淺析化學工程與工藝

趙正琪

摘要：近代的化學工業是廣泛應用現代化學理論和化工技術基礎上發展起來的一種知識密集型工業，它與科學技術和經濟發展密切相關。化學領域的科學成就是化學工業不斷創新的前提和條件。本文對化學工程與工藝特點進行一個分析。

關鍵詞：化學工業;化學工程與工藝;創造 技術

1 化學工程與工藝概述

化學工程，簡稱化工，是研究以化學工業為代表的，以及其他過程工業生產過程中有關化學過程與物理過程的一般原理和規律，如石油煉制工業、冶金工業、食品工業、印染工業等，并應用這些規律來解決過程及裝置開發、設計、操作等問題，它是以數學及少量的物理觀念為基礎應用于化學工業上，主要研究大規模改變物料中的化學組成及其機械和物理性質，來替生產化學品或是物料工廠提供一個反應流程設計方式。實驗研究、理論分析和科學計算已經成為當代化工研究中不可或缺的三種主要手段。

化學工程的研究領域最初只是化工單元操作，如：輸送現象（為化工學科當中“單元操作”的理論基礎）、化工熱力學輸送現象。隨著發展，后來又發展出一些新的分支，化學工程領域的分支龐大，可應用在各類化學相關領域的研究及實務上的操作，因應現代工業發展的需要，以化工的知識背景為基礎，例如半導體工業。隨計算機的快速發展，數值模擬（cfd）在化工的發展占據重要的地位。

2 化學工程與工藝專業簡介

2.1 化學工程與工藝任務。根據化學工程與工藝專業的性質，化學工程與工藝專業的任務是培養學習化學工程學與化學工藝學等方面的基本理論和基本知識，受到化學與化工實驗技能、工程實踐、計算機應用、科學研究與工程設計方法的基本訓練.具有對現有企業的生產過程進行模擬優化、革新改造，對新過程進行開發設計和對新產品進行研制的基本能力。由于涉及化工的學科和領域很多，化學工程與工藝專業除了讓學生學習一般應用化工的基本知識和基本技能外，還應該結合本地區、本行業及本校的實際情況，重點學習化工在某個或某幾個領域中的具體應用，以便形成不同高校應用化工專業的特色專業方向。

2.2 化學工程以及化學工業的一些特點。以物理學、化學和數學為基礎，并結合工業經濟基本法則，研究化工單元操作以及有關的流體力學、傳熱和傳質原理、熱力學和化學動力學等在化學工業上的應用，以指導各種過程及其設備的開發、改進和發展屬于化學工程學的內容。化學工程是隨著化學工業的大規模生產發展而形成的。化學工程包括過程動態學及控制、化工系統工程、傳遞過程、單元操作、化工熱力學、化學反應工程等方面。化學反應是化工生產的核心部分，提供過程分析和設計所需的有關基礎數據，研究傳遞過程的方向和極限，化工熱力學是單元操作和反應工程的理論基礎，它決定著產品的收率，對生產成本產生重要影響。對單元操作的研究，可用來指導各類產品的生產和化工設備的設計;傳遞過程是單元操作和反應工程的共同基礎，化學工業在新的形勢下要求處于化學核心地位的催化技術和化學工程都必須用跨學科的戰略進行多學科的研究。動量傳遞、熱量傳遞和質量傳遞，這三種傳遞，實質上就是各種單元操作設備和反應裝置中進行的物理過程。

合成化學是化學學科的核心，化學家不僅發現和合成了眾多天然存在的化合物，同時也創造了大量非天然的化合物，使人類社會所有的化合物達到2230萬個（美國化學文摘1999年12月10日收錄的化合物數），并且以幾個月就有100萬個的速度發展，大量新化合物的產生是化學工業產品開發的基礎。

信息技術及工程技術的進步為設備和工藝創新創造了條件，推動了化工行業的技術進步。 化學工業的生產技術和許多深度加工的產品更新換代快，要求化學工業必須不斷發展和采用先進科學技術，從而提高生產效率和經濟效益。不斷尋求技術上最先進和經濟上最合理的方法、原理、流程和設備是化學工業工藝創新追求的目標。化工新技術開發程序是一套科學的程序，它是以市場為導向、以創新為宗旨，以工業化和商業化為目的的創新過程。世界上經濟發達國家化學工業的研究開發費用、科研人員以及專利和文獻的數量都居各工業部門的前列。

3 化學工程與工藝實驗數據處理分析

傳統的化工實驗的數據處理是相當復雜的，需要花費大量的人力物力，由于化工實驗需要平行實驗，數據處理過程的重復性也非常大。借助MATLAB軟件的應用，可以使人們從大量的數據處理當中解脫出來。

化學工程與工藝專業實驗是初步了解、學習和掌握化學工程與工藝科學實驗研究方法的一個重要的實踐性環節。化工實驗的特點流程較長，規模較大，數據處理也較為復雜。因此依靠計算機處理數據會使繁瑣的數據處理過程變得簡單快捷，大大提高工作效率。數據處理是每一個化學工程實驗必不可少的步驟，也是至關重要的一個步驟。通過實驗可以建立過程模型、分析工藝技術的可行條件。但是化工實驗數據的處理往往并不是那么簡單，它需要通過復雜的數學計算，若僅僅依靠手工計算則需要花費大量的時間，而且化工實驗數據的處理量很大、重現性很高，因此應用計算機來處理實驗數據可以大大提高工作效率。化學工程與工藝專業是一個以實驗為基礎的專業學科。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之間的定量關系，從而揭示某化工過程所遵循的客觀規律。

MATLAB在化學工程與工藝實驗中的應用進行初步的嘗試。傳統的化工實驗的數據處理是相當復雜的，需要花費大量的人力物力，由于化工實驗需要平行實驗，數據處理過程的重復性也非常大。而MATLAB是一個強大的數學軟件，能夠方便地繪出各種函數圖形，一方面可以解決符號演算問題，另一方面可以解決數學中的數值計算問題。MATLAB的應用范圍非常廣，包括信號和圖像的處理、通訊、控制系統設計、測試和測量、財務建模和分析以及計算生物學等眾多應用領域。它已成為國際控制界的標準計算軟件。借助MATLAB軟件的應用，可以使人們從大量的數據處理當中解脫出來，利用MATLAB軟件編寫一個數據處理程序：只需輸入任意一組原始數據，就可以把實驗結果，數據模型以及作圖一起顯示出來。

4 結束語

21世紀世界進入資源、能源短缺的時代，解決由國家提出的節約資源對保護自然生態環境的任務，需要化學與化工學科的共同發展，社會經濟的可持續發展，我國提出轉變經濟發展模式，為此，化工教育首先要端正學生和家長對化工產生的片面認識。融合從分子水平的化學到大規模制各工程科學的寬闊視野，現代化學工程教育內容既應跨越和涵蓋整個化學和化工領域，也仍要重視工程教育的特征，強化工程實踐環節，培養學生解決復雜問題的能力，完成化學工程教育的歷史任務，探討化工與其他學科的跨學科交叉，并落實到教學實踐中，正確認識化學工程的學科范式和內涵。