基于化工工艺及化工设备适应性设计

刘燕

摘 要：随着化工行业的不断发展，在保证化工生产效率和质量的同时，还需要具有更好的安全性和节能环保性。化工工艺和化工设备作为化工生产中的软件和硬件，具有不可忽略的重要性意义。如果化工工业和化工设备具有很好的适应性，在很大程度上能够提高化工生产的综合性能。所以文章将主要研究化工工艺和设备适应性设计，通过对两者进行适应性设计，不仅能够对化工工艺和化工设备进行改进，而且能够从总体上增强化工生产效果，使得化工行业最大限度满足社会发展需求。

关键词：化工工艺;化工设备;适应性设计

中图分类号：TQ02;TQ050.2 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）06-0128-04

Abstract：With the continuous development of the chemical industry， while ensuring the efficiency and quality of chemical production， it also needs to have better safety， energy conservation and environmental protection. As the software and hardware in chemical production， chemical process and chemical equipment are of great importance. If the chemical industry and chemical equipment have good adaptability， the overall performance of chemical production can be improved to a large extent. Therefore， this paper will mainly study the adaptive design of chemical process and equipment. Through adaptive design of both， not only can the chemical process and chemical equipment be improved， but also the overall effect of chemical production can be enhanced， so that the chemical industry can meet the needs of social development to the maximum extent.

Key words：chemical process; chemical equipment; adaptive design

在化工生產中设备和工艺相当于其硬件和软件，在化工中具有非常重要的意义，任何一方的不足都会影响到另一方的发展，所以需要对化工工艺和化工设备进行综合分析，使其具有很好的适应性，化工生产才具有更大的价值，才能保障生产的效率和质量[1-2]。然而在实际的化工生产中，因为化工原料的变化，对工艺有着更高的要求，当有更高的生产工艺之后，一般的生产设备将无法满足工艺要求，需要对化工设备进行改进和提升，往往在这个相互配合中无法达到很好的适应性，从而影响到化工生产的效率和质量。造成化工工艺和设备之间不协调的因素比较多，其中最主要、最重要的因素就是化工工艺和设备的设计上存在问题，由于设计上的不合理，或者因为工作人员的疏忽导致设计出现问题，就会严重影响到化工工艺和设备之间的配合度。所以为了解决这个问题，需要对化工工艺和设备进行适应性设计，该适应性设计也符合当前化工行业的发展需求。所以文章将主要针对化工工艺及其设备的适应性设计进行分析，希望能够增强化工工艺和化工设备之间的吻合度、配合度和协调性。

1 化工工艺和设备的简介

化工工艺属于化工工程设计的首要阶段，可以直接影响到化工设备的结构和性能设计，所以首先对化工工艺进行分析。化工工艺就是将原材料经过一系列的化学反应，然后将其转变为产品的方法和过程，其中还包含原材料变为产品这一转变所用的方法措施[3]。从该定义来看，化工工艺看似简单，但是其中经历了一段比较复杂的变化。化工工艺可以简要分为三个步骤，首先就是对原材料进行预处理，比如对材料进行净化、混合、粉碎和提浓等操作，目的在于使得原材料能够复合化学反应的要求;然后就是进行化学反应，该步骤属于化工工艺中最为重要的环节，该步骤就是在一定反应条件之下，对经过处理的原材料进行不同形式的化学反应，可以是氧化反应、还原反应、聚合反应、复分解反应等，然后生成产物;最后一步就是对生成的产物进行精炼和提纯，因为经过化学反应之后获得的产物其中包含很多杂质，需要对其进行处理之后才能得到符合规范的产品[4-5]。通过对化工工艺步骤分析，可以看出化工工艺就是将原材料变为产品所需要使用的操作方式，小到包含原材料的大小设计，大到包含原材料使用何种化学反应，总之化工工艺直接决定着产品的质量，所以在设计化工工艺时需要面面俱到，综合考虑不同因素之后，设计出符合要求的化工工艺。

化工设备在化工生产中比较简单，就是化工生产的整个过程中所需要使用的各种设施设备。在化工生产中，化工设备包含两个部分，首先就是化工机器，其主要特点在于主要部件是运动的机械，比如压缩机、各种泵、风机、烘干机等;然后第二种化工设备就是部件处于静止的机械，比如各种容器、分类设备、反应器等[6]。化工设备的种类十分丰富，每种设备的用途存在差异，在化工生产过程中需要根据化工工艺的要求选择最为合适的化工设备，所以在化工设备的设计中需要综合考虑化工工艺的需求，然后设计出更加科学、合理的化工设备。

2 化工工艺和化工设备适应性设计的必要性

化工工艺和化工设备适应性设计符合当前化工生产的要求，因为将化工工艺和设备进行适应性设计具有非常多的意义，能够提高生产效率、提高设备实用性、提高设备养护效果、提高化工产品质量等，正因为这些优势，所以有必要对化工工艺和设备进行适应性设计。

