1.塔设备技术
塔式设备是化学过程中的一个关键装置，它通常用于气体、液体的充分接触，从而实现液相间的质量传递和热量传递，完成蒸馏、吸收、解吸、烘干等作业。目前，常用的塔机主要有两种：板式塔和填料塔，其中，塔机投资约为25%，质量为49%。塔器通常为圆柱型大型垂直装置，通常在室外使用，其效率较低，压力损失较大，属于能耗较大的能源消耗。比如，在化学生产中，蒸馏是一种非常重要的分离工艺，它是通过对混合物中的组分进行不同的分解，它所消耗的能量可以达到60%以上。所以，提高蒸馏技术和优化蒸馏装置，是实现节能、减少排放、实现“双碳”目的的关键。采用新型高效分离技术，可以有效地改善精馏分离效果，减少回流比，从而减少能源消耗。近几年，我国的塔器工艺水平得到了长足的发展，研制出了大量的新型填料和塔板。以华东科技为例，研制了一套导流式浮阀塔。在大管径和加压塔器中，目前工业上主要采用的还是板式塔器，其中浮阀塔就是其中的一种。F1型浮阀结构简单，价格低廉，技术成熟，但F1型浮动阀的工作弹性较低，容易造成塔盘上的液位梯度较大，从而影响到液相的混合，从而影响到塔盘的效率。华东理工大学针对目前广泛应用的F1型浮阀塔板、组合导向浮阀塔板、齿形导向浮阀塔板等，研制出了导向浮阀塔板系列产品。将原来的圆形F1型浮阀改造成矩形、梯形、齿形和组合式。经对比分析，改进后的浮阀塔在塔板压降、雾沫夹带、漏失量等方面均得到了显著的改善。目前，齿型导向浮阀塔已广泛用于化工行业。针对原重整油分离器的分离效果差，造成能源消耗增大，实际操作难度增大，上海石化上海石化公司采用华东理工大学研制的波形导流式浮阀塔盘。浮阀采用人字型波纹阀片，其波纹斜面部分有导流或不带导流，使两种浮阀在塔盘上合理地混合，极大地提高了塔板的利用率，有效地改善了产品的品质，增加了产品的产率，减少了能源消耗，减少了实际操作的困难。世林化学在原低温甲醇洗涤工艺中采用了双层竖筛板，从根本上解决了净化气质量差、能源消耗高的问题，使其处理能力得到了改善，甲醇、SO2的排放得到了显著的减少，同时也得到了环境的保护。广西华谊 PDH工程华陆工程丙烷丙烯分离塔在2021年九月十八日完工。塔身直径10.6公尺、裙座最大外径12.94米、高113.7公尺、空重1537吨、附属装置安装后重达1774吨，是目前国内最大、最重的丙烷丙烯分离器。这标志着我国在生产、制造、安装等领域取得了新的突破，高效率、高稳定性、高自动化是今后塔设备发展的必然趋势。
2.换热器技术
换热器也被称为热交换器，它在工业生产中的主要功能是提高能量利用率，并对其进行再热回收，是一种被广泛使用的化学装置。根据统计，在化工行业，换热器的投资占设备总投资的30%左右，换热器是以热交换为主，以满足生产工艺要求。在化学工业中，热交换器可以是一个单独的化学设备，如再沸器、冷凝器、预热器、冷却器、蒸发器等。根据数据显示，在石油、化工、冶金、电力四大工业中，每年可回收的热量约为5.7亿吨。目前，工业上常用的换热器有管式和板式两种，而管式换热器的应用最多。由于工业换热器是一种能耗较大的化工设备，国内至今尚无健全、完善的换热器评估标准，国内有关换热器的能效管理也没有建立起来，只有《热交换器能效测试与评价规则》（TSGR0010---2019)，而且是针对板式换热器进行了修订，国内尚无一套行之有效的评估系统。由于其工作环境的特殊性，其列管与管壳、管板之间的温差应力大，且其腐蚀能力强，易引起管板和管板裂缝，易发生管板泄漏，且寿命短，必须经常进行定期清洁和更换，极大地增加了维护费用，减少了能耗，也加大了资源的消耗。在“双碳”目标下，换热器的设计与生产必须从改善现有设备的热效率和经济性两方面入手。