时间：2023-08-16 17:28:21
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇化学反应工程的研究方法，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
化学反应工程是一门涉及物理化学、化工传递过程、化工热力学、化学动力学、以及生产工艺、环境保护、经济学等知识领域的课程，是一门综合性很强的工程学科。主要研究工业规缕化学反应器中化学反应过程与反应物系质量、热量、动量传递过程即“三传一反”同时进行的物理变化与化学变化的基本规律。在此基础上，探求反应器设计包括装置的型式结构设计、操作条件(参数)的选定及控制、技术经济效果的评价及优化等的基本原理和基本方法。其核心就是对反应装置中的操作过程进行定量的工程学解析。
对所研究的化学反应，以简化的或近似的数学表达式来表述反应速率和选择率与温度和浓度等的关系。这本来是物理化学的研究领域，但是化学反应工程工作者由于工业实践的需要，在这方面也进行了大量的工作。不同之处是，化学反应工程工作者着重于建立反应速率的定量关系式，而且更多地依赖于实验测定和数据关联。多年来，已发展了一整套动力学实验研究方法，其中包括各种实验用反应器的使用、实验数据的统计处理方法和实验规划方法等。
对各类常用的反应器内的流动、传热和传质等过程进行理论和实验研究，并力求以数学式予以表达。由于传递过程只是物理的,所以研究时可以避免化学反应,用廉价的模拟物系（如空气、水、砂子等）代替实际反应物系进行实验。这种实验常称为冷态模拟实验，简称冷模实验。传递过程的规律可能因设备尺寸而异，冷模实验所采用的设备应是一系列不同尺寸的装置；为可靠起见，所用设备甚至还包括与工业规模相仿的大型实验装置。各类反应器内的传递过程大都比较复杂，有待更深入地去研究。
对一个特定反应器内进行的特定的化学反应过程，在其反应动力学模型和反应器传递模型都已确定的条件下，将这些数学模型与物料衡算、热量衡算等方程联立求解，就可以预测反应结果和反应器操作性能。由于实际工业反应过程的复杂性，至今尚不能对所有工业反应过程都建立可供实用的反应动力学模型和反应器传递模型。因此，进行化学反应工程的理论研究时，概括性地提出若干个典型的传递过程。例如：伴随着流动发生的各种不同的混合，如返混、微观混合、滴际混合等；反应过程中的传质和传热，包括反应相外传质和传热（传质和反应相继发生）和反应相内传质和传热(反应和传质同时进行)。然后，对各个典型传递过程逐个地进行研究，忽略其他因素，单独地考察其对不同类型反应结果的影响。例如，对反应相外的传质，理论研究得出其判据为达姆科勒数Dα，并已导出当Dα取不同值时外部传质对反应结果的影响程度。同样，对反应相内的传质，也得出了相应的判据西勒模数。这些理论研究成果构成了本学科内容的重要组成部分。这些成果一般并不一定能够直接用于反应器的设计，但是对于分析判断却有重要的指导意义。
由于在已选定的工业反应器中进行的宏观化学反应过程，就是具有一定化学动力学特性的反应物系进入具有一定流动和传递特性的工业装置中进行演变、达到人们期预的状之后离开反应器的全过程，整个过程涉及到多种影响参数及各参数之问相互作用的复杂关系。使宏观过程控制到期预状态，达到工程技术目的，实现技术经济目标，必须搞清上述诸多因素或参数对宏观过程、状态及生产(设计)目标的影响规律、调控的可能性及程度、技术经济效果等。在研究或处理方法上，就是在实验(实践)的基础上，用数学模拟的方法即根据反应的动力学特性和该物系在该反应器中的传递特性及流动特性，抓住影响宏观过程的主要矛盾和矛盾的主要方面。恰当地简化处理那些影响不大的次要因素，建立物系的动态物理模型。再对物理模型进行数学描述—建立宏观过程的数学模型，进而根据特定的初始条件、边界条件对数学模型求解，确定有关设计参数以及模拟放大，实践检验，修正完善。显然，该模型就是化学动力学模型、流动模型、传递模型以及相关的参数计算模型的综合。所以建模及解析无疑是各类反应器设计的中心。
学习的过程要与实际工程联系起来
例如在返混这一概念的学习中，例如，针对丁二烯氯化制二氯丁烯的开发，根据化学反应工程理论指导认识反应特征，温度效应要求反应器内不出现低温区，否则造成反应选择性差，为使反应器内不出现低温区，最直接的方法是将两种物料各自预热，然后进入反应器。但是丁二烯容易在预热器中发生自聚，造成换热面的污染，使换热器不能长期运转。因此，从工程的角度，不宜采用用原料预热的方式，可利用返混使进入反应器的冷料与反应器中的热料迅速混合，使冷料可以立刻提高温度。正如全混流反应器中提到，充分的返混将使反应器内的各处温度和浓度均匀，并等于反应器的出口浓度好温度。
工程分析方法是将化学反应工程中诸如返混，传质，传热等物理因素对反应结果的影响，进行分解处理，而后进行工程分析。工业反应器中的化学反应可以分解为物理过程和化学过程。在化学反应过程中，影响反应结果的因素可分为二类：一是与设备大小无关的反应动力学因素，即化学因素，这是过程的个性。每个反应各不相同。二是与设备大小密切相关的传递过程因素，即工程因素，这是过程的共性，同类反应器的传递特性是相同的。不因进行的反应过程而变化。但与反应器大小密切相关。而从本质上看，工程因素对反应结果的影响，是通过流体流动，传质和传热等物理过程。改变了反应场所的浓度和温度分布，再通过反应动力学的特征间接地影响了反应结果。
反应工程思维方法揭示了上述决策变量对反应结果的影响。实质上是有关工程因素对反应场所温度和浓度的影响，而反应场所的温度和浓度是通过化学反应的温度效应与浓度效应对反应速率，反应选择性产生影响，进而改变了反应结果。因此，我们在教学过程中突出强调反应工程理论思维法运用，强调从分析工程因素的本质入手，针对反应动力学特征来判别工程因素对反应结果的影响，培养采用工程分析法来分析和解决工程问题的能力。只有把握了工程因素本质及反应特征，分析了工程因素对反应结果的影响程度，才能使从反应过程设计和操作上提出优化的工程措施，解决工程问题。
返混这一工程因素，已经知道返混造成了反应器内浓度的变化，使反应物的浓度降低了，那么对反应结果有何影响呢?对这个问题，我们不能简单地下结论，而要根据反应过程的特征，具体问题具体分析。例如，对串联反应而言，浓度降低总是造成反应选择性的下降，故这一工程因素的影响总是不利的：而对平行反应而言，根据反应选择性的动力学特征，主反应级数低于副反应级数时，浓度降低是有利的，故返混的影响是有利的，而反之则是不利的。又如，对于颗粒催化剂内部传递过程而言，由于传质阻力的存在，使催化剂内部的反应物浓度从外往里呈逐渐降低的态势，而产物浓度的变化则相反。尽管内部传递过程与返混是两个截然不同的工程因素，但只要深入分析，从本质上看，内扩散同样是改变了反应场所的浓度，使反应物浓度降低了，这恰好与返混的结果一样，可以预见，内部传递过程对反应结果的影响，也必然与返混的影响一样。工业反应过程中，影响反应结果的工程因素有返混、予混合、传质和传热等，取决于反应器型式、操作方式、操作条件等决策变量。反应工程思维方法揭示了上述决策变量对反应结果的影响，实质上是有关工程因素对反应场所温度和浓度的影响，而反应场所的温度和浓度是通过化学反应的温度效应与浓度效应对反应速率、反应选择性产生影响，进而改变了反应结果。
化学工业生产过程包括进行物理变化和化学反应的过程。化学反应过程是生产的关键。在工业规模的化学反应器中，化学反应过程与质量、热量及动量传递过程同时进行。这种化学反应与物理变化过程的综合，称为宏观反应过程。研究宏观反应过程的动力学称为宏观反应动力学。宏观动力学与本征动力学不同之处在于：除了研究化学反应本身以外，还要考虑到质量、热量、动量传递过程对化学反应的交联作用及相互影响。进行宏观反应动力学分析，应注意按相的类别、温度条件和操作方法来分类，多相反应，或称为非均相反应，涉及反应物及生成物在相际的质量传递。变温反应涉及反应物系的相际及与外界的热量传递；而流体的流动特征对质量传递和热量传递有着重大的影响。以宏现动力学为基础，还要进一步对工业反应装置的结构设计墁最佳操作条件的确定控制、放大、优化等进行研究，以期应用于生产实践时获得良好的技术经济效果
