对材料在化学工程中重要性的探究

王靖凯

摘 要：本文阐述了材料对于化学工程的重要性与必要性。通过了解《材料化学》，我们可以初步了解到一些材料在化工行业中的应用及其相关的原理，使我们明确不同材料功能与哪些基础知识相关， 怎样用这些基础知识来解释材料的性能、解决实际材料设计中的问题，从而更高效完成相关任务。

关键词：材料；化学工程；重要性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.025

1 化工行业中材料的重要性

1.1 化学工程技术需要新材料的支撑

工程技术水平的提高需要新材料的支撑。材料的力学、化学等方面的性能对化学工程的规模、成本、效率等密切相关。化学工程领域的核心技术是分离与反应及过程装备技术，新材料的特性在其中发挥着关键的作用。其中关注较多的新材料如膜材料，新型吸附材料，并且依靠这些新材料发展起来许多新技术，例如膜分离等技术。

吸附蒸馏技术是以吸附材料为基础开发出的一项新型技术， 该过程使用一个吸附蒸馏塔让吸附与蒸馏同时操作得以实现，通过这样的设计使分离因素，脱附作用等得到了提高和强化，从而使得这种吸附蒸馏技术与传统的分离技术相比具有很多优点，除了前面列举的优点，还有可以持续操作并且生产能力较大等优点。又比如，新开发的陶瓷膜材料，使我国率先形成陶瓷膜新产业，同时以陶瓷膜为基础发展出一系列的新兴技术：用膜催化反应制备合成气、纳米催化陶瓷膜集成反应器。这一些依靠新材料发展出来的新型的工业技术，使我国的化学工程向国际上迈了很大的一步，并且使我国的经济得到了快速的发展。

1.2 材料的需求决定化学工程的研究与生产的方向

现目前，我国在化工材料方面有了很大的进展，主要的石油和化工产品产量居世界前列。化工材料从最初满足基本生产需要的基本材料发展到现在用于各种新领域的新材料，如用于可再生能源产业的多晶硅、碳纤维；用于腐蚀环境的芳纶、氟材料、硅材料、工程塑料；用于海水淡化、污水处理、现代分类技术的各种膜材料；有利于环境的各种生物质基材料；用于国防、军工的特种纤维、特种聚合物等。这些新材料的需求对于我国整个工业领域的发展都有着及其重要的意义。

为了满足这些新材料的需求量，就必须把它们实现工业化，这就需要化学工业结合各个方面的因素对这些生产工艺进行设计与推广，以达到最优化绿色经济的要求实现生产。所谓绿色经济包括原子经济，零排放等，目前，一种新型钛硅分子筛催化材料能够实现“原子经济”反应，原因在于这种材料具有定向氧化催化的功能。并且由于化工工业上的氧化反应大多都难做到零排放，例如丙烯环氧化反应，而这种新材料便有可能使其成为零排放反应，并且将其实现工业化，为化工生产提供了一个发展方向。

1.3 新材料的制造对化工行业的必要性

我国在化工新材料的研究上与国际水平还有较大的差距，主要体现在以下几个方面：

化工行业专用设备在大型化、创新性以及核心技术方面能力不足。核心与高端技术及设备依赖进口（依赖度70%），成为行业转型升级的“瓶颈”。

化工设备核心材料使用的可靠性与寿命不高，腐蚀失效及其事故頻繁，腐蚀防护和工艺过程与国外有较大差距。

由此可见，新材料的研发成为当务之急，将材料化学应用于化工行业，走理工交融、理论知识与实践技能并重的路子，能有效地提升能源的利用效率，使得污染排放量不断降低。因此，我们要充分挖掘其有效价值，推动我国社会经济发展。

2 材料对从事化工行业的具体作用

2.1 在设备材料设计方面的作用

对于化学工业中的生产设备，不是所有的材料都是标准的，当我们需要一些非标准的材料时，就需要对一些原有的一些材料进行设计与模拟，这就需要运用到“材料化学”中所学到的各种关于材料的知识，从材料的成分与结构、制备（合成）与加工、性质（性能）及使用性能方面对材料进行更深层次的设计运用。

2.2 在设备材料选择方面的作用

由于化学工业是多品种的基础工业，所以为了适应多种化工产品生产的需要，工程上设计出很多化工设备，不同种的化工设备的型号，材质又有多种，并且不同种的化工设备有不同的操作条件。比如说，最常考虑又必须要考虑的条件有温度，压力，处理的介质，对于温度来说，常常有低温、常温、中温、高温、超高温之分，同样对于压力来说也是如此。而介质则分为腐蚀性的、易燃易爆的、有毒或者剧毒的。所以在选择化工设备的材料时需要从材料的化学性能、力学性能、物理性能和加工工艺性能等方面出发，所以，合理选择和正确使用材料对化学工业来说显得尤为重要。

例如液氨贮罐材料的选择：首先考虑到贮罐内的介质为冷凝后的液氨，对大多数材料没有腐蚀作用；其次考虑压力，由于氨气冷凝需要加压，又考虑到贮罐受大气温度的影响，所以根据规定，确定其压力；最后选择材料的品种，根据前面的分析，确定其材料需要耐压，耐低温，且抗压力波动。在根据材料性能的对比，选出符合这些条件的材料，例如16MnR材料。

3 结束语

化学工业是国民经济重要的支柱产业和基础产业，资源、资金、技术密集，产业关联度高，产品应用范围广。而材料是一切科学技术的物质基础，一切工业的发展都要有赖于材料的发展。一方面，化工设备及反应原料的更新，都需要依托材料的进步；另一方面很多材料的制备与加工需要用化学工程中化工单元技术与理论，所以，材料化学与化学工程是相互交联，相互渗透的。 “材料化学”综合了有关材料的制备、组成、结构和性能等知识，使我们了解结构与材料物性之间的关系，更好地促进化工与材料的交融。

参考文献：

[1]孙宏伟，段雪等.化学工程学科前沿与展望[J].北京：科学出版社，2012.endprint