時(shí)間：2023-02-04 18:17:30
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超臨界流體技術(shù)一般是控制溫度和壓力的條件下，或者加入其他物資的情況下改變體系的傳質(zhì)系數(shù)、傳熱系數(shù)及化學(xué)反應(yīng)特征的，這能更加高效清潔地進(jìn)行化學(xué)生產(chǎn)，有的在超臨界的狀態(tài)下能節(jié)省能耗，所以超臨界流體技術(shù)也被稱(chēng)為超級(jí)綠色化學(xué)技術(shù)。超臨界液體技術(shù)（SCF）現(xiàn)在廣泛應(yīng)用到了材料制備中。早在上世紀(jì)九十年代該技術(shù)就已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用，把二氧化碳制備成超臨界的狀態(tài)，以它為介質(zhì)來(lái)制取特氟龍；還有聚丙烯工藝中也應(yīng)用了SCF技術(shù)，利用丙烷的特點(diǎn)來(lái)做稀釋劑，該技術(shù)也是做PE的升級(jí)版。當(dāng)下，超臨界流體技術(shù)則更多地應(yīng)用在了高分子材料，復(fù)合材料，不易粉碎的無(wú)機(jī)物材料，以及提取不太容易溶解在單一超臨界液體中的有機(jī)物。現(xiàn)在應(yīng)用的超臨界流體技術(shù)的方法主要有一下幾種：
1、快速膨脹法，該方法主要用于固體顆粒狀的物質(zhì)的制備；
2、壓縮抗溶劑發(fā)，主要用于制備微孔、微球類(lèi)的物質(zhì)，所以在藥物分子及聚合物共沉上應(yīng)用較多，也較成熟；
3、抗溶劑法，通常該方法會(huì)應(yīng)用在制備爆炸性物質(zhì)和不溶于單一超臨界流體的有機(jī)物上等。除了以上在制備材料方面的突出貢獻(xiàn)，超臨界流體技術(shù)還在分析化學(xué)中大展拳腳。它與色譜技術(shù)相結(jié)合，能在色譜研究中得到比氣象色譜更高效，比液相色譜更精準(zhǔn)的超臨界流體色譜。更由于它的高效和低成本使得超臨界流體技術(shù)在石油化工、環(huán)境保護(hù)還有醫(yī)藥化學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛使用。
2綠色化學(xué)工程技術(shù)的應(yīng)用
綠色化學(xué)指用化學(xué)的技術(shù)和方法，再結(jié)合其他學(xué)科的知識(shí)來(lái)減少或者消除化學(xué)對(duì)于人類(lèi)的危害、社會(huì)的危害以及環(huán)境的危害。從源頭的原材料開(kāi)始，到生產(chǎn)過(guò)程中的試劑和介質(zhì)還有催化劑，到最后的產(chǎn)物及副產(chǎn)物都要求綠色、環(huán)保、無(wú)毒害，還有就是“原子經(jīng)濟(jì)性”的“零排放”。像在綠色無(wú)毒原料控制方面，石油化工原料就可以改變成生物原料的。制作尼龍可以不用含苯的石油化工原料，改成生物原料，生物原料的淀粉及纖維素等在酶催化反映下也能形成己二酸，這樣一樣可以制作尼龍，而且對(duì)人體和環(huán)境都危害極小。再比如在反應(yīng)過(guò)程中對(duì)介質(zhì)、溶劑等的控制，也要求無(wú)毒無(wú)害，在有機(jī)反應(yīng)中水就是很好的溶劑，不僅對(duì)環(huán)境無(wú)害還能節(jié)省到有機(jī)反應(yīng)中的官能團(tuán)的保護(hù)還有去保護(hù)等環(huán)節(jié)，所以也省工藝省時(shí)間了。還有反應(yīng)中用的綠色催化劑，綠色催化劑能更加正對(duì)性，更加高效地參與化學(xué)反應(yīng)，并且得到的副產(chǎn)物少。在有機(jī)合成反應(yīng)中，綠色催化劑的應(yīng)用顯得尤為重要。像不對(duì)稱(chēng)合成反應(yīng)中，催化劑不僅為化學(xué)農(nóng)藥和精細(xì)化工提供反應(yīng)需要的中間體，有的還能為反應(yīng)提供綠色的合成技術(shù)。比如酶催化反應(yīng)、氫酯化反應(yīng)、還有不對(duì)稱(chēng)酮反應(yīng)等。
3化學(xué)工程技術(shù)中的傳熱研究
化學(xué)反應(yīng)中傳熱的研究是化學(xué)工程的重要內(nèi)容，因?yàn)樗鼑?yán)重影響著一個(gè)反應(yīng)的能耗，反應(yīng)的進(jìn)程等。在微細(xì)尺度傳熱研究中，由于尺度微細(xì)，原有的傳熱假設(shè)及會(huì)發(fā)生變化，其流動(dòng)還有傳入的規(guī)律也會(huì)發(fā)生變化。目前在納米、微米、集成電子設(shè)備還有微型熱管領(lǐng)域中該傳熱研究交深入，取得了較不錯(cuò)的成果。而我們?cè)诟倪M(jìn)傳熱工藝和設(shè)備上也做足了研究，為了提高傳熱效率，我們可以改進(jìn)設(shè)備的性能，使其持續(xù)對(duì)外傳熱的能力提高，改變里面的傳熱材料和工藝的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)傳熱的效率。然而我們現(xiàn)在投入很多精力的滴狀冷凝技術(shù)的研究還沒(méi)能取得很好的成果。由于我們不能在維持物質(zhì)在滴狀的時(shí)候冷凝，同時(shí)冷凝表面壽命延長(zhǎng),所以目前這個(gè)難題還很難突破。還有就是我們?cè)谟?jì)算沸騰時(shí)的傳熱存在很多弊端，復(fù)雜的沸騰狀態(tài)不適用目前所有的傳熱計(jì)算方式，就研究沸騰傳熱的計(jì)算方法也是一大塊難題的，所以就滴狀傳熱技術(shù)的研究也將會(huì)是我們傳熱研究領(lǐng)域的一個(gè)重要課題，如果該研究獲得進(jìn)展必將改變現(xiàn)在很多的化學(xué)生產(chǎn)工藝形式，將會(huì)帶領(lǐng)化學(xué)生產(chǎn)進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)代。