（1）提高设备实用性。当化工设备在设计过程中与化工工艺进行了适应性设计，那么能够综合解决相关设备的生产问题，增强设备的实用性。因为如果在化工生产过程中，化工设备与化工工艺的适应性比较差，即化工工艺的要求比较高，但是化工设备在设计时不能适应该化工工艺，那么就不能满足实际的使用需求，将会对化工产品的质量造成直接的影响，还会影响到化工生产效率。所以提升化工工艺和设备之间的适应性非常有必要，能够全面提升化工设备的实际使用效果。当化工设备具有更好的实用性之后，就会增加化工的经济效益，因此对化工工艺和设备的适应性设计更加重视。

（2）提高和化工生产能力。在化工行业中，产品的生产效率和质量非常重要，直接关乎着企业的经济效益，并且化工企业要想有更好的发展，必然也需要朝着产品的生产质量和效率上进行提升。然而在产品质量和效率上的提升，直接和化工工艺和设备相关，产品的化工工艺合理，加之化工设备具有比较好的生产效率，能够满足化工工艺要求，那么就能够提高化工生产能力。所以有必要对化工工艺和化工设备进行全面的融合，使得两者能够具有更好的适应性，保证生产质量和效率的整体提升，使得化工企业得到更好的发展。

（3）提搞设备养护效果。化工设备在生产过程中，会存在很大的工作强度，常年会受到各种腐蚀、磨损的影响，导致化工设备容易出现各种问题，从而影响到生产效率和质量，所以在化工设备中会定时对其进行养护和维修处理。如果化工设备和化工工艺之间的适应性比较差，化工产品的生产质量和效率不仅受到影响，而且还会影响到化工设备的维修和养护。在当今化工企业中，化工设备的成本较贵，重要性较大，所以会对其进行严格的养护，企业在养护上面的花费就比较高，然而增强化工设备和工艺之间的适应性，即设备可以在满足要求的情况下顺利完成产品的加工，设备自身的损耗程度将会降低，那么就会延长化工设备的使用寿命。所以综合完成化工工艺和设备的适应性设计，能够提高化工设备整体的维护效果，使得养护效果更加明显，还能够增加设备的使用时间。所以综合上述分析，化工工艺和化工设备适应性设计十分有必要。

3 化工工艺和化工设备适应性设计的原则

任何设计都需要遵循一定的原则，对于化工工艺和化工设备，其主要作用在于生成有用的产品。由于涉及到化学材料，在生产过程中就会存在一定的危险性，所以在设计过程中最重要的原则为安全原则，然后还有经济实用原则和节能环保原则等。下面将对适应性设计的原则进行简要分析。

（1）安全设计原则。在化工生产过程中，其中所涉及到的材料和产品可能会存在腐蚀性、易燃易爆性，总之会存在一些具有危险性的物质，而且产品的加工工艺会有一些特殊要求，比如在高温或者高压条件下进行反应，于是就会增加化工生产的危险性。所以对化工工艺和设备进行设计时，首要考虑到安全性原则，尤其在设计化工设备时需要做好设备的密封处理，而且化工工艺不能为了简单，而增加存在安全隐患的概率[7]。因为化工生产中一旦出现安全事故，将会造成重大的经济损失和人员伤亡情况。所以在设计过程中一定要通过综合分析之后，考虑到工艺和设备的安全设计原则。

（2）节能环保原则。随着能源、环境问题的不断爆发，各行各业都在强调节能环保的重要性和必要性，所以作为化工行业，势在必行，而且由于化工行业中存在污染性比较大的物质，所以更应该重视节能环保。在化工工艺和设备适应性设计过程中，减少能源消耗和环境污染的做法比较多，比如在化工工艺设计过程中，尽量降低有害气体的产生和排放，然后对某些废料废渣进行重复利用，或者降低着废料废渣的产生，还可以尽量降低化工设备因为空转而造成的能源消耗[8]。总之，在设计化工工艺及设备过程中，需要在各个方面遵循节能环保原则。

（3）经济性原则。企业最终目的是追求经济效益，所以在设计化工工业和设备时，在保证成品生产质量的同时，有必要对设备和工艺的经济性进行考虑。因为适应性设计的成本越低，那么企业在市场将会占据一定优势，更有助于企业的发展。所以化工工艺和设备适应性设计有必要将经济性原则考虑其中，当然在考虑这个原则的基础上是要能够保证化工设备的实用性和质量。

4 化工工艺和化工设备的适应性设计

4.1 化工工艺方面的适应性设计

（1）参数设计。化工工艺中涉及到参数设计的地方比较多，而且参数设计十分重要，直接关乎产品的质量。工艺参数设计包含材料配比和温度、压力等反应条件设置，通过对这些参数进行优化设计，能够使得化工生产的质量和效率有所提高[9]。