由于化学反应工程涉及多种影响参数及参数之问相互作用的复杂关系，例如化学反应与传质、传热过程的相互交织，连续流动反应器中流体流动状况影响到同一截面反应物的转化率和选择率的不均匀性，化学反应速率与温度的非线性关系等，传统的因次分析和相似方法已不能反映化学反应。工程的基本规律，而必须用数学方法来描述工业反应器中各参数之间的关系，这种数学表达式称为数学模型。有了数学模型，才可能用数学方法来模拟反应过程，这种模拟方法成为数学模拟方法。用数学模拟方法来研究化学反应工程，比传统的经验方法能更好地反映其本质。数学模拟方法的基础是数学模型，数学模型的基础是对多种影响过程特性的分析，又称为物理模型。数学模型处理问题的性质可分为化学动力学模型、流动模型、传递模型、宏观动力学模型。工业反应器中宏观动力学模型是化学动力学模型流动模型及传递模型的综台，是本书所要讨论的核心内容。气—固相催化反应和流—固相非催化反应着重讨论单颗粒固相粒内和相际的宏观反应动力学，气—波相反应则着重讨论液相内的化学反应，其宏观动力学模型是化学动力学模型与传递过程模型的综合，若讨论的是整个反应器。宏观动力学模型还包括l旎动模型在内数学模型的建立是通过实验研究得到的对于客观事物规律性的认识并且在一定条件下进行台理简化的工作。不同的条件下其简化内容是不相同的。各种简化模型是否失真，要通过同规模的科学实验和生产实践去检验和考核，并对原有的模型进行修正，使之更为合理。物理化学中的理想气体定律，化工单元操作中吸收过程的双膜论，都是在一定条件下建立的行之有效的合理的简化模型各种工业反应过程的实际情况是复杂的，尤其是流动反应器内流体和固体的运动状况和多孔固相催化剂及固相反应物内的宏观反应过程，一方面由于对过程还不能全部地观测和了解；另一方面由于数学知识和计算手段的限制，用数学模型来完整地、定量地反映事物全貌目前还不能实现。因此，将宏观反应过程的规律进行去粗取精的加工，根据主要的矛盾和矛盾的主要方面提出一定的模型，并在一定的条件下将过程合理简化，是十分必要的。简化是数学模拟方法的重要环节台理地简化模型要达到以下要求：(1)不失真；(2)能满足应用的要求：(3)能适应实验条件，以便进行模型鉴别和参数估值；(4)能适应现有计算机的能力。
关键词：化学反应工程；课程建设；教学改革；工程观念
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）04-0104-03
《化学反应工程》是化工工艺专业的核心课程，也是其他相关专业的重要课程，化学反应的工业化实施、反应器的设计和优化等一系列化学工程问题都离不开它的指导。可是，在教学过程中，我们发现不少学生认为该课程难度大、理解困难、不容易掌握，是大学中最难学习的课程之一。这种现象产生的原因：一方面，该课程涉及先期多门课程知识，知识点零散，难点较多，学时数少，要在较少的学时里系统掌握这一门课程，对部分学生来说不是件容易的事情；另一方面，这门课程在大四上学期开设，而这一阶段的学生考研或就业压力比较大，这也使他们不能在学习中投入全部的精力。因此，如何在有限的教学时间内提高学生的学习兴趣、掌握课程内容、培养工程能力、构建创新思维成为《化学反应工程》教学的重点改革内容，我们在教学过程中进行了积极的探索及实践。
一、强化课程重要地位，提高学生学习兴趣
兴趣是最好的老师，学生只有对课程产生极大的兴趣和重视，才会有信心去学好这门课程，才能积极主动地克服学习中遇见的困难。这就要求教师在第一堂绪论课上下工夫。教师应对课程内容有透彻的了解和丰富的教学经验，准确回答好“课程的性质和地位，课程的结构和内容，学好课程的思路和方法”等基本问题。同时教师要把该学科发展前沿的技术和应用现状介绍给学生，让学生一开始接触，就能深刻感受到该课程在生产中的具体应用及重要性，从而激发学生对课程重视程度和学习兴趣。为了完成这一目标，每学期上课之前，针对如何上好绪论课，我们课程组教师要进行一次集体备课，根据各位老师前面上课反馈的信息和经验，对于可能存在的问题和如何能够解决这些问题，大家相互交流，从而互相提高。有相关科研课题的教师根据自己的科研实践，用浅显生动的语言、具体实际的数据结果，回答绪论课中需要解决的问题，有些老师则从化工生产应用和学生化学实验的实验现象来回答上述问题。经过集体备课后，教师们走上讲台，在对本课程内容准确把握的基础上，通过丰富的实际应用事例和充满激情的表述，使学生们能领会到本课程的性质和重要性，同时明白学习本课程应该具备的知识点。由于对第一堂绪论课的高度重视，为学生学好本课程打下了良好基础。
二、理顺课程基本线索，精选课程主要内容
本科《化学反应工程》课程的教学目标要求教师应从教材内容的组成，章节的编排体系，各部分内容的份量和侧重等方面，依据不同专业学习的特点，对课程进行适当的梳理。我校现用教课书为陈甘棠主编的“十一五”国家级规划教材《化学反应工程》第三版，此书内容系统，易于掌握。同时还选择李绍芬教授编写的“九五”国家级重点教材《反应工程》作为教学参考书，此书最大的特点是编入大量生产实际反应的例题和习题，这种理论联系实际的题型，能提高学生的学习兴趣和联系实际的能力。这两本书的编排体系有所不同，学生在学习过程中可以通过比较，更深地理解反应工程的实质。在教授内容的选择上，《化学反应工程》的基础知识，教师应该重点讲授，教学上可安排较多学时，为后续的学习打下坚实的基础。在其他课程学习过的内容如化学反应速度等概念，教师应做概括性介绍，把主要精力放在新知识和学过知识的应用拓展上。部分章节学生可在教师的安排指导下有目的、有计划地在课外进行自学。生化反应工程基础等章节则可以完全不讲。与此同时，学校还根据我校煤化工的特点，以讲座形式聘请客座教授为学生授课，列举典型生产实例进行讲解和分析，提高学生分析和解决实际生产问题的能力。应用化学专业进行科研实践周活动，让学生在科研实践周里熟悉反应器的选型与优化操作。通过对课程内容的精选和课程线索的梳理，使学生在学习过程中具有很强的针对性，大多数学生都能很好的掌握课程的重点内容和要求。
三、精心组织教学方法，采用多种教学手段
《化学反应工程》内容繁杂，难点较多，有基本的概念描述，也有枯燥的公式演绎。为了保证学生对基本概念能准确理解，基本方法能学以致用，就要对教学方法和教学手段进行改革。教师要精心研究教学方法，采用多种教学手段，满足少学时多内容的教学任务，做到各章节重点和难点突出，使学生易于理解和掌握。首先，在讲课方式上，应用不同的教学方法，充分体现教师“启发引导”和学生“积极主动”的现代教育基本原则。采用启发式教学法，使学生在学习过程中始终处于积极的思维状态。在启发式教学的基础上，针对不同章节可采用对比法、归纳法、提问法等方法来调动学生的学习积极性和主动性。如通过具体事例的讲解，应用对比与归纳法结合的方法对均相反应器型式和操作方法进行评选。对于某些有难度同时又在几种情况下反复出现的概念，采取学生和老师现场探讨形式，而后由学生自己总结结果。这样活跃了课堂教学气氛，提高了教学效果。再次，采用灵活多样的教学手段是教学方法改革的重要措施。根据授课内容的特点，有选择性地使用多种手段进行教学可以起到事半功倍的效果。多媒体在教学上应用，可以将工厂一些实际例子和生产现场搬到课堂，学生通过逼真的影像资讯不仅可以看清楚反应器的内部结构，同时也能了解反应器内传质与传热状况，对于反应器的设计、放大与优化建立必要的感性认识。如对合成氨反应器内部结构和流体流动的展示，激发了学生对反应工程课程的学习兴趣和学习热情。经过近两年多位老师的共同努力，本课程多媒体教案制作完成，经过课堂的使用，同学们反应良好，可以明显地提高教学效率。
四、加强工程技术观念，做到理论实践结合
重视理论和实践结合将是提高教学质量的一个关键过程。因此在理论教学中，我们必须积极引导学生树立和强化工程观念，加大理论和实践相结合力度。学生在课堂上领悟到所学知识的用武之地，就会表现出更高的学习热情，收到意想不到的学习效果。在教学过程中我们在这方面进行了改革尝试，具体做法是：一方面，教学内容和实际生产相结合。在教学过程中，我们注意选择实际生产中与基本教学内容密切相关并具有代表性的事例进行剖析、讲解，帮助学生对《化学反应工程》课程的理解。例如我们以淮化集团合成氨生产工艺为例，通过有针对性地对生产过程进行分析，使同学们对所学理论知识有了更深的理解和巩固。另一方面，教学内容与科研、专业实验相结合。我们利用专业实验和教师的科研活动，把课程教学从较为抽象的理论变成易于理解和直观的实际过程，加深学生对概念和原理的理解，加强学生的工程观念。有些授课教师把自己的科研与课程有关内容紧密地结合起来，将一些案例引入课堂教学，让学生学习反应工程科研思路方法，并且让部分学生参与到自己的科研活动，学生通过自己动手更深地体会本课程的精髓。近年来，随着我校“对甲酚催化氧化制对羟基苯甲醛研究”、“软化学法制备共掺杂二氧化钛光催化剂的研究”等课题研究的深入，在参与科研工作中，学生大大提高了感性认识和动手能力，培养了学生构建创新思维的能力。不少学生通过参与科研工作这个活动，对《化学反应工程》课程产生了浓厚的兴趣，并且通过自己的努力，在化学工程方向继续进一步的深造。
《化学反应工程》是一门最能体现化学工程与工艺特点的学科，让学生在短时间内掌握并运用它并非易事。只有激发学生的学习兴趣，在教学内容和教学方法上不断进行探索和改进，不断强化工程观念和使用多种教学方法、手段，才能提高学生的学习能力，培养学生的创新能力。我校反应工程专业的教师在近两年的教学活动中进行了初步尝试，并取得了一定的效果，今后我们将进一步进行《化学反应工程》课程改革的探索，提高学生学习《化学反应工程》课程的能力，掌握课程内容，为国家培养更多的化工创新人才。
参考文献：
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[4]范明霞，徐保明.关于《化学反应工程》课程教学的研究与探讨[J].内蒙古石油化工，2011，（4）：76-77.
