化学工程进展 课程论文_化学工程进展论文2

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《化学工程进展》课程论文

摘要：化学工程作为国民经济的主导产业，与我们每个人都联系密切，其生产的产品在日常生活中也有着极其广泛的应用。本文从学术角度介绍化学工程的进展，化学工程作为一级工程学科正与相关学科结合，形成新的边缘与交叉学科，占领新的学术领城；同时还从工艺角度介绍化学工业的发展态势。化学工业正向原料多样化、产品精细化、技术高新化的方向发展。关键词:化学工程；进展；技术；化学工业；

Abstract:Chemical engineering is closely with each of us as a leading industry of national economy.Its products also have an extremely wide range of applications in everyday life.This article introduces the progre of chemical engineering from an academic perspective.As the first level engineering discipline, chemical engineeringis combining with related disciplines to form a new-edge and croing discipline and conquer new academic file, introducing the development trend of the chemical industry from the proce perspective at the same time.The chemical industry is towarding the diversification of raw materials, product refinement, technology high xinhua direction.Key words: chemical engineering;development;technology;chemical industry;引言：

化学工程是一种将一系列与化学专业有关的技术进行深入研究的化学或者物理过程，包括对原有设备的改进和优化及研究新的技术的一项工程性学科。以化学为指导思想，将其基础理论和工程应用结合到一起，包括研发产品、设计实验过程、模拟系统、装备强化、操作控制、保护环境、管理生产等方面的工作。化学工程领域包括无机化学、有机化学和石油化工化学等领域。因此化学工程既是国民经济建设的重要工程，又是推动社会进步的重要工程，也是与高精尖端技术领域相结合的重要工程，推动了高精尖端技术的发展。目前化学工程领域的发展方向：集约化、连续化、高效化、自动化和精细化。由于化学工程和生活的联系比较紧密，范围比较广，因此，探索化学工程的进展具有深远意义，对此进行研究不仅可以掌握化学工程发展的动态，同时也有利于吸收国内外的最新科研成果，有利于改进设备和技术，提高工作效率。1.概述

1.1 “化工”的概念

“化工”是“化学工程”、“化学工艺”、“化学工业”的有机结合。（1）化学工程—工程一级学科，研究过程工业中反应、分离、传递、单元操作、运行优化与运行控制的共性规律。（2）化学工艺—研究无机、有机、精细、高分子、生物等化学加工的技术路线及其加工方法。

（3）化学工业—实现化学加工并获得产品的工业部门。1.2“化工”的发展对策

（1）产品对策[ 1 ]—传统产品与精细产品并举，不断开发新产品

     化肥、农药、制碱等传统产品在化工中仍占重要位置。

石油产品(汽油、柴油、润滑油、沥青及橡塑原料)将进一步发展。精细化工产品(助剂、催化剂、添加剂)发展迅猛。

药物及生化产品(干扰素、酶制剂、新型药物等)得到重点发展。新材料(功能材料、结构材料、特种材料等)特别受到重视。

（2）原料对策[ 2 ]—原料的多样化，适合国情、省情原料的综合利用

 石油与天然气依然受到青睐，在今后相当长时期内仍具生命力，可能还要进口原油。

 煤的洁净利用技术，煤化工与一碳化工在我国尤为重要，发展方向是以煤为原料，发电、供电、供煤气与联产化工产品一体化。

 天然作物的综合利用是化工原料的又一来源。

（3）技术对策—挖潜、引进、消化、创新

   现有装置重在节能降耗、挖潜改造与技术革新。引进少量关键技术，进行消化吸收，形成中国技术。石油化工、大化肥、大氯碱装备一定要实现国产化。

（4）体制对策—集约化、大型化，资产经营是体制发展的重点

 化工企业将由生产经营型向资产经营型过渡，保证国有资产增值是企业的任务。

 化工企业向大型化、集约化方向发展，组建大型化工集团公司，生产成为有目的性的集约化体制。

 企业家是化工企业的无形资产，要造就一大批德才兼备、懂技术、善经营的企业家。2.化学工程的进展

2.1近代化学工程的发展趋势之一—化学工程与相关学科的交叉

（1）生物化学工程：化学工程与生物化学、微生物学的结合  生物化学工程的特点[ 3 ]：操作条件温和(常温常压反应)；多为分批操作；产物浓度低，反应器体积大；温度、pH、溶氧的影响大；多为非牛顿高粘物系；无菌操作。

 生物化学工程的应用[ 4 ]：

生产化工原料(到2020年，预测20%化工产品将由生物技术生产)[ 5 ]； 生产单细胞蛋白(如甲醇蛋白)；

生产氨基酸(22种氨基酸中，18种由生化法提取)； 生产酶制剂(如碱性蛋白酶用于洗涤剂)； 生产有机酸(如发酵法生产柠檬酸、乳酸)； 生产生物农药(如农用抗菌素)；

