過去/現在與未來的化學工程www.tool-tool.com

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提要 　介绍了化学工程学科的发展历程，阐述学科的技术进展，并对未来的发展作出展望。 提要介紹了化學工程學科的發展歷程，闡述學科的技術進展，並對未來的發展作出展望。
关键词 　化学工程，化工技术进展 關鍵詞化學工程，化工技術進展


我们即将告别20世纪，正满怀信心迎接新世纪的到来。 我們即將告別20世紀，正滿懷信心迎接新世紀的到來。 百年回眸，化学工程学科作为工程技术的一级学科，在本世纪中经历了“形成”、“发展”和“拓宽”三个阶段，对人类的经济、生态和社会产生了重大影响。 百年回眸，化學工程學科作為工程技術的一級學科，在本世紀中經歷了“形成”、“發展”和“拓寬”三個階段，對人類的經濟、生態和社會產生了重大影響。
本世纪前叶，约前30多年，“单元操作”概念的提出与“三传一反”理论的奠基是化学工程学科的形成阶段。 本世紀前葉，約前30多年，“單元操作”概念的提出與“三傳一反”理論的奠基是化學工程學科的形成階段。
本世纪中叶，即当中30多年，化学工程学科的各个二级学科先后正式问世，并产生了一系列有重大影响的化学工艺，这是学科的发展阶段。 本世紀中葉，即當中30多年，化學工程學科的各個二級學科先後正式問世，並產生了一系列有重大影響的化學工藝，這是學科的發展階段。
本世纪的后叶，约后30多年，化学工程与生物、材料、资源、环境、微电子紧密结合，产生了新的交叉学科，是化学工程学科新的拓宽阶段。 本世紀的後葉，約後30多年，化學工程與生物、材料、資源、環境、微電子緊密結合，產生了新的交叉學科，是化學工程學科新的拓寬階段。
让我们沿着历史轨道，回顾发展历程，剖析学科现状，并在此基础上展望化学工程学科的未来。 讓我們沿著歷史軌道，回顧發展歷程，剖析學科現狀，並在此基礎上展望化學工程學科的未來。

