1.1学习要求 通过介绍典型的、适合成人教育的化学工业的发展历程以及在此基础上不断发展完善的化 学工程各学科，不仅让成人教育学生了解化学工业的发展历史、地位、构成和基本特征，由此 引出如下基本概念：“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；化学工程 取得的成就又促使化学工业以更高的速度向更高的水平发展。”同时使成人教育学生在化学工 艺开发的实践过程中逐渐理解具体的化学工艺与化学工程理论之间的联系，建立起基于具体化 学工艺基础上的工程概念。 通过介绍化工技术的特征及其在其他技术中的强烈渗透性，让成人教育学生了解为什么要 进行化工过程开发，正确的化工过程开发步骤是什么
1.1 学习要求 通过介绍典型的、适合成人教育的化学工业的发展历程以及在此基础上不断发展完善的化 学工程各学科，不仅让成人教育学生了解化学工业的发展历史、地位、构成和基本特征，由此 引出如下基本概念：“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；化学工程 取得的成就又促使化学工业以更高的速度向更高的水平发展。”同时使成人教育学生在化学工 艺开发的实践过程中逐渐理解具体的化学工艺与化学工程理论之间的联系，建立起基于具体化 学工艺基础上的工程概念。 通过介绍化工技术的特征及其在其他技术中的强烈渗透性，让成人教育学生了解为什么要 进行化工过程开发，正确的化工过程开发步骤是什么
1.2内容简述 1.2.1化学工业的历史发展 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：化学工程取得的成就又促使 化学工业以更高的速度向更高的水平发展。 (1)古代化学工业的发展 火的利用是人类化学和化学工业生产发展史上的第一个发现和发明：由于火的使用人们逐 渐认识到经过焙烧后的粘土能制成坚硬而不透水的物件，从而掌握了陶器的制造方法，这是最 早出现的硅酸盐化学工艺：随着火的发现和利用，人们获得了既可作燃料又可作还原剂的木炭： 随着制陶技术的逐渐成熟，人们能获得耐火材料和造型材料，为金属的冶炼、铸造提供了必要 的条件：农业和畜牧业的发展带动了酿造、鞣革以及漂染等行业的发展。 (2)现代化学工业的发展 近代化学工业己经有近200年的历史。18世纪中叶，法国在文化和工业方面处于世界领 先地位，肥皂、纺织、漂洗等行业所需要的碱量与日俱增，天然纯碱难以满足其需要。1787 年吕布兰完善了以食盐和硫酸为原料生产纯碱的制备方法。18世纪下半叶，英国发生了工业 革命，机器的出现是工业革命的起点，纺织业的机械化促进了纺织品大幅度增加。传统的漂白、 染色工艺不能适应现代纺织工业的生产需求，最早的纺织用酸是有机酸、所用的碱是草木灰， 产量低、效果差，这就迫使人们寻求酸、碱的工业化生产方法。随着路布兰制碱工厂的陆续建 成，需要大量的硫酸，铅室法生产硫酸就是在这种背景下完善的。在纯碱的生产过程中，出于 综合利用原料，许多化工产品如盐酸、漂白粉、烧碱等的生产均随之开展起来。 煤中有机质的基本结构单元，是以芳香族稠环为核心，周围连有杂环及各种官能团的大分 子（见煤化学）。这种特定的分子结构使它在隔绝空气的条件下，通过热加工和催化加工，能获 得固体产品，如焦炭或半焦。同时，还可得到大量的煤气（包括合成气），以及具有经济价值的化 学品和液体燃料（如烃类、醇类、氨、苯、甲苯、二甲苯、萘、酚、吡啶、蒽、菲、咔唑等）。 因此，煤化工的发展包含着能源和化学品生产两个重要方面，两者相辅相成，促进煤炭综合利 用技术的发展。 18世纪末，煤用于生产民用煤气。1792年，苏格兰人W默多克用铁甑干馏烟煤，并将所 得煤气用于家庭照明。1812年，这种干馏煤气首先用于伦敦街道照明，随后世界一些主要城 市也相继采用。1816年，美国巴尔的摩市建立了煤干馏工厂生产煤气。从此，铁甑干馏煤的 工业就逐步得到发展。1840年，法国用焦炭制取发生炉煤气，用于炼铁。1875年，美国生产 增热水煤气用作城市煤气。1850~1860年，法国及欧洲其他国家相继建立了炼焦厂。19世纪 70年代德国成功地建成了有化学品回收装置的焦炉，由煤焦油中提取了大量的芳烃，作为医 药、农药、染料等工业的原料。第二次世界大战前夕及大战期间，煤化工取得了全面而迅速 的发展。纳粹德国为了发动和维持战争，大规模开展由煤制取液体燃料的研究工作，加速发展液 体燃料的工业生产。1923年发明的由一氧化碳加氢合成液体燃料的费托合成法，1933年开始 工业生产1938年产量己达590t。1931年，F柏吉斯由于成功地将煤直接液化制取液体燃料， 而获得诺贝尔化学奖金。这种由煤高压加氢液化制取液体燃料的方法，1939年己达到1.10Mt 的年生产能力。 近代石油炼制起源于19世纪20年代。19世纪30年代起，陆续建立了石油蒸馏工厂，产 品主要是灯用煤油，汽油没有用途便当废料抛弃。19世纪70年代建造了润滑油厂，并开始把 蒸馏得到的高沸点油做锅炉燃料。19世纪末内燃机的问世使汽油和柴油的需求猛增，仅靠原 油的蒸馏（即原油的一次加工）不能满足需求，于是诞生了以增产汽、柴油为目的，综合利用 原油各种成分的原油二次加工工艺。如1913年实现了热裂化，1930年实现了焦化，1930年实 现了催化裂化，1940年实现了催化重整等，此后加氢技术也迅速发展，这就形成了现代的石 油炼制工业。20世纪50年代以后，石油炼制为化工产品的发展提供了大量原料，形成了现代
1.2 内容简述 1.2.1 化学工业的历史发展 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；化学工程取得的成就又促使 化学工业以更高的速度向更高的水平发展。 （1）古代化学工业的发展 火的利用是人类化学和化学工业生产发展史上的第一个发现和发明；由于火的使用人们逐 渐认识到经过焙烧后的粘土能制成坚硬而不透水的物件，从而掌握了陶器的制造方法，这是最 早出现的硅酸盐化学工艺；随着火的发现和利用，人们获得了既可作燃料又可作还原剂的木炭； 随着制陶技术的逐渐成熟，人们能获得耐火材料和造型材料，为金属的冶炼、铸造提供了必要 的条件；农业和畜牧业的发展带动了酿造、鞣革以及漂染等行业的发展。 （2）现代化学工业的发展 近代化学工业已经有近 200 年的历史。18 世纪中叶，法国在文化和工业方面处于世界领 先地位，肥皂、纺织、漂洗等行业所需要的碱量与日俱增，天然纯碱难以满足其需要。1787 年吕布兰完善了以食盐和硫酸为原料生产纯碱的制备方法。18 世纪下半叶，英国发生了工业 革命，机器的出现是工业革命的起点，纺织业的机械化促进了纺织品大幅度增加。