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1、过程工程导论 Introduction to Process Engineering,主讲：马紫峰 (上海交通大学化学工程系) http:/ From Chemical Engineering to Process Engineering?,Raw materials,Industrial Processes,Useful Product,何谓过程工业？,* 第190次香山科学会议，2002，9,从化学工程学到过程工程学 From Chemical Engineering to Process Engineering?,化学工业过程工业 From Chemical Industry to Pr
2、ocess Industry,实例:VA 生产,过程工业的基本特点,工业生产使用的原材料主要是自然资源（矿物、生物质、空气和水等）； 生产过程主要为连续化生产； 原材料在生产过程中经历许多化学变化和物理变化； 产量的增加主要依靠扩大工业生产规模来达成，或者说依靠“放大生产规模”（Scale-up）来达到； 有相当高比例的过程工业产品作为产品工业的基础原料；,利用化工与催化过程（催化裂化、催化重整）将石油炼制生产出各种燃料（汽油、柴油和煤油）去驱动汽车、飞机等交通工具,炼油过程工业,过程工业实例,氨合成过程解决了全世界粮食问题。催化过程设计是核心,氨合成催化剂的研究与改进已经尝试10万多个配方，
3、至今仍是工业催化界研究的方向之一,生物医药产品生产离不开过程工业技术进步,需求: 推动化工学科与过程工业的发展源动力,化学工程与技术学科发展沿革,1921年，美国麻省理工(MIT)设立世界上第一个化工系，1922年，系主任A.D.Little在MIT尝试开设”工业化学”课程，将化学与机械、电工和土木等工程知识有机结合起来进行化工教育 1922年，在美国化学工程师学会(AIChE)年会上，确立“单元操作”概念，提出“化学工程”的“独立宣言”（Declaration of Independence）,第一阶段，化学工业“初始条件”的建立（17801880） 第二阶段，“化学工程学”的起源（1880
4、1910） 第三阶段，“化学工程学”与“化学工程师”的定位（19101945） 第四阶段，“化学工程学”的完善与化学工业持续发展期（19451970） 第五阶段，从化学工程学到过程工程学：新挑战，新机遇（1970）,化工理论体系发展与化工教育发展历程,1881年，Gerorge E. Davis主持在英国成立了“化学工程师协会” 1901年，英国出版了“化学工程手册” 1908年，美国化学工程师学会（AIChE）成立 1922年，在AIChE年会上，提出“化学工程独立宣言”（Declaration of Independence for Chemical Engineering ）,确立“Un
5、it Operation”概念 1923年，Principles of Chemical Engineering（化工原理）出版，标志着化工学科理论体系的诞生,“化学工程学”产生,“化学工程不是化学、机械和土木工程的组合体，而是一门属于自己的科学，其基础就是那些单元操作。这些单元操作的合理排列及配合产生了工业规模的化学流程” 化学工程独立宣言,“三传一反”化工理论体系的建立,1915年， A.D.Little 提出单元操作概念，将复杂的化工生产过程归纳为有限的操作单元，如精馏、萃取、吸收和干燥等。1922年，在AIChE年会上，确立“Unit Operation”概念。1923年，MIT的W.
6、H.Walker, W.K.Lewis, W.H. McAdams 编写出版 Principles of Chemical Engineering,重点阐述了“单元操作” ，被公认为化工学科体系第一阶段标志（First paradigm) 1957年，随着石油炼制与化工技术发展，化学反应工程形成独立的理论，标志着化学工程学科第二个里程碑的诞生（Second paradigm) 1960年，R.B.Bird , W.E.Stewart,E.N.Lightfoot正式出版了 Transport Phenomena （中译本在1990年由化工出版社出版），即从分子水平阐述单元操作、化学反应过程、设备
7、设计与过程控制中的共性科学问题，确立了动量传递、热量传递、质量传递和反应工程在化工学科中的基础理论地位，“三传一反”成为化工学科理论基石.,传递现象-化工理论基础,1960年，R.B.Bird , W.E.Stewart, E.N.Lightfoot出版了 Transport Phenomena （中译本在1990年出版），从分子水平阐述单元操作、化学反应过程、设备设计与过程控制中的共性科学问题 1969年3W出版了动量、热量和质量传递原理（已经出第四版）,我国化学工业发展先驱,1917年范旭东与侯德榜在天津塘沽创办的永利碱厂，它是亚洲第一座苏尔维法氨碱厂，是我国化学工业策源地,1941年侯德
8、榜博士发明了将合成氨与氨碱法联合制碱的新工艺候氏碱法,我国化学工程与技术学科发展先驱,陈世璋（北大教授）,俞同奎（北大教授）,1922年陈世璋、俞同奎在北京创立中华化学工业会。1923年9月8日成立了中华化学工业会上海分部（现上海市化学化工学会）,根据学以致用之本意，不欲专以学术相号召，成在促进化学界与实业界之联系，以振兴吾国之化学工业,中华化学工业会宗旨,以中国科学院“化工冶金研究所”更名为“过程工程研究所”为契机，把“化学工程学”拓展到“过程工程学”显得更为迫切。 香山科学会议讨论了化学工程向过程工程发展的趋势，以及过程工程、过程工业、产品工程的内涵, 明确了过程工程的研究对象具有多尺度特