1　过去：化学工程学科的形成与发展 1過去：化學工程學科的形成與發展

1.1　化学工程学科的形成 18～19世纪，一些典型化工产品的生产工艺先后出现，如石灰石的煅烧、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等等，都已形成比较规范的工艺。 1.1化學工程學科的形成 18～19世紀，一些典型化工產品的生產工藝先後出現，如石灰石的煅燒、煤焦油的提取、純鹼與燒鹼的製備、鉛室法硫酸的投產、硝化甘油炸藥的製造等等，都已形成比較規範的工藝。 但是人们还未能自觉地从中找出共性规律。 但是人們還未能自覺地從中找出共性規律。 本世纪初，1901年，英国的GE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。 本世紀初，1901年，英國的GE戴維斯出版了第一本化學工程專著“化學工程手冊”，首先提出了單元操作的概念。 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。 這樣，繼冶金、機械、土建、電氣四個工程學科以後，又一個工程技術學科——化學工程學科誕生了。 “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。 “化學工程手冊”中第一次將化工生產過程的各步驟加以分類，系統闡述了物料輸送、吸收與吸附、加熱及冷卻、蒸發與蒸餾、結晶、電解等內容，從化工產品的生產工藝中歸納出共性規律。 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，美國麻省理工學院化學工程系脫離化學系成為一個獨立的系，由WK劉易斯任系主任，這是世界上第一個化工系。 1920年夏天，麻省理工学院的WK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。 1920年夏天，麻省理工學院的WK劉易斯和WH麥克亞當斯完成了“化工原理”講稿，並於1923年正式出版，這本著作首次提出了因次分析、相似論等概念。 这本著作所提出的研究方法标志着化学工程内容的完善，标志着学科理论已达到一定的深度。 這本著作所提出的研究方法標誌著化學工程內容的完善，標誌著學科理論已達到一定的深度。 这本著作在本世纪中一直影响着学科的发展。 這本著作在本世紀中一直影響著學科的發展。
1.2　“化学工程”依托“化学工艺”，“化学工艺”推进“化学工程” 1.2“化學工程”依托“化學工藝”，“化學工藝”推進“化學工程”
直至今天，“化工”依然是化学工程、化学工艺与化学工业的综合简称。 直至今天，“化工”依然是化學工程、化學工藝與化學工業的綜合簡稱。
本世纪前叶，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。 本世紀前葉，一些重大的化學工藝開發使化學工程作為一個學科在工程界學術界的地位飚升；而工程學科的深入研究又促進了工藝的不斷改進，不斷進步。 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。 1913年，哈伯-博施法高壓合成氨裝置成功建成，對高壓化學工程、催化劑開發有重要意義。 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。 1920年，從煉廠氣中分離的丙烯合成出異丙醇，被譽為石油化工的開端。 1923年，费-托合成的成功是有机催化的典型范例。 1923年，費-托合成的成功是有機催化的典型範例。 1926年，大型温克勒炉投产，是流态化技术的最初应用。 1926年，大型溫克勒爐投產，是流態化技術的最初應用。 1925、1928年，世界上第一个热塑性树脂与热固性树脂先后投产。 1925、1928年，世界上第一個熱塑性樹脂與熱固性樹脂先後投產。 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。 1931年，前蘇聯的丁鈉橡膠與美國杜邦的氯丁橡膠差不多同時投產。 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。 上述化學工藝的發現與發明，從多個領域孕育著化學工程各二級學科的問世。
1.3　化学工程各二级学科的问世进入本世纪中叶，化学工艺迅猛发展，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。 1.3化學工程各二級學科的問世進入本世紀中葉，化學工藝迅猛發展，化學工程一級學科所涵蓋的化工熱力學、傳遞過程、單元操作、傳質與分離工程、化學反應工程、化工系統工程、化工控制工程等二級學科先後誕生。
1939年美国麻省理工学院HC韦伯的“化学工程师用热力学”问世，1944年美国耶鲁大学BF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。 1939年美國麻省理工學院HC韋伯的“化學工程師用熱力學”問世，1944年美國耶魯大學BF道奇“化工熱力學”出版，使化工熱力學成為化學工程領域的一門二級學科。 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。 化工熱力學主要研究相平衡、化學平衡、能量利用與轉換規律。
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。 50年代，流體輸送、傳熱與傳質結合在一起形成傳遞過程二級學科，1960年美國RB博德“傳遞現象”的出版標誌著傳遞過程研究內容的完善。 传递过程研究动量、热量、质量传递规律及“三传”的统一性。 傳遞過程研究動量、熱量、質量傳遞規律及“三傳”的統一性。
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。 化工單元操作經過幾十年的發展，到50年代形成完整的體系，包括流體力學、熱量傳遞、分離過程、熱質同時傳遞、熱力過程與粉體過程6大類近30個單元操作，成為一門獨立的二級學科。
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。 化學反應工程二級學科是1957年第一屆歐洲化學反應工程學術會議上正式確定定名的。 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。 化學工藝的發展，特別是石油化工的發展和生產的大型化，對反應過程的開發與反應裝置的可靠性提出了更高要求，孕育了反應工程的誕生。
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。 50年代末，氨合成、裂解制乙烯等工藝過程的專用模擬系統出現，60年代化工模擬系統推廣與應用，推進了化工系統工程二級學科的形成。 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。 化工系統工程從整體目標出發，對系統進行分析、分解、合成、優化，以提高化工裝置的經濟效益。
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。 50年代末，石油化工裝置開始出現高度集中的自動化控制系統，以研究動態和反饋為主要內容的化工控制工程學科誕生。
在上述二级学科孕育、诞生与发展的过程中，化学工程学科的研究方法得到充分的发展。 在上述二級學科孕育、誕生與發展的過程中，化學工程學科的研究方法得到充分的發展。 早期是经验放大，有很大的局限性；后来发展到相似放大与因次放大，引入与应用了准数放大原则；再后来，随着各二级学科的出现，模型化放大方法得到应用，模型化方法中基础数据由实验测定，模型本身由实验鉴别，模型参数由实验求取，模型的可靠性由实践验证。 早期是經驗放大，有很大的局限性；後來發展到相似放大與因次放大，引入與應用了準數放大原則；再後來，隨著各二級學科的出現，模型化放大方法得到應用，模型化方法中基礎數據由實驗測定，模型本身由實驗鑑別，模型參數由實驗求取，模型的可靠性由實踐驗證。
到了本世纪50、60年代，化学工程的各个主要部门，石油化工、煤化工、基本有机合成、无机化工、精细化工、高分子化工、生物化工都蓬勃发展。 到了本世紀50、60年代，化學工程的各個主要部門，石油化工、煤化工、基本有機合成、無機化工、精細化工、高分子化工、生物化工都蓬勃發展。 化学工程作为学科、化学工艺作为技术、化学工业作为产业，互相促进，共同繁荣与提高，化学工程学科到达了新的高度。 化學工程作為學科、化學工藝作為技術、化學工業作為產業，互相促進，共同繁榮與提高，化學工程學科到達了新的高度。