4結(jié)語(yǔ)
化學(xué)工程技術(shù)支持著化工工業(yè)的前進(jìn)與發(fā)展，化學(xué)工程技術(shù)從理論到實(shí)驗(yàn)，再到實(shí)踐，最后投入生產(chǎn)成品，是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。然而，從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)生產(chǎn)，特別是大規(guī)模的生產(chǎn)，需要解決裝置的放大問(wèn)題，其直接影響企業(yè)工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大及經(jīng)濟(jì)利益的增加，裝置放大可以節(jié)省資金，減少不必要的消耗，節(jié)省勞動(dòng)力。但是要考慮到，裝置放大過(guò)程中，物流的一系列物理過(guò)程的相關(guān)條件很可能改變，達(dá)到的某些指標(biāo)通常低于實(shí)驗(yàn)室的小型技術(shù)設(shè)備產(chǎn)生的結(jié)果。這種起源于放大過(guò)程的效應(yīng)被籠統(tǒng)稱(chēng)為“放大效應(yīng)”，包含很多已知及未知物理因素的影響?，F(xiàn)代化工對(duì)于一套裝置一年的產(chǎn)量，一般情況下按照目前的工業(yè)生產(chǎn)規(guī)?？梢赃_(dá)到大于或者等于數(shù)十萬(wàn)噸，大規(guī)模的生產(chǎn)使其面臨工程方面的問(wèn)題，且在指標(biāo)方面也有所降低，這對(duì)于工業(yè)而言會(huì)造成較大的資金損失。化學(xué)工程技術(shù)的進(jìn)步，主要體現(xiàn)在新產(chǎn)品及工藝的不斷創(chuàng)造，而這些都需要借助化工工業(yè)，除此之外，還需合理的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)。就上述情況而言，凡是關(guān)于工業(yè)化的東西，一般情況下都?xì)w屬于化學(xué)工程的研究范疇。在日常生活中，化學(xué)工程無(wú)處不在。如：煙筒排放物中的硫、氮氧化物等有害物質(zhì)，需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的處理，才能對(duì)外排放，以防污染生態(tài)環(huán)境。在實(shí)驗(yàn)室達(dá)到要求后，要在工業(yè)規(guī)模中實(shí)現(xiàn)大量煙氣的凈化，就必須考慮大規(guī)模凈化的經(jīng)濟(jì)性和可行性，要考慮的問(wèn)題與實(shí)驗(yàn)室研究不同。又如，化工工業(yè)生產(chǎn)中,要求以十分純凈的產(chǎn)品為原料，對(duì)實(shí)驗(yàn)室操作來(lái)說(shuō)，這比較容易達(dá)到。對(duì)大型生產(chǎn)裝置的要求是，消耗低而且經(jīng)濟(jì)方面可行，這表明課題存在很大的不同之處。
2化學(xué)工程技術(shù)的研究對(duì)象及復(fù)雜性
化學(xué)工程是以物理學(xué)、化學(xué)和數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，并結(jié)合工業(yè)經(jīng)濟(jì)基本法則，研究化學(xué)工業(yè)中的物理變化和化學(xué)變化過(guò)程及其有關(guān)機(jī)理和設(shè)備的共性規(guī)律，并將之應(yīng)用于化工裝置的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、操作、控制、管理、強(qiáng)化以及自動(dòng)化等過(guò)程中，在化工工藝與化工設(shè)備之間起著承上啟下的橋梁和紐帶作用的一門(mén)工程技術(shù)學(xué)科。一般情況下，化學(xué)工程的對(duì)象的情況較為復(fù)雜，具體如下：首先，該過(guò)程自身具有一定的復(fù)雜特點(diǎn)，包括化學(xué)與物理，而且兩者經(jīng)常發(fā)生，彼此影響。其次，物系方面較為復(fù)雜，流體與固體，或者兼而有之。流體特質(zhì)變化較大，如有低粘度和高粘度、牛頓型和非牛頓型等。最后，物系流動(dòng)時(shí)邊界復(fù)雜，由于設(shè)備的形狀較為多樣，而且其在填充物方面的形狀也不正常，如催化劑、填料等，使得設(shè)備在流動(dòng)邊界方面的設(shè)置較為復(fù)雜而且在確定方面不準(zhǔn)確。
3化工工業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展
