超臨界流體技術(shù)化學(xué)工程論文
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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)也被稱為超級綠色化學(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)來做稀釋劑，該技術(shù)也是做PE的升級版。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)來減少或者消除化學(xué)對于人類的危害、社會(huì)的危害以及環(huán)境的危害。從源頭的原材料開始，到生產(chǎn)過程中的試劑和介質(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、無毒害，還有就是“原子經(jīng)濟(jì)性”的“零排放”。像在綠色無毒原料控制方面，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，而且對人體和環(huán)境都危害極小。再比如在反應(yīng)過程中對介質(zhì)、溶劑等的控制，也要求無毒無害，在有機(jī)反應(yīng)中水就是很好的溶劑，不僅對環(huán)境無害還能節(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。像不對稱合成反應(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)、還有不對稱酮反應(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。而我們在改進(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,所以目前這個(gè)難題還很難突破。還有就是我們在計(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
在這個(gè)科技日新月異的時(shí)代，我們化學(xué)生產(chǎn)的改革必定是依賴于化學(xué)工程的創(chuàng)新和改變的，所以化學(xué)工程在化學(xué)研究中從源頭到過程到控制結(jié)果上面的研究對于化學(xué)生產(chǎn)的意義是機(jī)器重大的。我們要高效、清潔、環(huán)保地進(jìn)行化學(xué)生產(chǎn)，才能使得我們的社會(huì)，我們的環(huán)境能夠承載日益增多的人類及人類的各色需求，才能使我們在這個(gè)環(huán)境中可持續(xù)的循環(huán)發(fā)展。所以我期待每一個(gè)化學(xué)人都能在化學(xué)研究中盡綿薄之力，幫助化學(xué)生產(chǎn)的改進(jìn)。
作者：尹小社單位：中藍(lán)連海設(shè)計(jì)研究院