关键词：化学反应工程；教学；虚拟仿真；Aspen
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）18-0176-02
化学反应工程是关于如何在工业规模上实现化学反应过程，以期最有效地把原料转化为尽可能多的目标产品，争取实现经济效益，满足国民经济需要的一门学科。它的研究对象为工业反应过程，研究过程速率及其变化规律、传递规律及其对化学反应的影响。其研究方法是结合实验数据，通过模型化方法解决反应器的开发放大、结构选型、尺寸设计、操作优化等实际问题[1，2]。化学反应工程实验内容包括反应动力学测定、反应器流动状态测定等实验。采用真实实验装置进行实验，存在实验时间较长，实验参数不易确定，生成物检测困难等问题，而且一般同种设备只有一套，数个学生共同操作一个实验，不能进行充分的锻炼。随着计算机技术的发展，利用辅助软件进行教学以越来越显示出其优越性[3，4，5]。在化学反应工程这门课程中，可以采用化工虚拟仿真实验软件和流程模拟软件Aspen进行辅助教学，并取得了良好的辅助效果。
一、化工虚拟仿真实验软件
虚拟仿真实验是实验教学的重要补充，具有直观性、系统性、综合性、安全性、经济性的特点，能给学生提供全面的技能训练，获取完善的知识体系、完备的综合能力。
在真实的实验当中由于受教学资金的限制，实验设备台套数不足或设备陈旧，学生实验难以充分开展。而虚拟仿真实验可以快速扩容、更新升级。在真实实验平台中，部分按照人才培养计划要求必须开展的实验项目由于高危险、高成本、高消耗及高污染等问题无法开展。采用虚拟仿真软件，可以节约实验成本，以安全环保的形式强化实践训练。
传统的实验预习方法陈旧不能调动学生的积极性，用虚拟仿真实验考核来代替传统实验的预习，让学生自主通过虚拟实验知识学习系统，完成对重要知识点的学习；同时在仿真软件中练习操作，操作过程中后台会对操作结果自动评分，学生完成操作后可以提交虚拟实验仿真报告，从而大大提高预习效果。
反应过程要受到温度、压力、流动状况等多种因素的影响，且各因素之间具有很强的耦合性。在实际实验中，通过改变参数实现反应过程的最优化，要耗费大量的人力物力。而通过虚拟实验，可以快速改变参数，获得实验结果，探索反应过程的规律。把虚拟实验结果带到实际实验中加以验证。通过虚实结合，能有效提高真实实验效率和结果最优化。
学校现在有乙苯脱氢制苯乙烯、多釜串联反应器返混的测定、填料塔液相轴向混合实验、气固催化固定床实验、反应精馏制乙酸乙酯、煤制油、甲醇合成七套反应工程类的虚拟仿真实验项目。通过虚拟仿真练习，开拓了学生的视野，提升了知识结构，培养了综合设计和创新能力。
二、Aspen软件
Aspen是一个通用的流程模拟软件，采用模块化的建模方式，可以对化工生产中反应、混合、分离、换热、流体输入等单元操作进行模拟计算。在反应模块，有7个内置的反应器模型，其中生产能力类反应器2种（Rstoic、RYield）、热力学平衡类反应器2种（REquil、RGibbs）和化学动力学类反应器3种（RCSTR、RPlug和RBatch），涵盖了化学反应工程中所有的常用模型。具体的功能如表1所示。动力学模型包括内置的幂次定律、LHHW（Langmuir-Hinschelwood-Hougen-Watson）动力学或用户自定义的动力学。自定义的动力学可以用Fortran子程序或者excel工作表格定义。通过这些模块可以计算质量和能量平衡、反应热、产品选择性、反应程度和相平衡结果。
Aspen采用向导式的操作界面，逐步输入反应体系组分、物性方法、进口流股信息、反应器模块信息就可以进行模拟计算。反应器模块中需要根据选定的模块输入反应方程式、转化率、收率、反应温度、压力、反应动力学、反应器尺寸中的部分信息。
学生可以通过Aspen软件搭建所需的反应体系模型，比固定的虚拟仿真软件更加灵活，更有助于理解化学反应工程的基础知识。Aspen软件应用于反应工程教学，也避免了复杂的数学推导以及数值求解问题，使得反应过程尽可能的形象化，有助于学生对反应过程的理解并激发学生学习兴趣。
三、结论
1.化学反应工程是一门理论和实践性均非常强的学科，采用虚拟仿真实验软件进行辅助实验教学，更加直观、便捷、安全和经济，能给学生提供全面的技能训练，并获取完善的知识体系和完备的综合能力。
2.Aspen软件是综合性强的系统软件，学生可以根据需要建立合适的反应器模型，并可以方便地进行调试和比较，完全避免了复杂的数学推导以及数值求解问题，加深了学生对反应工程的理解。
参考文献：
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关键词：化学生产；化工生产工艺；化工技术
化学工程通常就是指为达到一定效果在理论基础上进行的一系列化学生产活动，它是将理论应用于实践的一个过程。现如今化工行业除了包括石油化工、催化制造等传统化工，还囊括了生物制药、纳米技术等现代化工。但目前化工生产行业还是主要以化石燃料等传统化学工业为动力，但是燃烧化石燃料不仅使得不可再生资源的减少，更对自然环境造成重大的污染。很显然，这和人们日渐追求绿色环保的观念产生矛盾。因此，面对化工生产过程中产生的环境污染问题，及时地做出科学合理的改进措施已经变得至关重要。
1化工生产行业当前现状
1.1对环境造成重大污染
化工行业是目前当今世界最主要的污染源之一。首先，化工生产过程中会产生很多的废水。废气和固体废弃物，如果不加以合理处理直接排放到水源里，那么对当地的地下水生态系统造成的后果将不堪设想。其次，化工行业在生产大量日常生活品为人们带来便利的同时，也带来了大量的生活垃圾，由于很多生活垃圾都是高分子化学材料，处理起来非常困难，如果将它们直接采取填埋的方式处理，将很长时间难以降解，这会对土壤造成严重的污染。化工生产过程中不仅会对当地的土质、水源造成污染，而且对空气也会有很严重的影响。化工行业主要以燃烧化石燃料为主。燃烧化石燃料会生成大量的二氧化碳、二氧化硫和固态颗粒物，不仅会造成温室效应加剧的后果，还会形成雾霾、酸雨等恶劣现象，给人们经济和健康带来巨大的损失。
1.2化工生产效率太低
随着人们生活水平的提高，传统的化工生产工艺已经无法最大限度地满足人们的日常需要了，这是由于化工生产工艺本身的缺陷造成的。化工生产工艺是将理论的化学反应放大应用在实际生产过程中，因此在具体工艺中会遇到很多问题。例如化学反应过程中转化率太低，化工生产过程中连续性较低等。这些问题都可能导致化学反应不充分，最终造成化工生产效率比较低。另外，反应设备的效率太低也是造成化工生产过程中效率比较低的一个重要原因。
2化工生产行业改进措施
2.1优化化学反应环境
每一个化工工艺都是化学反应的放大过程，但是又要比简单的化学反应复杂得多。就像化学反应的各个参数一样，反应条件也是化工生产中最为重要的环节。而每一个化学反应都会有其最佳的反应温度、反应时间等参数，同理，化工生产过程中的最佳反应条件决定着化工生产过程中的质量。因此，要想实现提高化工生产过程效率的目的，也应该最大限度地创造一个最佳的化工反应环境，同时应该尽可能避免各种副反应的出现。另外，在适当的情况下，也要使用恰当的催化剂以提高化工生产过程中的速率。
2.2改进化工生产工艺