目前從形式上看，現(xiàn)代的化學(xué)工業(yè)經(jīng)歷了單元操作和傳遞原理與化學(xué)反應(yīng)這兩個(gè)發(fā)展階段，正準(zhǔn)備走向一個(gè)新的階段。但種類(lèi)多樣、制造過(guò)程復(fù)雜以及生產(chǎn)產(chǎn)品款式較多，造成排放物復(fù)雜、量多及危害大，因此，目前化工工業(yè)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注污染問(wèn)題。與此同時(shí)，在加工、貯存、運(yùn)用或者處理化工產(chǎn)品時(shí)應(yīng)防止操作對(duì)環(huán)境生態(tài)以及人類(lèi)健康造成危害。在化工生產(chǎn)中應(yīng)遵循國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，制定正確的方案。隨著我們國(guó)家科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，各行各業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)都要接觸化學(xué)工藝，涉及制藥、石油、材料、能源等行業(yè)的發(fā)展和污染問(wèn)題，這都是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)需要面對(duì)的問(wèn)題。目前，我國(guó)的化學(xué)工業(yè)經(jīng)過(guò)了半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，已經(jīng)形成了門(mén)類(lèi)比較齊全，品種大體配套并基本可以滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)需要的化學(xué)工業(yè)體系。2001年全國(guó)國(guó)有及規(guī)模以上非國(guó)有企業(yè)的石油加工工業(yè)和化學(xué)工業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到10990.6億元人民幣，占全國(guó)工業(yè)總產(chǎn)值的9.8％，實(shí)現(xiàn)利稅747.8億元，石油和化學(xué)工業(yè)企業(yè)13765個(gè)，資產(chǎn)總額13344.2億元。我國(guó)化學(xué)工業(yè)獲得長(zhǎng)足進(jìn)步的同時(shí)，環(huán)境保護(hù)工作也不斷得到加強(qiáng)。但是化學(xué)工業(yè)在實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略過(guò)程中，仍存在不少問(wèn)題和障礙，嚴(yán)重制約著我國(guó)化學(xué)工業(yè)的發(fā)展。
4二者的發(fā)展探究
1.1關(guān)于綠色化學(xué)的反應(yīng)技術(shù)
所謂的綠化化學(xué)主要指的就是能夠?qū)Νh(huán)境不會(huì)造成污染，同時(shí)也能夠十分有利于保護(hù)環(huán)境的化學(xué)工程。簡(jiǎn)單的一點(diǎn)來(lái)說(shuō)主要是采用化學(xué)的技術(shù)以及方法來(lái)有效的減少或者是消除一些對(duì)于人類(lèi)有害以及防治社會(huì)安全發(fā)展的不利的因素。綠色化學(xué)主要就是將污染從源頭進(jìn)行有效的消除，其中也包括了含有原子經(jīng)濟(jì)性以及高選擇性的一些反應(yīng)，同時(shí)綠化化學(xué)能夠生產(chǎn)出來(lái)對(duì)于環(huán)境有利的一些材料，并且也能夠經(jīng)過(guò)回收廢物進(jìn)行循環(huán)利用的科學(xué)。
1.2關(guān)于新的分離技術(shù)
從廣義的角度來(lái)看，所謂的分離強(qiáng)化首先就是要對(duì)設(shè)備進(jìn)行不斷的強(qiáng)化，然而在對(duì)生產(chǎn)的工藝進(jìn)行強(qiáng)化，進(jìn)而從整體上來(lái)說(shuō)就是只要能夠?qū)⒃O(shè)備變小以及能量轉(zhuǎn)化效率提高的技術(shù)變?yōu)榛瘜W(xué)的分離技術(shù)強(qiáng)化的結(jié)果。這樣做不僅僅能夠更好的有利于可持續(xù)發(fā)展的理念，同時(shí)也是化學(xué)分離技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)之一。但是，傳統(tǒng)的化工分離技術(shù)主要是根據(jù)沸點(diǎn)的不同，把一些不同組成成分的物質(zhì)進(jìn)行分析，然而隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及對(duì)于該項(xiàng)工作的不斷研究，進(jìn)而得出該項(xiàng)技術(shù)具有著十分廣闊的發(fā)展前景，但是在應(yīng)用的過(guò)程中還是存在著很多的問(wèn)題，主要是這項(xiàng)技術(shù)的研究對(duì)分子蒸餾的基礎(chǔ)理論研究相對(duì)來(lái)說(shuō)還是比較少，并且在理論方面也沒(méi)有能夠得到充分的說(shuō)明。但是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，分解技術(shù)也得到了不斷深入的研究，并且也取得了不錯(cuò)的效果，并且也漸漸的把信息技術(shù)引入到了分離技術(shù)的研究以及開(kāi)發(fā)當(dāng)中，進(jìn)而在對(duì)熱力學(xué)以及傳遞的性質(zhì)進(jìn)行的研究，對(duì)于分子模擬大大的提高了預(yù)測(cè)熱力學(xué)的平衡等，因此在進(jìn)行研究以及開(kāi)發(fā)的過(guò)程中對(duì)于分離技術(shù)具有著十分深遠(yuǎn)的意義。
