化工导论02107

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1、第二章化学工程与工艺的科学基础2.1化学工程的产生和发展2.2化工过程、过程单元和单元操作2.3化学工程的主要内容2.4化学工程进展的主要特征2.1化学工程的产生和发展形成阶段发展阶段拓宽阶段119世纪末至20世纪30年代，提出并发展了“单元操作”。220世纪40年代至60年代，各个二级学科先后问世。320世纪70~80年代以后，形成新的交叉学科和发展领域。19世纪后半叶，制碱、制酸、化肥和煤化工已发展到相当规模，技术也达到相当的水平。索尔维法制碱工艺中，碳化塔高20余米，在其中进行化学吸收、结晶、沉降等操作。规模工业阶段

2、的化工生产必须重视物质的物理变化或化学变化在生产中的实现和应用。历史背景历史背景19世纪末20世纪初，大规模的石油炼制业的崛起是产生“化学工程”这一新兴工程技术学科的基础。同煤化工相比较，炼油工业的化学背景不那么复杂，有可能、也有必要着重进行化学过程的工程问题研究，以适应大规模生产的需要。英国化学家戴维斯（G.E.Davis，1850-1907）第一个提出“化学工程”的概念。戴维斯（G.E.Davis)1850年生于英国伊顿，卒于1907年。曾就学于斯劳机械学院和皇家矿业学校。在20岁以前就与温莎煤气厂的韦德森共同从事由煤

3、气中提苯的试验。1870年，转入曼彻斯特的贝莱漂洗厂任化学师。1872年，脱离贝莱漂洗厂任坎诺克－蔡斯化工厂厂长。1880年起在曼彻斯特从事私人咨询顾问工作，并曾任英国皇家碱业视察员。1881年，他协助创立英国化学工业协会。1895年，任英国化学工程学会曼彻斯特分会主席。1901年，他把在曼彻斯特工学院讲学的内容，整理成为第一部化学工程专著《化学工程手册》。化学工程概念的提出身为碱业污染检查员的G.E.戴维斯指出：化学工业发展中所面临的许多问题往往是工程问题。各种化工生产工艺，都是由为数不多的基本操作如蒸馏、蒸发、干燥、过

4、滤、吸收和萃取组成，可对它们进行综合的研究和分析，化学工程将成为继土木工程、机械工程、电气工程之后的第四门工程学科。但戴维斯的观点当时在英国没有被普遍接受。化学工程概念的提出1880年他发起成立英国化学工程师协会，未获成功。尽管如此，戴维斯仍继续根据自己的观点搜集资料,进行整理分析。1887～1888年,他在曼彻斯特工学院作了12次演讲，系统阐述了化学工程的任务、作用和研究对象。这些演讲的内容后来陆续发表在曼彻斯特出版的《化工贸易杂志》上，并在此基础上写成了《化学工程师手册》，于1901年出版。这是世界上第一本阐述各种化工

5、生产过程共性规律的著作，出版后很受欢迎。1904年在他的助手N.斯温丁的协助下，又出版该书的第二版。“化学工程”的定义“化学工程是工程技术的一个分支，化学工程从事物质发生化学变化或物理变化的加工过程的开发和利用。通常可将这些加工过程分解为一系列物理单元操作和化学单元过程。化学工程师主要从事运用上述单元操作和单元过程进行装置和工厂的设计、建造和操作。化学、物理和数学是化学工程的基础学科，而在化学工程实践中，经济则占主导地位”戴维斯的贡献在于，指出各种不同的化工过程的基本规律是相同的，其科学基础是化学、物理和数学。化学工程的建

6、立与英国的情况相反，戴维斯的这些活动在美国却引起了普遍的注意，化学工程这一名词在美国很快获得了广泛应用。1888年，根据L.M.诺顿教授的提议，麻省理工学院开设了世界上第一个定名为化学工程的四年制学士学位课程，即著名的第十号课程。随后设置了化学工程专业。随后,宾夕法尼亚大学(1892),戴伦大学(1894)、密歇根大学(1898)也相继开设了类似的课程。这些课程的开设标志着培养化学工程师的最初尝试。1902年，美国《化学与冶金》工程杂志创刊，不久改名为《化学工程》杂志。1908年6月，美国化学工程学会正式成立。单元操作概念

7、的提出美国化学家利特尔（A.D.Little，1863-1935）对化学工程早期发展也作出了重要贡献。他曾长期从事化学工业方面的咨询工作，1908年参予发起成立美国化学工程师协会，并担任过该会的主席。1908年，根据他的建议，麻省理工学院建立了应用化学实验室和化学工程实用学校，让学生接受各种化工基本操作的实际训练。1915年，他在给麻省理工学院的一份报告中，提出了单元操作的概念，他指出：任何化工生产过程，无论其规模大小都可以用一系列称为单元操作的技术来解决。（2）“化学工程”的发展阶段20世纪40年代至20世纪60年代左右

8、。由于基本有机合成工业的发展，人们将有机化学工艺中的不同过程按照反应类型分为若干“单元过程”，如氧化、还原、加氢、脱氢、磺化、卤化、硝基化、烷基化、水合、水解等。标志着化学工程研究从物理变化过程（单元操作）向化学变化过程（单元过程）的深入。化工热力学、传递过程等二级学科逐渐产生。化工热力学的诞生化学工程