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化學(xué)工程新進(jìn)展及其在石化工業(yè)中的應(yīng)用
引導(dǎo)語：以下是YJBYS的小編為大家找到的化學(xué)工程新進(jìn)展及其在石化工業(yè)中的應(yīng)用。希望能幫助大家!
摘要：熱電池作為國防科技工業(yè)領(lǐng)域的一種主要化學(xué)電源，是現(xiàn)代化武器和應(yīng)急系統(tǒng)的理想電源。隨著國防科技與各類武器系統(tǒng)的發(fā)展，對熱電池的使用環(huán)境溫度要求越來越高，很多情況要求熱電池在溫度大于300℃，甚至達(dá)到400℃及以上的環(huán)境中工作。本文通過對三種耐高溫膠粘劑在熱電池高溫環(huán)境下的應(yīng)用研究，模擬在高溫環(huán)境下對熱電池的導(dǎo)線連接及焊點(diǎn)保護(hù)和連接處電池的絕緣性，對比三種膠粘劑的在高溫環(huán)境下的外觀變化及宏觀組織結(jié)構(gòu)變形，分別檢測三種膠粘劑在高溫環(huán)境下自身的絕緣性能變化，討論是否滿足在熱電池高溫環(huán)境下應(yīng)用的絕緣性要求。為熱電池在高溫環(huán)境下的導(dǎo)線連接及連接焊點(diǎn)保護(hù)和絕緣性要求尋找合適的膠粘劑。
關(guān)鍵詞：化學(xué)工程、分離體系、數(shù)據(jù)驅(qū)動
一、前言
傳統(tǒng)化學(xué)工程的分支學(xué)科，如分離工程、反應(yīng)工程、傳遞過程、系統(tǒng)工程等，近年都有很大發(fā)展。它們與石化工業(yè)某些過程相結(jié)合，產(chǎn)生了一些新的過程和技術(shù)，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(xué)科的結(jié)合點(diǎn)上，產(chǎn)生了一些化學(xué)工程新的生長點(diǎn)。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(xué)工程近期幾個重要發(fā)展方向
1、反應(yīng)過程與分離過程的結(jié)合這里指的是在一個設(shè)備中同時(shí)完成反應(yīng)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(yīng)產(chǎn)物生成兩個共沸物，分離比較困難。當(dāng)采用了一個置有催化劑的反應(yīng)蒸餾塔，便可取代原有的兩個多管式固定床反應(yīng)器、兩個蒸餾塔和一個甲醇水洗塔等5個設(shè)備。使甲醇的轉(zhuǎn)化率不受平衡轉(zhuǎn)化率的限制，在蒸餾過程中也避免出現(xiàn)共沸物，反應(yīng)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(yīng)條件和分離條件比較接近，都有可能采用反應(yīng)蒸餾。近期有希望工業(yè)化的反應(yīng)與分離結(jié)合的過程還有反應(yīng)萃取、反應(yīng)吸附、反應(yīng)結(jié)晶等。尤以膜反應(yīng)器最受關(guān)注。它是反應(yīng)與膜分離結(jié)合的設(shè)備，最適用于各類可逆反應(yīng)和反應(yīng)產(chǎn)物對反應(yīng)有抑制作用的過程。
2、多個反應(yīng)過程的結(jié)合。把從原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品所需進(jìn)行的多個反應(yīng)在一個反應(yīng)器中完成。為此需采用多種催化劑或多作用催化劑。
3、放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)相結(jié)合。例如丁烷脫氫制丁烯為一強(qiáng)加熱反應(yīng)，要求反應(yīng)溫度較高。若加入空氣進(jìn)行部分氧化脫氫，氧和氫結(jié)合是強(qiáng)放熱反應(yīng)，使總的放熱反應(yīng)可在較低溫度下進(jìn)行。
3、多個分離過程的結(jié)合。開發(fā)此過程的目的是強(qiáng)化分離效果，增加回收率、節(jié)約能耗。近年來研究較多且實(shí)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(jié)合;膜萃取，即膜分離與萃取過程相結(jié)合;支撐液膜萃取即萃取與反萃取結(jié)合等一些新的分離技術(shù)都開始從研究走向?qū)嵱秒A段。
三、強(qiáng)化化學(xué)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(xué)結(jié)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(xué)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。
2、強(qiáng)化化學(xué)作用對相界面?zhèn)髻|(zhì)速率的影響。采用相轉(zhuǎn)移催化劑(PTC)促進(jìn)水相和有機(jī)相間的反應(yīng)已為人所熟知。其實(shí)質(zhì)是PTC可以促進(jìn)反應(yīng)組分通過相界面的傳質(zhì)速率。若兩相間不發(fā)生反應(yīng)，我們把這類促進(jìn)通過兩相界面的傳質(zhì)速率和選擇性的物質(zhì)稱為“相轉(zhuǎn)移促進(jìn)劑”(PTA)�？梢哉J(rèn)為PTC也屬于PTA中的一類。如用有機(jī)相萃取水相中的有機(jī)酸和酚，采用長碳鏈的胺為PTA，可以加快萃入有機(jī)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(jié)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(qiáng)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(jì)算機(jī)技術(shù)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(chǔ)上才可能發(fā)展起來的技術(shù)。主要內(nèi)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(shí)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化控制。