传统的漂白、 染色工艺不能适应现代纺织工业的生产需求，最早的纺织用酸是有机酸、所用的碱是草木灰， 产量低、效果差，这就迫使人们寻求酸、碱的工业化生产方法。随着路布兰制碱工厂的陆续建 成，需要大量的硫酸，铅室法生产硫酸就是在这种背景下完善的。在纯碱的生产过程中，出于 综合利用原料，许多化工产品如盐酸、漂白粉、烧碱等的生产均随之开展起来。 煤中有机质的基本结构单元，是以芳香族稠环为核心，周围连有杂环及各种官能团的大分 子（见煤化学）。这种特定的分子结构使它在隔绝空气的条件下，通过热加工和催化加工,能获 得固体产品,如焦炭或半焦。同时，还可得到大量的煤气(包括合成气)，以及具有经济价值的化 学品和液体燃料（如烃类、醇类、氨、苯、甲苯、二甲苯、萘、酚、吡啶、蒽、菲、咔唑等）。 因此，煤化工的发展包含着能源和化学品生产两个重要方面，两者相辅相成，促进煤炭综合利 用技术的发展。 18 世纪末，煤用于生产民用煤气。1792 年，苏格兰人 W.默多克用铁甑干馏烟煤，并将所 得煤气用于家庭照明。1812 年，这种干馏煤气首先用于伦敦街道照明，随后世界一些主要城 市也相继采用。1816 年，美国巴尔的摩市建立了煤干馏工厂生产煤气。从此，铁甑干馏煤的 工业就逐步得到发展。1840 年，法国用焦炭制取发生炉煤气，用于炼铁。1875 年，美国生产 增热水煤气用作城市煤气。1850～1860 年，法国及欧洲其他国家相继建立了炼焦厂。19 世纪 70 年代德国成功地建成了有化学品回收装置的焦炉，由煤焦油中提取了大量的芳烃，作为医 药、农药、染料等工业的原料。 第二次世界大战前夕及大战期间，煤化工取得了全面而迅速 的发展。纳粹德国为了发动和维持战争,大规模开展由煤制取液体燃料的研究工作,加速发展液 体燃料的工业生产。1923 年发明的由一氧化碳加氢合成液体燃料的费托合成法，1933 年开始 工业生产 1938 年产量已达 590kt。1931 年,F.柏吉斯由于成功地将煤直接液化制取液体燃料， 而获得诺贝尔化学奖金。这种由煤高压加氢液化制取液体燃料的方法，1939 年已达到 1.10Mt 的年生产能力。 近代石油炼制起源于 19 世纪 20 年代。19 世纪 30 年代起，陆续建立了石油蒸馏工厂，产 品主要是灯用煤油，汽油没有用途便当废料抛弃。19 世纪 70 年代建造了润滑油厂，并开始把 蒸馏得到的高沸点油做锅炉燃料。19 世纪末内燃机的问世使汽油和柴油的需求猛增， 仅靠原 油的蒸馏（即原油的一次加工）不能满足需求，于是诞生了以增产汽、柴油为目的，综合利用 原油各种成分的原油二次加工工艺。如 1913 年实现了热裂化，1930 年实现了焦化，1930 年实 现了催化裂化，1940 年实现了催化重整等，此后加氢技术也迅速发展，这就形成了现代的石 油炼制工业。20 世纪 50 年代以后，石油炼制为化工产品的发展提供了大量原料，形成了现代
的石油化学工业。1996年全世界的石油加工能力为38亿吨，大型炼油厂的年加工能力己超过 1000万吨。石油炼制工业不断向大型化、综合化的方向发展。 (3)化学工程学科的形成 18~19世纪，典型化工产品的生产工艺出现：石灰石的煅烧、煤焦油的提取、纯碱与烧 碱的制备、铅室法硫酸的投产、硝化甘油炸药的制造。1901年，英国的G.E.戴维斯出版了第 一本化学工程专著“化学工程手册”，首先提出了单元操作的概念。这样，继治金、机械、土建、 电气四个工程学科以后，又一个工程技术学科一化学工程学科诞生了。“化学工程手册”中第一 次将化工生产过程的各步骤加以分类，系统阐述了物料输送、吸收与吸附、加热及冷却、蒸发 与蒸馏、结晶、电解等内容，从化工产品的生产工艺中归纳出共性规律。1920年，美国麻省 理工学院化学工程系脱离化学系成为一个独立的系，由WK刘易斯任系主任，这是世界上第 一个化工系。1920年夏天，麻省理工学院的W.K刘易斯和WH麦克亚当斯完成了“化工原理 讲稿，并于1923年正式出版，这本著作首次提出了因次分析、相似论等概念。这本著作所提 出的研究方法标志着化学工程内容的完善。 20世纪前叶，一些重大的化学工艺开发使化学工程作为一个学科在工程界学术界的地位 飚升：而工程学科的深入研究又促进了工艺的不断改进，不断进步。1913年，哈伯一博施法 高压合成氨装置成功建成，对高压化学工程、催化剂开发有重要意义。1920年，从炼厂气中 分离的丙烯合成出异丙醇，被誉为石油化工的开端。1923年，费一托合成的成功是有机催化 的典型范例。1926年，大型温克勒炉投产，是流态化技术的最初应用。1925、1928年，世界 上第一个热塑性树脂与热固性树脂先后投产。1931年，前苏联的丁钠橡胶与美国杜邦的氯丁 橡胶差不多同时投产。上述化学工艺的发现与发明，从多个领域孕育着化学工程各二级学科的 问世。 化学工程一级学科所涵盖的化工热力学、传递过程、单元操作、传质与分离工程、化学反 应工程、化工系统工程、化工控制工程等二级学科先后诞生。1939年美国麻省理工学院H.C 韦伯的“化学工程师用热力学”问世，1944年美国耶鲁大学B.F道奇“化工热力学”出版，使化工 热力学成为化学工程领域的一门二级学科。化工热力学主要研究相平衡、化学平衡、能量利用 与转换规律。20世纪50年代，流体输送、传热与传质结合在一起形成传递过程二级学科， 1960年美国RB博德“传递现象”的出版标志着传递过程研究内容的完善。传递过程研究动量 热量、质量传递规律及“三传”的统一性。化工单元操作经过几十年的发展，到50年代形成完 整的体系，包括流体力学、热量传递、分离过程、热质同时传递、热力过程与粉体过程6大类 近30个单元操作，成为一门独立的二级学科。化学反应工程二级学科是1957年第一届欧洲化 学反应工程学术会议上正式确定定名的。化学工艺的发展，特别是石油化工的发展和生产的大 型化，对反应过程的开发与反应装置的可靠性提出了更高要求，孕育了反应工程的诞生。20 世纪50年代末，氨合成、裂解制乙烯等工艺过程的专用模拟系统出现，60年代化工模拟系统 推广与应用，推进了化工系统工程二级学科的形成。化工系统工程从整体目标出发，对系统进 行分析、分解、合成、优化，以提高化工装置的经济效益。20世纪50年代末，石油化工装 置开始出现高度集中的自动化控制系统，以研究动态和反馈为主要内容的化工控制工程学科诞 生。 (4)化工的涵义 通常所谓的化工包含三层意思：(1)化学工业，是化工所要达到的最终目的：(2)化学工 艺，是化工的母体：(3)化学工程，是连接化学工业与化学工艺的桥梁。 化学工业是运用化学方法从事产品生产的工业。化学工业具有能充分利用自然资源、改变 物质结构、合成新的物质并广泛应用和服务于人类社会的特点。化学工业是资源和技术密集相 结合的工业，发展化学工业既要有丰富多样的化工资源和能源资源，又需要掌握先进的生产工 艺和技术装备。 化学工业包括：以石化基础原材料为加工对象的延伸化工、煤化工、盐化工、生物化工及 精细化工等领域。石油、化学工业是很多国家的基础产业和支柱产业，化学工业的发展水平是 一个国家的综合国力的重要标志之一