在化工工艺的改进方面，不仅要提高反应生产过程的效率，更应该注重化工生产工艺的绿色安全环保。通过调整化学反应的反应参数和条件可以实现对化工生产过程中效率的改进。而化工工艺要想实现绿色环保，就需要寻求一些新的途径，例如，更加绿色环保的化学反应，使用最少的生产原料，生成对环境友好的产物等。在日趋崇尚绿色环保的当今社会，化工生产工艺走向绿色安全是大势所趋，而绿色安全环保的生产工艺也能带领化工行业走上新的辉煌。
2.3合理处置生产废料
化工生产过程中会产生大量的废水、废气和固体废弃物，而这些废料通常都是对自然环境和人体有严重危害的。所以在处置这些化工生产过程中的废料时应该格外注意。通常处理这些废料主要采用物理法和化学法，但是二者各有利弊，物理法较为环保，而化学法较为彻底，具体是由废料的种类来决定采用哪种方法处置。另外，生物法处理化工废料也逐渐受到科学家们的关注，生物法处理化工废料既绿色环保又反应彻底，是一种较为理想的处理办法。综上所述，无论采取何种方法处理化工废料，都应该秉持绿色安全的原则，将其对环境和人类的危害降到最低。
2.4寻求化工新能源
当今化工生产行业仍然是主要以燃烧化石燃料为主。但是化石燃料作为不可再生资源已经面临很多的问题，而且大量燃烧化石燃料也会对自然环境和我们人类的健康带来巨大影响，因此寻求别的能源来替代不可再生的化石燃料已经迫在眉睫。新的可再生能源不仅保障了化工生产的长久稳定发展，也避免了传统化工行业对人类和自然环境带来的恶劣影响。而科学家们也在这一方面取得了较好的成果，例如，电化工、生物化工、纳米技术等。我们有理由相信在科学家们的不懈努力下，将新能源大量普及并应用于化工领域指日可待。
3结语
通过对我国当前化工生产行业现状的了解和分析，我们发现化工生产过程中还存在很多的问题正待我们去研究和解决。我们要想改良化工工艺就需要对科学进行不断探索，要想维持自然环境的不被污染，就需要找到更加科学环保的办法保护自然环境，这是考验人类生存和自然环境共同长久发展的重大课题。而现在的我们要做的就是认真探索，寻求突破创新，对传统化工工艺中存在的问题进行研究并改进，最终保障化工行业的绿色健康可持续发展,这样我们才能稳定的推动社会建设。
参考文献：
[1]李珺瑶.化学工程中的化工生产工艺[J].化工管理,2017,(06):90.
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1发酵工程的分析
所谓多场分布，就是指发酵生物反应器中受到的多种物理因素影响，导致反应器内基质、产物等在浓度和温度上发生改变，从而对反应速率产生极大的影响，这些物理因素即为温度分布、速度分布和浓度分布。以发酵液中的反应为例，其反应的最终结果都与这些多场分布因素有关，如氧的传质速率、菌丝团以及菌体的内反应组分传质，还有固定化酶等等，都是主要的影响因素。在很多情况下，这些影响因素在影响反应过程的同时，还会起到主导反应的作用，即为发酵罐内反应的控制环节。所以，在发酵罐中的各项反应中，传递特性的作用十分关键，它的研究对于发酵罐内化学工程的研究来说具有良好的现实意义，并且为以后的发酵过程控制理论的完善奠定了基础。
2乙醇提纯工艺中所涉及的化学工程问题
乙醇提纯的主要工艺方法在进行乙醇的发酵工艺时，水是反应中必须要产生的物质之一，于是乙醇的提纯工艺就落到了水与乙醇的分离工艺上。基于化学原理上分析，这种提纯工艺可以采用精馏法，可以采用吸附法、共沸精馏、萃取精馏，也可以采用渗透气化膜分离法等等。一般来说，乙醇在发酵液中的质量分数在5%到12%之间，但是工业用乙醇的质量分数却在90%以上，那么这就给乙醇的提纯工艺提出了一定的挑战，采用传统的精馏方法已经无法满足工业的要求。由此，可以将发酵液中的乙醇混合物分两步进行提纯，首先，利用普通的精馏提纯方法得到质量分数为92.4%的乙醇，然后再利用萃取、共沸、吸附等精馏方法得到高纯度的工业乙醇。精馏这种乙醇提纯方法已经发展多年，其工艺与流程也比较成熟，然而在这种精馏过程中由于产生很高的热量，造成的能耗很高，并且在此过程中对于回流的要求也越来越高，大大增加了精馏成本。综上，在传统的乙醇提纯工艺上还具有很大的发展与创新空间，可以从设备配置、生产效率以及工程理论上进一步研究，得出更适合现代工业发展的有效方法。目前，这种工艺方法已经有所突破，如分类与反应过程耦合的方法，就是创新的代表。在燃料乙醇方面，乙醇的纯化可以采用的方法为多塔精馏，同时结合向乙醇混合液中增加原有体系分离因子的萃取精馏等，也可以利用膜蒸发分离的办法，其优点是降低能耗，避免污染环境。此外，吸附的办法在燃料乙醇纯化工艺中还没有很成熟的使用，需要进一步的探讨。现阶段，燃料乙醇生产工艺的研究，主要集中于单一操作过程，如吸附脱水共沸物、渗透蒸发、萃取精馏等，将这些单一过程组合研究的文章不多。实际的燃料乙醇纯化研究中，计算机仿真的应用开始不断增多，它在进行不同单元组合的反应规律研究上十分有利。此外人工智能方面在乙醇纯化工程模拟中也有很多的应用，对于条件限定后的每个单元操作以及分离流程耦合的筛选等都是工程模拟中的主要内容。由此可见，流程组合的研究已经上升到计算机时代，不再需要传统的凭经验进行流程与工艺的确定了。
3生物发酵反应与分离耦合反应
就目前的燃料乙醇工艺研究而言，主要为基础研究工作，如过程放大、生物反应与分析过程耦合、流程创新、工艺流程创新等。生物发酵反应与分离耦合。不是两者的简单结合，而是一种流程耦合，属于一种创新的技术和理论。如果化学反应结束后就可以直接得到产品，那么反应过程就是相应的过程，而在工程上所说的反应过程则是综合性的过程，包括方法、设备以及问题处理的过程。这其中形成了分离工程，利用能量与物质的传递、化学反应以及流体力学等相关知识，由此说明耦合问题可以进行，并且能够完成相关问题的解决，并且可以将生物发酵看作是耦合过程，用于提高发酵与分离效率，这种方法大大促进了燃料乙醇工艺的发展。它利用了工艺改善，采用了创新的方法，实现了工艺过程最优化，这是化学工程发展的最新契机，多场耦合的研究意义重大，为未来的发展与进步指明了方向。
4结语
燃料乙醇过程的进展取决于多种因素，其中最为重要的因素之一就是在此过程中存在的流体流动、质量传递、发酵生物化学反应以及热量传递等。发酵工程的未来研究方向，应该从传统的工艺本身研究抽身而出，致力于同步糖化发酵背后的一些工程问题，并且开始采用创新的多尺度问题研究方式，同时结合人工智能、新型分离发酵装置等，利用多场耦合，开辟燃料乙醇领域进展的新篇章。与此同时，在未来的化学工程学理论研究上，也应该加大对生物反应工程、流程创新以及工程放大的理论研究，将经验上升为理论。
作者：陈叶涛 单位：武昌工学院
关键词：燃料；燃烧；教学内容；设计
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）40-0113-02
在当今全球节能减排要求日益严格的背景下，国内外燃料、燃烧理论及燃烧应用技术发展很快，“燃料与燃烧”作为我校本科热能与动力工程专业方向的骨干基础课，其教学效果对学生后续专业课学习和未来工作均有重要影响。
“燃料与燃烧”课程教学内容涉及众多专业，知识结构比较繁杂。基于我校培养适应社会发展的高素质、创新型人才的目标，在制定新版教学大纲时，广泛征集了用人单位、兄弟院校、教师和校友的意见，重新优化设计了“燃料与燃烧”课程的教学内容，考虑到燃烧理论是所有热机的基础，增加了燃烧基本理论方面的内容，尤其是与内燃机、燃气轮机和锅炉相关的理论。