(3)利用動態(tài)響應(yīng)過程以快速研究傳質(zhì)過程和測定相應(yīng)的傳遞參數(shù)。也可以研究反應(yīng)機(jī)理和測定吸附和反應(yīng)動力學(xué)方程與相關(guān)的參數(shù)。各種過渡應(yīng)答技術(shù)、催化反應(yīng)色譜等技術(shù)都已取得廣泛的應(yīng)用，并取得了許多用傳統(tǒng)定態(tài)方法不易得到的研究結(jié)果。
(4)把脈沖進(jìn)料的高效分析技術(shù)如色譜、電泳進(jìn)行放大，發(fā)展成為高精度的制備技術(shù)。
(5)利用強(qiáng)制周期改變操作參數(shù)的方法強(qiáng)化反應(yīng)和分離過程等。
四、計(jì)算機(jī)技術(shù)與石油化工相結(jié)合
計(jì)算機(jī)技術(shù)在化學(xué)工程發(fā)展中占重要地位。因此，計(jì)算機(jī)技術(shù)與石油化工結(jié)合將有助于精確連續(xù)化穩(wěn)定發(fā)展。
1、運(yùn)行優(yōu)化與產(chǎn)品設(shè)計(jì)
在歷史數(shù)據(jù)和多元統(tǒng)計(jì)方法的操作條件優(yōu)化基礎(chǔ)上，進(jìn)一步用于產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)。還可以在煉化行業(yè)中進(jìn)行一些相關(guān)的應(yīng)用，例如Sebzalli利用PCA對煉油產(chǎn)催化裂化過程操作空間進(jìn)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(wù)是對過程運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對系統(tǒng)進(jìn)行分析異常，保證能及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)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(yùn)行過程的安全與平穩(wěn)。目前，基于數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)過程中控制在石化行業(yè)已得到普遍的關(guān)注，其方法也從以單一的變量統(tǒng)計(jì)過程控制向以主元分析為主的多變量統(tǒng)計(jì)技術(shù)轉(zhuǎn)變�；诙嘧兞拷y(tǒng)計(jì)技術(shù)應(yīng)用于石化工業(yè)過程的監(jiān)控始于20世紀(jì)80年代，其相關(guān)的多變量統(tǒng)計(jì)在石油化工方面的報(bào)道文獻(xiàn)也較多�；诙嘧兞康臄�(shù)據(jù)驅(qū)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(jì)過程控制(MSPC)。其采用的方法也主要是PCA，PLS，基于支持向量機(jī)以及它們與其他方法的混合算法。
3、產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)測與控制
利用數(shù)據(jù)驅(qū)動方法進(jìn)行預(yù)測離線或在線的產(chǎn)品質(zhì)量，以克服沒有在線儀表的困難，也不會受在線儀表價(jià)格昂貴的限制、避免了維護(hù)費(fèi)用高的缺點(diǎn)。也可以進(jìn)一步應(yīng)用于控制回路用來完成產(chǎn)品質(zhì)量的調(diào)控。這種數(shù)據(jù)驅(qū)動方法主要是通過對目標(biāo)控制變量建立軟測量模型來實(shí)現(xiàn)的。PCA、PLS、SVM是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)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(luò)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(yīng)用的綜合報(bào)道。在石化行業(yè)中，一些典型的應(yīng)用如：用來生產(chǎn)乙烯的在線質(zhì)量監(jiān)測，基于PLS的軟測量模型，檢驗(yàn)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(fù)雜軟測量模型，模型采用三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，取得了較好的在線預(yù)測功能，用于預(yù)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(yīng)用于缺少實(shí)驗(yàn)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(jié)合。
五、結(jié)語
在21世紀(jì)，化學(xué)工程將發(fā)揮非常大的作用，假如我們可以及時(shí)抓住機(jī)遇，那么我們就有可能在開辟化學(xué)工程發(fā)展的新的階段中，形成中國化學(xué)工程的特色和優(yōu)勢，為人類的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。化學(xué)工程是一門傳統(tǒng)的學(xué)科，但必將煥發(fā)出新的生機(jī)!其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)U(kuò)展到所有涉及物質(zhì)轉(zhuǎn)化的領(lǐng)域，包括系統(tǒng)工程也包括產(chǎn)品工程，其學(xué)科基礎(chǔ)將向高層次發(fā)展，理論和實(shí)驗(yàn)研究都將關(guān)注復(fù)雜體系的多尺度結(jié)構(gòu)，計(jì)算能力也將空前提升。
參考文獻(xiàn)
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