2在熱傳導(dǎo)過(guò)程中的研究進(jìn)展以及方向
2.1關(guān)于微細(xì)尺度傳熱的研究
所謂的微細(xì)尺度主要是從空間尺度以及時(shí)間尺度微細(xì)的研究以及對(duì)傳熱學(xué)規(guī)律的研究，目前在傳熱學(xué)當(dāng)中已經(jīng)是成立了一個(gè)分支，并且其發(fā)展的前景也是十分的廣闊。在物體的特征尺寸要大于載體離子的平均尺寸的時(shí)候，就是連續(xù)的介質(zhì)便依然是成立的，然而因?yàn)槌叨仁俏⒓?xì)的，并且以前的假設(shè)影響因素也將會(huì)隨著發(fā)生著改變，進(jìn)而將會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)以及傳熱的規(guī)律出現(xiàn)一定程度的改變。當(dāng)前隨著納米以及微米的技術(shù)得到了不斷的發(fā)展，并且已經(jīng)是受到了人們十分廣泛的關(guān)注，在很多的領(lǐng)域當(dāng)中也都在是圍繞著微細(xì)尺度傳熱學(xué)進(jìn)行不斷的研究，并且已經(jīng)是在不少的領(lǐng)域當(dāng)中取得了不錯(cuò)的成果，比如在微型熱管以及高集成的電子設(shè)備當(dāng)中。
2.2關(guān)于強(qiáng)化傳熱過(guò)程中的研究
對(duì)于這項(xiàng)研究主要是從改進(jìn)換熱器的設(shè)備方面進(jìn)行入手的，其研究開(kāi)始的目的主要是為了能夠更好的提高傳熱的效率，同時(shí)也是為了能夠改進(jìn)設(shè)備的持續(xù)對(duì)外放熱，對(duì)于這項(xiàng)研究的改進(jìn)主要是包括了傳熱材料以及生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，同時(shí)將傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)度優(yōu)化等內(nèi)容。
2.3關(guān)于傳熱的理論研究
在最近的幾年來(lái)，該項(xiàng)工作的研究人員主要是在滴狀冷凝在生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行研究，但是一直到目前也沒(méi)有能夠得到實(shí)現(xiàn)。其主要的問(wèn)題便是怎樣的獲得實(shí)現(xiàn)的滴狀冷凝，以及如何的是冷凝的表面壽命得到延長(zhǎng)。目前其主要的問(wèn)題就是如何改變冷凝界面的性質(zhì)，以及怎樣才能夠?qū)⒗淠龖?yīng)用到工業(yè)當(dāng)中進(jìn)行傳染改造。在沸騰傳熱的過(guò)程中，其傳熱的方式不僅僅在機(jī)械以及石油化工行業(yè)當(dāng)中得到了十分廣泛的應(yīng)用，同時(shí)也在航天行業(yè)當(dāng)中得到了十分廣泛的應(yīng)用。長(zhǎng)期以來(lái)人們也一直對(duì)于液體出現(xiàn)核態(tài)沸騰的主要原因進(jìn)行著不斷的研究。
3結(jié)語(yǔ)
1.1傳熱理論研究進(jìn)展
近幾年來(lái)，由于滴狀冷凝的實(shí)現(xiàn)與增長(zhǎng)冷凝表面壽命等相關(guān)問(wèn)題的影響，研究人員至今未將滴狀冷凝應(yīng)用到實(shí)際的化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中?，F(xiàn)在的機(jī)械、石油化工以及航空航天技術(shù)仍然在使用沸騰傳熱方式，利用這種方式來(lái)進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)。長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直致力于液體發(fā)生核態(tài)沸騰原因的探索，因?yàn)榉序v的形式多變又復(fù)雜，所以增加了研究的難度。尤其是在計(jì)算方面，更是存在一些嚴(yán)重的缺陷，使得計(jì)算的準(zhǔn)確率極低，而且還需要大量的實(shí)驗(yàn)做基礎(chǔ)。除此之外，水沸騰時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些氣泡，這些氣泡會(huì)影響到加熱器的表面，使得計(jì)算的難度再次加大。這都是現(xiàn)階段急需解決的問(wèn)題，也是現(xiàn)在研究的重點(diǎn)。
1.2微細(xì)尺度傳熱學(xué)研究進(jìn)展
微細(xì)尺度作為現(xiàn)代熱學(xué)中的一個(gè)分支，主要是研究熱學(xué)的一些規(guī)律以及微細(xì)的探討，研究前景非常廣闊。在研究微細(xì)尺度傳熱學(xué)的過(guò)程中，如果所研究的物體尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)比承載粒子的平均尺寸大，我們所假定的觀(guān)點(diǎn)依舊成立。但是由于我們研究的尺度比較微細(xì)，所以原來(lái)假定的那些影響因素會(huì)發(fā)生一些改變，導(dǎo)致液體流動(dòng)的規(guī)律發(fā)生變化。隨著近幾年來(lái)納米技術(shù)不斷進(jìn)步，逐漸受到人們的重視，生產(chǎn)中的諸多領(lǐng)域都在引用尺度微細(xì)傳熱學(xué)，如高度集成的電子設(shè)備、微型熱管等。
1.3強(qiáng)化傳熱過(guò)程的研究進(jìn)展
