化學工程技術的熱點分析與發展趨勢

徐興雨

（中國石油大學（北京） 理學院，北京 102249）

化學工程是一種將一系列與化學專業有關的技術進行深入研究的化學或者物理過程，包括對原有設備的改進和優化及研究新的技術的一項工程性學科.以化學為指導思想，將其基礎理論和工程應用結合到一起，包括研發產品、設計實驗過程、模擬系統、裝備強化、操作控制、保護環境、管理生產等方面的工作.化學工程領域包括無機化學、有機化學和石油化工化學等領域.因此化學工程既是國民經濟建設的重要工程，又是推動社會進步的重要工程，也是與高精尖端技術領域相結合的重要工程，推動了高精尖端技術的發展.目前化學工程領域的發展方向：集約化、連續化、高效化、自動化和精細化.由于化學工程和生活的聯系比較緊密，范圍比較廣，因此，探索化學技術的發展具有深遠意義，對此進行研究不僅可以掌握化學工程發展的動態，同時也有利于吸收國內外的最新科研成果，有利于改進設備和技術，提高工作效率.

1 新型反應技術的研究

1.1 超臨界化學反應技術

超臨界液體是指在溫度和壓力都處于臨界點之上時，此時狀態處于液體和氣體之間，具有這兩種狀態的雙重性質.這種狀態的流體不僅在化學工業、生物化工、食品工業有廣泛的應用，而且還在醫藥工業等領域應用很廣泛，已經顯示出巨大的魅力，極具發展前景.近年來，化學界將超臨界水氧化法應用到保護環境的領域，但是都處于初級發展階段，很不成熟.

1.2 綠色化學反應技術

綠色化學是指對環境不會造成污染的，有利于保護環境的化學工程.綠色化學簡單說就是采用化學的技術和方法來減少或消除那些對人類有害的、妨礙社區安全的、對生態環境會產生不利影響的原料或溶劑等.綠色化學是將污染從源頭進行消除的工程，因此很徹底，這主要包括原子經濟性和高選擇性的反應，生產出對環境有利的材料，并且回收廢物循環利用的一門科學技術.

1.3 新的分離技術研究

從廣義上說，分離強化首先是對設備的強化，然后是對生產工藝的強化，綜合起來說就是只要能將設備變小、將能量轉化效率提高的技術都是化工分離技術強化的結果，有利于實現可持續發展，這也是化工分離技術的主要趨勢之一.古老的化工分離技術原理：利用沸點的不同，將不同的組分從分離塔里分離出來.隨著科技的發展及國內外的分工合作共同研究除了大量新的分離技術，具有廣闊的發展前景，但是這些在應用中同樣也存在著很多問題，那就是：此項研究對相關分子蒸餾的基礎理論探究比較少，沒有在理論上充分說明和指導，對設計刮膜式分子蒸餾器也沒有深入的研究.

隨著信息技術的不斷進步，分離技術也不斷得到改善，取得了長足的進步，逐漸信息技術引入到分離技術的研究與開發上，例如在研究熱力學和傳遞的性質、多相流等方面，這些都是信息技術發生功效的主要分離技術，再如分子模擬大大提高了預測熱力學平衡和傳遞性質的水平.對分子的設計加速了可以加速分離，因此對研究和開發新的高效的分離劑有深遠的意義.信息技術的引進有利于新的分離過程的深入，提高工作效率.

2 傳熱過程的一些新的研究進展和方向

2.1 微細尺度傳熱學研究進展

微細尺度是從空間尺度和時間尺度微細的探討和研究傳熱學規律，現在在傳熱學中已經自成一個分支，發展前景廣闊.當物體的特征尺寸遠大于載體粒子的平均尺寸即連續介質時假定依然會成立，但是由于尺度的微細，原來的假設的影響因素也會相對的發生變化，這就導致了流動和傳入規律發生著惟妙惟肖的變化.

目前，微米、納米科學已經取得長足的進步，受到人們的廣泛關注,諸多領域都是圍繞微細尺度傳熱學進行研究的.其中高集成度電子設備、微型熱管、多空介質流動傳熱等多項研究都是微熱尺度傳熱學研究取得的豐碩成果.

2.2 傳熱設備研究進展

通過近十年的研究，利用翅片可以達到促進和增強傳熱的效果

2.3 強化傳熱過程的研究進展

這項研究主要是從改進換熱器設備的形式入手，提高傳熱的效率，并想辦法改進設備使其持續對外放熱，這種改進包括發明新的傳熱材料和改進生產工藝，將過去的設計進行優化等方法.

2.4 傳熱理論研究進展

近年來，傳熱研究者一直都致力于滴狀冷凝在工業生產上的應用，但至今仍未能很好的實現，主要問題是如何獲得實現滴狀冷凝，并且使其冷凝表面壽命延長.改變冷凝界面的性質，將滴狀冷凝應用到工業上進行傳熱改造是傳播熱學研究的主要熱點之一.

