淺析化學(xué)工程與工藝

趙正琪

摘要：近代的化學(xué)工業(yè)是廣泛應(yīng)用現(xiàn)代化學(xué)理論和化工技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種知識密集型工業(yè)，它與科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)?；瘜W(xué)領(lǐng)域的科學(xué)成就是化學(xué)工業(yè)不斷創(chuàng)新的前提和條件。本文對化學(xué)工程與工藝特點進(jìn)行一個分析。

關(guān)鍵詞：化學(xué)工業(yè);化學(xué)工程與工藝;創(chuàng)造 技術(shù)

1 化學(xué)工程與工藝概述

化學(xué)工程，簡稱化工，是研究以化學(xué)工業(yè)為代表的，以及其他過程工業(yè)生產(chǎn)過程中有關(guān)化學(xué)過程與物理過程的一般原理和規(guī)律，如石油煉制工業(yè)、冶金工業(yè)、食品工業(yè)、印染工業(yè)等，并應(yīng)用這些規(guī)律來解決過程及裝置開發(fā)、設(shè)計、操作等問題，它是以數(shù)學(xué)及少量的物理觀念為基礎(chǔ)應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)上，主要研究大規(guī)模改變物料中的化學(xué)組成及其機(jī)械和物理性質(zhì)，來替生產(chǎn)化學(xué)品或是物料工廠提供一個反應(yīng)流程設(shè)計方式。實驗研究、理論分析和科學(xué)計算已經(jīng)成為當(dāng)代化工研究中不可或缺的三種主要手段。

化學(xué)工程的研究領(lǐng)域最初只是化工單元操作，如：輸送現(xiàn)象（為化工學(xué)科當(dāng)中“單元操作”的理論基礎(chǔ)）、化工熱力學(xué)輸送現(xiàn)象。隨著發(fā)展，后來又發(fā)展出一些新的分支，化學(xué)工程領(lǐng)域的分支龐大，可應(yīng)用在各類化學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的研究及實務(wù)上的操作，因應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要，以化工的知識背景為基礎(chǔ)，例如半導(dǎo)體工業(yè)。隨計算機(jī)的快速發(fā)展，數(shù)值模擬（cfd）在化工的發(fā)展占據(jù)重要的地位。

2 化學(xué)工程與工藝專業(yè)簡介

2.1 化學(xué)工程與工藝任務(wù)。根據(jù)化學(xué)工程與工藝專業(yè)的性質(zhì)，化學(xué)工程與工藝專業(yè)的任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)習(xí)化學(xué)工程學(xué)與化學(xué)工藝學(xué)等方面的基本理論和基本知識，受到化學(xué)與化工實驗技能、工程實踐、計算機(jī)應(yīng)用、科學(xué)研究與工程設(shè)計方法的基本訓(xùn)練.具有對現(xiàn)有企業(yè)的生產(chǎn)過程進(jìn)行模擬優(yōu)化、革新改造，對新過程進(jìn)行開發(fā)設(shè)計和對新產(chǎn)品進(jìn)行研制的基本能力。由于涉及化工的學(xué)科和領(lǐng)域很多，化學(xué)工程與工藝專業(yè)除了讓學(xué)生學(xué)習(xí)一般應(yīng)用化工的基本知識和基本技能外，還應(yīng)該結(jié)合本地區(qū)、本行業(yè)及本校的實際情況，重點學(xué)習(xí)化工在某個或某幾個領(lǐng)域中的具體應(yīng)用，以便形成不同高校應(yīng)用化工專業(yè)的特色專業(yè)方向。

2.2 化學(xué)工程以及化學(xué)工業(yè)的一些特點。以物理學(xué)、化學(xué)和數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，并結(jié)合工業(yè)經(jīng)濟(jì)基本法則，研究化工單元操作以及有關(guān)的流體力學(xué)、傳熱和傳質(zhì)原理、熱力學(xué)和化學(xué)動力學(xué)等在化學(xué)工業(yè)上的應(yīng)用，以指導(dǎo)各種過程及其設(shè)備的開發(fā)、改進(jìn)和發(fā)展屬于化學(xué)工程學(xué)的內(nèi)容?；瘜W(xué)工程是隨著化學(xué)工業(yè)的大規(guī)模生產(chǎn)發(fā)展而形成的?；瘜W(xué)工程包括過程動態(tài)學(xué)及控制、化工系統(tǒng)工程、傳遞過程、單元操作、化工熱力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程等方面?；瘜W(xué)反應(yīng)是化工生產(chǎn)的核心部分，提供過程分析和設(shè)計所需的有關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，研究傳遞過程的方向和極限，化工熱力學(xué)是單元操作和反應(yīng)工程的理論基礎(chǔ)，它決定著產(chǎn)品的收率，對生產(chǎn)成本產(chǎn)生重要影響。對單元操作的研究，可用來指導(dǎo)各類產(chǎn)品的生產(chǎn)和化工設(shè)備的設(shè)計;傳遞過程是單元操作和反應(yīng)工程的共同基礎(chǔ)，化學(xué)工業(yè)在新的形勢下要求處于化學(xué)核心地位的催化技術(shù)和化學(xué)工程都必須用跨學(xué)科的戰(zhàn)略進(jìn)行多學(xué)科的研究。動量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞，這三種傳遞，實質(zhì)上就是各種單元操作設(shè)備和反應(yīng)裝置中進(jìn)行的物理過程。