生产生物医药(如辅酶、激素、维生素、多糖、核酸)。

（2）材料化学工程：化学工程与高分子化学、高分子物理的结合 材料化学工程的核心问题：聚合反应工程、高分子传递过程、粘性物流体力学。

 材料化学工程的应用[ 6 ]：

生产新品牌树脂(农用薄膜、汽车用基材、新型建材、光缆等)；

生产新品牌纤维(中空纤维分离膜、海水淡化渗透蒸发膜、异形纤维丝等)；生产新品牌功能材料(导电高分子、感光树脂、防伪材料等)； 生产新品牌复合材料(陶瓷基高分子、长短纤维增强复合基材料)。（3）精细化学工程：化学工程与有机化学、无机化学的结合 精细化学品的特点：批量小；附加值高；质量要求高；装置柔性化；品种多；更新快；有极强的商品性[ 7 ]。

 现有化工企业必须大力发展精细化学品：现有化工企业有原料、人才、公用工程的优势；精细化学品发展的重点是涂料、助剂、表面活性剂、饲料添加剂、水处理剂等；化肥厂要发展甲醇下游产品与一碳化工系列产品；石化厂要发展石油精细化工产品。

（4）微电子化学工程[ 8 ]：化学工程与物理学、微电子学的结合 微电子化工产品的重要性：95年世界电子信息产业产值已达1万亿美元，需要电子化工原料300亿美元。

 18种微电子化工用原料，举例— 基材：硅、砷化稼等半导体元件材料，聚酷线路板材； 光刻胶：光致抗蚀剂、甲基丙烯酸及其酷的聚合物； 掺杂剂：气态AsH3固体硼化物提高导电能力； 封装材料：聚硅氧烷、硅树脂等； 微电子专用清洗剂：氯甲烷、氯乙烯等。

2.2近代化学工程的发展趋势之二—化学工程与数学、物理学、基础化学的进一步结合（1）与近代数学的结合，举例—

   非线性数学在化学工程中得到广泛应用； 最优化方法是化学工程必须掌握的数学工具； 偏微分方程理论在化学工程中受到高度重视。

（2）与近代物理的结合，举例—

     X光衍射测物相与分子筛结构与物质相态； 气相色谱程序升温脱附(TPD)研究物质表面性质[ 9 ]； 气相色谱程序升温氧化(TPO)研究催化剂析炭； 红外光谱研究吸附状态与反应动态学； 电子能谱研究催化剂状态组成与失活。

（3）与物理化学的结合，举例—

   热力学参数的预测；

非理想溶液与复杂反应的化学平衡； 多态反应动力学。

（4）与生物化学的结合，举例—

  生物环境治理；

SOD(超氧化歧化酶)等生物活性物质的合成[ 10]。

2.3近代化学工程的发展趋势之三—“十项延伸”

（1）由简单物系向复杂物系发展，举例—

   流体输送：多相流流体输送； 反应工程：气液固三相床反应；

系统工程：多种反应、分离装置的结合优化。

（2）由定态向非定态[ 11 ]发展，举例—  非定态SO2转化、非定态甲醇合成。

(3)由常规小分子向高分子、大分子发展，举例—

  特种高分子材料的开发； 团簇化合物，如C60的崛起。

（4）由宏观向微观发展，举例—

  超微粒子形态控制与包裹[ 12 ]；

分子化学工程学科分支的形成，研究分子热力学、分子传递现象与分子动力学。

（5）由描述现象向阐述机理发展，举例—

  反应器的多态与颗粒催化剂的多态，从现象到机理； 动力学方程的实验测定与机理探讨。

（6）由理想溶液向非理想溶液发展，举例—

  由牛顿型流体到非牛顿型流体；

由常压发展到超临界反应与超临界分离。

（7）由非生命向有生命发展，举例—

   生物医药工程，药物设计与疗效的关系； 基因工程、酶工程与化学工程的结合； 动植物细胞在生物反应器中的大规模培养。

（8）由探索试验向有效预测发展，举例—

  催化剂设计； 药物分子设计。

（9）由简单过程向耦合过程发展，举例—

    反应—精馏藕合(在MTBE、TAME[ 13 ]工艺中应用取得实效)； 反应—萃取藕合(中药、香料有效成分提取和稀有贵金属提取中应用)； 反应—结晶祸合(超细超纯炸药合成)； 反应—膜分离藕合(甲烷一步制甲醇)。

（10）由参数的单项测量向过程的集散系统控制发展，举例—

 DCS[ 14 ]分散控制系统，IDS[ 15 ]集成控制系统与网络标准化已逐步推广使用，并迅速发展。 智能控制成为新的热点，模糊控制、模式识别、专家系统、人工神经网络均取得突破进展。2.4近代化学工程的重要方向

