- 相關推薦
化學工程新進展及其在石化工業(yè)中的應用
引導語：化學工程中化學工業(yè)規(guī)模逐漸增大，化學產(chǎn)品也越來越多的用于生活，因此化學工程能夠取得新進展不僅能推動工業(yè)發(fā)展，也能提高人們生活水平。以下是YJBYS的小編為大家找到的化學工程新進展及其在石化工業(yè)中的應用。希望能幫助大家!
摘要：化學工程的發(fā)展極大程度上推動了化學工業(yè)的發(fā)展�；瘜W工程中化學工業(yè)規(guī)模逐漸增大，化學產(chǎn)品也越來越多的用于生活，因此化學工程能夠取得新進展不僅能推動工業(yè)發(fā)展，也能提高人們生活水平。雖然目前我國化工與國外先進水平有一定差距，但是化學工程有了明顯的新的進展，這些新的進展有利于我國煉油和石化工業(yè)。
關鍵詞：化學工程、結合、分離體系、數(shù)據(jù)驅動
一、前言
傳統(tǒng)的化學工程的分支學科，如分離工程、反應工程、傳遞過程、系統(tǒng)工程等，近年來都有很大的發(fā)展。它們與石化工業(yè)某些過程相結合，產(chǎn)生了一些新的過程和技術，提出了一些有希望的發(fā)展方向。另外，近年來在某些分支學科的結合點上，產(chǎn)生了一些化學工程的一些新的生長點。它們對今后的煉油或石化工業(yè)可能有更大的影響。本文對以上的一些發(fā)展動態(tài)作了簡要的介紹。
二、化學工程近期幾個重要發(fā)展方向
1、反應過程與分離過程的結合這里指的是在一個設備中同時完成反應和分離兩個過程。目前最成功的是由甲醇與異丁烯混合物合成甲基叔丁基
醚，反應產(chǎn)物生成兩個共沸物，分離比較困難。當采用了一個置有催化劑的反應蒸餾塔，便可取代原有的兩個多管式固定床反應器、兩個蒸餾塔和一個甲醇水洗塔等5個設備。使甲醇的轉化率不受平衡轉化率的限制，在蒸餾過程中也避免出現(xiàn)共沸物，反應熱可供蒸餾使用，大大節(jié)省了投資和能耗。對酷化、醚化、烴化、水合等過程，只要反應條件和分離條件比較接近，都有可能采用反應蒸餾。近期有希望工業(yè)化的反應與分離結合的過程還有反應萃取、反應吸附、反應結晶等。尤以膜反應器最受關注。它是反應與膜分離結合的設備，最適用于各類可逆反應和反應產(chǎn)物對反應有抑制作用的過程。
2、多個反應過程的結合：把從原料轉化為產(chǎn)品所需進行的多個反應在一個反應器中完成。為此需采用多種催化劑或多作用催化劑。例如對ZSM一5分子篩催化劑進行改性。使之具有裂化和加氫的性能，便可在一個反應器中實現(xiàn)加氫裂解反應。
3、放熱反應和吸熱反應相結合。例如丁烷脫氫制丁烯為一強加熱反應，要求反應溫度較高。若加入空氣進行部分氧化脫氫，氧和氫結合是強放熱反應，使總的放熱反應可在較低溫度下進行。
3、多個分離過程的結合。開發(fā)此過程的目的是強化分離效果，增加回收率、節(jié)約能耗。近年來研究較多且實用前景較好的過程有：滲透蒸發(fā)，即膜分離與蒸發(fā)過程相結合;膜萃取，即膜分離與萃取過程相結合;支撐液膜萃取，也就是萃取與反萃取結合;萃取與結晶相結合;浸漬樹脂，即萃取與吸附相結合;旋風分離與固體顆粒過濾相結合;過濾與沉降分離相結合;在高離心力場下進行蒸餾或萃取;在電場作用下的膜滲析等。都開始從研究走向實用階段。
三、強化化學作用對分離體系中體相的影響
1、篩選分離劑使對某被分離組分有特殊的化學結合能力，增大分離因子;另一是對原分離體系加入附加組分，改變原體系的化學位，從而增大分離因子。另一類適用于萃取、吸收等使用分離劑的過程�？梢岳梅蛛x劑對被分離組分生成可逆的共價化合物或絡合物等進行選擇性分離。后一類還可適用于蒸餾。例
如前面已介紹過的加鹽蒸餾，加入鹽類可以改變各組分的相對揮發(fā)度，使分離更易進行。最近研究的在單相溶液中加鹽可分為兩相以進行分離的“加鹽分
相”，也是一種新的節(jié)能分離方法。