沸騰的傳熱方式不僅在機械、動力和石油化工等傳統的工業之中廣泛使用，而且在航空航天技術等高科技領域也廣泛的應用著.長期以來，人們都在對液體發生核態沸騰的原因和具有高換熱強度的機理進行著深入的探究.由于沸騰的現象是復雜和多變的，這些都導致了我們不能利用常規的計算方法來計算出沸騰所能傳輸的熱量.到現在為止，加熱器表面受到水沸騰時產生的氣泡的影響，這一問題是最需要得到解決的，也是研究的重點所在，對沸騰傳熱進行計算大都采用機理模型，這種方法存在嚴重的缺陷就是計算的準確率很低，而且需要大量的實驗做基礎，所以目前應用的范圍較窄，目前沒有能較準確計算沸騰傳熱的計算式，因此我們有另辟蹊徑，從新的角度來探究和研究問題，從基本理論出發，提出新的理論與計算方法或研究出新的模型，將數學與之相結合計算出沸騰所傳出的熱量，這將成為今后研究的重中之重.

2.5 與計算機技術相結合

計算機技術的進步使化學中大量的計算問題和數據采集分析的問題得到了解決，同時解決了人力物力和財力，也增加了數據的準確度與精確度，主要表現在計算機技術對計算流體力學和數值傳熱學上的主要貢獻，其主要的研究方法是數值模擬法.這種方法的特點是需要大量的數據計算，而且需要大量的實驗作為補充，采用計算機進行分析和計算，有利于將數據直觀的表現出來，方式更加靈活多變，費用更加低廉，并且得出結論的周期比較短，對于應對此類問題計算機技術是最好的選擇.

3 化學工程學科未來的發展動態

3.1 將化工過程與系統過程研究相結合

化學變化是一個復雜的過程，這是因為性質決定的，其非對稱性和不平衡性打破了人們的慣性思維，使其控制因素增多，結構尺度變多，其中結構是對過程工程研究的中心問題，主要解決辦法是簡化其結構，使復雜的結構變得簡單，更具有使用價值；首先研究特殊系統，然后推理出一般性的結論，進而推而廣之，這些都為解決結構問題打下了良好的基礎，解決了復雜系統不容易被分析的問題，采用整體法和還原法研究復雜的系統有利于把握系統的主要變換方向，多尺度的思考問題的方式可以將過程問題轉換成平時的時間和空間問題，對研究化學工程的復雜結構有好處.

化學工程的這一轉變趨勢預示著化學正在向著應用領域進行擴張，更加注重其實用性和價值性，而非學科本身理論的研究.這也在化學課堂上出現了明顯的改革，從只有實驗和理論兩個過程的化學轉換成有實驗、有計算最后才產生結論的過程，這就需要化學與數學物理等相結合，甚至與計算機技術相結合，進而實現化學過程的更好研究.

3.2 將化學工程與材料科學研究相結合

科學的進步使大量新的技術和產品能源不斷涌現，并且在先進技術的引導下得到了廣泛的應用，這就為化學工程的研究提出了新的問題那就是如何為新的產業的形成和發展提供良好的服務并不斷形成新的完整的理論，化學工程的發展就此進入老人一個新的發展階段.在學科研究的方法上更多的注重學科的交叉，更多的研究材料其中包括信息和化學、生物與化學、能源與化學、環境與化學相結合的工程學科，這些都為化學工程的發展提出了新的發展方向和研究課題，為化學的發展做了良好的鋪墊.

3.3 將化學工程與信息工程研究相結合

化學工程技術的熱點是將化學工程與信息工程研究相結合，隨著信息技術的發展，信息技術已經深入各行各業，通過計算機技術可以收集大量信息，并對此進行精細的計算，隨著大量的數據的統計和分析，可以得出很多重要的規律和結論，這些規律可以用來作為提高效率和生產效益的理論依據，同時可以預見，將化學工程和材料科學結合起來進行分析必將是化學工程領域的重點研究課題，必將成為引領化學研究的主要方向.

4 結語

綜上，隨著科學技術的發展和化學行業的不斷進步，專業人員已經把化學專業的研究重點從單一研究化學過程、設備等單一方面轉而研究化學行業與其他行業的融合方面.最大限度地節約地資源、能源，實現綠色化學的目標，實現可持續發展.探究化學工程技術的熱點分析與發展趨勢，通過對現有的化學工程技術的分析，研究其技術熱點，從而經過理論分析，判斷未來的化學工程技術的發展態勢.化學的影響以及需要重點探討的方向，就是化學環保問題.由于化學工程往往都會涉及污染問題，因此從化學工程技術角度分析，將從技術角度出發，從而盡最大限度來降低化工技術對環境的影響.未來化學工程技術的發展，直接影響著其發展態勢.

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