2　现在：化学工程学科的拓展与深化 2現在：化學工程學科的拓展與深化

进入20世纪后叶，化学工程学科继续发展，学科发展的主要趋势是：化学工程与新技术学科的交叉渗透；化学工程与数、理、化等基础科学的更紧密联系；化学工程学科内容的深化与延伸。 進入20世紀後葉，化學工程學科繼續發展，學科發展的主要趨勢是：化學工程與新技術學科的交叉滲透；化學工程與數、理、化等基礎科學的更緊密聯繫；化學工程學科內容的深化與延伸。
2.1　发展趋势之一：化学工程与高新技术学科结合形成交叉、前沿学科 2.1發展趨勢之一：化學工程與高新技術學科結合形成交叉、前沿學科
2.1.1　生物化学工程——化学工程与生物化学、生物学(含微生物学)的结合近二、三十年，生物化工蓬勃发展，生物化工产品的特点是：操作条件温和；多为分批操作；反应中温度、pH、溶氧的影响大；反应物系多为高粘物系；无菌操作等。 2.1.1生物化學工程——化學工程與生物化學、生物學(含微生物學)的結合近二、三十年，生物化工蓬勃發展，生物化工產品的特點是：操作條件溫和；多為分批操作；反應中溫度、pH、溶氧的影響大；反應物系多為高粘物系；無菌操作等。
生物化工发展迅速的几个领域是发酵工程、酶工程、基因工程与细胞工程。 生物化工發展迅速的幾個領域是發酵工程、酶工程、基因工程與細胞工程。 发酵工程中各种抗菌素医药、维生素药物、农抗、氨基酸、柠檬酸、乳酸等的生产；酶工程中各类酶制剂与辅酶、核酸与核甙药物等的制备；细胞工程中各类大规模动物与植物细胞培养疫苗、免疫试剂，培养优良种子等；基因工程中各类α与γ干扰素的研制、DNA重组等，实际上都是化学工程与生物化学的结合。 發酵工程中各種抗菌素醫藥、維生素藥物、農抗、氨基酸、檸檬酸、乳酸等的生產；酶工程中各類酶製劑與輔酶、核酸與核甙藥物等的製備；細胞工程中各類大規模動物與植物細胞培養疫苗、免疫試劑，培養優良種子等；基因工程中各類α與γ干擾素的研製、DNA重組等，實際上都是化學工程與生物化學的結合。
生化产品的生产一般可由“上游”、“中游”、“下游”组成，“上游”是菌种培养与优选，更多的是生物化学者的工作；“中游”是反应(如发酵、细胞培养)，“下游”是分离，主要是化学工程师的工作。 生化產品的生產一般可由“上游”、“中游”、“下游”組成，“上游”是菌種培養與優選，更多的是生物化學者的工作；“中游”是反應(如發酵、細胞培養)，“下游”是分離，主要是化學工程師的工作。 特别要指出的是，生物化学工艺的进步推动了传质与分离工程的发展，许多新的分离方法，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分离的需要而得以发展的。 特別要指出的是，生物化學工藝的進步推動了傳質與分離工程的發展，許多新的分離方法，如膜分離、飽和層析、超濾、超臨界分離都是由於生物化工產品分離的需要而得以發展的。
生物化工产品主要用于医药、食品、营养品、保健品、化妆品等方面，与农业的关系也很密切，其中最大的应用领域在于医药与食品。 生物化工產品主要用於醫藥、食品、營養品、保健品、化妝品等方面，與農業的關係也很密切，其中最大的應用領域在於醫藥與食品。 人类对于医药、食品等的需要推进了生物化工的发展，进而推动了化学工程学科的发展。 人類對於醫藥、食品等的需要推進了生物化工的發展，進而推動了化學工程學科的發展。
2.1.2　材料化学工程——化学工程与材料物理、材料化学的结合材料工程中金属材料已由冶金工程学科研究，聚合物材料、无机非金属材料、复合材料都是材料化学工程研究的对象。 2.1.2材料化學工程——化學工程與材料物理、材料化學的結合材料工程中金屬材料已由冶金工程學科研究，聚合物材料、無機非金屬材料、複合材料都是材料化學工程研究的對象。
聚合物材料的理论基础是聚合物反应工程、高分子传递过程与粘性物流体力学，无机非金属材料的理论基础是硅酸盐物理化学与化学工程学。 聚合物材料的理論基礎是聚合物反應工程、高分子傳遞過程與粘性物流體力學，無機非金屬材料的理論基礎是矽酸鹽物理化學與化學工程學。 材料技术的发展依托于化学工程学科，材料化学工程已成为化学工程的重要组成部分。 材料技術的發展依託於化學工程學科，材料化學工程已成為化學工程的重要組成部分。
聚合物材料品种很多，它们都是由石油化工生产的单体，经过聚合反应而制成的。 聚合物材料品種很多，它們都是由石油化工生產的單體，經過聚合反應而製成的。 除了大宗聚合物产品外，目前聚合物材料发展的重点是开发新品种树脂(如农用薄膜、汽车用基料、新型建材、光缆等)，新品种功能材料(导电高分子、感光树脂、防伪材料等)，新品种复合材料(陶瓷基高分子材料、长短纤维增强复合材料)等。 除了大宗聚合物產品外，目前聚合物材料發展的重點是開發新品種樹脂(如農用薄膜、汽車用基料、新型建材、光纜等)，新品種功能材料(導電高分子、感光樹脂、防偽材料等)，新品種複合材料(陶瓷基高分子材料、長短纖維增強複合材料)等。
无机非金属材料除传统的硅酸盐材料外，近年来特种陶瓷发展迅速，由于工业和国防的需要，新型结构陶瓷(主要由硅化物、氮化物、氟化物、硼化物等组成)问世，主要包括耐高温材料、电绝缘材料、发动机材料、生物功能材料、半导体陶瓷等，用途特殊，用量不大，但价值极高。 無機非金屬材料除傳統的矽酸鹽材料外，近年來特種陶瓷發展迅速，由於工業和國防的需要，新型結構陶瓷(主要由矽化物、氮化物、氟化物、硼化物等組成)問世，主要包括耐高溫材料、電絕緣材料、發動機材料、生物功能材料、半導體陶瓷等，用途特殊，用量不大，但價值極高。 材料化学工程在上述材料的研制与发展中起重要作用。 材料化學工程在上述材料的研製與發展中起重要作用。