9、征、研究内容分别向大尺度(宏观巨系统) 和小尺度(纳-微尺度) 扩展。 以郭慕孙、李静海和袁权等为代表的中国化学工程学带头人推动着“过程工程学”的发展。,Ka M. Ng, Jinhai Li, M.S.Kuo, AIChE Journal, 2005,51(10):2620-2627,Classification of Processing Industries in China,Food processing Food products Paper and paper products Printing Petroleum processing and coking Chemical ra
10、w materials and products Pharmaceuticals Chemical fibers Rubbers Plastics Non-metallic minerals Ferrous metal smelting and calendering Non-ferrous metal metallurgy and calendering,Metal surface finishing & thermal treatment Metal casting Powder metallurgy Insulators Integrated circuits Electronic co
11、mponents Tobacco processing Raw fiber processing Cotton dyeing Wool dyeing and finishing Silk dyeing Electric power generation Gas from coal Drinking water,Industries with Process Engineering,Processing Industries,Ka M. Ng, Jinhai Li, M.S.Kuo, AIChE Journal, 2005,51(10):2620-2627,过程工程：新的挑战，新的机遇,进入21
12、世纪，经济全球化和互联网技术（IT技术）让世界成为一个“地球村”。随着能源、资源和环境问题加剧，如何建立和谐的ET(Energy & Environmental Technology，能源与环境技术)社会，成为全球关注的焦点。在未来IT和ET交织发展进程中，化学工程师的作用是什么？化学工程学科的价值在哪里？,21世纪的化学工程研究必须： （1）面向化学(包括生物) 转化为基础的各种过程工业； （2）面向以化学工程为核心科学的制造业，适应可持续发展的要求； （3）面向以人为重点消费者的产品的研究与开发，适应用户不断增长的需求。,化学工程学科的定位,化工是：能源工业发展的核心，新材料的基础，生物与
13、环境工程产业的有效手段，现代农业与食品产业的先导，信息产业的支撑,产品工程：是过程工业发展的理念和导向,用户需求,产品性能,配方设计,分子设计,工艺与过程设计,生产,最终产品,工程向科学靠拢, 通过多学科交叉达到知识创新,化学产品是汽车工业发展的基础,汽车燃料生产（汽油、柴油、润滑油和代用清洁燃料） 汽车车身材料制造（钢板、塑料和玻璃） 车身装饰材料（涂料、皮革） 新型动力系统（燃料电池、动力电池）,本课程学习目的,过程工程导论目的是了解过程工业的基本特征，熟悉过程工程的本质与理论基础 在传递现象、单元操作及化学反应工程理论的学习基础上，用化工系统方法论，学习过程工业分析与集成方法，阐述过程工
14、业设计与开发程序，启迪研究与开发思路。 通过学习与实际应用案例的分析与研讨，了解过程工业的基本特征，熟悉化学反应器的结构，能够灵活运用化工基础知识，根据各单元操作的技术特点，进行“工业过程与设备”的设计与设备选型，以适应指定反应体系，满足规模化生产工艺要求。 在科学研究中提高工业化意识，与工程技术人员建立共同语言，指导科研选题和研究路线的确定。,相关专著和教材,Elements of Chemical Process Engineering by D. S. J. Jones, October 1997 Food Process Engineering: Theory and Laborato
15、ry Experiments by Shri K. Sharma, Steven J. Mulvaney, Syed S. H. Rizvi, November 1999 Chemical Micro Process Engineering: Processing and Plants by Volker Hessel, May 2005 Chemical Micro Process Engineering: Fundamentals, Modelling and Reactions by Volker Hessel, April 2004 Ullmanns Processes and Pro
16、cess Engineering, 3 Volumes by Wiley-VCH (Editor), April 2004 马紫峰主编，过程工程导论，化学工业出版社，2009年1月,Elements of Chemical Process Engineering,Basic Process Engineering Principles. Common Systems in Chemical Processes. EquipmentVessels. Pumps. Compressors. Heat Exchangers. Fired Heaters. Process Studies and Economic Analysis. The Process Engineers Roles in Project Management.,Food Process Engineering: Theory