2、強化化學作用對相界面?zhèn)髻|速率的影響。采用相轉移催化劑(PTC)促進水相和有機相間的反應已為人所熟知。其實質是PTC可以促進反應組分通過相界面的傳質速率。若兩相間不發(fā)生反應，我們把這類促進通過兩相界面的傳質速率和選擇性的物質稱為“相轉移促進劑”(PTA)�？梢哉J為PTC也屬于PTA中的一類。如用有機相萃取水相中的有機酸和酚，采用長碳鏈的胺為PTA，可以加快萃入有
機相的速率。又如對氣體分離膜，若在表層涂上一層固定液作為PTA，可以增大某組分通過的選擇性和通量。又如把對被分離組分有特殊親和力的PTA結合在相界面上，便形成各類的“親和”(Affinity)分離過程。如親和色譜、親和吸附、親和過濾、親和膜分離等。已經(jīng)形成強化分離過程的一個前沿研究方向。
3、優(yōu)化化工動態(tài)過程。這是在計算機技術高度發(fā)展以及快速、高精度分析和監(jiān)測儀器和方法產(chǎn)生的基礎上才可能發(fā)展起來的技術。主要內容包括有以下5方面。
(1)分批操作的動態(tài)模擬和過程的優(yōu)化。
(2)對開工、停工和變換操作條件時實現(xiàn)最優(yōu)化控制。
(3)利用動態(tài)響應過程以快速研究傳質過程和測定相應的傳遞參數(shù)。也可以研究反應機理和測定吸附和反應動力學方程與相關的參數(shù)。各種過渡應答技術、催化反應色譜等技術都已取得廣泛的應用，并取得了許多用傳統(tǒng)定態(tài)方法不易得到的研究結果。
(4)把脈沖進料的高效分析技術如色譜、電泳進行放大，發(fā)展成為高精度的制備技術。
(5)利用強制周期改變操作參數(shù)的方法強化反應和分離過程等。
四、計算機技術與石油化工相結合
計算機技術在化學工程發(fā)展中占重要地位。因此，計算機技術與石油化工結合將有助于精確連續(xù)化穩(wěn)定發(fā)展。
1、運行優(yōu)化與產(chǎn)品設計
沈劍韻對燕山石化制苯車間抽提工段生產(chǎn)條件的優(yōu)化是利用降維模式識別為基礎的人工智能優(yōu)化原理，從而給生產(chǎn)帶來了穩(wěn)定。石油化工企業(yè)的經(jīng)濟效益的提高都是因為實施這些技術。此外，還可以在歷史數(shù)據(jù)和多元統(tǒng)計方法的操作條件優(yōu)化基礎上，進一步用于產(chǎn)品的優(yōu)化設計。還可以在煉化行業(yè)中進行一些相關的應用，例如Sebzalli利用PCA對煉油產(chǎn)催化裂化過程操作空間進行識別，而Chen利用模糊c-均值聚類方法，提出用于開發(fā)期望的產(chǎn)品操作策略。
2、過程監(jiān)測與故障診斷
過程監(jiān)測與故障診斷主要任務是對過程運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，并對系統(tǒng)進行分析異常，保證能及時發(fā)現(xiàn)運行過程故障，并在事故發(fā)生前采取有效的控制措施避免事故，以保證運行過程的安全與平穩(wěn)。目前，基于數(shù)據(jù)的統(tǒng)計過程中控制在石化行業(yè)已得到普遍的關注，其方法也從以單一的變量統(tǒng)計過程控制向以主元分析為主的多變量統(tǒng)計技術轉變。基于多變量統(tǒng)計技術應用于石化工業(yè)過程的監(jiān)控始于20世紀80年代，其相關的多變量統(tǒng)計在石油化工方面的報道文獻也較多�；诙嘧兞康臄�(shù)據(jù)驅動的過程監(jiān)測與控制也常被稱為多變量過程控制(MPC)或多變量統(tǒng)計過程控制(MSPC)。其采用的方法也主要是PCA，PLS，基于支持向量機以及它們與其他方法的混合算法。
