吕嘉

（中国电子系统工程第四建设有限公司，河北 石家庄 050000）

化工工艺设计属于化学学科发展的上游环节，对整个化学学科的发展有着突出贡献作用。从化学学科本身来讲，化工工艺设计使得化学学科与经济发展相关联。从一定程度上，使化学学科的研究成果转变为日常生产和生活所需。从化工工艺设计本身入手，化工工艺涉及危险的化学用品、化学反应等，安全管理内容是其主要关注的环节。本文主要从化工工艺的安全性、实用性以及合理性出发，以期可以不断提升化工工艺设计水平。

一、化工工艺设计内容

化工工艺设计的内容主要包括三大方面，即化学反应、化学反应材料、化学反应环境设计等。首先，化学反应是其中的主要环节，化学材料选择以及化学反应环境设计都需要依托它为基础进行设计。往往一次化学反应的产物只能被当作粗产物，需要后续不断进行分析纯化后才会得到最终终产物。因此，化学反应并不是一次进行的，需要在多个反应协同进行。其次，基于化学反应与终产物之间的关系。化学材料的选择要基于化学反应性质进行。例如，化学反应中反应物的物理性质是溶液、固体还是溶胶都是需要考虑。最后化学环境的设计要考虑到其性能和安全两方面的因素。有关化学反应环境的性能从化学反应的特性出发，例如反应需要高温高压等，就需要对输送管道或者反应阀设计相应的抗高温抗高压的材料。另外，一些化学试剂等除了有毒有害之外，还会具有腐蚀性，因此管道的设计还需要考虑到其抗腐蚀性能。化学环境的安全管理内容除了针对反应本身之外，还要针对工作人员本身的安全考虑进行设计。某些化学反应会产生对环境有害的产物，例如味精在生产过程中会排放出恶臭难忍的气味污染空气和水源等，这对周围居民的生活造成了一定的影响。因此，对化学反应的后续处理设计也是必要的。

二、化工工艺设计常见问题

化工工艺涉及中的常见问题应该从化学工艺设计的三方面入手。一般来讲，在目前的化工工艺设计中这三方面均出现了一些不够完善的问题需要解决。

（一）化学反应的设计问题

化学反应往往是按顺序进行，或者按照协同原理共同进行的。如果是按照顺序进行的，会存在一些步骤不够简化的问题。目前关于化学反应步骤简化的研究较少，主要集中在设备的升级或者简化处理上。如果化学反应是按照协同远离共同进行的话，通过一次加料就会发生多个反应共同进行的情况。一般来讲，这样的反应需要区分主要反应和次要反应。主要反应在其中起主导作用，对整个反应速率的提高都有显着影响。而次要反应主要其辅助运作用，不会影响整个反应的速率，但又是缺一不可的反应之一。往往协同进行反应不容易发现主要反应和次要反应，因此不容易控制反应速率，对最终的产物得率计算也会出现困难。

（二）化学反应材料的问题

化学反应材料的问题主要是对反应材料的性质不够明确。例如，反应需要在液体的环境中进行，反应材料首先应该是可溶的。其次，针对一个反映结果其实可以出现许多种不同反应过程，继而每个过程对应的反应材料也会不同。因此，反应速率不够快速的影响因素中，材料的选择也是主要原因之一。大多数情况下，很多反应都属于既定的反应。因此，化学反应本身的工艺就未进行提升，自然会造成一些原材料浪费，或者反应技术落后的现象。其次，除了反应材料性质方面的问题，反应材料的对于整个反应过程的耐受性也要考虑。例如最简单的碳酸钙生成反应，属于酸碱中和反应最终生成的沉淀物。目前有关碳酸钙的反应材料多种多样，有些材料对整体的反应不耐受会使原材料本身发生分解致使反应中出现一些其他产物，因此不被采用。