要想優(yōu)化傳熱過(guò)程，就必須從換熱設(shè)備方面進(jìn)行研究分析，優(yōu)化設(shè)備，從而提高傳熱效率。換熱設(shè)備主要就是進(jìn)行熱量的傳遞，熱量傳遞有逆流、順流、交差流、混合流等四種方式，其中逆流過(guò)程中產(chǎn)生的溫差是最大的，順流產(chǎn)生的溫差是最小的。我們應(yīng)該想辦法改進(jìn)換熱設(shè)備，使其能夠持續(xù)對(duì)外放熱，以此達(dá)到本次研究的目的。例如：我們可以發(fā)明一些新的換熱設(shè)備，采用新的傳熱材料應(yīng)用到設(shè)備當(dāng)中；改進(jìn)原有的傳熱設(shè)備生產(chǎn)工藝；參照原有的設(shè)計(jì)方案，結(jié)合現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化等。
2化學(xué)工程未來(lái)發(fā)展動(dòng)態(tài)
時(shí)代在進(jìn)步，科技在發(fā)展，大量的科技產(chǎn)品及技術(shù)不斷出現(xiàn)在人們的視野當(dāng)中，并且被廣泛的應(yīng)用，這就給化學(xué)工程的研究提出了新的研究方向。那就是在今后的發(fā)展當(dāng)中，如何給新技術(shù)的引用提供一些良好的服務(wù)及體系，并且將新形成的理論完善，使化學(xué)工程不斷進(jìn)步，朝著新的目標(biāo)發(fā)展。其次，現(xiàn)在主張全面發(fā)展，我們應(yīng)該研究一下信息、生物、能源、環(huán)境等方面的技術(shù)，將這些與化學(xué)向結(jié)合，為化學(xué)工程的發(fā)展做出良好的鋪墊。
3結(jié)語(yǔ)
綠色化工技術(shù)是通過(guò)改進(jìn)改良現(xiàn)有的化學(xué)技術(shù)及方法，對(duì)化學(xué)原理的應(yīng)用和使用工程技術(shù)來(lái)減少甚至消除化工原料、催化劑、溶劑、化學(xué)廢物或化工產(chǎn)品等能夠污染環(huán)境的物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)廢物零排放，減少其對(duì)人類(lèi)健康和生態(tài)環(huán)境的危害，建立友好環(huán)境。用“資源-產(chǎn)品-再生資源”這種全新的循環(huán)物質(zhì)流動(dòng)過(guò)程替換掉過(guò)去的“資源-廢物”方式排放的流動(dòng)過(guò)程。利用先進(jìn)的綠色化工技術(shù)，研究出新型環(huán)保產(chǎn)品，及綠色工藝技術(shù)的運(yùn)用實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，從而大幅度降低三廢排放量【1】。21世紀(jì)，綠色化工技術(shù)已經(jīng)被國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家在化學(xué)有機(jī)合成、生物化學(xué)、分析化學(xué)、催化等領(lǐng)域列為主要的研究發(fā)展方向之一。在我國(guó)制定的“九五”發(fā)展規(guī)劃中，綠色化學(xué)與技術(shù)在釀造、制藥、造紙、印染、海水淡化等行業(yè)作為應(yīng)逐漸補(bǔ)充及開(kāi)發(fā)應(yīng)用的重大研究項(xiàng)目。
2綠色化工技術(shù)的開(kāi)發(fā)
2.1原料的選用
綠色化工科技的發(fā)展，如果不從化工污染、化學(xué)反應(yīng)的源頭著手，那么始終是治標(biāo)不治本而且十分被動(dòng)的措施。那么化工科技及工藝發(fā)展過(guò)程中，選擇無(wú)毒害溶劑、原料、催化劑等化學(xué)原料來(lái)進(jìn)行化工生產(chǎn)、制作化工產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)零排放、零污染的清潔生產(chǎn)和加工原則，有效防止和控制化學(xué)污染的產(chǎn)生。近年較為常見(jiàn)的無(wú)害化學(xué)原料為：野生植物、農(nóng)作物等生產(chǎn)物質(zhì)。將蘆葦、樹(shù)木等天然野生植物纖維，以及稻草、麥秸和蔗渣等農(nóng)副產(chǎn)品的廢棄物作為原料加工糠醛、醇、酮、酸等化工原料。還有利用生物質(zhì)氣化產(chǎn)生氫氣等，都是綠色化工技術(shù)中原料選擇應(yīng)用的非常好的例子。
2.2無(wú)毒害催化劑的選用
在百分之九十的化工生產(chǎn)中催化劑是提高反應(yīng)速率的必需品。然而在綠色化工科技的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，無(wú)毒害的烷基化固相催化劑是國(guó)內(nèi)外研發(fā)工作的重點(diǎn)。南京大學(xué)徐國(guó)際【2】利用環(huán)境友好性綠色化合成過(guò)程對(duì)烯丙基醇類(lèi)化合物作為烷基化試劑，在無(wú)溶劑的條件下對(duì)1，3-二羰基化合物進(jìn)行直接烷基化反應(yīng)，反應(yīng)后處理步驟簡(jiǎn)單，且催化體系可以循環(huán)使用，四次催化循環(huán)后收率仍然能大于84%。
3綠色化工技術(shù)在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用
3.1清潔生產(chǎn)技術(shù)