在参数设计中非常重要的就是温度设计和压力设计，首先对温度设计进行分析。因为每个化学反应都需要在比较适合的温度条件下进行反应，才有利于化学反应的进程。而且对温度进行科学准确的控制，还有利于提高产品质量，降低能源消耗。在设计温度过程中，需要将其设置在合理的范围内，甚至某一个特定温度值，如果温度过低，就会降低化学反应的速度，其中物料就会存在堆积现象，当温度正常之后，这些集聚的物料就会同时发生反应，从而对生成的产品质量会造成影响;如果温度过高，那么就会在增加反应的速度，當化学反应过于强烈之后，可能会引发爆炸，所以需要对温度进行合理的设计。另外，由于温度会受到很多因素的影响而发生变化，所以为了增强温度的稳定性，可以通过使用重沸器对温度进行控制，重沸器装置如图1所示，该装置可以使用小流量对温度进行控制，从而提高温度的稳定性[10]。

（2）防腐工艺设计。化工生产过程中，由于需要使用到化学物质，其中会存在腐蚀性物质，这些物质在使用过程中，如果没有得到比较好的控制，将会造成生产设备出现腐蚀现象，从而影响到设备的使用性能。因为防腐工艺设计不到位，比如将原材料比例设计得比较大，在裂化装置中发生裂解反应，其效果将会无法达到理想的效果，而且由于原材料比较多，对设备的影响也会比较剧烈，设备出现腐蚀现象将会有所增加。所以在工艺设计中为了设备实现更好的防腐效果，在对原材料进行配比时需要考虑到综合因素，化工工艺设计中不仅原材料配比需要考虑设备的防腐蚀，而且在其他方面工艺设计中也需要考虑到，尽量能够降低设备受到腐蚀的影响程度。当然作为设备自身也需要进行相应的防腐蚀设计，下文将对其进行分析。

（3）简化操作工艺设计。在化工设备中进行化工生产时，由于某些原材料的设计比重比较重，导致无法进行裂解，就会导致原材料不能完全进行反应，对化工成品的质量和效率都会造成一定的影响，而且还会增加工艺的复杂性。为了解决这些问题，不仅能够对化工设备进行改进设计，而且还可以对工艺设计进行改变，通过对工艺进行改进，使之能够符合设备的生产要求，并且还能够简化操作方式，那么通过改进之后的化工工艺将有助于提高生产效率，操作员工的工作将会变得更加得心应手。

4.2 化工设备方面的适应性设计

（1）设备的防腐设计。化工生产中存在各种不同具有腐蚀性的物质，为了增强设备的使用寿命，需要对其进行防腐蚀设计，上文中已经对工艺设计中防腐蚀进行分析，作为设备本身更应该进行防腐蚀设计，通过将工艺和设备进行综合防腐蚀设计，将会实现更好的防腐蚀效果。烧碱属于常见的具有腐蚀性的物质，在反应过程中会释放大量的热，还会影响到设备的腐蚀性，为了降低设备出现腐蚀，可以将烧碱器材设计成反流降膜模式，其原理就是使用基于重力的原因，材料加热之后会反回，碱液会下移，并且使用镍合金，具有比较好的强度，这样的设计方式将有利于提高设备的防腐蚀性能，烧碱蒸发器如图2所示[10]。

（2）节能环保设计。近年来环境破坏、资源紧缺等问题使得人类意识到节能环保的重要性，于是在各行各业中提倡节能环保，将节能环保应用到实际的生产和生活中，从而实现节能环保的效果。化工行业对资源消耗量大，而且还会造成环境受到污染，所以对于化工行业来讲，为了实现可持续发展、绿色发展，非常有必要进行节能环保，从而符合当前时代的发展需求。化工工艺和化工设备作为化工行业重要的部分，对其进行设计时需要有良好的适应性和切合性，然后将节能环保考虑其中，比如对设备进行设计时，降低其噪音污染，使用节能环保的材料。总之将节能环保考虑到化工设计中属于时代发展要求。

（3）耐用性设计。化工设备的购买成本比较高，但是由于化工生产的环境比较严苛，而且化工设备经常进行高强度的运转，难免会造成不同程度的磨损等问题，这些问题就会导致化工设备的生产质量和生产效率变低。为了能够与化工工艺进行适应性设计，有必要增强化工设备的耐用性和性能，使得化工设备在能够满足化工工艺需求的同时，能够具有更久的耐用性，对于企业来讲有助于降低设备的维修成本和购买成本。化工设备的耐久性设计主要包含结构设计、材料设计和后续维修保养设计等，所以对这些方面进行良好的设计，能够综合考虑不同因素，然后设计出科学、合理的化工设备，将有助于提高设备的耐久性。

5 结语

化工行业的竞争非常激烈，而且化工行业有助于我国的经济发展，大力发展化工行业对我国社会具有重要意义。在快速发展的进程中，需要不断对化工工业和化工设备进行优化和改进。因为化工工艺和化工设备具有相互独立和相互促进的作用，对两者进行适应性设计将会实现大于三的作用。所以通过上文对化工工艺和设备适应性设计分析，主要设计方面为参数设计、安全设计、防腐蚀设计、节能环保设计、性能设计等，通过对这些方面进行设计，将会有助于提高化工工艺和设备的适应性，使两者相得益彰。

参考文献

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