淺析化學工程與工藝

任其帥

【關(guān)鍵詞】化學工業(yè);化學工程與技術(shù);創(chuàng)新技術(shù)

1化學工程和工藝概述

化學工程，簡稱化學工程，是研究化學工業(yè)和其他過程工業(yè)生產(chǎn)過程中化學和物理過程的一般原理和規(guī)律，如煉油工業(yè)、冶金工業(yè)、食品工業(yè)、印染工業(yè)、，并根據(jù)數(shù)學和少量物理概念，應用這些定律來解決工藝和設(shè)備開發(fā)問題、設(shè)計和操作，應用于化學工業(yè)，主要研究材料的化學成分和機械物理性質(zhì)的大規(guī)模變化，為化工或材料工廠的生產(chǎn)提供反應過程設(shè)計方法。實驗研究、理論分析和科學計算已成為當代化學研究中不可缺少的三種手段。

起初，化學工程的研究領(lǐng)域僅僅是化學單元的運行，例如輸運現(xiàn)象（這是化學工程中“單元運行”的理論基礎(chǔ)）和化學熱力學輸運現(xiàn)象。隨著發(fā)展，后來又出現(xiàn)了一些新的分支?；瘜W工程領(lǐng)域的分支非常龐大，可以應用于各種化學相關(guān)領(lǐng)域的研究和實際操作。根據(jù)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的要求，它是以半導體等化工行業(yè)的知識背景為基礎(chǔ)的。隨著計算機的快速發(fā)展，數(shù)值模擬在化學工業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。

2化學工程與技術(shù)簡介

2.1化學工程和工藝任務

根據(jù)化學工程與技術(shù)專業(yè)的性質(zhì)，化學工程與技術(shù)專業(yè)的任務是培養(yǎng)和學習化學工程與化學技術(shù)的基本理論和基本知識，并接受化學與化學實驗技能、工程實踐、，計算機應用、科學研究和工程設(shè)計方法具有模擬、優(yōu)化、創(chuàng)新和改造現(xiàn)有企業(yè)生產(chǎn)過程、開發(fā)和設(shè)計新工藝、開發(fā)新產(chǎn)品的基本能力。由于化學工程涉及多個學科和領(lǐng)域，化學工程與技術(shù)不僅可以讓學生學習一般應用化學工程的基本知識和技能，還可以結(jié)合本地區(qū)的現(xiàn)狀，關(guān)注化學工程在一個或多個領(lǐng)域的具體應用，形成各校特色的應用化學工程專業(yè)方向。

2.2化學工程和化學工業(yè)的某些特征

以物理、化學和數(shù)學為基礎(chǔ)，結(jié)合工業(yè)經(jīng)濟的基本原理，研究化工裝置的運行以及相關(guān)流體力學原理、傳熱傳質(zhì)、熱力學和化學動力學在化工中的應用，以指導發(fā)展，是化學工程的內(nèi)容，各種工藝和設(shè)備的改進和開發(fā)。化學工程是隨著化學工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的發(fā)展而形成的。化學工程包括過程動力學與控制、化學系統(tǒng)工程、轉(zhuǎn)移過程、單元操作、化學熱力學、化學反應工程等?；瘜W反應是化學生產(chǎn)的核心部分。它提供了過程分析和設(shè)計所需的相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并研究了轉(zhuǎn)移過程的方向和限制?；瘜W熱力學是單元操作和反應工程的理論基礎(chǔ)。它決定產(chǎn)品的產(chǎn)量，并對生產(chǎn)成本產(chǎn)生重大影響。對裝置運行的研究可以用來指導各種產(chǎn)品的生產(chǎn)和化工設(shè)備的設(shè)計;在新的形勢下，化學工業(yè)要求作為化學核心的催化技術(shù)和化學工程以跨學科的策略進行多學科研究。動量傳遞、熱傳遞和質(zhì)量傳遞本質(zhì)上是在各種操作設(shè)備和反應裝置中進行的物理過程。

