化学工程的发展趋势与挑战

1/7化学工程的发展趋势与挑战化学工程的发展趋势与挑战前言化学工程是一门研究化工生产过程及设备共性规律及其应用的学科与技术，它在化工工艺与化工设备之间起着承上起下的桥梁作用。化学工程随着化学工业的发展而产生并演变，反过来又推动着化学工业的发展。化学工程与化学工业是密不可分的，要提高化学工业的生产水平，必须搞好化学工程的研究与应用。一、化学工程的兴起与发展化学工程是随着大规模化学工业的发展而形成和发展起来的。早在1887年，戴维斯在英国曼彻斯特工学院作了一系列化学工程问题的讲演，但由于当时还缺乏数据和对过程开发的全面认识，戴维斯并未能对化工操作出定量的处理。1888年美国麻省理工学院以诺顿为首，设置了关于应用化学工程教育问题研究香员会，并于同年12月作出设置化李工程课程的决定，世界上第一次列入“化学工程”这门课程。自50年代起，高速电子计算机的应用，汁决了过去人们不能解决的复杂工程计算问题。这也就有了把化学反2/7应规律与生产规模装置中的传递过程规律综合起来进行分析和处理的可能。于是，1957年在荷兰阿姆斯特丹举行的第一次欧洲化学反应工程会议上，正式提出了“化学反应工程”的概念。至此，“三传一反”就形成了化学工程的主要内容。60年代后期，随着传递过程原理和化学反应工程的开拓，计算机用于化学工程以解决过程的最优规则、最优设计、最优控制及最优操作，又促成了“化工系统工程”的诞生，为化学工程的决策及方法论提供了有力的工具。70年代以本文由论文联盟HTTP/收集整理来，随着电子计算机的进一步发展，同时由于化学工程基础理论的成熟和数学模型化方法的普遍应用，化工系统工程又有了较大发展。1983年在美国化学工程师学会第75周年年会上，人们把化学工程定义为“经济地开发利用物质和能量的方法为人类造福的工学”，从而展现了化学工程极其广阔的领域和应用前景。二、化学工程面临的挑战80年代以来，高技术发展十分迅速，高技术产品生产依靠最新的科学技术。与传统化工产品相比，高技术化工产品生产有以下特征产品靠质量及特性竞争，而不是靠价格及用途销售；生产工艺趋向小型化，而不是向大型3/7化发展；生产装置常要求有变换产品的灵活性，而不是只生产单一产品；生产高性能专用材料，而不是常生产日用材料；使用复杂数学模型描述生产过程，而不是用简单数学模型模拟。由于化工高技术的发展，智力的竞争，经济的推动，促使化学工程面临新的挑战，需要解决新的化工科学技术问题。这些问题主要有1在生物技术领域，把细胞看作是微型化学装置，细胞内反应受化学热力学、反应动力学及扩散的控制，需要测定酶、蛋白质及细胞系统的物化数据，开发细胞内部反应数学模型；研究生物表面及界面现象，例如抗体抗原内部反应、细胞蛋白合成、神经脉冲传达、离子选择性传递等；发展高效生物加工技术，如新型生物反应器、生物传感器及控制系统、生物产品的高纯分离及净化等。2在新材料领域，应用表面科学技术，研究高聚物、陶瓷材料、复合材料等微结构材料的分子结构与性质之间的关系；研究原料选用及材料加工与所生成的微结构之间的关系；研究材料表面及界面上的物理化学现象；用化学法而不用机械法制造部分复杂的材料系统。3在新能源领域，研究先进的煤转化为气体及液体的技术，掌握由合成气直接制取基础有机化学品如乙二醇、醋酸、烯烃等的新技术；开发石油炼制新原料，更好地利用页岩油、重质原油及高硫高氮原油；研究核能、氢能、4/7太阳能、地热能、生物能及城市废物能源；研究各种高效的节能新技术。4在计算技术方面，研究计算机处理复杂数学问题及求解详细模型的方法，从分子规模到装置规模去模拟过程物理及过程化学，建立过程现象的数学模型，更多地依靠计算理论预测而较少依靠经验来设计、控制及优化工艺过程及设备。