等進行綠色處理，經(jīng)過相關(guān)技術(shù)的處理后，生活垃圾可有效轉(zhuǎn)化為沼氣。應(yīng)用自然發(fā)電技術(shù)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)發(fā)電技術(shù)。太陽能、風(fēng)能的開發(fā)和應(yīng)用是清潔生產(chǎn)技術(shù)飛速發(fā)展的重要標(biāo)志。在生物工程中合理應(yīng)用清潔生產(chǎn)技術(shù)，可有效促進細(xì)胞及基因工程的發(fā)展，使其效果得到顯著提高。在輻射加工中應(yīng)用清潔生產(chǎn)技術(shù)，可使催化劑的作用得到顯著提高。

3、綠色化學(xué)工程與工藝與生物技術(shù)相互結(jié)合的應(yīng)用。生物技術(shù)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用主要包含生物化工合成化學(xué)及仿生學(xué)的內(nèi)容。在生物體內(nèi)，生物酶作為催化劑存在，其具有顯著的專一性和高效性，在生物合成過程中均無法脫離酶的作用。綠色化學(xué)工程與工藝中對生物技術(shù)進行合理應(yīng)用，主要是通過相關(guān)技術(shù)處理，可使再生資源轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的化學(xué)品。早期所應(yīng)用的有機化合物原料大部分是直接源自動物和植物，后來才逐漸發(fā)展為以煤炭、石油作為原材料使用。在綠色化學(xué)工程與工藝中，通常情況下均是應(yīng)用工業(yè)酶或存在于自然界中的酶作為催化劑。將酶與通常應(yīng)用的化學(xué)催化劑進行比較，酶在應(yīng)用過程中的優(yōu)點主要表現(xiàn)為無污染、產(chǎn)物性質(zhì)好、反應(yīng)條件溫和等。例如通常情況下均是應(yīng)用丙烯腈進行丙烯酰胺制備，當(dāng)使用酶作為催化劑后，能耗消耗量大大降低，反應(yīng)具有徹底性，并且在反應(yīng)過程中無任何副產(chǎn)物產(chǎn)生。

四、結(jié)束語

綜上所述，綠色化學(xué)工程與工藝在化學(xué)工業(yè)節(jié)能中的應(yīng)用，主要是以無毒、無害的物質(zhì)作為原材料，使用節(jié)能減排的生產(chǎn)工藝，應(yīng)用清潔生產(chǎn)的技術(shù)，從而降低化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程中能源消耗。

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（作者單位：青海寶盈電力設(shè)計咨詢有限公司）