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1、化学工程进展论文 化学工程进展 化学工程进展摘要：本文从学术和工业的角度介绍了化学工程学科的技术进展，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，化学工业作为国民经济的支柱行业，正向原朴多样化、产品精细化、技术高新化的方向发展。本文主要叙述了近年来化学工程在各个方面的进展，着重以材料化工、磷化工、煤化工和硫酸工业工业为例进行了阐述。关键字：化学工程，现状，技术进展，煤化工，磷化工，石油工业0 引言过去的20世纪是化学工程学科诞生与迅速发展并对人类文明进程产生重大影响的一百年： 40年代流态化技术应用于石油催化裂化过

2、程使石油化学工业产生了划时代的变化；溶剂萃取法用于核燃料后处理中分离钚及精密精馏用于重水的提取为核工业的发展奠定了基础；深层培养法用于大规模生产青霉素标志着现代制药工业的产生；60年代末化工系统优化的出现并与计算机控制技术相结合为超大型现代化工企业的发展奠定了基础；80年代人工脏器与大规模动植物细胞培养及高精密度分离技术的发展使生物技术的基础研究成果造福于人类的健康；90年代先进材料制备工艺与设备的开发则直接推动着信息产业的发展。化学工程为现代高新技术产业的发展提供了最基本的生产手段与技术1。伴随着人类社会进入21世纪，知识经济及全球化改变了全球经济的格局及工业运行和管理方式。信息、健康(医药

3、)、能源和环保产业迅速崛起，这些领域的企业的产值和市值迅速攀升，传统化工产业则主要通过企业合并重组来降低运营和生产成本。如何通过科技及产业创新来重塑化学工业的核心竞争优势成为化学工程研究者和工程师在进入21世纪所面临的严峻挑战。这也成为化学工程学科建设的中心任务。而回答这些问题则需要从新的视角出发,重新审视被认为已经是成熟学科的化学工程的学科内涵与体系，通过吸收和总结相关科学、技术与产业发展的最新成果来丰富和更新化工学科体系和内容，为化工产业的发展提供科技动力和人才支持2。对于中国的化学工程师和科研工作者，在思考上述问题的同时,还应特别关注化学工业在13亿人口的中国发展中的重要地位。总体而言，

4、我国社会和工业发展水平与欧美发达国家相比还有相当的距离，对于基本和特殊化学品均存在巨大的需求，这为化学工业的发展提供了广阔的空间，化学工业仍将是我国国民经济发展的主要支柱产业。但目前国内不同化工部门及企业之间的技术及管理水平存在很大的差异,生产的物耗和能耗高、环境污染严重。以2000年为例，我国工业废弃物达十亿吨级，危险废弃物达千万吨级、其中80%属于化学品污染。煤炭是我国能源结构的主要组成部分，燃煤产生的SO2、NOx和CO2的污染十分严重，每年排放量分别超过2000万t、1000万t和20亿t，这些问题成为社会可持续发展的巨大障碍。因此，实现资源的循环利用、能源的最优利用、污染的源头治理成

5、为新世纪中国化学工业发展的方向。近年来，国内许多学者开展了大量的研究工作如绿色过程工程3、生态工业园区4及生态过程工业5等并付诸于工业实践和工业园区规划。这些理论与实践探索促进了化学工程与其他学科的交叉，丰富了人们对于化学工程学科内容与体系的认识。1 “化工”的发展对策6化工发展的产品对策：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(如汽油、柴油、润滑油、沥青及橡塑原料)将进一步发展，精细化工产品(如助剂、催化剂、添加剂)发展迅猛，药物及生化产品(如干扰素、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

6、视。原料对策：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。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。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

7、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 化学工程的技术进展随着近代化学工程的发展，化学工程与多学科呈现交叉，多学科的交叉又大大促进了化学工程的发展。(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：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：生产化工原料(到2000年，预测10%化工产品将由生物技术生产)；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

8、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：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

9、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。现有化工企业必须大力发展精细化学。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：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

10、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。 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：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；.电镜测超微粒子大小与孔结构；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：

11、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。3近代化学工程的重要方向6(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

12、体设计新型药物分子的构筑与合成路线探索，可控合成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(稀二氧化硫：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(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

13、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

14、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，电厂烟气二氧化硫治理，新型克劳斯尾气处理催化剂等)。CO：利用(CO：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。4化学工业的发展态势及进展（1）化工新

15、材料进展：化工新材料指已经形成或正在发展中的具有传统化工材料所不具备的优异性能或某种特殊功能的新型产品。从产品类别上来看，化工新材料大体包括高性能通用合成树脂新品种、高性能塑料合金、工程塑料、特种橡胶及弹性体、特种合成纤维、无机精细化工材料、纳米化工材料、有机硅氟材料、生物化工材料、功能性高分子材料、可降解材料、特种涂饰材料以及新型复合材料等。经过近些年，特别是进入21世纪之后的发展，我国化工新材料产业已经初具规模，多个领域的研究与应用取得重大突破，生产技术水平快速提升，少数企业的产业地位已居于世界先进行列，部分商品享誉全球。但如果与欧美日等先进国家进行横向比较，我国的化工新材料总体上仍存在生

16、产能力不足、产品质量差、产品规格少、消耗定额高、产业链不完善等一系列问题。当前，我国的化工新材料产业正处在新的历史起点上，属于快速发展的朝阳产业。化工新材料一方面作为“战略性新兴产业”的重要一员，是国家政策重点鼓励支持发展的方向，另一方面也是其它新兴产业发展的重要前提条件之一，在新能源产业、汽车产业、航海航天产业、信息产业、新医药产业、节能环保等多个领域中发挥着重要的支撑作用。新材料的价值最终体现在国民经济的各个应用领域上，并与其它新兴产业保持同步发展。化工新材料正在通过替代传统的应用材料体系，深刻影响和改变着我国经济发展、社会进步以及人民生活的方式7。（2）磷化工进展8磷作为作物生长的三大必须元素之一，对农业的发展和粮食的增产，保证人民生活水平的提高具