淺析化學(xué)工程與工藝

任其帥

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

1化學(xué)工程和工藝概述

化學(xué)工程，簡(jiǎn)稱化學(xué)工程，是研究化學(xué)工業(yè)和其他過(guò)程工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中化學(xué)和物理過(guò)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(xué)和少量物理概念，應(yīng)用這些定律來(lái)解決工藝和設(shè)備開(kāi)發(fā)問(wèn)題、設(shè)計(jì)和操作，應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)，主要研究材料的化學(xué)成分和機(jī)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(yīng)過(guò)程設(shè)計(jì)方法。實(shí)驗(yàn)研究、理論分析和科學(xué)計(jì)算已成為當(dāng)代化學(xué)研究中不可缺少的三種手段。

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

2化學(xué)工程與技術(shù)簡(jiǎn)介

2.1化學(xué)工程和工藝任務(wù)

根據(jù)化學(xué)工程與技術(shù)專業(yè)的性質(zhì)，化學(xué)工程與技術(shù)專業(yè)的任務(wù)是培養(yǎng)和學(xué)習(xí)化學(xué)工程與化學(xué)技術(shù)的基本理論和基本知識(shí)，并接受化學(xué)與化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能、工程實(shí)踐、，計(jì)算機(jī)應(yīng)用、科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)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(guò)程、開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)新工藝、開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的基本能力。由于化學(xué)工程涉及多個(gè)學(xué)科和領(lǐng)域，化學(xué)工程與技術(shù)不僅可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)一般應(yīng)用化學(xué)工程的基本知識(shí)和技能，還可以結(jié)合本地區(qū)的現(xiàn)狀，關(guān)注化學(xué)工程在一個(gè)或多個(gè)領(lǐng)域的具體應(yīng)用，形成各校特色的應(yīng)用化學(xué)工程專業(yè)方向。

2.2化學(xué)工程和化學(xué)工業(yè)的某些特征

以物理、化學(xué)和數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合工業(yè)經(jīng)濟(jì)的基本原理，研究化工裝置的運(yùn)行以及相關(guān)流體力學(xué)原理、傳熱傳質(zhì)、熱力學(xué)和化學(xué)動(dòng)力學(xué)在化工中的應(yīng)用，以指導(dǎo)發(fā)展，是化學(xué)工程的內(nèi)容，各種工藝和設(shè)備的改進(jìn)和開(kāi)發(fā)?；瘜W(xué)工程是隨著化學(xué)工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的發(fā)展而形成的?；瘜W(xué)工程包括過(guò)程動(dòng)力學(xué)與控制、化學(xué)系統(tǒng)工程、轉(zhuǎn)移過(guò)程、單元操作、化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程等。化學(xué)反應(yīng)是化學(xué)生產(chǎn)的核心部分。它提供了過(guò)程分析和設(shè)計(jì)所需的相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并研究了轉(zhuǎn)移過(guò)程的方向和限制?；瘜W(xué)熱力學(xué)是單元操作和反應(yīng)工程的理論基礎(chǔ)。它決定產(chǎn)品的產(chǎn)量，并對(duì)生產(chǎn)成本產(chǎn)生重大影響。對(duì)裝置運(yùn)行的研究可以用來(lái)指導(dǎo)各種產(chǎn)品的生產(chǎn)和化工設(shè)備的設(shè)計(jì);在新的形勢(shì)下，化學(xué)工業(yè)要求作為化學(xué)核心的催化技術(shù)和化學(xué)工程以跨學(xué)科的策略進(jìn)行多學(xué)科研究。動(dòng)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(yīng)裝置中進(jìn)行的物理過(guò)程。

信息技術(shù)和工程技術(shù)的進(jìn)步，為設(shè)備和工藝創(chuàng)新創(chuàng)造了條件，促進(jìn)了化學(xué)工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。化工制造技術(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(jìn)的科學(xué)技術(shù)，以提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。不斷尋求最先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的方法、原理、工藝和設(shè)備是化學(xué)工業(yè)工藝創(chuàng)新的目標(biāo)。開(kāi)發(fā)新化學(xué)技術(shù)的程序是一套科學(xué)的程序。它是一個(gè)以市場(chǎng)為導(dǎo)向、以創(chuàng)新為目標(biāo)、以工業(yè)化和商業(yè)化為目標(biāo)的創(chuàng)新過(guò)程。全世界經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家化學(xué)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(mén)的前列。