（1）选用新型的材料，其导热系数高、防腐性能好、价格低廉。目前，我国的工业换热器采用的是碳钢和不锈钢。由于其导热性能好、传热性能好、制作技术也比较成熟，但其耐蚀性差，且容易发生锈渣堵塞换热管及生产管线，从而影响传热效果、缩短使用寿命、提高生产和维护费用。不锈钢对弱酸性介质腐蚀和机械加工性能优良，但其导热率低于碳钢，约为15%~20%，其制造成本也较碳钢高，且容易在氯离子环境中发生应力腐蚀和晶间腐蚀。为此，研究开发新的传热材料是十分必要的。氟塑换热器耐腐蚀、耐磨损，但其传热系数低，传热性能差，不宜应用于传热装置。聚四氟乙烯被称为“塑料王”，它是由四氟乙烯聚合而成的一种化学稳定性和耐腐蚀性良好的高分子聚合物。碳纳米材料作为一种新型的纳米材料，在物理、化学、力学、机械等方面都表现出了良好的物理和化学特性。石墨烯是一种新的纳米碳材料，它在新材料领域中是一颗耀眼的明珠。采用聚四氟乙烯（PFA）与石墨烯复合材料制备了具有石墨烯优良导热性和 PTFE优良的耐酸碱腐蚀性能的新型传热材料。北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室梁佳鹏通过实验装置，比较了石墨烯PFA复合管与金属管的换热特性，并分析了不同的烟气速度、进口烟气温度、不同的石墨烯配比对复合材料的传热特性的影响。（2）改造现有的换热器，对其结构进行调整，提高设备的使用寿命，减少换热器的维护和替换成本。天辰化学有限公司氯乙烯生产车间采用的换热器中，排管换热器的外壁常常会产生大量的淤泥、铁、钙等杂质，从而影响换热效果。天辰化学公司针对 PVC的物理化学特性，经过技术研究，在不改变材料、降低成本的情况下，对原有的换热器进行了优化，并对其内部的折流片进行了优化。改造后的换热器使用寿命增加一倍，12套换热装置一年可节省12,000元的维护成本。
3.大型油库工艺
化工行业中，储存化工原料、中间产品和产品的各种储存装置通常处于高压状态。《固定式压力容器安全技术监察规程》按压力等级分为四类：低压、中压、高压、超高压。油罐的构造可分为水平和垂直两种，圆柱体、方体、球体三种。其中，圆柱形贮槽由于制作简便，具有良好的承压性能，因此被广泛用于中、小型储罐，而球形储罐制作难度大，但在压力作用下，球形储罐的承载能力最强，适用于大型油罐。通过对材料和机械性能的计算与分析，得出了在相同压力条件下，容器体积增大，钢消耗量降低。大型油罐生产的经济性问题历来受到化工界工作者的重视，其大型化、节能化、智能化成为今后的发展趋势。（1）物料是影响大型油罐发展的重要原因。随着容器体积的增大，容器的强度和刚性要求也随之增大。目前，国内化工储罐所使用的钢为16 MnR，但其强度不高，如生产50000立方米的浮顶罐，其壁厚可达到34 mm，这对生产大型油罐造成了很大的难度。（2）腐蚀破坏是造成贮存装置损坏的重要因素。根据统计，每年由于腐蚀引起的经济损失超过两千万美元，同时也导致了大量的人员死亡。因此，应加强储罐的保护技术，改进储罐的防腐蚀技术，并对储罐的剩余寿命进行合理的预测，将是今后的发展趋势。
结束语
化工设备的出现与运用，使人类劳动得到了解放，生产的自动化程度得到了提高，人们的生活条件得到了改善。在“双碳制”的前提下，通过加强化工设备的性能和不断研发的新的复合材料，可以保证产品结构的优化，提高设备的自动化和效率，延长设备使用寿命，稳定产品质量，提高能源利用率。
参考文献
[1]徐枫, 潘麒, 汪亚楠. "双碳"目标下绿色低碳转型对企业盈利能力的影响研究[J]. 宏观经济研究, 2022(1):15.