的石油化学工业。1996 年全世界的石油加工能力为 38 亿吨，大型炼油厂的年加工能力已超过 1000 万吨。石油炼制工业不断向大型化、综合化的方向发展。 （3）化学工程学科的形成 18～19 世纪，典型化工产品的生产工艺出现：石灰石的煅烧、煤焦油的提取、纯碱与烧 碱的制备、铅室法硫酸的投产、硝化甘油炸药的制造。1901 年，英国的 G.E.戴维斯出版了第 一本化学工程专著“化学工程手册”，首先提出了单元操作的概念。这样，继冶金、机械、土建、 电气四个工程学科以后，又一个工程技术学科－化学工程学科诞生了。“化学工程手册”中第一 次将化工生产过程的各步骤加以分类，系统阐述了物料输送、吸收与吸附、加热及冷却、蒸发 与蒸馏、结晶、电解等内容，从化工产品的生产工艺中归纳出共性规律。 1920 年，美国麻省 理工学院化学工程系脱离化学系成为一个独立的系，由 W.K.刘易斯任系主任，这是世界上第 一个化工系。1920 年夏天，麻省理工学院的 W.K.刘易斯和 W.H.麦克亚当斯完成了“化工原理” 讲稿，并于 1923 年正式出版，这本著作首次提出了因次分析、相似论等概念。这本著作所提 出的研究方法标志着化学工程内容的完善。 20 世纪前叶，一些重大的化学工艺开发使化学工程作为一个学科在工程界学术界的地位 飚升；而工程学科的深入研究又促进了工艺的不断改进，不断进步。1913 年，哈伯－博施法 高压合成氨装置成功建成，对高压化学工程、催化剂开发有重要意义。1920 年，从炼厂气中 分离的丙烯合成出异丙醇，被誉为石油化工的开端。1923 年，费－托合成的成功是有机催化 的典型范例。1926 年，大型温克勒炉投产，是流态化技术的最初应用。1925、1928 年，世界 上第一个热塑性树脂与热固性树脂先后投产。1931 年，前苏联的丁钠橡胶与美国杜邦的氯丁 橡胶差不多同时投产。上述化学工艺的发现与发明，从多个领域孕育着化学工程各二级学科的 问世。 化学工程一级学科所涵盖的化工热力学、传递过程、单元操作、传质与分离工程、化学反 应工程、化工系统工程、化工控制工程等二级学科先后诞生。1939 年美国麻省理工学院 H.C. 韦伯的“化学工程师用热力学”问世，1944 年美国耶鲁大学 B.F.道奇“化工热力学”出版，使化工 热力学成为化学工程领域的一门二级学科。化工热力学主要研究相平衡、化学平衡、能量利用 与转换规律。20 世纪 50 年代，流体输送、传热与传质结合在一起形成传递过程二级学科， 1960 年美国 R.B.博德“传递现象”的出版标志着传递过程研究内容的完善。传递过程研究动量、 热量、质量传递规律及“三传”的统一性。化工单元操作经过几十年的发展，到 50 年代形成完 整的体系，包括流体力学、热量传递、分离过程、热质同时传递、热力过程与粉体过程 6 大类 近 30 个单元操作，成为一门独立的二级学科。化学反应工程二级学科是 1957 年第一届欧洲化 学反应工程学术会议上正式确定定名的。化学工艺的发展，特别是石油化工的发展和生产的大 型化，对反应过程的开发与反应装置的可靠性提出了更高要求，孕育了反应工程的诞生。20 世纪 50 年代末，氨合成、裂解制乙烯等工艺过程的专用模拟系统出现，60 年代化工模拟系统 推广与应用，推进了化工系统工程二级学科的形成。化工系统工程从整体目标出发，对系统进 行分析、分解、合成、优化，以提高化工装置的经济效益。 20 世纪 50 年代末，石油化工装 置开始出现高度集中的自动化控制系统，以研究动态和反馈为主要内容的化工控制工程学科诞 生。 （4）化工的涵义 通常所谓的化工包含三层意思：（1）化学工业，是化工所要达到的最终目的；（2）化学工 艺，是化工的母体；（3）化学工程，是连接化学工业与化学工艺的桥梁。 化学工业是运用化学方法从事产品生产的工业。化学工业具有能充分利用自然资源、改变 物质结构、合成新的物质并广泛应用和服务于人类社会的特点。化学工业是资源和技术密集相 结合的工业，发展化学工业既要有丰富多样的化工资源和能源资源，又需要掌握先进的生产工 艺和技术装备。 化学工业包括：以石化基础原材料为加工对象的延伸化工、煤化工、盐化工、生物化工及 精细化工等领域。石油、化学工业是很多国家的基础产业和支柱产业，化学工业的发展水平是 一个国家的综合国力的重要标志之一
化学工艺以化学反应为手段，以创造新产品为目的的生产技术和过程。研究重点：原料路 线、催化技术、反应路线、工艺路线。针对的是个性问题。 化学工程以探求“三传一反”的共同规律为手段，以创造新设备、新技术，优化设计、强化 生产为目的工程研究。研究重点：传递过程、热力学、反应工程、分离工程。针对的是共性问 题
化学工艺以化学反应为手段，以创造新产品为目的的生产技术和过程。研究重点：原料路 线、催化技术、反应路线、工艺路线。针对的是个性问题。 化学工程以探求“三传一反”的共同规律为手段，以创造新设备、新技术，优化设计、强化 生产为目的工程研究。研究重点：传递过程、热力学、反应工程、分离工程。针对的是共性问 题
1.2.2化工的作用与特征 (1)化工对人类生活的影响 人类与化工的关系非常密切，在现代生活中，我们几乎每时每刻都离不开化工产品，从衣、 食、住、行等物质生活，到报刊、电视、文化、艺术、娱乐等精神生活，都离不开化工产品。 有的化工产品在人类发展史上起着划时代的重要作用。有些化工产品的开发、生产和应用，甚 至代表着人类文明进入了一定的阶段。 化学工业从其形成之初起，就为工业部门提供必需的基础物质。化学工业是产业革命的重要 基础，担负着重要的历史责任。早期的化学工业为纺织工业、电力工业、治金工业、机器制造 业的发展提供了必需的原料和辅助产品，促进了工业发展历史上产业革命的成功。 长期以来，人类的粮食、食品与衣着来源主要依靠农业。在农业生产中单位面积的产量的真 正提高有赖化肥和农药的施用。实践证明，农业的各项增产措施中，施用化肥、农药的作用最 大。随着煤化工、天然气化工、石油化工的蓬勃发展，合成氨和尿素生产已实现大型化，化肥 产量在化工产品中占有很大比重。高效、低毒农药的使用，保证了农作物免受病虫的危害。现 在氨、磷、钾复合肥料和微量元素肥料的开发、粮食作物与经济作物专用肥料的开发，昆虫 生长抑制剂等专用农药的工业化，进一步满足了不同作物、不同土壤结构的要求。近年来，开 发了多种高效、低残留、低毒的新农药，特别是仿生农药每亩土地只用几克，不污染环境，已 经投入了生产。