一、“燃料与燃烧”课程教学内容
1.燃料。本模块主要包含：固体燃料、液体燃料、气体燃料的来源、种类、组成；燃料性质、物性参数的定义和表示方法等教学内容。
2.燃烧过程的物质平衡与热平衡。本模块主要包含：燃料的热值、过量空气系数、当量比；完全燃烧所需的空气量及燃烧产物组分的计算、不完全燃烧产生的烟气量、不完全燃烧方程式；完全燃烧与不完全燃烧时燃烧温度、实际燃烧温度、提高理论燃烧温度的途径等教学内容。
3.化学反应动力学。本模块主要包含：化学反应速度、基元反应、质量作用定律、反应分子数与反应级数、反应级数的确定方法；化学反应速率及其影响因素、各种级的单步化学反应、串联反应、竞争性反应、逆反应、链锁反应、链分枝爆炸、爆炸极限等教学内容。
4.燃烧系统守恒方程。本模块主要包括：分子传输方程；基本守恒方程；流动边界与热边界层等教学内容。
5.着火和燃烧界限。本模块主要包含：燃烧现象的分类；着火爆炸与熄火现象为化学动力学控制的燃烧问题；自燃与引燃、引燃成功条件，各种参数对着火的影响；热球点火与火花点火问题；燃烧界限的影响因素；等等教学内容。
6.预混气的燃烧。本模块主要包括：爆震波和缓燃波、雨果尼奥曲线及性质、雨果尼奥曲线上熵的变化、爆震波后已燃气的速度与当地声速的比较、爆震波的结构等教学内容。
7.层流预混火焰。本模块教学内容包括：热理论、化学和物理参数对火焰传播速度的影响、火焰传播速度的测量方法、火焰在层流气流中驻定的原理、火焰淬熄等教学内容。
8.层流扩散燃烧。本模块教学内容包括：层流扩散火焰的伯克和舒曼理论、燃料射流的唯象分析和层流扩散火焰射流等教学内容。
9.气体湍流燃烧。本模块教学内容包括：湍流火焰的唯象方法、湍流模型、非预混反应物的化学反应湍流和预混反应物的化学反应湍流等教学内容。
10.液体燃料的扩散燃烧。本模块主要包含：斯蒂芬流、单油滴的蒸发及质量燃烧速度、液滴寿命的计算；气流中的燃料液滴；在静止介质中液滴的超临界燃烧、内部回流对液滴蒸发速率的影响；火焰的位置、燃料蒸汽、氧气、产物及温度的分布、喷雾燃烧的概念；喷雾贯穿距离、喷雾角和颗粒平均直径；等等教学内容。
11.固体燃料的燃烧。本模块主要包括：固体燃料的燃烧过程、固体碳粒的燃烧、碳粒燃烧的化学反应、扩散与动力控制的碳粒表面燃烧等教学内容。
12.燃烧污染与防治。本模块主要包括：NOx的生成与防治、SOx的生成与防治、烟尘的生成与防治等教学内容。
13.船舶动力装置的燃烧。本模块主要包括：船舶柴油机的燃烧技术、燃气轮机的燃烧技术和船舶锅炉的燃烧技术。
二、“燃料与燃烧”教学设计
“燃料与燃烧”课程教学目的是使学生掌握燃料特性和燃烧基本理论，具备利用理论知识分析和研究燃烧现象和燃烧装置的能力。教学过程中应注意以下几点。
1.夯实基础知识。“燃料与燃烧”是研究燃烧规律的一门课程，它以高等数学、大学物理、大学化学和其他基础课的知识基础为支撑，课程中有很多非常基础的知识点，后续燃烧理论、燃烧模型都是在其基础上发展起来的。在课堂教学中应特别注意这些知识点，要讲全讲透，才有可能有良好的教学效果。
2.注重知识综合运用。“燃料与燃烧”课程是热能与动力工程专业的基础课程，教学内容直接应用到后续各专业方向的骨干课程中，如“内燃机原理”、“燃机原理”、“锅炉原理”和“内燃机排放与污染控制”等一系列课程。在课程教学中，应突出“燃料与燃烧”课程的特色内容，同时兼顾相关课程和相应的交叉课程，提高学生综合运用知识的能力。
3.增强教学体系结构的系统性。注重与前续基础课程、后续专业课程间的衔接，但又要避免课程内容的交叉重复。根据教学目的和检测要求，不断优化热能与动力工程专业方向的课程体系教学内容结构，增强课程体系的系统性和完整性。
三、“燃料与燃烧”课程教学的重点、难点及相应解决措施
计算机变得与试管一样重要
在漫长的历史时期，对化学家而言，试管是他们最为重要的工具，另外通过小棒和小球，他们就可以搭建出一些化学反应的分子结构。但是当人类进入计算机时代以后，对化学研究人员而言计算机开始逐步变得与试管同样重要。
中科院化学研究所分子反应动力学国家重点实验室主任边文生表示，化学反应是一个微观过程，许多化学反应的发生可能只需要几微秒，传统上用实验手段描述出反应过程的每一个步骤几乎不可能实现，而此次获奖的三位科学家使计算机成了描述一些化学反应的重要工具。
诺贝尔评审委员会说，卡普拉斯、莱维特和瓦谢尔研究的开创性在于，他们让经典物理学与迥然不同的量子物理学在化学研究中“并肩作战”。以前，化学家必须二选其一。依靠用塑料棒和杆创建模型的经典物理学方法的优势在于计算简单且能为大分子建模，但其无法模拟化学反应。而如果化学家选择使用量子物理学计算化学反应过程，但巨大的计算量使得其只能应付小分子。为此，在20世纪70年代，这三位科学家设计出多尺度模型，让传统的化学实验走上了信息化的快车道。在由这三位科学家研发出的多尺度模型的辅助下，化学家们就可以让计算机做“做帮手”来揭示化学过程。
诺贝尔化学奖评选委员会在当天发表的声明中说，现在，对化学家来说，计算机是同试管一样重要的工具，计算机对真实生命的模拟已为化学领域大部分研究成果的取得立下了“汗马功劳”。并且通过模拟，化学家能更快获得比传统实验更精准的预测结果。
研究成果被广泛应用
事实上，也正是三位科学家上个世纪70年代的开创性研究，让计算机模拟揭示复杂的化学反应过程成为可能。此后，经过长期努力，科学家们建立了更加准确和普遍适用的量子化学和分子力学结合的多尺度计算模型。
边文生表示，卡普拉斯、莱维特和瓦谢尔所发明的多尺度模型的意义在于其具有普遍性，可用来研究各种各样的化学过程，从生命分子到工业化学过程等，都可以应用到他们研究的模型。
北京大学化学与分子工程学院长江特聘教授夏斌表示，如今无论是在化学领域，还是分子生物学领域，三位获奖者的研究成果都已被予以应用，其已经成为了很多研究人员十分重要的研究工具。
“如今，蛋白质、核酸、碳氢化合物等生物大分子的研究，最新研究与开发的药物设计等相关研究，几乎都离不开三位获奖者通过计算机模拟出的化学分子模型。”边文生说。
关键词：燃烧学；量子化学；Gaussian软件；多媒体
中图分类号：G642?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）19-0041-02
“燃烧学”是热能与动力工程专业一门十分重要的专业基础课程，其内容涉及化学动力学、传热学、热力学、流体力学以及热化学等多门学科知识，是一门典型的交叉学科。由于“传热学”、“热力学”以及“流体力学”是热能与动力工程专业的基础课程，通过前期的系统学习，学生对该部分内容较为熟悉。但由于专业的限制，本专业学生在大学期间很少有机会学习化学专业知识，因而对化学动力学和热化学等内容相对陌生，不少学生在课后反映该部分内容抽象难懂。燃烧过程实质上是耦合了流动、传热以及热力相变的复杂化学反应过程。因此，掌握好化学动力学和热化学等知识对本课程的学习具有重要意义。笔者根据在科研与教学实践中的经验，将量子化学Gaussian软件应用到燃烧学课程的教学中，取得了良好的效果。