清潔生產(chǎn)技術(shù)是無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)污染、無(wú)廢物排放的綠色化工技術(shù)，包括輻射熱加工技術(shù)，綠色催化技術(shù)，臨界流體技術(shù)等。在冶金工業(yè)、印染工業(yè)、煤氣化、制甲醇、垃圾處理、海水淡化等行業(yè)都得到了很好的運(yùn)用。此外先進(jìn)的脫硝脫硫技術(shù)、垃圾制沼氣技術(shù)、高效清潔的煤氣化技術(shù)、利用風(fēng)能太陽(yáng)能等自然能發(fā)電技術(shù)等等這些都利用了清潔生產(chǎn)技術(shù)。例如，海水淡化技術(shù)的應(yīng)用不僅解決了我國(guó)淡水資源匱乏的現(xiàn)狀，還利用有效的化學(xué)方法將海水中的鹽水分離，在海水淡化的預(yù)處理過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生任何對(duì)環(huán)境狀況的不良影響，也沒(méi)有對(duì)生態(tài)環(huán)境造成傷害。而且，在海水淡化預(yù)處理過(guò)程中所產(chǎn)生的氫氧化鎂作為一種成本低廉、工藝簡(jiǎn)單、不產(chǎn)生二次污染的清潔化工產(chǎn)品，具有非常廣闊的發(fā)展前景。
3.2生物技術(shù)
生物技術(shù)領(lǐng)域包含細(xì)胞、基因、微生物和酶等技術(shù)范疇，其主要應(yīng)用在化學(xué)仿生學(xué)和生物化工兩個(gè)方面。生物酶在作為一種在生物體內(nèi)的催化劑，具有高效、轉(zhuǎn)移性，可以參與到各個(gè)生物化工的合成過(guò)程中。另外，化學(xué)仿生學(xué)中的膜化學(xué)技術(shù)也是這一領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的生物技術(shù)。在綠色化工技術(shù)中采用生物技術(shù)，可以利用再生資源合成化學(xué)品。從早期來(lái)源于動(dòng)植物中的有機(jī)化合物原料，到后來(lái)以石油和煤炭作為原料。例如，在綠色化學(xué)工程與工藝中，制備丙烯酰胺，利用自然界中的酶替代丙烯腈催化合成丙烯酰胺后，大大降低能耗，且沒(méi)有污染環(huán)境副產(chǎn)物產(chǎn)生。由此可見(jiàn)，利用廣泛存在于自然界中的酶當(dāng)做催化劑，與工業(yè)酶及一般的化學(xué)催化劑相比，自然界中的酶具有無(wú)污染、反應(yīng)條件溫和、產(chǎn)物性質(zhì)優(yōu)良的特點(diǎn)。
3.3生產(chǎn)環(huán)境友好型產(chǎn)品
外力對(duì)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程施加各種影響的原理、規(guī)律是化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究目標(biāo)。研究者通過(guò)各種研究，形成反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式。反應(yīng)器的優(yōu)化與設(shè)計(jì)均是以該方程式為基礎(chǔ)來(lái)開(kāi)展的[3]。在化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究中應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，具體包括了：（一）反應(yīng)模型的建立。目前此類(lèi)研究并不少見(jiàn)。像劉小云等經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)得出動(dòng)力學(xué)模型，在檢驗(yàn)后實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)與模型間一定程度的相互吻合；D.Klvana等將層流方程與六步動(dòng)力學(xué)模型聯(lián)系起來(lái)，并實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)的成功模擬；（二）對(duì)一些反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算。如，熊杰明等人在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在應(yīng)用數(shù)值積分法計(jì)算動(dòng)力學(xué)參數(shù)時(shí)準(zhǔn)確度較高；若使用微分法計(jì)算速率時(shí)，因模型和函數(shù)間不相契合，則準(zhǔn)確度較差；（三）運(yùn)用模型確定合適的工藝條件。如梅澤民等人已對(duì)對(duì)峙放熱的最佳溫度進(jìn)行了分析；角仕云等通過(guò)分析生產(chǎn)硫酸中催、氧化反應(yīng)的適宜溫度，并綜合考量催化劑各項(xiàng)系數(shù)的意義，推算出反應(yīng)中催化劑的溫度公式。很多教材均涉及到通過(guò)消元及變量分離，對(duì)動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)處置內(nèi)容。但因很多動(dòng)力學(xué)方程涉及平行、對(duì)峙、連續(xù)等一系列的反應(yīng)，比較復(fù)雜。更有一些反應(yīng)擁有極其復(fù)雜的原理、規(guī)律。如果對(duì)這些復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)加以研究、會(huì)形成較難求解的微分方程。如果在求解中應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，就可以有效的解決這一難題[4]。