在化学行业，化学设备通常工作在高温高压环境下，设备中的介质具有易燃、易爆、剧毒、腐蚀性等特点，对设备的设计、制造、使用和监管造成了极大的困难。在“双碳化”的指导下，随着我国科技水平的不断进步，生产工艺的进步，化工装备的总体大小由大到小，配件结构的优化，从原料的掌握到操作和维修的智能化。
1.各种化工设备优化研究现状
1.1 塔设备技术
塔式装置是化学过程中的一个关键装置，它通常用于气体、液体或液体的充分接触，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。大管径塔器在大气压和压力作用下，目前在工业中仍然是主要的板式塔，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。目前，齿型导向浮阀塔已广泛用于化工行业。中国针对上海市石化集团利用华东理工大学研制的波形导流式浮阀塔盘，解决了原重整油分离器分离效果差、能耗增大、生产难度增大。浮阀采用人字型波纹阀片，其波纹坡口部分设有导流孔或不导流孔，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，增加了产品的收得率，减少了能源消耗，减少了生产的困难。世林化学在原低温甲醇洗涤技术中，采用了双层竖筛法，从根本上解决了净化设备质量差、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，能源消耗得到了有效的保护。
1.2 换热器技术
换热器也被称为热交换器，它是一种在工业中广泛使用的电力装置，它可以有效地提高能量的利用率和对热量的回收。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，换热器是以换热器为主体，以热交换为主，以满足生产工艺要求。在化学生产中，换热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，也可以用作化工设备的主要组成部分，如废热锅炉、管式加热炉、蒸发设备等。根据统计，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还没有建立起来，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、管板之间的温度差异很大，且传热介质极具腐蚀性，易引起管板和管板开裂，易发生内漏，因此寿命短，必须经常进行定期清洁和更换，极大地增加了维护费用，减少了能源利用率，也加大了资源的消耗。在“双碳”目标下，换热器的设计与制造必须从改善现有设备的热效率和经济性两方面入手。
1.3大型储罐技术
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，大型化、节能化、智能化成为今后的发展趋势。
1.3.1材料是制约储罐大型化发展的主要因素之一
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。武汉钢铁设计院，北京燕山石化公司，合肥通用机械厂，中国北京市设计院，共同研发07 MnCrMoVR钢，并将其应用到北京燕山石化公司的3个十万立方米浮顶罐上。
1.3.2腐蚀破坏已经成为储存设备失效的主要原因
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。当前的防腐蚀方法是涂料和阴极防护，在设备的安装和维护中，特别是对大型油罐的微小部件进行防腐处理。利用 Gumbel极值分布法和有限折线，江苏省特种设备质量监督检验研究所的宋高峰对服役油罐的剩余寿命进行了比较准确的预测。
1.4 反应釜技术
反应装置在化工生产中占有举足轻重的地位，常用的反应器有釜式、塔式、管式、固定床反应器等。釜式反应器是典型的反应装置，按运行模式可划分为连续搅拌釜、半隔歇釜和间歇釜，它们都能实现全逆向反应和多相反应。与其它反应器相比，反应釜结构简单，制造方便，操作灵活，适用于各种小型产品的生产。分批进料，可用于多品种、小批量、长时间的反应，但其品质不稳定。半停釜反应器中的材料积聚和反应放热速度太快，极易发生热失控，从而导致化工生产的安全事故。连续反应器的生产工艺简单、操作简单、品质稳定，但容易发生返混。反应器是一种复杂的、非线性的化学反应反应器，其温度、压力、浓度等参数的准确控制将直接影响到反应过程的效率和质量。通过建立动力学、相平衡、材料平衡等理论，对过程进行仿真和现场监控，可以显著地改善产品的品质和能量利用率。江南大学陈珺，主要从事连续搅拌式反应器的滑移控制。根据以往学者的研究结果，改进了直线滑模面，以确保系统的控制精度，并能有效地防止系统的抖动。
结束语
化学装置的出现与运用，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，可以实现产品结构优化，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。目前，我国化学工业尚处于起步阶段，急需广大科研人员的共同努力，以不断提高化工装备的开发和应用，为实现“双碳”的目标提供有力的支持。
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