一、量子化学Gaussian软件介绍
量子化学是应用量子力学的规律和方法来研究化学问题的一门学科。量子化学Gaussian软件是一个功能强大的量子化学综合软件包，是化学领域最著名的软件之一，可以在Windows、Linux、Unix操作系统中运行，目前最新版本为Gaussian 03。该软件由量子化学家约翰波普的实验室开发，可以应用从头计算方法、半经验计算方法模拟和计算分子和过渡态能量和结构、化学键以及反应能量、分子轨道、偶极矩和多极矩、原子电荷和电势、振动频率、红外和拉曼光谱、极化率和超极化率、热力学性质以及反应路径等内容，是目前应用最广泛的半经验计算和从头计算量子化学计算软件。量子化学Gaussian软件在教学中可以轻松搭建直观的分子和原子模型，并且从分子动力学层面展现一个化学反应的内在变化和重组过程。因此，学生可以直观地了解物质的结构和化学反应内在规律，从而强化对相关知识和规律的认识与掌握。
二、量子化学Gaussian软件在“燃烧学”教学中的应用实例
量子化学Gaussian软件的功能非常强大，但本文仅选择个别功能，并且通过列举“燃烧学”中最常见的两个简单基元反应实例来介绍其在“燃烧学”教学中的应用。
1.实例一
CO和·OH的反应是燃烧过程以及燃烧大气污染控制化学中的一个重要基元反应。根据分子碰撞理论，两种物质是通过相互碰撞发生化学反应，但这种说法对于非化学专业的同学来说非常抽象，不易理解。比如两者是如何发生碰撞的，碰撞后又是如何发生反应的，这些问题都很模糊，通过简单的文字描述很难讲清楚。而通过简单直观的图形讲解则可能取得意想不到的效果。图1显示的是采用Gaussian软件中的密度泛函理论（DFT，B3LYP方法）在6-311++ G（d，p）基组水平下全参数优化和模拟反应过程中的各反应物、中间体（IM）、过渡态（TS）以及反应产物的几何构型示意图。
图2显示的是CO和·OH之间的反应能级示意图。从图中结果可以看出，CO和·OH之间的反应实质上是·OH对CO发动进攻，即·OH的O原子去进攻CO中的C原子，得到反应中间体IM1。从中间体IM1出发有两种裂解方式：一种是经过渡态TS1断裂其H-O键；另一种方式是IM1首先经过一个异构化过渡态TS2异构为另一顺式中间体IM2，然后IM2又经过渡态TS3断裂其H-O键生成产物CO2和H。基于以上能级分析，反应存在两条可能的通道。但通过计算的活化能可知，第一条反应路径需要的活化能为197.41 kJ/mol，而第二条需要的活化能仅为33.22 kJ/ mol。化学反应进行必须先要克服一定的能量障碍，即活化能才可以发生。从计算结果可以看出，由于通道CO+·OHIM1TS1CO2+·H的活化能比通道CO+·OHIM1+TS2+IM2+TS3+CO2+·H的高得多。因此，第二个通道需要克服的能量障碍更小，即更容易发生，是该反应的主要通道（主要反应路径）。
2.实例2
目前，我国化学工业项目正在逐渐增多，为人们生产生活带来了极大的便利，食物包装、食用化学添加剂、航空航天等等，化学技术的社会性价值无可取代，但是，其产生的一系列环境问题也值得深思。其中，聚乙烯的应用带来的环境问题较为严重，由于塑料的化学分子非常的稳定，就导致其在地下会长久不腐化，产生了非常严重的白色污染问题。另外，化工工厂的废水废气也会对水体和大气产生非常巨大的影响，甚至会导致一些区域出现无生物死水现象，这些自然环境问题需要相关部门结合实际情况进行深度处理和综合性优化，积极建构更加有效的处理机制和控制体系，确保化学工业持续发展的同时，一定程度上保证环境问题得以有效解决[1]。
2化学反应应用中化工原料重要性
在我国化工工业发展进程中，将实验研究项目作为实际管理机制的基础，因此，要对研究阶段的化工应用结构进行综合分析，而对研究阶段影响最大的因素就是化学反应的基本原料，也就是说，若是想要得到一个化学物质，就要消耗其他的化工原料进行制备和化学处理，这个过程需要得到严格的审核和控制，并且将经济安全作为研究重点，提高实践基础的有效性和系统化处理效果，要从综合性管理机制出发，对相关项目进行统筹分析和综合性整理。第一，化学反应中，纳米材料在化工技术应用过程中具有非常关键的作用和价值。作为新型的高科技原料，纳米技术在微观技术结构应用机制中发挥了非常巨大的作用，纳米材料的应用范围也较为广泛。值得一提的是，纳米材料具有抗辐射作用，能一定程度上推进化工技术复合材料的实效性和应用价值[2]。第二，化学反应中的催化剂也具有非常重要的研究价值，特别是在一些大型化工企业的常规实验中，利用催化剂能有效提升整体化学实验的处理效果，确保处理结构和化学反应应用的稳定性。利用化学反应催化剂，不仅能提高化学反应的实际效率，也能有效升级其产物的应用价值，在实践中，只有保证催化剂的相关参数要求符合国际标准，才能有效提升化学反应的实际效果，并且一定程度上减少化工材料的浪费，规避化工污染的产生。正是基于此，在实际试验项目管理体系中，要结合实际需求和管理策略，高度重视化学反应催化剂的使用前景和使用效果。
3化学反应应用中废物处理反应重要性
近几年，关于化学反应和环境之间平衡关系的探讨持续升温，相关部门要结合实际需求和管理机制，建构更加系统化的处理措施，才能有效升级处理效果，正是基于此，在化工技术中，要对化学反应的废物处理项目进行全面分析和综合控制，提高整体处理效果和技术实效性。也就是说，在化学反应过程中，要对化工企业中技术结构的局限性和加工实效性进行综合性统计分析，确保废物处理效果符合预期，这也是化工企业环保项目中的关键性问题[3]。
3.1科学化综合处理
在化学反应操作过程中，要结合实验研究项目，建立健全更加系统化的综合性处理机制，由于废物环保处理过程较为复杂，需要相关人员结合实际需求对废物中的有害物质进行科学化的处理和整合，这些措施都要按照标准化流程有序推进。也就是说，只有提升科学化处理措施，才能从根本上对废物环保处理过程进行升级，从而减少有害物质的不良侵害。
3.2提高净化意识
在环保机制建立过程中，环保意识非常关键，社会大众对于自身环保意识的建设也缺乏认知，就会导致整体环保理念无法得以有效落实，相关管理控制措施也会受到影响。另外，一些化工企业为了节约成本，对环境污染问题视若无睹，也就导致有害物质和重金属随意的投放，缺乏必要的净化处理，会加深环境污染。因此，相关部门要对化工企业的环境保护意识进行统筹分析，积极建构更加系统化的处理机制，确保处理结构和污染项目符合标准。在对污染物进行综合性科学处理的过程中，提升整体环保效果[4]。值得一提的是，要想从根本上提高环保效果，相关部门也需要建立健全完整的净化处理措施，分析污染物的同时，针对实际问题采取有效措施。
4结语
总而言之，在化学化工技术管理模型中，要积极落实更加有效的处理机制，切实维护管控效果，提高对原料和化学催化剂管理效果的重视程度，寻找最优化发展路径，确保化工技术和化学工业项目的可持续发展。
作者:张伟云 单位:平顶山市工业学校
参考文献：
[1]崔国凯,钱晨阳,李浩然等.离子液体强化有机化学反应的研究进展[J].化学反应工程与工艺,2013,29(03):281-288.
[2]黄顺祥,郝荣章,刘峰等.涂层中伴有化学反应的传质动力学模型及解析解[J].兵工学报,2015,30(06):746-752.