2.1.3　微电子化学工程——化学工程与电子学、微电子学的结合微电子工业是近二、三十年发展最迅猛的产业。 2.1.3微電子化學工程——化學工程與電子學、微電子學的結合微電子工業是近二、三十年發展最迅猛的產業。 其实微电子工业发展离不开化学工程学科的贡献，几乎所有的微电子材料都是化工材料，微电子加工工艺中化学加工工艺占一定比重。 其實微電子工業發展離不開化學工程學科的貢獻，幾乎所有的微電子材料都是化工材料，微電子加工工藝中化學加工工藝佔一定比重。
先看微电子化工材料，现在已多达18个种类。 先看微電子化工材料，現在已多達18個種類。 例如基材是硅、砷化镓等半导体元件材料，聚酯线路板材等；光刻胶等光敏抗蚀剂是甲基丙烯酸及其酯的聚合物；半导体封装材料是聚硅氧烷、硅树脂等；掺杂剂是气态AsH 3 、固态硼化物等；上述微电子用化工材料都是要求特别严格的化工产品，与化学工程关系密切。 例如基材是矽、砷化鎵等半導體元件材料，聚酯線路板材等；光刻膠等光敏抗蝕劑是甲基丙烯酸及其酯的聚合物；半導體封裝材料是聚矽氧烷、矽樹脂等；摻雜劑是氣態AsH 3 、固態硼化物等；上述微電子用化工材料都是要求特別嚴格的化工產品，與化學工程關係密切。 再看微电子加工工艺，气相流程(CVD)等都是精细化工工艺。 再看微電子加工工藝，氣相流程(CVD)等都是精細化工工藝。 随着信息时代的到来微电子化学工程将具有更强的生命力。 隨著信息時代的到來微電子化學工程將具有更強的生命力。 有专家预言，占领微电子化学工程学科领域的专家，必将在理论上有所突破，还会创造更大财富，带来更大收益。 有專家預言，佔領微電子化學工程學科領域的專家，必將在理論上有所突破，還會創造更大財富，帶來更大收益。