生物农药是新型农药研究中的一个活跃的领域。现代农业需要应用大量的塑料 薄膜，用作温室育苗。温室培育蔬菜作物，可明显提高产量，并可一年四季吃到绿色蔬菜，现 正在大面积推广，需要大量特种塑料薄膜与塑料大棚支架。 中国的中草药来自动植物或主要矿物，其加工过程是化工中的分离技术，经浸制或浸取处理， 使中草药中具有药性的有效成分浸取出来才能作为药物。19世纪末至20世纪初，化学合成药 物中的解热镇痛药阿司匹林，抗疟药阿的平等研制成功至投产。这些化学合成药物成本低、浓 度高、疗效显著，使化学工业中的制药工业成为人类健康的保护神、人类战胜疾病的武器。 20世纪30年代，人们用化学分析方法，确定水果和米糠中维生素的结构，人工合成出维生素 B1、B2、C等，解决了从天然物质中提取的维生素不够的矛盾。20世纪中叶，磺胺类药物投产， 青霉素的发现和投产，取得惊人的治疗效果。链霉素、雷米封等的投产战胜了肺结核病，使这 一威胁人类健康的恐怖疾病结束了蔓延趋势。一系列抗病毒疫苗的投用，有效的控制了天花、 鼠疫、伤寒等瘟疫的传播，使危害人类安全和健康的灾害得以控制。现在疫苗依然是人类与病 毒性疾病斗争的有效手段。随着各种临床化学试剂和各种新的药物类型的出现，人类的健康有 了强有力的保证，寿命正在不断增长。 化工向人们提供了丰富多彩的产品。化工向人类提供大量无机非金属材料（玻璃、水泥、陶 瓷、搪瓷和新型无机材料等)、聚合物材料（塑料、化纤、橡胶等），用于制造各种制品供人们 使用。化工还向人类提供多种专用化学品、特种化学品，这些专用化学品、特种化学品产量很 少，但效益十分明显，附加值高，使人们生活水平不断改善。精细化工中的染料、涂料、颜料、 表面活性剂、化学试剂、助剂、催化剂、胶粘剂、信息记录材料，与人们的生活有密切的联系。 目前，借助了各种专门和特种材料，特别是信息材料，人们的视野己经拓展到宇宙空间、海洋 深处、拓展到人体内部，拓展到物质结构深处，为揭开宇宙奥秘，为提高人类的物质文明和精 神文明，提供了保证。 (2)化工技术的强烈渗透性 化学工程作为一级工程科学技术学科，不断与各个高新科技领域结合形成新的边缘、交叉 的学科。化学工程与生物化学、微生物学结合形成生物化学工程。化学工程与材料物理、材料 化学结合形成材料化学工程。化学工程与电子学、微电子学结合形成信息化学工程。化学工程 与环境化学、生态学结合形成环境化学工程。化学工程与能源化学、资源化学结合形成能源、 资源化学工程等等。化工已经与生物、物理、信息、环境、能源等产业水乳相融，在人类社会 不断发展中担任重要的角色。 化学工程学科与生物化学、生物学结合形成了生物化学工程。生化产品的生产一般由“上
1.2.2 化工的作用与特征 （1）化工对人类生活的影响 人类与化工的关系非常密切，在现代生活中，我们几乎每时每刻都离不开化工产品，从衣、 食、住、行等物质生活，到报刊、电视、文化、艺术、娱乐等精神生活，都离不开化工产品。 有的化工产品在人类发展史上起着划时代的重要作用。有些化工产品的开发、生产和应用，甚 至代表着人类文明进入了一定的阶段。 化学工业从其形成之初起，就为工业部门提供必需的基础物质。化学工业是产业革命的重要 基础，担负着重要的历史责任。早期的化学工业为纺织工业、电力工业、冶金工业、机器制造 业的发展提供了必需的原料和辅助产品，促进了工业发展历史上产业革命的成功。 长期以来，人类的粮食、食品与衣着来源主要依靠农业。在农业生产中单位面积的产量的真 正提高有赖化肥和农药的施用。实践证明，农业的各项增产措施中，施用化肥、农药的作用最 大。随着煤化工、天然气化工、石油化工的蓬勃发展，合成氨和尿素生产已实现大型化，化肥 产量在化工产品中占有很大比重。高效、低毒农药的使用，保证了农作物免受病虫的危害。现 在氮、磷、钾复合肥料和微量元素肥料的开发、粮食作物与经济作物专用肥料的开发， 昆虫 生长抑制剂等专用农药的工业化，进一步满足了不同作物、不同土壤结构的要求。近年来，开 发了多种高效、低残留、低毒的新农药，特别是仿生农药每亩土地只用几克，不污染环境，已 经投入了生产。生物农药是新型农药研究中的一个活跃的领域。现代农业需要应用大量的塑料 薄膜，用作温室育苗。温室培育蔬菜作物，可明显提高产量，并可一年四季吃到绿色蔬菜，现 正在大面积推广，需要大量特种塑料薄膜与塑料大棚支架。 中国的中草药来自动植物或主要矿物，其加工过程是化工中的分离技术，经浸制或浸取处理， 使中草药中具有药性的有效成分浸取出来才能作为药物。19 世纪末至 20 世纪初，化学合成药 物中的解热镇痛药阿司匹林，抗疟药阿的平等研制成功至投产。这些化学合成药物成本低、浓 度高、疗效显著，使化学工业中的制药工业成为人类健康的保护神、人类战胜疾病的武器。 20 世纪 30 年代，人们用化学分析方法，确定水果和米糠中维生素的结构，人工合成出维生素 B1、B2、C 等，解决了从天然物质中提取的维生素不够的矛盾。20 世纪中叶，磺胺类药物投产， 青霉素的发现和投产，取得惊人的治疗效果。链霉素、雷米封等的投产战胜了肺结核病，使这 一威胁人类健康的恐怖疾病结束了蔓延趋势。一系列抗病毒疫苗的投用，有效的控制了天花、 鼠疫、伤寒等瘟疫的传播，使危害人类安全和健康的灾害得以控制。现在疫苗依然是人类与病 毒性疾病斗争的有效手段。随着各种临床化学试剂和各种新的药物类型的出现，人类的健康有 了强有力的保证，寿命正在不断增长。 化工向人们提供了丰富多彩的产品。化工向人类提供大量无机非金属材料（玻璃、水泥、陶 瓷、搪瓷和新型无机材料等）、聚合物材料（塑料、化纤、橡胶等），用于制造各种制品供人们 使用。化工还向人类提供多种专用化学品、特种化学品，这些专用化学品、特种化学品产量很 少，但效益十分明显，附加值高，使人们生活水平不断改善。精细化工中的染料、涂料、颜料、 表面活性剂、化学试剂、助剂、催化剂、胶粘剂、信息记录材料，与人们的生活有密切的联系。 目前，借助了各种专门和特种材料，特别是信息材料，人们的视野已经拓展到宇宙空间、海洋 深处、拓展到人体内部，拓展到物质结构深处，为揭开宇宙奥秘，为提高人类的物质文明和精 神文明，提供了保证。 （2）化工技术的强烈渗透性 化学工程作为一级工程科学技术学科，不断与各个高新科技领域结合形成新的边缘、交叉 的学科。化学工程与生物化学、微生物学结合形成生物化学工程。化学工程与材料物理、材料 化学结合形成材料化学工程。化学工程与电子学、微电子学结合形成信息化学工程。化学工程 与环境化学、生态学结合形成环境化学工程。化学工程与能源化学、资源化学结合形成能源、 资源化学工程等等。化工已经与生物、物理、信息、环境、能源等产业水乳相融，在人类社会 不断发展中担任重要的角色。 化学工程学科与生物化学、生物学结合形成了生物化学工程。生化产品的生产一般由“上