在很多復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)研究領(lǐng)域中，均使用著計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算模擬。第一，應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)反應(yīng)中所有物質(zhì)的濃度改變進(jìn)行模擬運(yùn)算。第二，為得出所需物質(zhì)的飽和度，可計(jì)算連續(xù)反應(yīng)的合適時(shí)間、實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)時(shí)間有效把控；第三，為讓化學(xué)生成物速率達(dá)到最高，可對(duì)對(duì)峙放熱、平行反應(yīng)最優(yōu)溫度加以計(jì)算，以有效把控溫度，實(shí)現(xiàn)最佳試驗(yàn)條件。通過(guò)對(duì)計(jì)算數(shù)值進(jìn)行專(zhuān)業(yè)模擬，形成數(shù)據(jù)檔案，有利于合理設(shè)計(jì)反應(yīng)器和有效控制化學(xué)生產(chǎn)的工藝條件。
二、化學(xué)反應(yīng)工程新領(lǐng)域
（一）計(jì)算反應(yīng)工程
新世紀(jì)以來(lái)，流體力學(xué)、量子力學(xué)等基礎(chǔ)研究在飛速發(fā)展、并日益成熟起來(lái)。這樣就為在反應(yīng)工程中有效計(jì)算機(jī)技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。在分子計(jì)算、大尺度集成、操作與過(guò)程的模擬、智能化發(fā)展等處，都可以看到數(shù)學(xué)軟件在被廣泛應(yīng)用的身影。這樣一來(lái)，人們得以更加簡(jiǎn)捷、有效的對(duì)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程全面、立體的模擬，加快了化學(xué)反應(yīng)工程的發(fā)展速度[5]。比如，在對(duì)發(fā)展經(jīng)濟(jì)中其著重要作用的石油催、裂化領(lǐng)域，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)可大大改善研究效果。在工業(yè)石油的催、裂化中，人們通過(guò)對(duì)重質(zhì)渣油進(jìn)行化學(xué)處理，將其轉(zhuǎn)化成有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的輕質(zhì)油、高辛烷值油。若使用MIP反應(yīng)器，石油裂化、異構(gòu)化、脫氫反應(yīng)可不限于一次。這樣一來(lái)，工程試驗(yàn)的針對(duì)性及自由度得以提高，很好的改善了產(chǎn)品的特性及其分布。根據(jù)多尺度思路，在幾秒內(nèi)就可以依據(jù)宏觀(guān)模型、對(duì)實(shí)際設(shè)備完成各處的顆粒分布。然后，以此作為初始及邊界進(jìn)行運(yùn)算、進(jìn)行細(xì)化。該過(guò)程主要是用一些層次較低的模型進(jìn)行模擬的。按照這樣的思路，可進(jìn)行層層細(xì)化，反應(yīng)器內(nèi)一切細(xì)節(jié)得以展示。這樣一來(lái)，試驗(yàn)人員能夠據(jù)此更精準(zhǔn)對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行放大和設(shè)計(jì)優(yōu)化。
（二）向分子反應(yīng)工程的轉(zhuǎn)化
技術(shù)及計(jì)算技術(shù)在不斷提高著，使得人們對(duì)反應(yīng)過(guò)程的認(rèn)識(shí)逐漸深化?；瘜W(xué)設(shè)備水平不斷提高，讓研究人員能夠有效觀(guān)察到分子、原子；隨之理論水平的不斷提高，也使得人們實(shí)現(xiàn)了多尺度的模擬。在化學(xué)工程領(lǐng)域，若在分子、原子基礎(chǔ)上，可以使得化學(xué)合成及反應(yīng)過(guò)程得以有效構(gòu)建。而現(xiàn)在，在很多領(lǐng)域已經(jīng)將該設(shè)想化為了現(xiàn)實(shí)。同時(shí)，該方法論能夠?qū)⑵渑c過(guò)程強(qiáng)化論有機(jī)聯(lián)系起來(lái)，以最大可能的提高效率，促進(jìn)了節(jié)能減排的發(fā)展。此外，若在化學(xué)反應(yīng)工程中運(yùn)用分子反應(yīng)工程技術(shù)，可以使得前景更為廣闊。
三、結(jié)論
超臨界流體就是指在某一溫度和壓力下，處于液體到氣體中間狀態(tài)的流體。它的密度與液體密度相當(dāng)，而粘度又和氣體相似，其擴(kuò)散的能力在液體和氣體之間，大概相當(dāng)于液體擴(kuò)散能力的10-100倍。所以它既具有液體的高溶解能力，又能擁有氣體的高擴(kuò)散能力和壓縮性。我們就利用超臨界流體的這些特性，用于我們的化學(xué)生產(chǎn)。像這樣的技術(shù)我們就把它稱(chēng)為超臨界流體技術(shù)（SCF）。超臨界流體技術(shù)一般是控制溫度和壓力的條件下，或者加入其他物資的情況下改變體系的傳質(zhì)系數(shù)、傳熱系數(shù)及化學(xué)反應(yīng)特征的，這能更加高效清潔地進(jìn)行化學(xué)生產(chǎn)，有的在超臨界的狀態(tài)下能節(jié)省能耗，所以超臨界流體技術(shù)也被稱(chēng)為超級(jí)綠色化學(xué)技術(shù)。