2.1.4　能源与资源化学工程——化学工程与能源化学、石油化学、煤化学的结合本世纪后叶，能源与资源的合理利用、洁净利用、优化利用引出一系列能源与资源化学工程的研究领域。 2.1.4能源與資源化學工程——化學工程與能源化學、石油化學、煤化學的結合本世紀後葉，能源與資源的合理利用、潔淨利用、優化利用引出一系列能源與資源化學工程的研究領域。
节能是现代企业与整个人类的重要课题，是所有工业企业技术改造中的主要任务。 節能是現代企業與整個人類的重要課題，是所有工業企業技術改造中的主要任務。 提高煤与油的燃烧热效率；大力推广热管式换热器，大力研制新一代的热泵技术，各类新型节能装备(如高效导热浮阀塔机)的使用等都是化学工程的研究范畴。 提高煤與油的燃燒熱效率；大力推廣熱管式換熱器，大力研製新一代的熱泵技術，各類新型節能裝備(如高效導熱浮閥塔機)的使用等都是化學工程的研究範疇。

煤加工中的化工问题仍是能源利用中的热门课题，新型煤气化工艺与煤气化炉、煤制合成气的先进工艺、以煤为原料的整个联合循环发电等都涉及一系列化学工程问题。 煤加工中的化工問題仍是能源利用中的熱門課題，新型煤氣化工藝與煤氣化爐、煤製合成氣的先進工藝、以煤為原料的整個聯合循環發電等都涉及一系列化學工程問題。
此外还有能源开发中的化工问题，如制氢与贮氢(贮氢合金的研制)、再生能源(纸张、塑料的再生)、太阳能与化学能的转化与利用等都属能源与资源化学工程的研究领域。 此外還有能源開發中的化工問題，如製氫與貯氫(貯氫合金的研製)、再生能源(紙張、塑料的再生)、太陽能與化學能的轉化與利用等都屬能源與資源化學工程的研究領域。

2.1.5　环境化学工程——化学工程与环境化学、生态化学的结合环境保护是全人类共同关心的大事，是可持续发展战略面对的重大课题。 2.1.5環境化學工程——化學工程與環境化學、生態化學的結合環境保護是全人類共同關心的大事，是可持續發展戰略面對的重大課題。 企业的“三废”治理，化工原料与化工工艺的无害化、CO 2利用等都是环境化学工程的研究领域，国际上已多次召开环境化学工程学术会议。 企業的“三廢”治理，化工原料與化工工藝的無害化、CO 2利用等都是環境化學工程的研究領域，國際上已多次召開環境化學工程學術會議。 在 “三废”防治方面，对企业所排放的废气、废液、废渣采用化学与生物法的治理，对各类机动车辆排放尾气的净化；在化工原料无害化方面，用无毒原料代替光气、氟利昂、硫酸二甲酯，用无毒溶剂代替苯、甲苯；在化工工艺无害化方面，零排放工艺与原子经济利用化学的提出；在化工产品无害化方面，无毒与低毒农药的生产；在减少电厂、煤厂向大气排放烟气的硫化物、氮氧化物方面；在CO 2利用方面，一系列研究与开发任务都是环境化学工程的内容。 在 “三廢”防治方面，對企業所排放的廢氣、廢液、廢渣採用化學與生物法的治理，對各類機動車輛排放尾氣的淨化；在化工原料無害化方面，用無毒原料代替光氣、氟利昂、硫酸二甲酯，用無毒溶劑代替苯、甲苯；在化工工藝無害化方面，零排放工藝與原子經濟利用化學的提出；在化工產品無害化方面，無毒與低毒農藥的生產；在減少電廠、煤廠向大氣排放煙氣的硫化物、氮氧化物方面；在CO 2利用方面，一系列研究與開發任務都是環境化學工程的內容。