游”、“中游”、“下游”组成，“上游”是菌种的培育与优选，“中游”是生物反应过程，“下游” 是生物分离过程。生物化工中的“中游”、“下游”是化学工程的研究内容。生物化工工艺的进 步推动了生物反应工程与生物分离技术的发展，许多新型反应器（如发酵、酶合成、细胞培养 基因重组反应器)和新型分离方法（如膜分离、饱和层析、超滤、超临界分离）都是由于生物 化工产品生产的需要得到发展的。生物化工产品主要用于医药、食品、营养品、保健品和化妆 品等方面，与农业的关系也很密切。人类对这些领域的需要推动了生物化工的发展，自然也相 动了化学工程学科的发展。化学工业正适应高新技术发展的新趋势，利用化学化工与生物学、 微生物学的血缘联系，综合运用化学、化学工程学、生物学、微生物学，推进发酵工程、酶工 程、细胞培养工程、基因重组工程，改革传统工艺，发展新一代产品，做大做强生物化工产业。 化学工程学科与材料物理、材料化学结合形成了材料化学工程。聚合物材料的理论基础是 聚合反应工程、高分子传递过程和粘性物流体力学。无机非金属材料的理论基础是无机合成化 学与化学工程学。本世纪初多种新材料将会在材料化学工程理论指导下问世并直接投入应用， 例如纳米材料中超细催化剂的实际投用，医用材料中新型人造血管、人造心脏、牙齿与骨质材 料的临床使用，智能材料与记忆材料的开发，新型仿生材料的突破，有机高分子组成的分子器 件的研制，国防与航天上耐高温、抗低温、呈高压材料的投用等，都需要化学工程理论的指导 和参与。新材料的研制、开发和应用推动化学工业向前发展取得突破的例子很多，美国杜邦 公司用于电解食盐的离子交换膜和孟山都公司用于气体分离的中空纤维膜已广泛用于工业装置。 美国、德国、英国、日本等国多个石油与化工公司正大力发展微电子化工材料、新型陶瓷、纳 米材料、耐高温材料、高分子材料、生物材料，国外化工新材料转向高性能比、多功能化方向 发展，己进入一个金属、高分子材料、陶瓷材料与复合材料多元利用的时代。化学工业与材料 科学工程结合，不仅有重大的现实意义，而且有深远的战略意义，目前世界各国均把化工新材 料作为重要发展领域。 化学工程学科与环境科学与工程结合形成了环境化学工程。绿色化工是环境化学工程的研 究重点，绿色化工的研究目的是在化学工程理论的指导下，通过开发和改进化学工艺过程及相 应的工艺技术，降低和消除副产物或废弃物的生成，最大限度节约资源，保护和改善环境。绿 色化工研究围绕着原料、化学反应、催化剂、反应介质和产品展开，包括使用无害无毒原料和 溶剂，开发高合成效率的反应，及高选择性的“原子经济”反应，利用可再生资源合成化学品： 进行安全可靠的环境友好型产品的分子设计等。 化学工程学科与石油化学、煤化学结合形成了能源与资源化学工程。20世纪化学工程理 论的发展推进了石油加工、石油化工与煤化工的大型化、现代化和自动化。石油与天然气的深 度加工、清洁燃料油品的供应仍是当前能源化工的重要问题。煤化工中新型气化工艺和气化炉 的开发，煤制合成气的先进工艺，煤的直接或间接液化制液体燃料，以煤为原料的“煤、电、 气、化”多联产系统的开发等都涉及到一系列化学工程问题。此外，还有新能源开发中的化工 问题，如燃料电池中的制氢与贮氢、再生能源、生物质能源的利用都属于能源与资源化学工程 的前沿研究课题。 化学工程学科与电子学、微电子学结合形成为微电子化学工程。微电子工业的发展离不开 化学工程学科的贡献。微电子化工材料有20多个门类，全部是化工材料、化工产品。半 导体基材有硅晶片、砷化镓、陶瓷基片等。光致抗蚀剂有电子束抗蚀剂、X射线抗蚀剂、粒子 束抗蚀剂、紫外光与深紫外抗蚀剂等。超大规模集成电路用的试剂包括无机试剂、有机试剂， 对纯度与洁净度都有非常严格的要求。高纯超净特种气体及金属有机化合物的品种多、质量严 格。微电子化工气体、液体、固体掺合剂有数百个品牌。此外，微电子化工材料还包括各种封 装材料，镀覆化学品、各类浆料、各类液晶、胶合剂及层间绝缘木、表面保护膜等。 微电 子化学工艺中，化学气相沉积、镀覆一体化技术、先进封装技术、超微元件绝缘、超纯气体制 备与超纯有机化合物制备均为精细化工工艺。 (3)化工的主要特点 原料、生产方法和产品的多样性与复杂性是化学工业独具的特点。化学工业可从不同的原 料出发制造同一产品。同一原料制造同一产品还可采用许多不同的生产路线。一个产品有不同
游”、“中游”、“下游”组成，“上游”是菌种的培育与优选，“中游”是生物反应过程，“下游” 是生物分离过程。生物化工中的“中游”、“下游”是化学工程的研究内容。生物化工工艺的进 步推动了生物反应工程与生物分离技术的发展，许多新型反应器（如发酵、酶合成、细胞培养、 基因重组反应器）和新型分离方法（如膜分离、饱和层析、超滤、超临界分离）都是由于生物 化工产品生产的需要得到发展的。生物化工产品主要用于医药、食品、营养品、保健品和化妆 品等方面，与农业的关系也很密切。人类对这些领域的需要推动了生物化工的发展，自然也推 动了化学工程学科的发展。化学工业正适应高新技术发展的新趋势，利用化学化工与生物学、 微生物学的血缘联系，综合运用化学、化学工程学、生物学、微生物学，推进发酵工程、酶工 程、细胞培养工程、基因重组工程，改革传统工艺，发展新一代产品，做大做强生物化工产业。 化学工程学科与材料物理、材料化学结合形成了材料化学工程。聚合物材料的理论基础是 聚合反应工程、高分子传递过程和粘性物流体力学。无机非金属材料的理论基础是无机合成化 学与化学工程学。本世纪初多种新材料将会在材料化学工程理论指导下问世并直接投入应用， 例如纳米材料中超细催化剂的实际投用，医用材料中新型人造血管、人造心脏、牙齿与骨质材 料的临床使用，智能材料与记忆材料的开发，新型仿生材料的突破，有机高分子组成的分子器 件的研制，国防与航天上耐高温、抗低温、呈高压材料的投用等，都需要化学工程理论的指导 和参与。 新材料的研制、开发和应用推动化学工业向前发展取得突破的例子很多，美国杜邦 公司用于电解食盐的离子交换膜和孟山都公司用于气体分离的中空纤维膜已广泛用于工业装置。 美国、德国、英国、日本等国多个石油与化工公司正大力发展微电子化工材料、新型陶瓷、纳 米材料、耐高温材料、高分子材料、生物材料，国外化工新材料转向高性能比、多功能化方向 发展，已进入一个金属、高分子材料、陶瓷材料与复合材料多元利用的时代。化学工业与材料 科学工程结合，不仅有重大的现实意义，而且有深远的战略意义，目前世界各国均把化工新材 料作为重要发展领域。 化学工程学科与环境科学与工程结合形成了环境化学工程。绿色化工是环境化学工程的研 究重点，绿色化工的研究目的是在化学工程理论的指导下，通过开发和改进化学工艺过程及相 应的工艺技术，降低和消除副产物或废弃物的生成，最大限度节约资源，保护和改善环境。