化学工程的发展与展望

化学工程的发展与展望 化学工程的发展与展望

化学工程是将化学过程和物理过程的基础理论研究与工业化学相结合的学科，不仅是一门具有百年历史的成熟基础学科，也是充满朝气、与时俱进的学科。

1 化学工程的兴起

几千年来过滤、蒸发、结晶等操作在生产中被广泛的应用，但在相当长的时期里，这些操作都是规模很小的手工作业。化学工程这一学科，是在19世纪后期随着大规模制造化学工业产品的生产过程的发展而诞生的。

19世纪70年代，各种基础化学品的生产等都有了相当的规模，化学工业有了许多杰出的成就。如索尔维法制碱中所用的纯碱碳化塔，高20余米，在其中同时进行化学吸收、结晶、沉降等过程，但是人们还没有从其中找出共有的规律。1880年，“化学工程”第一次被英国学者George E.Davis正式提出，1888年，美国麻省理工学院开设了第一个以“化学工程”命名的课程，标志着化学工程学科的诞生。1915年，本文由收集整理美国学者Arthur D. Little提出了“单元操作”，将各种化学品的工业生产工艺分解为若干独立的物理操作单元，并阐明了即使是不同的工艺，只要是相同操作单元就遵循的相同原理。

1920年，在美国麻省理工学院，化学工程从化学系分离出来，成为一个独立的系。1923年华克尔、刘易斯和W.H.麦克亚共同写的

《化工原理》一书出版，奠定了化学工程作为一门独立的工程学科的基础。

2 化学工程的发展

2.1 20世纪前叶，化学工程二级学科应运而生

在20世纪前叶，化学工程学科的发展促进了许多化学工艺的问世，如美国用丙烯合成出异丙醇，被誉为是石油化工的开端。这些化学工艺的出现，许多化学工程二级学科应运而生。

化学热力学，化学反应工程，传递过程，化工系统工程，化工控制工程等多个二级学科相继诞生。

2.2 20世纪50～60年代，化学工程完成了从单元操作到 三传一反

传递过程中动量传递的理论基础是流体力学，热量传递的理论基础是传热学，质量传递的理论基础是传质学，20世纪50～60年代，科学家将数学和物理的方法引入传递过程的研究，使传递过程学科有了较大的发展。1957年在第一届化学反应工程会议上确定了化学反应学科的研究内容和范围，从而确定化学反应工程学科的概念。化学工程完成了从单元操作到三传一反的过渡。

20世纪60年代以后，化学工程的各个主要部分，石油化工，煤化工，有机合成，工业催化等蓬勃发展，化学工程作为化学工艺和化学工业的理论指导，化学工艺对化学工程的过程体现，化学工业对化学工程的广泛应用，三者相互促进，化学工程达到一个新的高度。

2.3 20世纪末至今，化学工程与新技术学科和计算相结合 20世纪末至今，化学工程学科的发展趋势一是化学工程与新技术学科交叉渗透，形成一些新的边缘学科，二是与计算机技术的结合，促进化学工程在各领域的发展。

2.3.1 化学工程与新技术学科交叉渗透

化学工程与生物化学、微生物学的结合形成生物工程科学，其中，发展迅速的是发酵工程、基因工程及细胞工程。如果说抗生素的诞生是生物学的发展，那么抗生素的大量生生产则是化学工程的功劳，化学工程解决了生物学过去用常规方法不能生产或者生产成本特别昂贵的药品的生产技术问题，使胰岛素、干扰素等工业化生产。

化学工程与电子学的结合，形成微电子化学工程，如被誉为第四代照明光源的，现在广泛应用的LED灯，白光LED的实现是用光敷转化法，LED芯片发光激发荧光粉，芯片与荧光粉发出的光混合形成白光，其中荧光粉的生产是重点。现有的荧光粉都是通过化学方法制备的，有磷酸盐、硅酸盐体系荧光粉。现在充足的LED灯市场是化学工业制备荧光粉方法的不断增加的结果，所以说微电子工业的发展离不

开化学工程的进步。

2.3.2 化学工程与计算机技术结合

随着计算机技术的迅猛发展，化学工程的研究中又增加了计算机模拟的方法，它已经逐渐成为化学工程中最富有生命力的研究方法。出现了计算机化工模拟，其中最重要的模拟是流程模拟。流程模拟就是在计算机上进行实际生产过程的模拟，由于这一过程并不涉及到实际装置的任何管线和设备的布置，物料衡算，能量衡算等这一切由程

序完成。流程模拟还可以由计算机完成经济评价，环境评估和方案优化对比，现在较成熟的流程模拟软件有Aspen Plus系统和PRO II系统。

计算机还在单元模拟，分子模拟，化工图样设计，化工计算等方面有重要的应用。分子模拟深入到操作内部的传质过程和反应过程，可以到纳米级模拟。计算机在化工计算中的应用，提高了工业的效率，最大的转变是化学技术以从前的先实验再计算，发展到如今的先计算模拟再实验。这些计算机技术的广泛应用大大促进了化学工程学科的进步。

3 化学工程的未来展望

在未来，化学工程学科将保持它不断发展的脚步，焕发新的活力，一方面将推进化学工业的技术改革，另一方面将继续与新技术学科的前沿结合，以推动科学进步和环境的改善。

化学工业中新方法新技术的开发和改革都离不开化学工程的理论指导，如许多复杂工艺耗时长，能耗大，不经济，未来将许多工艺逐步向串联一步反应改进，变成简单工艺方便实现，这些自然离不开单元操作，三传一反，过程控制等化学工程的理论。

正如100年前从化学中分裂出了化学工程一样，今天在化学工程中又将分化出新的学科。化学工程为生命科学的发展奠定了基础，在未来将出现生命化学工程等学科。化学工业的研究对象从无生命到有生物活力。如人的身体实质上相当于一座构造复杂的小型化工厂，许多生理过程可以通过化学工程的原理进行解释，肠胃消化吸收可用传质原理解释，近来轰动国际科学界的转基因动物及细胞工程的一些问

题中有待化学工程学科提供理论指导，如外源基因导人生命体内的原理与技术，哺乳动物作为生物反应器的新技术等。

化学工业在促进人类文明进步的同时，也产生了工业污染和排放，消耗了大量能源与资源。正因为如此，化学工程学科还将在未来环境保护和改善中发挥了不可替代的作用。用清洁能源代替现在的不可再生能源，开发新能源，用化学法处理工业废气，用无毒溶剂代替现在使用的有毒溶剂。

4 结语

化学工程学科自诞生以来，经过百年发展，经历了“单元操作”、“三传一反”两个里程碑，已经取得很大发展，形成了一个发展迅速、研究面广的一级工程技术学科。我们相信，在未来，这个充满朝气的学科将会到达一个新的发展阶段，对人类的文明进程做出更大的贡献。