2.2　发展趋势之二：化学工程与数学、物理、化学等基础学科的结合进一步紧密 2.2發展趨勢之二：化學工程與數學、物理、化學等基礎學科的結合進一步緊密
2.2.1　与近代数学的结合以前化学工程对数学的要求不如土建、电气、机械工程高，但现在化学工程学科的发展越来越依靠近代数学的支撑。 2.2.1與近代數學的結合以前化學工程對數學的要求不如土建、電氣、機械工程高，但現在化學工程學科的發展越來越依靠近代數學的支撐。 大多数化学工程问题都是非线性问题，非线性数学在化学工程中已得到了广泛运用，特别是化学工程的放大方法从经验放大，到相似放大，再到数学模拟放大，非线性数学在化学工程学科发展中大有用武之地。 大多數化學工程問題都是非線性問題，非線性數學在化學工程中已得到了廣泛運用，特別是化學工程的放大方法從經驗放大，到相似放大，再到數學模擬放大，非線性數學在化學工程學科發展中大有用武之地。 最优化方法已是化学工程师必须掌握的数学工具，最优化方法在分离工程、反应工程、特别是系统工程中已得到广泛使用。 最優化方法已是化學工程師必須掌握的數學工具，最優化方法在分離工程、反應工程、特別是系統工程中已得到廣泛使用。 各种变尺度变步长的最优化策略已成为系统优化、提高效益的重要工具。 各種變尺度變步長的最優化策略已成為系統優化、提高效益的重要工具。 偏微分方程理论在化学工程中受到高度重视，反应与分离工程中的二维数学模型往往都是二阶偏微分方程组，化工控制工程涉及到操作参数与反应空间的关系，也涉及到与反应时间的关系，是偏微分方程组，要用偏微分方程理论来解决。 偏微分方程理論在化學工程中受到高度重視，反應與分離工程中的二維數學模型往往都是二階偏微分方程組，化工控制工程涉及到操作參數與反應空間的關係，也涉及到與反應時間的關係，是偏微分方程組，要用偏微分方程理論來解決。

2.2.2　与近代物理的结合化学工程学科中的“三传”实际上都是研究物理过程，近代物理的新进展带动了传递过程研究的深化。 2.2.2與近代物理的結合化學工程學科中的“三傳”實際上都是研究物理過程，近代物理的新進展帶動了傳遞過程研究的深化。 化学工程学科的发展长期来得益于与物理学的结合，明显的例子是各种大型测试手段的运用，X光衍射研究物质相态与结构；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)研究催化剂析碳；红外光谱研究吸附状态与反应动态学；透视电镜研究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等。 化學工程學科的發展長期來得益於與物理學的結合，明顯的例子是各種大型測試手段的運用，X光衍射研究物質相態與結構；氣相色譜程序升溫脫附(TPD)研究物質表面性質；氣相色譜程序升溫氧化(TPO)研究催化劑析碳；紅外光譜研究吸附狀態與反應動態學；透視電鏡研究超微粒子大小與孔結構；電子能譜研究催化劑狀態組成與失活等。

2.2.3　与近代化学的结合化学工程学科本身就是化学与工程学的结合，近代化学的研究成果进一步推动了化学工程学科的发展。 2.2.3與近代化學的結合化學工程學科本身就是化學與工程學的結合，近代化學的研究成果進一步推動了化學工程學科的發展。 现在由于物理化学的研究成果，聚合物高分子、生物大分子的热力学性质可以预测，非理想溶液的相平衡与非理想体系复杂反应的化学平衡可以计算，多态反应动力学可以测定。 現在由於物理化學的研究成果，聚合物高分子、生物大分子的熱力學性質可以預測，非理想溶液的相平衡與非理想體系複雜反應的化學平衡可以計算，多態反應動力學可以測定。 由于生物化学的研究成果，许多生物活性物质能够制备，生物法环境治理得到较广泛推广和使用。 由於生物化學的研究成果，許多生物活性物質能夠製備，生物法環境治理得到較廣泛推廣和使用。 精细化工领域新产品的层出不穷是高等有机化学和高等无机化学对化学工程的贡献。 精細化工領域新產品的層出不窮是高等有機化學和高等無機化學對化學工程的貢獻。

2.3　发展趋势之三——“十二项延伸” 2.3發展趨勢之三——“十二項延伸”
2.3.1　由简单物系向复杂物系发展近代化学工程研究对象的复杂性更为鲜明与突出，由于物理过程与化学过程同时发生，使气液固多相并存，流体性质发生巨大变化，使研究的物系更加复杂；由于流型多变，设备结构多样，设备中填充物料多种，使研究流动边界十分复杂。 2.3.1由簡單物係向複雜物係發展近代化學工程研究對象的複雜性更為鮮明與突出，由於物理過程與化學過程同時發生，使氣液固多相並存，流體性質發生巨大變化，使研究的物系更加複雜；由於流型多變，設備結構多樣，設備中填充物料多種，使研究流動邊界十分複雜。