超臨界液體技術(shù)（SCF）現(xiàn)在廣泛應(yīng)用到了材料制備中。早在上世紀(jì)九十年代該技術(shù)就已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用，把二氧化碳制備成超臨界的狀態(tài)，以它為介質(zhì)來(lái)制取特氟龍；還有聚丙烯工藝中也應(yīng)用了SCF技術(shù)，利用丙烷的特點(diǎn)來(lái)做稀釋劑，該技術(shù)也是做PE的升級(jí)版。當(dāng)下，超臨界流體技術(shù)則更多地應(yīng)用在了高分子材料，復(fù)合材料，不易粉碎的無(wú)機(jī)物材料，以及提取不太容易溶解在單一超臨界液體中的有機(jī)物?，F(xiàn)在應(yīng)用的超臨界流體技術(shù)的方法主要有一下幾種：1、快速膨脹法，該方法主要用于固體顆粒狀的物質(zhì)的制備；2、壓縮抗溶劑發(fā)，主要用于制備微孔、微球類(lèi)的物質(zhì)，所以在藥物分子及聚合物共沉上應(yīng)用較多，也較成熟；3、抗溶劑法，通常該方法會(huì)應(yīng)用在制備爆炸性物質(zhì)和不溶于單一超臨界流體的有機(jī)物上等。除了以上在制備材料方面的突出貢獻(xiàn)，超臨界流體技術(shù)還在分析化學(xué)中大展拳腳。它與色譜技術(shù)相結(jié)合，能在色譜研究中得到比氣象色譜更高效，比液相色譜更精準(zhǔn)的超臨界流體色譜。更由于它的高效和低成本使得超臨界流體技術(shù)在石油化工、環(huán)境保護(hù)還有醫(yī)藥化學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛使用。
2綠色化學(xué)反應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用
綠色化學(xué)指用化學(xué)的技術(shù)和方法，再結(jié)合其他學(xué)科的知識(shí)來(lái)減少或者消除化學(xué)對(duì)于人類(lèi)的危害、社會(huì)的危害以及環(huán)境的危害。從源頭的原材料開(kāi)始，到生產(chǎn)過(guò)程中的試劑和介質(zhì)還有催化劑，到最后的產(chǎn)物及副產(chǎn)物都要求綠色、環(huán)保、無(wú)毒害，還有就是“原子經(jīng)濟(jì)性”的“零排放”。像在綠色無(wú)毒原料控制方面，石油化工原料就可以改變成生物原料的。制作尼龍可以不用含苯的石油化工原料，改成生物原料，生物原料的淀粉及纖維素等在酶催化反映下也能形成己二酸，這樣一樣可以制作尼龍，而且對(duì)人體和環(huán)境都危害極小。再比如在反應(yīng)過(guò)程中對(duì)介質(zhì)、溶劑等的控制，也要求無(wú)毒無(wú)害，在有機(jī)反應(yīng)中水就是很好的溶劑，不僅對(duì)環(huán)境無(wú)害還能節(jié)省到有機(jī)反應(yīng)中的官能團(tuán)的保護(hù)還有去保護(hù)等環(huán)節(jié)，所以也省工藝省時(shí)間了。還有反應(yīng)中用的綠色催化劑，綠色催化劑能更加正對(duì)性，更加高效地參與化學(xué)反應(yīng)，并且得到的副產(chǎn)物少。在有機(jī)合成反應(yīng)中，綠色催化劑的應(yīng)用顯得尤為重要。像不對(duì)稱(chēng)合成反應(yīng)中，催化劑不僅為化學(xué)農(nóng)藥和精細(xì)化工提供反應(yīng)需要的中間體，有的還能為反應(yīng)提供綠色的合成技術(shù)。比如酶催化反應(yīng)、氫酯化反應(yīng)、還有不對(duì)稱(chēng)酮反應(yīng)等。
3化學(xué)工程中的傳熱研究
化學(xué)反應(yīng)中傳熱的研究是化學(xué)工程的重要內(nèi)容，因?yàn)樗鼑?yán)重影響著一個(gè)反應(yīng)的能耗，反應(yīng)的進(jìn)程等。在微細(xì)尺度傳熱研究中，由于尺度微細(xì)，原有的傳熱假設(shè)及會(huì)發(fā)生變化，其流動(dòng)還有傳入的規(guī)律也會(huì)發(fā)生變化。目前在納米、微米、集成電子設(shè)備還有微型熱管領(lǐng)域中該傳熱研究交深入，取得了較不錯(cuò)的成果。而我們?cè)诟倪M(jìn)傳熱工藝和設(shè)備上也做足了研究，為了提高傳熱效率，我們可以改進(jìn)設(shè)備的性能，使其持續(xù)對(duì)外傳熱的能力提高，改變里面的傳熱材料和工藝的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)傳熱的效率。然而我們現(xiàn)在投入很多精力的滴狀冷凝技術(shù)的研究還沒(méi)能取得很好的成果。由于我們不能在維持物質(zhì)在滴狀的時(shí)候冷凝，同時(shí)冷凝表面壽命延長(zhǎng),所以目前這個(gè)難題還很難突破。還有就是我們?cè)谟?jì)算沸騰時(shí)的傳熱存在很多弊端，復(fù)雜的沸騰狀態(tài)不適用目前所有的傳熱計(jì)算方式，就研究沸騰傳熱的計(jì)算方法也是一大塊難題的，所以就滴狀傳熱技術(shù)的研究也將會(huì)是我們傳熱研究領(lǐng)域的一個(gè)重要課題，如果該研究獲得進(jìn)展必將改變現(xiàn)在很多的化學(xué)生產(chǎn)工藝形式，將會(huì)帶領(lǐng)化學(xué)生產(chǎn)進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)代。
4結(jié)語(yǔ)