合成化學(xué)是化學(xué)學(xué)科的核心，化學(xué)家不僅發(fā)現(xiàn)和合成了眾多天然存在的化合物，同時也創(chuàng)造了大量非天然的化合物，使人類社會所有的化合物達(dá)到2230萬個（美國化學(xué)文摘1999年12月10日收錄的化合物數(shù)），并且以幾個月就有100萬個的速度發(fā)展，大量新化合物的產(chǎn)生是化學(xué)工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的基礎(chǔ)。

信息技術(shù)及工程技術(shù)的進(jìn)步為設(shè)備和工藝創(chuàng)新創(chuàng)造了條件，推動了化工行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。 化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)和許多深度加工的產(chǎn)品更新?lián)Q代快，要求化學(xué)工業(yè)必須不斷發(fā)展和采用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，從而提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。不斷尋求技術(shù)上最先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)上最合理的方法、原理、流程和設(shè)備是化學(xué)工業(yè)工藝創(chuàng)新追求的目標(biāo)。化工新技術(shù)開發(fā)程序是一套科學(xué)的程序，它是以市場為導(dǎo)向、以創(chuàng)新為宗旨，以工業(yè)化和商業(yè)化為目的的創(chuàng)新過程。世界上經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家化學(xué)工業(yè)的研究開發(fā)費用、科研人員以及專利和文獻(xiàn)的數(shù)量都居各工業(yè)部門的前列。

3 化學(xué)工程與工藝實驗數(shù)據(jù)處理分析

傳統(tǒng)的化工實驗的數(shù)據(jù)處理是相當(dāng)復(fù)雜的，需要花費大量的人力物力，由于化工實驗需要平行實驗，數(shù)據(jù)處理過程的重復(fù)性也非常大。借助MATLAB軟件的應(yīng)用，可以使人們從大量的數(shù)據(jù)處理當(dāng)中解脫出來。

化學(xué)工程與工藝專業(yè)實驗是初步了解、學(xué)習(xí)和掌握化學(xué)工程與工藝科學(xué)實驗研究方法的一個重要的實踐性環(huán)節(jié)。化工實驗的特點流程較長，規(guī)模較大，數(shù)據(jù)處理也較為復(fù)雜。因此依靠計算機(jī)處理數(shù)據(jù)會使繁瑣的數(shù)據(jù)處理過程變得簡單快捷，大大提高工作效率。數(shù)據(jù)處理是每一個化學(xué)工程實驗必不可少的步驟，也是至關(guān)重要的一個步驟。通過實驗可以建立過程模型、分析工藝技術(shù)的可行條件。但是化工實驗數(shù)據(jù)的處理往往并不是那么簡單，它需要通過復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算，若僅僅依靠手工計算則需要花費大量的時間，而且化工實驗數(shù)據(jù)的處理量很大、重現(xiàn)性很高，因此應(yīng)用計算機(jī)來處理實驗數(shù)據(jù)可以大大提高工作效率?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)是一個以實驗為基礎(chǔ)的專業(yè)學(xué)科。實驗的目的是通過有限的實驗點去尋找某一對象或某一過程中各參數(shù)之間的定量關(guān)系，從而揭示某化工過程所遵循的客觀規(guī)律。

MATLAB在化學(xué)工程與工藝實驗中的應(yīng)用進(jìn)行初步的嘗試。傳統(tǒng)的化工實驗的數(shù)據(jù)處理是相當(dāng)復(fù)雜的，需要花費大量的人力物力，由于化工實驗需要平行實驗，數(shù)據(jù)處理過程的重復(fù)性也非常大。而MATLAB是一個強大的數(shù)學(xué)軟件，能夠方便地繪出各種函數(shù)圖形，一方面可以解決符號演算問題，另一方面可以解決數(shù)學(xué)中的數(shù)值計算問題。MATLAB的應(yīng)用范圍非常廣，包括信號和圖像的處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計、測試和測量、財務(wù)建模和分析以及計算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。它已成為國際控制界的標(biāo)準(zhǔn)計算軟件。借助MATLAB軟件的應(yīng)用，可以使人們從大量的數(shù)據(jù)處理當(dāng)中解脫出來，利用MATLAB軟件編寫一個數(shù)據(jù)處理程序：只需輸入任意一組原始數(shù)據(jù)，就可以把實驗結(jié)果，數(shù)據(jù)模型以及作圖一起顯示出來。

4 結(jié)束語

21世紀(jì)世界進(jìn)入資源、能源短缺的時代，解決由國家提出的節(jié)約資源對保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境的任務(wù)，需要化學(xué)與化工學(xué)科的共同發(fā)展，社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，我國提出轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，為此，化工教育首先要端正學(xué)生和家長對化工產(chǎn)生的片面認(rèn)識。融合從分子水平的化學(xué)到大規(guī)模制各工程科學(xué)的寬闊視野，現(xiàn)代化學(xué)工程教育內(nèi)容既應(yīng)跨越和涵蓋整個化學(xué)和化工領(lǐng)域，也仍要重視工程教育的特征，強化工程實踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力，完成化學(xué)工程教育的歷史任務(wù)，探討化工與其他學(xué)科的跨學(xué)科交叉，并落實到教學(xué)實踐中，正確認(rèn)識化學(xué)工程的學(xué)科范式和內(nèi)涵。