[关键词]绿色；化学工艺；应用；发展
中图分类号：TQ02 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）06-0116-01
前言：随着环境污染问题的加重，国家对生态环境保护越来越重视，而绿色化学是实现这一目标的重要理论支撑，绿色化学工艺的应用极为重要。
一、绿色化学的内容概述
绿色化学工艺在化工生产中的引进使得环境污染加剧问题得到了进一步控制，绿色化学的概念正不断的深入人心。对于绿色化学，不管是原材料的应用还是在化学反应中催化剂的添加，都要尽可能做到无毒、无害、零污染。运用绿色化学工艺不仅能减少化工生产中有害物质的排放，还可以减少对环境的污染。首先，工业用材料必须是可再生资源，并且保证原材料无毒无害；其次，发生的化学反应为绿色的，应用的材料容易降解，且有害物排放低或为零；另外，慎重选择化学反应的催化剂，选择没有危害的催化剂；最后，谨慎选择添加溶剂，如果该溶剂有副作用则不能再用。我们需要不断加强对绿色化学技术的研究，在今后的化学工业生产中，尽可能应用可再生的绿色资源，对于不可再生的资源应限制其重复利用。
二、绿色化学工艺研发现状
2.1 “原子化学经济”反应
“原子化学经济”即是在化W反应中，要求对反应物中的原子实现最大程度的利用，并使其参加反应的物质完全转化为生成物，也只有这样才实现了真正意义上的绿色化学工艺。
2.2 原材料的选取
在化工生产中，对于发生化学反应的原材料来说，其性质决定了生产的过程和方法。对于原材料的选取，要想保证反应的彻底、无害，则应优先考虑按绿色化学工艺要求使用的无毒害材料。
2.3 改善催化剂类型
在化学反应中改善催化剂的类型，可以使反应中不稳定的中间体被进一步氧化或还原，使其反应更加彻底、高效。另外，要确保化学反应的可选择性，发生氧化还原反应时会有一些很容易被氧化、还原的中间物质生成，所以要提高催化剂的载氧能力，并根据新型催化剂的反应特性研发相应的化学反应工艺。
2.4 使用清洁工艺
使用清洁工艺可以使整个化学生产过程达到绿色环保的效果，另外，使用再生能源、选用先进的工艺技术，可以从根本上减少或避免因污染物排放带来的环境危害。例如：废弃的秸秆以及稻草等就可以作为化学原料，将糖类植物转化为乙酰丙酸，实现对葡萄糖的提取，这样就避免了反应中废弃物的出现。
三、绿色化学工艺的开发
3.1 采用无毒害的生产原料
企业在生产化工产品的过程中，首先应该做好的就是对生产原料的选择。 生产原料不同，相应的生产方法与流程也会有所不同。绿色化学工艺则要求在生产过程中使用无毒无害的原料，即使在必须要使用化学物质的情况下，也要采取措施将危害降到最低。在根源上消除污染环境的“三废”，在生产过程中绿色化学工艺应采用可再生的原料，如野生植物或农作物等。
3.2 采用无毒害的催化剂
目前的化工品生产过程中，90%以上的化学反应都需要加入催化剂来提高化学反应速率，因此在绿色化学工艺的开发过程中，对无毒害、新型高效绿色催化剂的开发也是一个关键的研究方向和课题。丁烯烷基化与异烯烷基化生产工业中，异辛烷属于“原子经济”反应，但反应的催化剂使用的是对设备具有强烈腐蚀性危害的氢氟酸或硫酸，而且生产后的废液很难进行恰当的处理回收，又会进一步污染环境。当前，国内外的很多高校和机构都在研发新型的烷基催化剂，开发出腐蚀性低、能耗低、污染小的催化剂，也是绿色化学工艺的重要努力方向。
3.3 提高化学反应的选择性
在石油化工行业中有许多强放热类的反应，而且其目的产物一般又是一些不稳定的容易被反应氧化的中间体，因此这类催化剂就成为了催化剂中选择性最低的类型。另外，还有一些产品的组成方式是异构体的，因此为有效的将原材料加工转换成产品，在过程中就需要加入选择性较高的催化剂，对这种催化剂的开发不仅能够降低生产成本、节约资源，更重要的是能减少其对环境造成的不良影响， 绿色化学工艺注重的是不同氧化反应和不同反应特点的催化剂的开发。
四、绿色化学工艺的应用
4.1 生物技术
从广义上来说，生物技术包括了基因、细胞、酶以及微生物技术等。在应用方面，生物技术的主要应用领域为生物化工和化学仿生学方面。生物在某些领域正在逐步代替石油、天然气等不可再生能源。生物技术中所进行的化学反应，大多数都是利用自然界中找到的酶或者是工业生产的酶作为催化剂。这种利用酶作为催化剂取代化学催化剂的方法，具有对环境无化学污染、反应的条件温和以及生产出来的产品性质相对优良等特点。
4.2 清洁技术
清洁环保是绿色化学工艺追求的目标，清洁的生产技术就是无毒、无害、无废弃物。例如清洁煤脱硫、脱碳技术的应用以及太阳能、风能发电技术的应用，都属于清洁的生产技术。较为先进的清洁技术还有等离子技术、绿色催化技术和生物工程技术等。应用清洁生产技术，其生产过程不仅不会对环境造成污染，其产品也属于清洁产品。
4.3 农业生产
氮元素是农作物生长时所必须的元素之一，这样我们就可以通过生物固氮的方法来增加氮元素。外界环境中的氮元素都是以氮气的形式存在，不能够被农作物直接吸收。传统的固定氮元素的方法是通过化学反应生成NH3，化学反应中使用的催化剂以及生成的杂质都会对环境造成污染，而应用绿色化学工艺的生物固氮技术，减少了工业合成氨的生产，消除了生产过程对环境的污染，从而保护了空气质量。
五、绿色化学工艺的发展
5.1 化学工艺发展
在未来的发展中，绿色化学将发展绿色化学工艺的模式，广泛应用各种节能材料，这些都有利于绿色化学工艺的实施以及相关体系的进一步优化。在将化学工艺进行绿色化的处理过程中，运用的比较创新的一个方法就是对化学生产进行在线控制与检测，对生产的每一个具体环节的工艺和过程加以把控，以此做到协调，这样才可以保证参与到化学反应中的物质和反应过程都是安全的，并且要设立相关机制以处理化学反应会出现的一些意外情况。对于社会公众，必须加强环境保护的宣传导向工作，在降低工业污染的同时也要做到减少生活垃圾排放。
5.2 催化剂的发展
5.2.1 仿酶催化
化学反应中，酶催化过程具有专一、效率高等特点，在目前的化学反应中应用的都是天然酶。天然酶是有一定限度的，所以需要我们逐步开发出人工酶来取代天然酶的应用。另外，人工酶的优势在于可以仿制一些人工活性反应结构，使反应中所需的疏水环境以及与多种非共价键反应的原子协同效应，充分发挥作用。
5.2.2 纳米催化剂
纳米催化剂可以对环境起到治理的作用，纳米金属催化剂中主要包含了一些含铂、铑金等成本较高的金属氧化物；还有另一种是较为传统的以氧化铝和氧化硅等金属氧化物为载体，通过一系列反应形成一种负载型纳米催化剂，以此来提高化学反应的速率以及活性。目前纳米催化剂可以实现对汽车尾气排放的处理，达到净化空气的效果。
结语
综上所述，近年来环境污染不断加剧，为了减少污染物排放、节约资源、实现可持续发展目标，绿色化学必将向着新的发展高峰迈进。
参考文献
关键词：添加剂 中试研究 油
油添加剂是油的灵魂，没有高质量的添加剂，就不能保证有高质量的油产品。当一种油添加剂产品从实验室被研究开发出来之后，往往不能够马上直接进行工业化生产，得到工业化产品。虽然油添加剂合成过程中的化学反应本质不会因实验或生产的不同而改变，但各步合成化学反应的最佳反应工艺条件，则可能随实验规模和设备等外部条件的不同而改变[1]，一般都需要经过一个放大50~100倍规模的小型实验，以便进一步研究在一定规模装置中各步化学反应条件的变化规律，并解决实验室阶段未能解决或尚未发现的问题，为该种油添加剂的工业化生产提供各种设计依据，这就是油添加剂的中试研究[2,3]。
一、中试研究的条件
一种新型的油添加剂产品在实验室的研究进行到何种程度就可以进行中试研究呢？根据多年油添加剂中试研究的经验以及前辈们的总结，一种新型的油添加剂产品只有在实验室研究达到以下条件时，才可以开始中试研究，具体条件如下：
1.油添加剂实验室小试合成路线已经确定，操作步骤明晰；反应条件确定；产品收率稳定且质量可靠。
2.实验室已经取得多批次稳定翔实的实验数据，并且进行过多次小试试验，工艺稳定。
3.油添加剂产品的质量标准和检测分析方法已经确定。包括最终产品，中间产品和原材料的检测分析方法。
4.油添加剂合成进行了物料衡算。合成过程中产生的三废已有初步的处理方法。
5.油添加剂合成过程中对所消耗的原材料规格和消耗量提出了要求。