绿 色化工研究围绕着原料、化学反应、催化剂、反应介质和产品展开，包括使用无害无毒原料和 溶剂，开发高合成效率的反应，及高选择性的“原子经济”反应，利用可再生资源合成化学品； 进行安全可靠的环境友好型产品的分子设计等。 化学工程学科与石油化学、煤化学结合形成了能源与资源化学工程。20 世纪化学工程理 论的发展推进了石油加工、石油化工与煤化工的大型化、现代化和自动化。石油与天然气的深 度加工、清洁燃料油品的供应仍是当前能源化工的重要问题。煤化工中新型气化工艺和气化炉 的开发，煤制合成气的先进工艺，煤的直接或间接液化制液体燃料，以煤为原料的“煤、电、 气、化”多联产系统的开发等都涉及到一系列化学工程问题。此外，还有新能源开发中的化工 问题，如燃料电池中的制氢与贮氢、再生能源、生物质能源的利用都属于能源与资源化学工程 的前沿研究课题。 化学工程学科与电子学、微电子学结合形成为微电子化学工程。微电子工业的发展离不开 化学工程学科的贡献。 微电子化工材料有 20 多个门类，全部是化工材料、化工产品。半 导体基材有硅晶片、砷化镓、陶瓷基片等。光致抗蚀剂有电子束抗蚀剂、X 射线抗蚀剂、粒子 束抗蚀剂、紫外光与深紫外抗蚀剂等。超大规模集成电路用的试剂包括无机试剂、有机试剂， 对纯度与洁净度都有非常严格的要求。高纯超净特种气体及金属有机化合物的品种多、质量严 格。微电子化工气体、液体、固体掺合剂有数百个品牌。此外，微电子化工材料还包括各种封 装材料，镀覆化学品、各类浆料、各类液晶、胶合剂及层间绝缘木、表面保护膜等。 微电 子化学工艺中，化学气相沉积、镀覆一体化技术、先进封装技术、超微元件绝缘、超纯气体制 备与超纯有机化合物制备均为精细化工工艺。 （3）化工的主要特点 原料、生产方法和产品的多样性与复杂性是化学工业独具的特点。化学工业可从不同的原 料出发制造同一产品。同一原料制造同一产品还可采用许多不同的生产路线。一个产品有不同
的用途，而不同产品有时却可有同一用途。一种产品往往又是生产别种产品的原料、辅助材料 或中间体。这些关系错综复杂，因而原料来源、技术、设备和市场等方面的变化，既要互相适 应，又可以有很大的选择余地。从这个意义上说，化学工业是一个具有多功能和灵活性很强的 工业。各化工生产厂都力求其产品的产率高，副产品得到充分的利用。因此，对原料的纯度、 辅料的配比、反应器的结构、工艺条件（包括浓度、压力、温度等）的优化、产品的规格（如 粗品、工业品、化学纯、试剂纯、光谱纯等)的控制都有比较严格的化工标准。尤其生产过程 是在密闭的装置中进行，无法从外面观察物料的运动和变化，只能依靠化工仪表的指示而加以 调节，要求加强化工生产管理和化工过程控制。 化学反应伴随着能量的变化，在生产过程中或是吸热反应或是放热反应。因此，化学工业 是一个耗能多（高能耗）的工业，也是节能潜力很大的工业，现代化学工业十分重视能量的充 分利用，并降低成本。工厂内管道纵横，反应器连接换热器，加热管与冷却管并列，成为化工 厂的外观上的特征。其实换热器的设计，过去曾强调减少传热面积以减少投资，现在为了有效 利用能源，即使增加投资，也要尽可能的减少温差，尽可能的提高能量利用效率。 由于化学工业的复杂性，往往需要多学科的合作，使现代化学工业已成为一种知识密集型 的生产部门，集中了多种专业的技术专家和受过良好教育及训练的操作管理人员，有自己的科 学研究机构从事新产品和新技术的开发，并由专门的科技情报系统及时获取市场和科学技术信 息。化工情报与化工研究和开发、化工基本建设、化工设计结合成整体，促进了化工科学技术 的发展。近年来，表现在对化学反应工程和新型材料等方面的研究不断取得成果，反应器的设 计和制造日臻完善，越来越多的利用催化、高温、高压等技术以强化生产。例如：压力可自高 度真空至几十兆帕，温度范围可从零下几十摄氏度至零上数百摄氏度，以至上千摄氏度。尤其 在现代化工生产中，大多数反应过程要借助于催化剂的作用，催化剂的品种越来越多，其作用 有些是广谱的，有些是非常专一的。例如：合成氨厂里，不仅合成氨原料气的制备、净化、压 缩和氨合成等过程，要用高温、高压设备（许多设备用蒸汽透平驱动），主要设备必须大容量、 单系列，要求长周期稳定操作。又如石油化学工业，加工深度不断发展，生产方法、单元过程、 分离技术和催化剂日新月异，加工产品愈趋多样化。化工机械结构日益复杂，对化工材料的要 求也愈益提高。 知识的密集性还导致资金密集。化学工业的技术装备程度高，所需投资多。并且化工厂产 品的更新极为迅速，除电子工业、航天工业外，各国用于化学工业研究开发的投资都是最多的： 化工环境保护是化学工业发展中产生的重要问题之一。环境污染，影响了人民健康，危害 了生态平衡。各国为了防止污染，相继制订了环境保护法，对化学工厂的原料贮运，生产过程 中产生的滴漏、废气、废液、废渣，以及对跑、冒、滴、漏现象的处理，产品的包装和贮运， 都相继严格地规定了技术规程和标准，所需要相应的投资常达建厂投资的10-20%。化学品的 生产常伴有副产品，从经济和环境两方面考虑，现代化学工业要求把副产品，甚至认为废弃物 都要充分利用，方能立足
的用途，而不同产品有时却可有同一用途。一种产品往往又是生产别种产品的原料、辅助材料 或中间体。这些关系错综复杂，因而原料来源、技术、设备和市场等方面的变化，既要互相适 应，又可以有很大的选择余地。从这个意义上说，化学工业是一个具有多功能和灵活性很强的 工业。各化工生产厂都力求其产品的产率高，副产品得到充分的利用。因此，对原料的纯度、 辅料的配比、反应器的结构、工艺条件（包括浓度、压力、温度等）的优化、产品的规格（如 粗品、工业品、化学纯、试剂纯、光谱纯等）的控制都有比较严格的化工标准。尤其生产过程 是在密闭的装置中进行，无法从外面观察物料的运动和变化，只能依靠化工仪表的指示而加以 调节，要求加强化工生产管理和化工过程控制。 化学反应伴随着能量的变化，在生产过程中或是吸热反应或是放热反应。因此，化学工业 是一个耗能多（高能耗）的工业，也是节能潜力很大的工业，现代化学工业十分重视能量的充 分利用，并降低成本。工厂内管道纵横，反应器连接换热器，加热管与冷却管并列，成为化工 厂的外观上的特征。其实换热器的设计，过去曾强调减少传热面积以减少投资，现在为了有效 利用能源，即使增加投资，也要尽可能的减少温差，尽可能的提高能量利用效率。 由于化学工业的复杂性，往往需要多学科的合作，使现代化学工业已成为一种知识密集型 的生产部门，集中了多种专业的技术专家和受过良好教育及训练的操作管理人员，有自己的科 学研究机构从事新产品和新技术的开发，并由专门的科技情报系统及时获取市场和科学技术信 息。