化学工程的各个分支，其研究对象都已趋向复杂体系。 化學工程的各個分支，其研究對像都已趨向複雜體系。 流体输送，从单纯输送气体、液体，到研究输送多相流体，如水煤浆、油煤浆及高粘性聚合物。 流體輸送，從單純輸送氣體、液體，到研究輸送多相流體，如水煤漿、油煤漿及高粘性聚合物。 反应工程，从对均相反应工程规律的研究，到对气液、液固、气固两相反应，及气液固三相反应的研究。 反應工程，從對均相反應工程規律的研究，到對氣液、液固、氣固兩相反應，及氣液固三相反應的研究。 系统工程，从对较单纯系统的模拟与优化，到对多个换热、反应、分离综合体系的优化，甚至大型化工企业全系统的优化。 系統工程，從對較單純係統的模擬與優化，到對多個換熱、反應、分離綜合體系的優化，甚至大型化工企業全系統的優化。

2.3.2　由复杂工艺路线向简单工艺路线发展化学工程的研究对象日趋复杂，但化工产品的工艺路线日趋简单。 2.3.2由複雜工藝路線向簡單工藝路線發展化學工程的研究對像日趨複雜，但化工產品的工藝路線日趨簡單。 许多化工产品以前生产步骤很长，现在都向串联反应一步化的方向发展，甲烷制备甲醇、甲醛，以前需先制备合成气，现在研究甲烷一步法制甲醇、甲醛工艺；合成气制二甲醚，以前需先制成甲醇，现在正开发一步法合成的工艺路线。 許多化工產品以前生產步驟很長，現在都向串聯反應一步化的方向發展，甲烷製備甲醇、甲醛，以前需先製備合成氣，現在研究甲烷一步法制甲醇、甲醛工藝；合成氣製二甲醚，以前需先製成甲醇，現在正開發一步法合成的工藝路線。
2.3.3　由简单过程向耦合过程发展近10年来，对反应-分离、耦合过程研究趋热，不少耦合过程已在工业上得到使用。 2.3.3由簡單過程向耦合過程發展近10年來，對反應-分離、耦合過程研究趨熱，不少耦合過程已在工業上得到使用。 例如反应-精馏的耦合在MTBE、TAME的合成工艺中应用，已建成年产数十万吨级的工业装置；反应-萃取耦合在中药、香料有效成分提取和稀有贵金属的提取中应用；反应-结晶耦合在超细超纯纳米颗粒和炸药粒子的制备中得以应用；反应-膜分离耦合用于甲烷一步法制甲醇等过程；反应-成型耦合过程已应用于热塑性工程塑料部件的制造上。 例如反應-精餾的耦合在MTBE、TAME的合成工藝中應用，已建成年產數十萬噸級的工業裝置；反應-萃取耦合在中藥、香料有效成分提取和稀有貴金屬的提取中應用；反應-結晶耦合在超細超純納米顆粒和炸藥粒子的製備中得以應用；反應-膜分離耦合用於甲烷一步法制甲醇等過程；反應-成型耦合過程已應用於熱塑性工程塑料部件的製造上。

2.3.4　由定态向非定态发展化学工程长期追求“稳产、高产”，但近代化学工程中，非定态的研究吸引着不少学者。 2.3.4由定態向非定態發展化學工程長期追求“穩產、高產”，但近代化學工程中，非定態的研究吸引著不少學者。 高压吸附制备气体的过程是原料流向“非定态”过程。 高壓吸附製備氣體的過程是原料流向“非定態”過程。 稀薄二氧化硫的氧化、低浓合成气制甲醇采用定态操作不能自热，采用非定态操作却可以实现。 稀薄二氧化硫的氧化、低濃合成氣製甲醇採用定態操作不能自熱，採用非定態操作卻可以實現。 非定态反应工程理论已成为化学工程的一个分支，国际上已多次召开非定态化学工程学术会议。 非定態反應工程理論已成為化學工程的一個分支，國際上已多次召開非定態化學工程學術會議。

