化工生产中化学反应的应用及优化

化工生产离不开化学反应原理的理论支持，而理论中的化学原理也要根据实际化工生产作出相应的调整。化工生产技术与化学理论知识彼此相通，互为基础，相互促进。本文从化学反应的几个部分为引，阐述了化工与化学之间的联系与区别，并给出了优化建议。

1 原料

化工生产的基础就是化学理论知识，但是理论知识应用到实际中就需要做出各种妥协。一般的，想要得到一种产品，在实验室中可以有很多不同的途径，且彼此之间的差别不是很大，例如氧气的产生可以电解水，可以加热高锰酸钾等，但是在实际的化工生产中就要考虑很多因素，原料的选择就变得十分重要了。首先，化工生产的目的是为了获得经济收益，要考虑到原料的节约，想方设法用最小的投入获得最多的收益。此外，化工生产还有一道绕不过去的坎——节能环保。对于一些可能造成较大污染的化工企业来说，节能环保更是重中之重，比如那些电镀行业中的化工技术，处理完毕后会产生大量废水，这些废水富含大量重金属等对人、对环境有害的化学物质，一旦造成了污染，后果不堪设想。所以说，在化工生产中，化学反应原料的选择尤为重要。而当代高端技术——纳米技术，为我们提供了新的发展方向。纳米材料有很多有利于化工生产的优良特性，它可以降低溶解性，并隔离紫外线等外界干扰，应用前景乐观，很适合开发出来作为原料。

2 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。

3 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。

4 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

化工生产中化学反应的应用及优化

刘霄汉

武汉工程大学 湖北 武汉 430071

摘要：化工生产离不开化学反应原理，而理论中的化学原理也要根据实际化工生产作出相应的调整。化工生产技术与化学理论知识彼此相通，互为基础，相互促进。

关键词：化工生产 化学理论知识 优化

Application and optimization of chemical reaction in chemical production

Liu Xiaohan

Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430071，China

Abstract：Chemical production cannot be separated from the principle of chemical reaction，but the chemical principles in theory should be adjusted according to the actual chemical production. Chemical production technology and chemical theoretical knowledge are interlinked with each other.

Keywords：chemical production； chemical theoretical knowledge； optimization

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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。

5 废料

化学反应过程中往往不只生成产物，还会生成许多废料。在实验室中，实验过程中不要的废料一般是直接倒入废料桶的，由于其量小，想处理的话很容易将其除尽。但是化工生产不同，在化工生产中，废料的处理一直是让人们头疼的问题。在当今人们越来越注意环保的时代，化工生产对于废料的处理就变成了生产过程中的主要课题。但是，化工废料的处理过程并不简单，往往需要很多成本。许多企业为了牟利，对于废料的处理往往敷衍了事。不得

不说，这种短视的行为不仅导致了环境的污染，还影响了化工行业的发展。所以，要优化化工生产必须要从源头入手，过去那种先生产，生产完了再考虑如何处理废料的方法是跟不上时代的。所以，在一条化工生产线设计的时候就应该考虑到废料问题，想办法优化生产流程，将废料在反应过程中自我消化，或者将它们在生产的中途就反应成无污染或者低污染的废料，只有这样才能节约成本，提高产率，节约能源，及遏制污染的产生。这种绿色化学才是未来化工生产的发展方向。

6 结束语

作为重要的基础学科之一，化学在人们生活的各个方面都扮演了举足轻重的角色，是人类发展进步必不可少的巨大助力。但是频繁发生的化工生产事故，让人们对它又爱又恨。笔者认为，化工生产本身并没有错，错的是人们对它的了解普遍不够深，再者就是利益熏心，采用一些不够完善的生产程序再加上管理层次的问题，才会导致一些事故发生。所以我们要做的不是排斥它。相反，不仅要了解它，还要学会应用它，将化学反应的基本原理应用到化工生产上去，将知识变成财富，活学活用。进而用学到的东西优化化工生产流程，提高生产效率，节约成本，降低污染，让化工生产为人类的发展和社会的进步做贡献。

总而言之，我们需要充分认识到化学的重要性，将学会的反应原理应用到化工生产中，将现有的工业流程优化，这样才能保证化工行业的长久发展。

的瞬态传热进行研究，研究结果表明气体管道的热状况不会受到绝缘的太大影响。因为管道内流体的热含量相对比较低，气体的热容量也比较低，所以流体的温度，主要是由于管道压力的减小而引起的，进一步造成的温度的降低，所以应该对二氧化碳输送沿途的摩阻损伤进行有效的把控。对于气体管道的水力计算主要是运用流体力学的控制方程来对流量和压力、管径、长度、温度、压缩因数以及摩擦因数等各个参数之间的相互关系，最后证明了流动状态和摩擦因数之间存在一定的关系。

3 管道剪切延性断裂研究

剪切传播断裂现象主要是由裂纹的扩展和气体降压所引起的，如果管道产生了裂纹，管内的气体便会从裂纹中流出，而且还会从断裂点向两侧各延伸出一道减压波并不断传播，与此同时，裂纹便会随着减压波不断扩展，在此过程当中，慢速裂纹的前端会产生一定的低压力，高速裂纹的前端会产生一定的高压力。如果断裂速度超过了减压波速的话，裂纹便会快速延伸。

二氧化碳管道裂纹的扩展会严重影响相应输送管道的输送效率和质量，学者在多年前就已经意识到了这个问题，并积极采取措施对其进行研究和解决，比如气体减压试验、全尺寸爆破试验以及数值模拟等各项研究。日本和意大利在爆破试验方面取得了比较大的成就，经过大量的试验研究提出了管道剪切传播断裂的模拟模型，并将其顺利应用到了海底管道的输送过程当中，研究表明管道外部

的水体可以有效降低管道断裂的速度、环向应力，同时还可以有效抑制裂纹的延伸。

4 结束语 

总而言之，目前国外一些国家已经在二氧化碳管道的建设以及运行方面取得了很大的突破，但是对于我国的管道输送工程借鉴价值并不是很大，因为其管道大多都建在一些人烟稀少的地区，而我国大都在人口密集的城市和地区。所以在具体应用的过程中，还应该充分结合我国的具体国情和工程的实际情况来制定出最为科学合理的管道输送方案和标准。

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