化工情报与化工研究和开发、化工基本建设、化工设计结合成整体，促进了化工科学技术 的发展。近年来，表现在对化学反应工程和新型材料等方面的研究不断取得成果，反应器的设 计和制造日臻完善，越来越多的利用催化、高温、高压等技术以强化生产。例如：压力可自高 度真空至几十兆帕，温度范围可从零下几十摄氏度至零上数百摄氏度，以至上千摄氏度。尤其 在现代化工生产中，大多数反应过程要借助于催化剂的作用，催化剂的品种越来越多，其作用 有些是广谱的，有些是非常专一的。例如：合成氨厂里，不仅合成氨原料气的制备、净化、压 缩和氨合成等过程，要用高温、高压设备（许多设备用蒸汽透平驱动），主要设备必须大容量、 单系列，要求长周期稳定操作。又如石油化学工业，加工深度不断发展，生产方法、单元过程、 分离技术和催化剂日新月异，加工产品愈趋多样化。化工机械结构日益复杂，对化工材料的要 求也愈益提高。 知识的密集性还导致资金密集。化学工业的技术装备程度高，所需投资多。并且化工厂产 品的更新极为迅速，除电子工业、航天工业外，各国用于化学工业研究开发的投资都是最多的。 化工环境保护是化学工业发展中产生的重要问题之一。环境污染，影响了人民健康，危害 了生态平衡。各国为了防止污染，相继制订了环境保护法，对化学工厂的原料贮运，生产过程 中产生的滴漏、废气、废液、废渣，以及对跑、冒、滴、漏现象的处理，产品的包装和贮运， 都相继严格地规定了技术规程和标准，所需要相应的投资常达建厂投资的 10-20%。化学品的 生产常伴有副产品，从经济和环境两方面考虑，现代化学工业要求把副产品，甚至认为废弃物 都要充分利用，方能立足
1.2.3化工过程开发 (1)化工过程开发的意义 化工过程开发是指一全新的化工过程，或一部分经改变的化工过程从实验室研究过渡到大 规模工业生产的整个过程。化工过程开发的目标是将实验室成果最终转化为工业化的生产装置。 一个完整的化工过程开发一般经历立项、研究、设计、建设、投产等步骤。 (2)化工过程开发的必要性 由于实验室装置与工业化装置在技术上存在相当大的差异，主要包括：规模与操作状态的 差异：（实验室装置：小型、间歇，孤立运行：工业化装置：大型、连续、工序配合）、原料的 差异（实验室研究：物料纯净，组成稳定。工业化生产：物料循环，杂质积累，外 干扰的影响)、设备的差异（实验室：玻璃器皿，难以考察腐蚀的影响。工业装置：设备腐蚀 往往是致命伤。)、关注点的差异（实验室：关注核心技术的创新和开发。工业生产：关注成本、 能耗、环保。三废”治理和副产物的综合利用问题)。同时化工过程开发在经济上也有要求： 原材料的来源与技术路线的匹配、产品的质量与用户要求的匹配、供货渠道与销售渠道的预测、 能源状况与消耗定额的调研。由上可见，化工成果在从实验室走上工业化的道路上必须经过化 工过程开发的阶段。 (3)正确的化工过程开发步骤 过程开发的起点是化学试验（应用研究成果）。开发工作包括过程研究与工程研究。而过 程研究含小型工艺试验、大型冷模实验、中间试验三个环节：工程研究含概念设计、各级经济 评价、基础设计三个环节，通过上述开发研究工作，可基本回答由应用研究成果过渡到第一套 工业装置所面临的问题。 与逐级经验放大法相比，上述过程开发工作有如下两大特点：(1)提出了过程研究与工程 研究的框架与内涵，并十分重视两者自始至终的结合，特别是早期的结合。从系统工程观点看， 这是一个巨大的进步。主要表现在：工程研究者可根据专业要求，对过程研究者提出要求、审 视与评价过程研究成果，防止与杜绝在过程研究结束后才发现问题，造成额外的浪费。研究对 象在过程与工程两个侧面都可能有特殊性，利用这些特殊性以简化数学描述、优化技术是化工 过程开发的关键。上述工作步骤在制度上提供了过程与工程双方信息交流的可能性。及时地、 多次地进行经济评价，如技术经济指标以及社会效益、环境保护不符合相关标准，则及时终止 开发，防止造成更大的损失。(2)上述开发步骤体现了化学工程理论、方法论、工程经验对过 程开发的指导作用，既立足于过程分解，赋予六个环节以特定任务，坚持数学模型开发方法， 在概念设计环节进行综合，在基础设计环节初步实现工程化。重视实验方法在过程开发中的重 要作用。例如，通过小试确定化学反应规律，通过冷模实验确定传递规律，通过中间试验，验 证与修改数学模型。但又不同于逐级经验放大法，完全依赖于试验的纯经验方法，发挥归纳、 数学演绎等逻辑思维在开发工作中的指导作用。工程研究者及早介入过程研究，充分发挥工程 经验的指导作用。 过程研究包含小型工艺试验，必要的冷态模型试验以及中间试验三个环节。小型工艺试验 的主要目的是研究化学反应规律：含大体的工艺条件范围以及温度与温度分布、浓度与浓度分 布、催化剂利内与分散相滴内的温度与浓度分布等对反应结果的影响：反应过程特征：含主副 反应、串联或并联哪个为主、哪个对温度或浓度更敏感，反应吸热还是防热，量级如何等：反 应可资利用的特殊性：含反应控制还是传递控制、均相或拟均相、绝热或等温、高转化率还是 低转化率等：定量归纳，给出反应动力学。如果一般化学工程理论及资料不能提供传递规律， 过程研究还需进行专门研究，即大型冷模研究。研究内容可能是流场、浓度场、温度场、宏观 混合、微观混合、单相或多相体系中的混合、分离、传递等等。小试确定工艺条件范围、提出 反应据类型设想，加上大型冷模提出的传递规律，在计算机上综合，即可设计反应器。可能存 在几个方案，再计入工艺、工程、技术经济等多侧面因素进行优选。总之，经过小试与大型冷 模试验，应提出设计软件包，国外称为PDP(Process Design Package)。其正确与否，由中间试 验结果评价，并为其提供修改依据
1.2.3 化工过程开发 （1）化工过程开发的意义 化工过程开发是指一全新的化工过程，或一部分经改变的化工过程从实验室研究过渡到大 规模工业生产的整个过程。化工过程开发的目标是将实验室成果最终转化为工业化的生产装置。 一个完整的化工过程开发一般经历立项、研究、设计、建设、投产等步骤。 （2）化工过程开发的必要性 由于实验室装置与工业化装置在技术上存在相当大的差异，主要包括：规模与操作状态的 差异；（实验室装置：小型、间歇，孤立运行；工业化装置：大型、连续、工序配合）、原料的 差异（实验室研究：物料纯净，组成稳定。工业化生产：物料循环，杂质积累，外 界 干扰的影响）、设备的差异（实验室：玻璃器皿，难以考察腐蚀的影响。工业装置：设备腐蚀 往往是致命伤。）、关注点的差异（实验室：关注核心技术的创新和开发。工业生产：关注成本、 能耗、环保。三废”治理和副 产物的综合利用问题）。同时化工过程开发在经济上也有要求： 原材料的来源与技术路线的匹配、产品的质量与用户要求的匹配、供货渠道与销售渠道的预测、 能源状况与消耗定额的调研。