信息技術(shù)和工程技術(shù)的進步，為設(shè)備和工藝創(chuàng)新創(chuàng)造了條件，促進了化學工業(yè)的技術(shù)進步?；ぶ圃旒夹g(shù)和許多深加工產(chǎn)品的快速更新，要求化工行業(yè)不斷發(fā)展和采用先進的科學技術(shù)，以提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。不斷尋求最先進、經(jīng)濟合理的方法、原理、工藝和設(shè)備是化學工業(yè)工藝創(chuàng)新的目標。開發(fā)新化學技術(shù)的程序是一套科學的程序。它是一個以市場為導向、以創(chuàng)新為目標、以工業(yè)化和商業(yè)化為目標的創(chuàng)新過程。全世界經(jīng)濟發(fā)達國家化學工業(yè)的研發(fā)成本、科研人員數(shù)量、專利和文件數(shù)量都處于所有工業(yè)部門的前列。

3化工數(shù)據(jù)處理與分析及工藝實驗

傳統(tǒng)化學實驗的數(shù)據(jù)處理非常復雜，需要大量的人力物力。由于化學實驗需要平行實驗，數(shù)據(jù)處理過程的重復性也非常大。隨著MATLAB軟件的應用，人們可以從大量的數(shù)據(jù)處理中解脫出來。

化工與技術(shù)專業(yè)實驗是預先了解、學習和掌握化工與技術(shù)科學實驗研究方法的重要實踐環(huán)節(jié)。化學實驗具有過程長、規(guī)模大、數(shù)據(jù)處理復雜等特點。因此，依靠計算機來處理數(shù)據(jù)將使復雜的數(shù)據(jù)處理過程簡單快捷，并將大大提高工作效率。在任何化學工程實驗中，數(shù)據(jù)處理都是至關(guān)重要的一步。通過實驗，可以建立工藝模型，分析工藝技術(shù)可達到的條件。然而，處理實驗化學數(shù)據(jù)往往不是那么簡單。它需要復雜的數(shù)學計算。如果只靠人工計算，需要很長時間。此外，實驗化學數(shù)據(jù)的處理能力非常大，重現(xiàn)性非常高。因此，應用計算機處理實驗數(shù)據(jù)可以大大提高工作效率?；瘜W工程與技術(shù)是一門以實驗為基礎(chǔ)的專業(yè)學科。實驗的目的是通過有限的實驗點，找出物體或過程參數(shù)之間的定量關(guān)系，從而揭示化學過程遵循的客觀規(guī)律。

MATLAB在化工和過程實驗中的應用是一種初步嘗試。傳統(tǒng)化學實驗的數(shù)據(jù)處理非常復雜，需要大量的人力物力。由于化學實驗需要平行實驗，數(shù)據(jù)處理過程的重復性也非常大。Matlab是一個功能強大的數(shù)學軟件，可以方便地繪制各種圖形函數(shù);一方面可以解決符號計算問題，另一方面可以解決數(shù)學中的數(shù)值計算問題。MATLAB有著廣泛的應用，包括信號和圖像處理、通信、控制系統(tǒng)設(shè)計、測試和測量、金融建模和分析、計算生物學和許多其他應用領(lǐng)域。它已成為國際控制領(lǐng)域的標準計算軟件。隨著MATLAB軟件的應用，人們可以從大量的數(shù)據(jù)處理中解脫出來。使用MATLAB軟件編寫數(shù)據(jù)處理程序：只需輸入任何原始數(shù)據(jù)集，即可同時查看實驗結(jié)果、數(shù)據(jù)模型和圖紙。

結(jié)束語：

21世紀，世界進入了資源和能源稀缺的時代。解決國家提出的節(jié)約資源、保護生態(tài)自然環(huán)境的任務，要求化學化工共同發(fā)展，社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。中國提出改變經(jīng)濟發(fā)展模式。因此，化學教育首先應該糾正學生和家長對化學工業(yè)的片面理解。結(jié)合從分子化學到大規(guī)模成型的工程科學的廣闊視野，現(xiàn)代化學工程教育的內(nèi)容不僅要覆蓋化學和化學工程的整個領(lǐng)域，還要注意工程教育的特點，加強工程實踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生解決復雜問題的能力，完成化學工程教育的歷史任務，探索化學工程與其他學科的交叉，并在教學實踐中實施，正確理解化學工程學科范式和內(nèi)涵。

參考文獻：

[1]黃華江編著.實用化工計算機模擬———MATLAB在化學工程中的應用[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004.

[2]李麗，王振領(lǐng)編著.MATLAB工程計算機應用[M].北京：人民郵電出版社，2001.