对化工微型装置、单元操作及生产装里进行可靠模拟，提高工程放大能力，只经过少数模拟放大步骤，就能绕过中间试验直接进行生产装置设计，省去建造中试装置及进行试验的时间及费用。5在环保技术方面，将环境比作一个巨大的反应器，模拟各种人工及自然环境过程，建立带复杂化学现象及物理现象的数学模型；研究包括传递现象及化学反应的地下水分布状态；研究消除废物污染方法的过程特征，包括热分解法、生物法及催化法等。三、建议采取的对策化学工程的发展与化工生产的发展密切结合预计2000年左右，我国传统的主要化工产品，在品种、数量和质量方面，还会有很大的发展，所用化工装备也需要改进提高达到国际水平，因此传统的化学工程研究开发与推广应用任务还很繁重；在高技术产业方面，虽然生产技术还较落后，但今后会有重点地加速发展，因此与高技术有关5/7的化学工程研究开发与推广应用任务也很艰巨。为弥补化学工程原有的不足，应付高技术的挑战，宜采取以下对策1要着眼全局抓化学工程在化学工程研究与应用工作中，一方面要抓传统化学工程水平的提高，另一方面要抓与高技术有关的化学工程新领域的开拓；在制订化学工程科技发展规划，特别是在落实与高技术有关的化学工程科研课题时，要跨部门、跨行业全面考虑、统筹安排、协作研究；在承担化学工程应用研究任务与发展学科的关系上，要以任务带学科，以学科促任务，任务与学科密切结合，互相促进。2重视与高技术有关的化学工程基础研究我国化学工程基础研究，在化工热力学、化学反应动力学、传递过程原理、反应工程及系统工程等方面，已有很多具有较高水平的成果，今后宜在传统研究的基础上，多开展与高技术有关的研究工作。例如分子热力学及特种化学品的物化性质测定、细胞内部化学热力学及反应过程、微结构材料表面及界面的物化现象、有机及无机薄膜的质量传递、自然环境的过程模拟、综合一体化的计算机辅助过程设计等。3要提高化工机诫设备的研制水平我国化工机械设备的研制工作还比较落后，大大影6/7响了化学工业的发展。今后，一方面要发挥化学工程的作用，促进主要化工产品的成套设备制造达到世界先进水平，另一方面要有重点地跟踪世界高技术的发展，研制特种化学品及精细化学品等生产用精密、高效机械设备；应建立各类反应及单元操作过程与设备的专业研究中心，如橡塑机械研究中心、生物反应器研究中心、高低温传热研究中心、新型塔内件研究中心、粉体技术研究中心、薄膜分离研究中心等；应酌情引进特种材质及制造软件，提高化工机械设备研究、设计、制造及检验的能力，逐步形成能研制高水平单元设备及成套装置的体系。4充分发挥化学工程在化工技术开发中的作用在各类化工高技术及新技术开发研究中心内，设置化学工程研究机构，主要进行化工技术开发工作；化学工程人员在技术开发过程中，应重点负贵工程放大研究，中间试验一般是在工程放大过程中化钱最多费时最久的一个环节，要认真研究如何做好中试工作，妥善进行中试设计及试验；要研究先进的数学模拟放大技术，建立与工艺操作条件吻合良好的数学模型，逐步做到较多地依靠电子计算机来设计、控制及优化工艺过程，在一些技术开发过程中做到只经过少数模拟放大步骤，就可绕过中间试验实现工艺过程放大；关于高技术项目的技术开发，化学工程人员更应当与其它有关专业科技人员协作进行。7/75加强化学工程的教育要加强化学工程的常规教育与专业培训。在大专教育及继续工程教育的课程中，针对化工高技术的发展，要酌情增加新的教学内容，如表面科学、生命科学、环境科学、化学工程在微结构材料中的作用、未来计算机辅助过程设计及控制等。化学