2.3.5　由常规小分子向高分子、大分子发展由于精细化工与材料化工的进展，研究对象已从一般化合物分子延伸到有机大分子、聚合物高分子与生物分子。 2.3.5由常規小分子向高分子、大分子發展由於精細化工與材料化工的進展，研究對像已從一般化合物分子延伸到有機大分子、聚合物高分子與生物分子。 新型仿生材料，如钛箐固氮化合物是有机大分子，新型导电高分子，如聚噻吩、聚乙炔是聚合物高分子，已成为化学工程研究对象。 新型仿生材料，如鈦箐固氮化合物是有機大分子，新型導電高分子，如聚噻吩、聚乙炔是聚合物高分子，已成為化學工程研究對象。 90年代初，C 60的发现给新一代团簇化合物的合成与制备带来研究课题。 90年代初，C 60的發現給新一代團簇化合物的合成與製備帶來研究課題。

2.3.6　由宏观向微观发展为了探讨传递机理、反应机理，经过近年来学者们的努力，分子化学工程已成为本学科的前沿分支，分子热力学、分子传递现象与分子动力学构成了分子化学工程的主要研究框架。 2.3.6由宏觀向微觀發展為了探討傳遞機理、反應機理，經過近年來學者們的努力，分子化學工程已成為本學科的前沿分支，分子熱力學、分子傳遞現象與分子動力學構成了分子化學工程的主要研究框架。 超微粒子、纳米粒子现已成为材料领域的热门研究对象，当物质粒子达到超微状态，可具备宏观粒子所不能具备的性质，对超微粒子的研究，不仅局限于其领域，而且还包括研究其粒度与分布、形状、相态、掺杂及包裹等，超微粒子催化剂、超微粒子炸药、超微粒子助剂与添加剂已得到广泛应用。 超微粒子、納米粒子現已成為材料領域的熱門研究對象，當物質粒子達到超微狀態，可具備宏觀粒子所不能具備的性質，對超微粒子的研究，不僅局限於其領域，而且還包括研究其粒度與分佈、形狀、相態、摻雜及包裹等，超微粒子催化劑、超微粒子炸藥、超微粒子助劑與添加劑已得到廣泛應用。

2.3.7　由描述现象向阐述机理发展化工中的许多传递行为、反应行为，以前只能描述其现象，如反应器颗粒催化剂的多态行为，已能从理论上进行解释和进行预测，使过程按人们的愿望进行。 2.3.7由描述現象向闡述機理髮展化工中的許多傳遞行為、反應行為，以前只能描述其現象，如反應器顆粒催化劑的多態行為，已能從理論上進行解釋和進行預測，使過程按人們的願望進行。 动力学测定，以往主要得到经验关系式，现已能与机理挂钩，推导出机理型动力学方程。 動力學測定，以往主要得到經驗關係式，現已能與機理掛鉤，推導出機理型動力學方程。

2.3.8　由理想溶液向非理想溶液发展近年来，超临界分离与超临界反应崛起，用超临界CO 2作溶剂萃取天然植物的有效成分，用超临界CO 2作溶剂使反应的转化率与选择性提高，当气体处于超临界状态时，具有异于常态液体和气体的特殊性质，此时，物料体系性质不能用理想溶液规律表述，必须研究在超临界状态下的非理想溶液特性。 2.3.8由理想溶液向非理想溶液發展近年來，超臨界分離與超臨界反應崛起，用超臨界CO 2作溶劑萃取天然植物的有效成分，用超臨界CO 2作溶劑使反應的轉化率與選擇性提高，當氣體處於超臨界狀態時，具有異於常態液體和氣體的特殊性質，此時，物料體系性質不能用理想溶液規律表述，必須研究在超臨界狀態下的非理想溶液特性。 又如，聚合物加工过程中所处理的物料是高粘性流体，属非牛顿型，其性质特征也非一般理想溶液的性质所能概括。 又如，聚合物加工過程中所處理的物料是高粘性流體，屬非牛頓型，其性質特徵也非一般理想溶液的性質所能概括。
2.3.9 　由极限条件向温和条件发展从高效节能的观点出发，许多化学品的合成反应都从高压向低压发展，合成氨的压力从20～30MPa，降低到10～11MPa；合成甲醇的压力从20～30MPa，降低到5MPa；α-烯烃的氢甲酰化反应、烯烃的聚合反应等都向温和的低压方向发展。 2.3.9由極限條件向溫和條件發展從高效節能的觀點出發，許多化學品的合成反應都從高壓向低壓發展，合成氨的壓力從20～30MPa，降低到10～11MPa；合成甲醇的壓力從20 ～30MPa，�


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