在我國，例如梁軍等將多變量統(tǒng)計過程控制應用于生產(chǎn)狀況的監(jiān)測和分析，同時完成了以動態(tài)PLS及動態(tài)PCA為基礎的工業(yè)精餾柱性質和功能的檢測、提煉油所需裝置的檢測、聚合反應發(fā)生過程檢測、流化床反映設備的檢測等。李秀喜等人采用數(shù)據(jù)挖掘技術對廣東某石化工廠中重質銅苯脫蠟以及重質糠醛精兩種工藝的生產(chǎn)運行狀況進行分析和檢測，同時在生產(chǎn)的平穩(wěn)進行上起到了很大的影響。趙仕建等人通過以主角度為基礎創(chuàng)建了某兩個和主元模型相似的度量方法，將以多主元模型為基礎的生產(chǎn)過程監(jiān)測方法用于裂解爐的溫度調控。把對生產(chǎn)過程的故障診斷除外，在生產(chǎn)中對于數(shù)據(jù)驅動的方法應用于傳感器的恢復以及診斷也有應用和研究。
3、產(chǎn)品質量預測與控制
利用數(shù)據(jù)驅動方法進行預測離線或在線的產(chǎn)品質量，以克服沒有在線儀表的困難，也不會受在線儀表價格昂貴的限制、避免了維護費用高的缺點。也可以進一步應用于控制回路用來完成產(chǎn)品質量的調控。這種數(shù)據(jù)驅動方法主要是通過對目標控制變量建立軟測量模型來實現(xiàn)的。PCA、PLS、SVM是實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅動的軟測量模型的主要方法，人工智能算法(模糊神經(jīng)系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡等)及其混合算法。在許多資料中都有對軟測量模型方法及應用的綜合報道。在石化行業(yè)中，一些典型的應用如：用來生產(chǎn)乙烯的在線質量監(jiān)測，基于PLS的軟測量模型，檢驗在線氣相色譜儀的性能。Fortuna等人開發(fā)了一個基于多層感知器的復雜軟測量模型，模型采用三層神經(jīng)網(wǎng)絡，取得了較好的在線預測功能，用于預測精餾塔汽油濃度。Bakhtadze等建立了原油精煉過程的產(chǎn)品軟測量模型，該模型應用于缺少實驗數(shù)據(jù)情況下的軟測量建模，這種模型是將Takagi-Sugeno模糊模型和基于過程知識的相聯(lián)搜索算法相結合。
五、結語
在21世紀，化學工程將發(fā)揮非常大的作用，假如我們可以及時抓住機遇，那么我們就有可能在開辟化學工程發(fā)展的新的階段中，形成中國化學工程的特色和優(yōu)勢，為人類的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻�；瘜W工程是一門傳統(tǒng)的學科，但必將煥發(fā)出新的生機!其應用領域將擴展到所有涉及物質轉化的領域，包括系統(tǒng)工程也包括產(chǎn)品工程，其學科基礎將向高層次發(fā)展，理論和實驗研究都將關注復雜體系的多尺度結構，計算能力也將空前提升。
參考文獻：
[1]袁乃駒丁富新張春潔，《膜反應器及其在生物工程中的應用》，《高�；瘜W工程學報》1991年1期;
[2]趙玉潮張好翠沈佳妮陳光文袁權，《微化工技術在化學反應中的應用進展》，《中國科技論文在線》，2008年3期
[3]徐斌宋育賢，《化學工程技術的研究進展》，《國外油田工程》，2001年4期
[4]袁乃駒，《化學工程發(fā)展方向》，《現(xiàn)代化工》，1993年6期
【化學工程新進展及其在石化工業(yè)中的應用】相關文章：
Relay技術及其在WiMAX中的應用03-07
詞組堆迭句及其在翻譯中的應用03-14
裂解原理在化學工程過程中的應用探討12-08
遺傳算法及其在求解TSP中的應用03-07
研究數(shù)據(jù)融合技術及其在林業(yè)中的應用03-18
探析數(shù)據(jù)融合技術及其在林業(yè)中的應用03-18
飽和電感及其在開關電源中的應用03-18