（1）合成化工

  极端条件下的合成(高温化学工程、高压化学工程、超临界反应合成)； 温和条件下的合成(丁辛醇、甲醇、氨向较低压力与温度合成的方向发展)；

   新结构化合物合成(分子化学工程学发挥更大作用)； 功能分子设计(选态化学、选键化学的产生)； 合成路线的优化(如避开有毒、污染的零排放合成工艺)（2）超分子构筑

 天然高级分子的模拟—以大环化合物起步的超分子化学已经起步；用组装、复合、掺杂、改性的方法构筑新型高分子；

  生物化工中的单体设计—新型药物分子的构筑与合成路线探索； 可控合成[ 16 ]—分子识别下的定向合成，如酶控制下合成手性化合物。

（3）化学工程中的新基础研究

   非定态技术(稀SO2转化)；

过程模型化技术(特别是复杂系统的模型化问题)；

反应一分离藕合(反应一精馏、反应一萃取、反应一结晶、反应一膜分离、三相床反应分离一体化)。（4）新材料化工

  纳米材料(超细磁粉、超细碳酸钙、超细催化剂等)；

医用材料(要求安全、无毒、纯度高、可加工成不同形状，物化与机械性能好，适应性强，正努力开发新型骨质材料、牙质材料、人造血管、人造心脏等)；

    记忆材料[ 17 ](即智能材料)，分子器件(由有机高分子组成的器件)； 仿生材料(如新型固定氮材料)；

导电高分子(聚唾吩、聚钦普、聚乙炔等)。

（5）能源化学工程  节能—大力推广热管技术、热管换热器；大力推广热泵技术，拓宽蒸汽压缩式热泵的应用范围；推广高效导向浮阀塔盘等节能型板式塔。

 煤炭加工中的化学工程问题—煤气化新工艺，国产新型煤气化炉，水煤浆气化；以煤为原料整体联合循环发电，提高煤利用率。

 新能源化工—制氢与贮氢，研制贮氢合金新品种；再生能源的化工利用(再生纸，垃圾与塑料的再生)；太阳能与化学能的转化与利用。（6）催化剂工程

 开发方法上的发展—重视热力学研究；神经网络用于催化剂活性组分、助剂与制备方法的优选。

 新型催化剂开发—分子筛催化剂、均相络合催化剂、生物催化剂、三相床催化剂、环境保护催化剂等的开发。

 新型催化工艺，举例—低压液相法生产丁辛醇，可使生产能力提高70%，消耗下降；乙苯加氧新工艺制苯乙烯，选择性提高到93%，装置增容30%。（7）计算机技术在化工中的应用

   共享新库—化合物库、物性数据库、数学模型库等。

辅助分子设计—计算机成为合成、设计、预测与控制不可缺少的工具。生产优化控制—仿真培训系统，DCS集散控制系统。

（8）环境化学工程

  洁净合成工艺(废除光气等毒害物的生产工艺，减少或消除三废排放)。环境无害化(如汽车尾气净化催化剂，电厂烟气SO2治理，新型克劳斯尾气处理催化剂等)。

 CO2利用(CO2合成有机物的探索)。

（9）深度加工技术

各企业根据自己的具体情况，开发深度加工产品。3.化学工程学科未来的发展动态 3.1将化工过程与系统过程研究相结合化学变化是一个复杂的过程，这是因为性质决定的，其非对称性和不平衡性打破了人们的惯性思维，使其控制因素增多，结构尺度变多，其中结构是对过程工程研究的中心问题，主要解决办法是简化其结构，使复杂的结构变得简单，更具有使用价值；首先研究特殊系统，然后推理出一般性的结论，进而推而广之，这些都为解决结构问题打下了良好的基础，解决了复杂系统不容易被分析的问题，采用整体法和还原法研究复杂的系统有利于把握系统的主要变换方向，多尺度的思考问题的方式可以将过程问题转换成平时的时间和空间问题，对研究化学工程的复杂结构有好处[18 ]。

化学工程的这一转变趋势预示着化学正在向着应用领域进行扩张，更加注重其实用性和价值性，而非学科本身理论的研究。这就需要化学与数学、物理等相结合，甚至与计算机技术相结合，进而实现化学过程的更好研究。3.2将化学工程与材料科学研究相结合科学的进步使大量新的技术和产品能源不断涌现，并且在先进技术的引导下得到了广泛的应用，这就为化学工程的研究提出了新的问题那就是如何为新的产业的形成和发展提供良好的服务并不断形成新的完整的理论，化学工程的发展就此进入一个新的发展阶段。在学科研究的方法上更多的注重学科的交叉，更多的研究材料其中包括信息和化学、生物与化学、能源与化学、环境与化学相结合的工程学科，这些都为化学工程的发展提出了新的发展方向和研究课题，为化学的发展做了良好的铺垫。3.3将化学工程与信息工程研究相结合化学工程技术的热点是将化学工程与信息工程研究相结合，随着信息技术的发展，信息技术已经深入各行各业，通过计算机技术可以收集大量信息，并对此进行精细的计算，随着大量的数据的统计和分析，可以得出很多重要的规律和结论，这些规律可以用来作为提高效率和生产效益的理论依据，同时可以预见，将化学工程和材料科学结合起来进行分析必将是化学工程领域的重点研究课题，必将成为引领化学研究的主要方向。

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