6.针对石油化工生产装置相关安全法律法规的有关规定，对油添加剂合成过程中的安全生产提出了相关要求。
二、目前中试研究的现状
由于历史等原因，目前油添加剂中试研究存在着各种各样的不足和缺陷，有些是由于油添加剂中试研究的手段和设备问题造成的，另外一部分是因进行中试研究人员的专业背景等自身条件的限制而造成的。
1.油添加剂中试研究目前基本上停留在对实验室工艺条件的验证上，没有进一步的对工艺条件开展优化研究。
2.实验室研究和中试研究的侧重点不同，实验室研究在于能够得到一种新型的油添加剂产品，要求工艺可行；而对于油添加剂的中试研究，仅工艺可行还远远不够，中试研究还必须确切地知道整个工艺过程中相关的化工热力学数据，为整个中试研究过程中的工艺条件的控制制定相应的方案，而目前油添加剂实验室研究没有提供相关的化工热力学数据，为油添加剂中试研究的工艺控制和能量衡算带来了一定的难度。
3.实验室研究所用的反应仪器多为玻璃制品，玻璃制品的抵抗各种化学腐蚀是比较优良的，可以不用考虑各种化工原材料对实验设备的腐蚀问题。一旦要进行中试放大研究，由于现有的中试研究装置材质多为不锈钢，对于某些强酸和强碱腐蚀的抵抗能力是非常弱的，因此进行一个油添加剂产品的中试研究的时候必须进行材质的选择和抗腐蚀试验。
4.每种油添加剂合成过程中添加的化工原材料都是不一样的，有些是液、液混合，有些是固、液两相混合，还有部分是气、液、固三相混合的反应，由于原材料的差异，为了达到充分混合，每种混合方式对反应釜搅拌器型式的要求都是不一样的。现有的油添加剂中试研究由于设备的限制，对中试研究过程中的搅拌器型式往往无法选择。
5.在一个化工合成过程中，化学反应所花费的工时在整个产品的生产周期里所占比重是比较小的，以前由于认识不足，对油添加剂合成的操作工时与生产周期的计算存在误区，没有充分考虑油添加剂合成的前期处理和后期处理，造成了操作工时和生产周期的缩短。
6.由于各种公用工程计量仪表的缺失，不能对水、电、汽、风等各种公用工程的消耗进行准确地计量，不能够为油添加剂的进一步工业化生产设计准确地提供各种公用工程数据。
三、未来的工作对策
针对油添加剂合成中试研究的现状以及结合本人的工作实际，主要从以下几个方面解决目前油添加剂中试研究中的有关问题。
1.采用基团贡献法估算油添加剂的物性参数，计算油添加剂合成的化工热力学。
2.考察油添加剂合成过程中各种原材料加入顺序及方式对油添加剂合成的影响。
2.1不同固体物料加入方式及顺序的影响；
2.2高粘度物质对加入设备及管线的要求；
2.3滴加物料加入速度对添加剂合成的影响；
3.搅拌器类型、设备形式等对油添加剂合成的影响；
4.针对不同的油添加剂合成过程，考虑合成过程中产生三废的不同处理方案，使之对环境的影响减小到最小；
5.对现有油添加剂中试装置进行自动化控制可行性研究的探讨。
四、结论
通过以上几方面的努力，希望在今后的油添加剂中试研究结束后能够提供一份满足《石油化工装置工艺设计包(成套技术工艺包)内容规定》SHSG-052-2003 规定的油添加剂生产装置工艺设计包[4]，为油添加剂进一步的工业放大生产提供设计依据。
参考文献
[1]黄英，王艳丽. 化工过程开发与设计[M].北京：化学工业出版社，2008.
[2]刘兴龙，白彪. 浅谈概念设计在化工设计中的应用. 化工进展[J]. 2003，22(3)：217-223.
[3]J.M.道格拉斯[著]. 蒋楚生，夏平[译]. 化工过程的概念设计[M] 北京：化学工业出版社，1994.
关键词：化学工业；绿色化学工程；节能生产；促进作用
20世纪80年代以来，化学品在社会公众中的形象产生了一些微妙的变化。一些人甚至认为，“化学品有毒、有味、污染环境。国内一些食品、化妆品广告或包装上常有一句“本品不含任何化学添加剂”。“化学”似乎成了“有害”的同义词，殊不知，那些标榜着纯天然的也是化学品。广义地说，任何物质都是有毒的，物质的毒性与物质的“量”有关。分析绿色化学工程及工艺在化学工业生产中的应用，能够降低化学工业污染程度，提高化工节能效果，对化工行业的发展意义重大。
一、绿色化学概述
（一）绿色化学概念。色化学又称环境友好化学，是运用现代科学技术的原理和方法来减少或消除化学产品的设计、生产和应用中有害物质的使用与产生，使所研究开发的化学产品和过程更加对环境友好。从这定义上来看，绿色化学的目的就是在化学转化的全过程中对污染进行预防，把污染末端开始控制变为源头就治理。绿色化学涉及对化学产品及其合成设计与改造。通过提供一个新的方法，既通过改变化学方应与化工过程，从而从根本上减少或消除危害物质的产生，并进而解决环境问题。
（二）绿色化学特点。第一，绿色化学考虑社会可持续发展，促进人与自然的协调。大力开发人类最理想的绿色资源和能源，充分利用生物质，即植物、农作物，以及其他通过光合作用产生的有机物，它们是理想的石油品替代原料。此外，还可利用取之不尽、用之不竭的太阳能及风能、地热能和海洋能等，促进化工生产的持续发展。绿色化学是人类用环境危机的巨大代价换来的新认识、新思维和新科学，是更高层次的化学。第二，绿色化学是研究与环境友好化学反应和技术，特别是新的催化工程技术，在选择原料路线时，尽量使用低污染、无污染的原料，以替代有毒有害的原材料，反应过程中采用对环境友好的媒介和反应技术。如：酶催化反应、膜催化反应、清洁合成技术、生物工程技术等。”这些采用生物技术、酶技术及基因重组工程等高新技术开发新的化学反应与合成新的化合物，能够实现化学反应技术的绿色化。第三，绿色化学是从源头上防止污染的生成。即污染预防环境治理则是对已被污染的环境进行治理，即“末端治理”。时间表明，这种“末端治理”的粗放式经营模式，往往治标不治本，只注重污染的净化和处理，不注意从源头上和生产全过程中预防和杜绝废物的产生和排放，既浪费资源和能源，治理费用投资又比较大，综合效益差，甚至造成二次污染。因此，绿色化学的目的就是把现有的化学工业生产的技术路线从“先污染、后治理”改变为“从源头上消除污染”。
二、G色化学工程与工艺在化学工业节能中的应用
（一）清洁生产技术的应用。清洁生产技术也被称为无害、无毒、无废的绿色化技术，比如先进的脱硝和脱硫技术；城市垃圾的无害化处理技术；生活垃圾制沼气技术；高效清洁的煤气化技术；利用风能、太阳能等自然能发电技术等等，这此都利用了清洁生产的技术。清洁生产技术包括的范围很广，主要有以下几种技术：生物工程技术，这其中有细胞工程、酶工程、基因工程等等；辐射加工技术，如离子束、射线和中子束等在常温常压下就可以引起一些需要在高温高压下才能进行的反应；绿色催化技术，这里有多种催化剂，比如分子筛催化剂、相转移催化剂等；超临界流体技术，这里有超临界H2O和超临界CO2都能阻燃并且无毒。
（二）生产环境友好型产品。发展绿色化学工程与工艺，其目的是生产出环境友好型产品。在生活中有许多实例，比如寻找替代品来替代氟利昂，这样可以保护大气的臭氧层；使用可降解的塑料制品；无磷洗衣粉、清洁汽油等等。因为传统汽油柴油给大气带来了严重污染，近年来国内外流行使用的新汽油、低硫柴油或者是其他无污染燃料，大大减少汽车尾气造成的污染。
三、绿色化学工程与工艺对化学工业节能起到的作用
烃类选择性氧化是一类具有强放热性的反应，石油化工工业中时常发生这种反应，但是，它的生成物不稳定，很容易被进一步氧化，生成H2O和CO2。在各类的催化反应中，此反应一般不会被选择，因为有时生成物中还会存在同分异构提，不利于得到最终产物，所以，为了简化生产，一般都会使用选择性高的试剂。这样不仅可以降低分离产品和纯化产品的难度，还提高了反应的选择性，还能够起到降低成本，节约资源，减少环境污染的作用。所以加强这一方面的研究会有很强的实用性，比如开发载氧能力强、选择性好的新型催化剂，就可以应对不同的烃类氧化反应。
四、结语
总而言之，绿色化学工程与工艺采用无毒的溶剂、原料，选择无污染、低耗、节能的化学工艺过程，应用清洁的生产技术，实现生产与环境相协调，产品和生态友好，开发和应用绿色化学工艺，已成为当代化学工业的发展趋势和前沿技术，是建设环境友好型社会的关键所在。
参考文献：
[1]乔昱.阐述绿色化学工程与工艺对化学工业节能发展的作用[J].山东工业技术，2014（16）：147-147.