（三）化学反应环境的问题

化学反应环境的设计主要是整个工厂体系的设计，从原材料的入口，到反应过程，再到最终的处理过程都是化学反应环境设计中需要考虑的问题。首先，无论是哪种环节，都需要管道进行输送。目前，一些工厂中会出现管道不符合标准的问题，致使在流通过程中发生泄露现象。其次，管道本身的材料也可能与管道中的运输材料发生反应。例如，一些酒厂中曾经利用塑料管道去运输酒，而乙醇与塑料管道会发生化学反应，使酒中含有一种叫作“塑化剂”的成分，对人体产生伤害。最后，除了环境性质的问题之外，还会存在设备架设不合理的现象。这种现象可能导致两个问题，第一是反应错乱的问题，反应本身就是复杂进行的，如果管道没有有条理的架设，整个过程出现问题的话也不会找出其问题原因。第二，设备浪费的问题。因为管道架设等出现问题，导致一些不需要管道或者其他设备的地方增添的设备，自然会导致设备浪费的问题。

三、化工工艺设计的问题改进

（一）化学反应的工艺改进

化学反应的工艺改进主要针对反应本身入手。首先，有些化学实验原材料的纯度是需要提高的，纯度的提高会进一步提高反应的速率。一般情况下实验原材料源自大自然的产物，通常属于一种混合物，其中还有多种杂质很可能会对反应产生阻碍作用。因此，反应材料的纯度需要保证，同时这样也会提升反应产物的产率。其次，简化化学反应步骤。化学反应步骤的增多，相应地会增加化学反应时间。从整个工厂的效益来看，增加的时间就会相应地减少产出、减少效益。因此，减少反应步骤是提高整体效率的主要方式。

（二）化学反应材料的替换

化学反应原材料的替换主要基于原材料中反应产物的百分比和反应物物获得的难易程度去考虑。首先，一次反应大多是多种混合物反应最终得到的粗产物。因此。粗产物地得到不仅与反应本身有关，还需反应原材料在混合物中所占百分比有关。其次，反应物获得的难易程度直接决定了反应产物的得率。一般来讲，一些生物化学实验的原材料是难以获得的。例如，从某种生物中通过多种方式提纯蛋白，首先需要大量的该生物，最终经过一系列复杂的提纯反应才能得到纯度达50%以上的蛋白制品。因此，在对化学原材料进行改进时需要对原材料的难易程度进行改变，容易替代的材料。

（三）化学反应环境的问题改进

化学反应环境的设计是化工工艺设计的主导环节。目前化学反应的环境设计问题主要是合理性的问题。首先是运输管道的输送问题。运输管道中可能会运输一些腐蚀性的溶液，因此管道需要根据运输材料的性质进行设计，确保不会受到运输材料损坏的同时，也不会与运输材料反应生成一些有毒有害物质。其次是阀门的设计。阀门的设计要根据反应的顺序，或者反应的方式进行设计。例如，在某些反应过程中，需要定期加入反应物质，因此阀门的设计要与反应时间有关。另外。管道和阀门的设计不仅要具有合理性，同时也要满足“节省”的原理。管道和阀门甚至是设备的设定要符合预期投资，对整个工艺的效率提高也是有益的。最后，设备的先进性问题。化学反应设备会提供化学反应所需要的环境，但是化学反应会对设备造成一定的损耗。因此，设备的维修工作也是重要的。目前，化工工艺设计的提升主要从其反应设备的性能出发，所以需要提升工艺设计中的设备性能。综上，对整体的化学工艺的改进，从细节处入手会在短期内有明显的效率提升。

四、结束语

从某种程度上来讲，化学水平会反映一个国家的先进水平。因此，提高化工工艺设计对社会的发展是有促进作用的。在现有条件，例如设备或者反应过程未进行提高之前，针对工艺设计中细枝末节的问题进行改进，可以进一步提升化工工艺的水平。因此，针对化工工艺的工厂、反应材料、化学反应性质的提升是必要的。