生化过程工程.ppt

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1、生化过程工程过程工程是指通过一系列物理化学分离和化学反应(包括催化、电化与生化反应)改变原料的状态、微观结构和/或化学组成的过程技术及其配套的工程应用,统称为过程工程(ProcessEngineering)。过程工程作为物质的物理与化学等加工技术的总称,具有广泛的领域,包括传统的酸碱、金属、燃油、药物的制造、核燃料的处理、信息材料和元件的加工,环境保护,太空中生活用元素的循环和宇宙资源的利用等。过程工程研究既是为从原料到成品或半成品找到合适的处理流程，我国的自然资源又是极其富，如何好好地去利用这些资源，使它们以最高的效率为人民服务，过程工程研究是一

2、个不可缺少的环节.因此在化工、选矿、冶金、石油、煤炭等工业的发展中，都需要进行过程工程的研究，以上这些工业的对象虽然各不相同，然而在处理原料和发展流程所涉及的基本研究法则和步骤等方面是相同的，所遇到的单元过程和单元操作的范畴以及把它们组合发展成为总体过程的方法也是属于同一类型的.所以过程工程具有贯穿以上这些工程的特点，它的对象是比较广泛的.例如：在过程工程中有一种流态化技术，这种技术的发展得以使粒状固体在运动着的气相中快速地进行各种物理变化和化学反应.它为许多单元操作和单元过程开辟了途径.物料可以用流态化技术来流输，热量可以籍流态化技术来交换，泥浆

3、可以用它来干燥，矿石可用它来浸取，溶液可以用它来置换沉淀，催化可以通过它来进行，煤炭可用它来气化，各种单元过程如还原、氧化、磁化、氯化、硫酸化等都可视实际情况在流态化床中进行.以上所列的流输、传热、干燥、浸取等单元操作和置换、催化、还原等单元过程恰好是在化工、选矿、冶金、石油和煤炭等工业过程中所常见的那些单元.从研究的角度看来，其中的共同性是很显然的.把过程工程作为一个技术学科来进行研究应该说是有意义的.过程工程研究与化学实验研究的本质区别在于,后者的化学反应体系是在实验室规模中进行的,往往是理想条件下完成的,把这样的反应移到工业生产的规模中,整个

4、体系的物理、化学、生物变化过程可能就会与实验室条件下有很大的不同,这就需要对实验室体系进行“放大”。传统的依靠经验的“逐级放大”,虽然最后有可能摸索出工业条件下整个体系的变化规律,但耗时长,而且消耗大量的人力、物力、财力,所以过程工程研究的一个重要基础内容就是研究省时高效低消耗的放大方法,这正是过程工程在认识论上的地位。过程工程与工业设计的作用也不相同。设计工作是依据现有的成熟技术进行的,而过程工程是开发新工艺、新流程、新设备的创新研究,无论是过程原理的创新,还是系统集成的创新,所得到的都是新的工业技术,是在为设计工作提供可靠的依据。过程工程的项目

5、,一般需要工程科研机构、设计部门、经济管理部门等的密切合作才能完成。过程工程科学基础的核心是“三传一反”.“单元操作”和一些新技术如膜技术、超临界流体技术、流态化技术等，将在深入基础研究和应用的推动中不断强化和创新..郭慕孙先生则把当代化学工程的学识基础形象地归纳为“三传一反+X”.他认为“X包括那些不一定如三传一反那样重要和预计将来会出现的内涵.”，并认为“化学工程目前覆盖了所有物质的物理和化学加工工艺，可称为过程工程.”我们对单元操作的进一步的归纳,将其有关的物理过程归纳为三种传递过程:●动量的传递是所有流动过程的物理基础,包括管道中流体的输运

6、、精馏塔板上液体和蒸汽的两相流动等.●质量的传递是所有传质分离过程的物理基础,例如精馏、吸收、萃取等.●能量的传递是所有传热、换热过程的物理基础,包括加热、冷却、热交换等.过程工程同样具有多层次多尺度的结构，一般包含设备内局部的微观和介观尺度结构、中观的设计尺度结构和宏观的系统流程结构.这种局部微观和介观的结构一般是指气液固三相物质在空间的静止或运动的分布形态，包括各自密度的分布形态、各自速度的分布形态和相界面的分布形态等.界面具有复杂的形态和多尺度的特性，是影响传递和反应的关键因素.以精馏塔内的气液传质过程为例，由于界面相变造成的界面附近浓度和温

7、的涨落，在界面处产生了浓度梯度和温度梯度，进而诱导产生了表面张力梯度和密度梯度，最终形成界面的复杂湍流结构，精馏塔内的气−液传质也具有多尺度特征，包括设备尺度的气液两相逆流传质过程、局部尺度塔板上的气液两相错流传质过程以及微观尺度的气液界面传质过程.因此准确描述一个实际的传质系统，必须考虑不同尺度过程之间的关联.结构和界面都具有非均匀、多尺度的特征，传统的宏观平均方法由于忽略了结构和界面的非均匀和多尺度的特征，造成了对流动、传递和反应过程预测的较大偏差和工程放大的困难.结构、界面不仅对动量传递有决定性影响，而且对质量传递、热量传递和化学反应同样有决

8、定性影响.这就要求我们必须研究结构、界面与“三传一反”的定量关系.随着科学技术的日新月异和各种科学间相互的沟通和利用，过程