3化工數(shù)據(jù)處理與分析及工藝實(shí)驗(yàn)

傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理非常復(fù)雜，需要大量的人力物力。由于化學(xué)實(shí)驗(yàn)需要平行實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)處理過(guò)程的重復(fù)性也非常大。隨著MATLAB軟件的應(yīng)用，人們可以從大量的數(shù)據(jù)處理中解脫出來(lái)。

化工與技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)是預(yù)先了解、學(xué)習(xí)和掌握化工與技術(shù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究方法的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)具有過(guò)程長(zhǎng)、規(guī)模大、數(shù)據(jù)處理復(fù)雜等特點(diǎn)。因此，依靠計(jì)算機(jī)來(lái)處理數(shù)據(jù)將使復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理過(guò)程簡(jiǎn)單快捷，并將大大提高工作效率。在任何化學(xué)工程實(shí)驗(yàn)中，數(shù)據(jù)處理都是至關(guān)重要的一步。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，可以建立工藝模型，分析工藝技術(shù)可達(dá)到的條件。然而，處理實(shí)驗(yàn)化學(xué)數(shù)據(jù)往往不是那么簡(jiǎn)單。它需要復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算。如果只靠人工計(jì)算，需要很長(zhǎng)時(shí)間。此外，實(shí)驗(yàn)化學(xué)數(shù)據(jù)的處理能力非常大，重現(xiàn)性非常高。因此，應(yīng)用計(jì)算機(jī)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以大大提高工作效率。化學(xué)工程與技術(shù)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的專業(yè)學(xué)科。實(shí)驗(yàn)的目的是通過(guò)有限的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，找出物體或過(guò)程參數(shù)之間的定量關(guān)系，從而揭示化學(xué)過(guò)程遵循的客觀規(guī)律。

MATLAB在化工和過(guò)程實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用是一種初步嘗試。傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理非常復(fù)雜，需要大量的人力物力。由于化學(xué)實(shí)驗(yàn)需要平行實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)處理過(guò)程的重復(fù)性也非常大。Matlab是一個(gè)功能強(qiáng)大的數(shù)學(xué)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(hào)計(jì)算問(wèn)題，另一方面可以解決數(shù)學(xué)中的數(shù)值計(jì)算問(wèn)題。MATLAB有著廣泛的應(yīng)用，包括信號(hào)和圖像處理、通信、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)試和測(cè)量、金融建模和分析、計(jì)算生物學(xué)和許多其他應(yīng)用領(lǐng)域。它已成為國(guó)際控制領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算軟件。隨著MATLAB軟件的應(yīng)用，人們可以從大量的數(shù)據(jù)處理中解脫出來(lái)。使用MATLAB軟件編寫(xiě)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(shí)查看實(shí)驗(yàn)結(jié)果、數(shù)據(jù)模型和圖紙。

結(jié)束語(yǔ)：

21世紀(jì)，世界進(jìn)入了資源和能源稀缺的時(shí)代。解決國(guó)家提出的節(jié)約資源、保護(hù)生態(tài)自然環(huán)境的任務(wù)，要求化學(xué)化工共同發(fā)展，社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。中國(guó)提出改變經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式。因此，化學(xué)教育首先應(yīng)該糾正學(xué)生和家長(zhǎng)對(duì)化學(xué)工業(yè)的片面理解。結(jié)合從分子化學(xué)到大規(guī)模成型的工程科學(xué)的廣闊視野，現(xiàn)代化學(xué)工程教育的內(nèi)容不僅要覆蓋化學(xué)和化學(xué)工程的整個(gè)領(lǐng)域，還要注意工程教育的特點(diǎn)，加強(qiáng)工程實(shí)踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題的能力，完成化學(xué)工程教育的歷史任務(wù)，探索化學(xué)工程與其他學(xué)科的交叉，并在教學(xué)實(shí)踐中實(shí)施，正確理解化學(xué)工程學(xué)科范式和內(nèi)涵。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃華江編著.實(shí)用化工計(jì)算機(jī)模擬———MATLAB在化學(xué)工程中的應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[2]李麗，王振領(lǐng)編著.MATLAB工程計(jì)算機(jī)應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2001.