由上可见，化工成果在从实验室走上工业化的道路上必须经过化 工过程开发的阶段。 （3）正确的化工过程开发步骤 过程开发的起点是化学试验（应用研究成果）。开发工作包括过程研究与工程研究。而过 程研究含小型工艺试验、大型冷模实验、中间试验三个环节；工程研究含概念设计、各级经济 评价、基础设计三个环节，通过上述开发研究工作，可基本回答由应用研究成果过渡到第一套 工业装置所面临的问题。 与逐级经验放大法相比，上述过程开发工作有如下两大特点：（1）提出了过程研究与工程 研究的框架与内涵，并十分重视两者自始至终的结合，特别是早期的结合。从系统工程观点看， 这是一个巨大的进步。主要表现在：工程研究者可根据专业要求，对过程研究者提出要求、审 视与评价过程研究成果，防止与杜绝在过程研究结束后才发现问题，造成额外的浪费。研究对 象在过程与工程两个侧面都可能有特殊性，利用这些特殊性以简化数学描述、优化技术是化工 过程开发的关键。上述工作步骤在制度上提供了过程与工程双方信息交流的可能性。及时地、 多次地进行经济评价，如技术经济指标以及社会效益、环境保护不符合相关标准，则及时终止 开发，防止造成更大的损失。（2）上述开发步骤体现了化学工程理论、方法论、工程经验对过 程开发的指导作用，既立足于过程分解，赋予六个环节以特定任务，坚持数学模型开发方法， 在概念设计环节进行综合，在基础设计环节初步实现工程化。重视实验方法在过程开发中的重 要作用。例如，通过小试确定化学反应规律，通过冷模实验确定传递规律，通过中间试验，验 证与修改数学模型。但又不同于逐级经验放大法，完全依赖于试验的纯经验方法，发挥归纳、 数学演绎等逻辑思维在开发工作中的指导作用。工程研究者及早介入过程研究，充分发挥工程 经验的指导作用。 过程研究包含小型工艺试验，必要的冷态模型试验以及中间试验三个环节。小型工艺试验 的主要目的是研究化学反应规律：含大体的工艺条件范围以及温度与温度分布、浓度与浓度分 布、催化剂利内与分散相滴内的温度与浓度分布等对反应结果的影响；反应过程特征：含主副 反应、串联或并联哪个为主、哪个对温度或浓度更敏感，反应吸热还是防热，量级如何等；反 应可资利用的特殊性；含反应控制还是传递控制、均相或拟均相、绝热或等温、高转化率还是 低转化率等；定量归纳，给出反应动力学。如果一般化学工程理论及资料不能提供传递规律， 过程研究还需进行专门研究，即大型冷模研究。研究内容可能是流场、浓度场、温度场、宏观 混合、微观混合、单相或多相体系中的混合、分离、传递等等。小试确定工艺条件范围、提出 反应据类型设想，加上大型冷模提出的传递规律，在计算机上综合，即可设计反应器。可能存 在几个方案，再计入工艺、工程、技术经济等多侧面因素进行优选。总之，经过小试与大型冷 模试验，应提出设计软件包，国外称为 PDP(Process Design Package)。其正确与否，由中间试 验结果评价，并为其提供修改依据
工程研究含概念设计、多级经济评价、基础设计三个环节。概念设计以过程研究（或文献 资料)中间结果或最终结果为基础，内容包括：过程合成，形成最佳工艺流程，给出物料流程 图：进行物料衡算与热量衡算：设备计算与辅助设备选型：确定单耗指标：确定三废处理方案： 估算基建投资与产品成本等。概念设计介于过程研究与多级经济评价之间，具有两方面的任务。 其一，接受过程研究提供的数据与概念进行设计，如发现过程研究中有不足之处、以及有利于 过程开发的工程经验应及时反馈，以提高过程研究成果质量。其二，为多级经济评价提供较为 可靠的依据，主要包括投资、成本、利润、环境保护、项目建设难点（例如材料）等。 根据概念设计提供的素材、多级经济评价（含社会效益、环保效益）环节根据评价指标（现金 位置、现值、返本期、等效最大技资周期、投资回收率、折现现金流量回收率)进行评估，如 出现不利前景，则终止开发。基础设计是工程研究的最后环节，也是化工过程开发的成果形式， 是完成工程设计的依据。包括：设计基础、工艺流程说明、物料流程图、带控制点管道流程图、 设备名称表和设备规格说明书、对工程设计的要求、设备布置图、装且操作说明、三废及处理、 自控设计说明、消耗定额、有关技术资料、安全技术与劳动保护说明。其中最为关键的是生产 规模，它涉及中试装置的放大倍数这一敏感问题
工程研究含概念设计、多级经济评价、基础设计三个环节。概念设计以过程研究(或文献 资料)中间结果或最终结果为基础，内容包括：过程合成，形成最佳工艺流程，给出物料流程 图；进行物料衡算与热量衡算；设备计算与辅助设备选型；确定单耗指标；确定三废处理方案； 估算基建投资与产品成本等。概念设计介于过程研究与多级经济评价之间，具有两方面的任务。 其一，接受过程研究提供的数据与概念进行设计，如发现过程研究中有不足之处、以及有利于 过程开发的工程经验应及时反馈，以提高过程研究成果质量。其二，为多级经济评价提供较为 可靠的依据，主要包括投资、成本、利润、环境保护、项目建设难点(例如材料)等。 根据概念设计提供的素材、多级经济评价(含社会效益、环保效益)环节根据评价指标(现金 位置、现值、返本期、等效最大技资周期、投资回收率、折现现金流量回收率)进行评估，如 出现不利前景，则终止开发。基础设计是工程研究的最后环节，也是化工过程开发的成果形式， 是完成工程设计的依据。包括：设计基础、工艺流程说明、物料流程图、带控制点管道流程图、 设备名称表和设备规格说明书、对工程设计的要求、设备布置图、装且操作说明、三废及处理、 自控设计说明、消耗定额、有关技术资料、安全技术与劳动保护说明。其中最为关键的是生产 规模，它涉及中试装置的放大倍数这一敏感问题
1.3本章知识点 (1)化学工业（无机化工、煤化工、石油化工）的发展历程： (2)化学工程各学科的形成过程： (3)化学工业、化学工艺与化学工程理论之间的联系： (4)化工在国民经济、人民生活中的重要作用： (5)化工与可持续发展的关系： (6)化工的基本特征： (7)化工技术的强烈渗透性： (8)化工过程开发的意义： (9)化工过程开发在技术上的必要性： (10)化工过程开发在经济上的必要性： (11)正确的化工过程开发步骤： (12)化工过程开发研究工作框图及其含义
1.3 本章知识点 （1）化学工业（无机化工、煤化工、石油化工）的发展历程； （2）化学工程各学科的形成过程； （3）化学工业、化学工艺与化学工程理论之间的联系； （4）化工在国民经济、人民生活中的重要作用； （5）化工与可持续发展的关系； （6）化工的基本特征； （7）化工技术的强烈渗透性； （8）化工过程开发的意义； （9）化工过程开发在技术上的必要性； （10）化工过程开发在经济上的必要性； （11）正确的化工过程开发步骤； （12）化工过程开发研究工作框图及其含义