Posted by Leafsea

星期日, 2007-10-21 at 8:05 上午 | 1,285 views

周五下午听化工学院房鼎业教授题为《化工，我们的事业》的讲座。房教授谈到化学工程历史上的各个里程碑式的事件。下面结合笔记整理一下，部分为房教授讲座中讲到的，附上自己整理的东西，算是对化工历史的一个回归。

早在19世纪70年代，制碱、硫酸、化肥、煤化工等已具备了相当的生产规模。化学工业在19世纪取得了许多令人瞩目的成就，如索尔维法制碱中所用的碳化塔已高达20余米，并在碳化塔内进行化学吸收、结晶、沉降等过程。这些都是化学工程中化工单元操作的内容。

20世纪初~20年代，化学工程学科的诞生
1901年，英国曼彻斯特的G.E.戴维斯（George Edwards Davis (1850～1907)）结合多年化工生产实践，把在曼彻斯特工学院讲学的内容整理出版了《化学工程手册》。这是第一部化学工程的专著（该书于1904年出版了第二版）。作者根据他多年的化工生产实践，认为化学工业发展中的许多问题往往是工程问题，各种化工生产工艺，都是通过为数不多的基本操作如蒸馏、干燥、过滤、吸收、萃取等来完成的，可以对它们进行综合的研究和分析。这些观点构成了该书的基本内容。这是世界上第一本阐述各种化工生产过程共性规律的著作，首次明确地提出了化学工程的概念。虽然还不够完善，但化工界普遍认为它的出版为化学工程学科的形成奠定了基础。

19世纪末～20世纪初，美国麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology，MIT）教授W.H.华克尔、A.D.利特尔比较深入地探讨了如何把物理化学和工业化学知识结合起来，去解决化学工业发展中面临的工程问题。1905年，华克尔在讲述工业化学的课程中，已系统地发挥了化工原理的基本思想。1915年，利特尔在化学工程已取得的成就的基础上，提出了单元操作的重要概念，成为化学工程发展史上的一个里程碑。1915年，利特尔提出的单元操作的概念是：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。只有将纷杂众多的化工生产过程分解为构成它们的单元操作来进行研究，才能使化学工程专业具有广泛的适应能力。这些观点对化学工程产生了深远的影响。1920年，MIT化工系脱离化学系成为一个独立的系。1923年，华克尔、W.K.刘易斯、W.H.麦克亚当斯三位教授合著的具有划时代意义的《化工原理》一书出版，它成为世界上第一本阐述各种单元操作的物理化学原理和计算方法的著作。很可惜，我所熟悉的中国化工系学生读过这本书的可谓没有。惭愧的是，本人也没有读过，欠的这份债，总是要还的。
20世纪30年代~60年代，化学工程学科的发展
这一时期，化学工程的7个二级学科诞生了，分别为化工热力学、传递过程、化工单元操作、传质与分离工程、反应工程、化工系统工程和化工控制工程。（华东理工大学具有化学工程一级学科博士授权点。）

1913年，在无机化工领域取得了一项惊人的成就，以氢、氮在高温、高压和催化剂作用下合成氨（哈伯-博施法合成氨）获得成功。这一成功极大地促进了对催化剂和催化反应的研究。1928年在硫酸生产中，将钒催化剂成功地用于二氧化硫的催化氧化。1936年发明了硅铝催化剂进行的粗柴油催化裂化工艺。对这些气固相催化反应过程和燃烧过程的研究，使化学工程师开始认识到，在工业反应过程中质量传递和热量传递对反应结果的影响。50年代初，随着石油化工的兴起，在对连续反应过程的研究中，提出了一系列重要的概念，如返混、停留时间分布、反应器稳定性等。化学工程师更加清醒地认识到，所有的单元操作都可以分解为动量传递、热量传递和质量传递这三种传递过程或它们的结合，在工业反应器中传递过程对化学反应有着明显的影响。化学工业的发展不断提出新的课题，如在聚合物加工中，要处理高粘度物料，在喷雾干燥设备的设计中，必须对流动模型和传热、传质速率进行详细分析。这一切活动的结果便是三传一反的概念的形成。这些概念在由威斯康星大学教授R.B.博德、W.E.斯图尔德和E.N.莱特富特编写的《传递现象》一书中得到完整的表述。50年代中期，电子计算机开始运用于化工领域。用数学模拟化工设备、过程乃至整个工艺流程成为可能。50年代后期即出现了第一代的化工模拟系统。在计算机上进行模拟试验，提供生产中的参数，它通过计算机软件接受化工流程的输入信息，进行对过程开发、设计、操作有用的系统分析计算，以求化工系统的整体优化，这便是化学工程研究的一个新领域——化工系统工程。至此，化学工程形成比较完整的学科体系。

我认为，不了解化学工程的这一段发展史，就谈不上对化学工程有什么深入认识。很多中学生甚至中学老师也不知道化学工程为何物，在认识上存在很大的误解。
20世纪70年代~90年代，化学工程学科的拓展
化学工程是一个范围广阔的学科，它几乎与所有的新兴学科都很有交叉，并形成相应的交叉学科，这使得化学工程学生就业领域特别广阔，化学工程研究者研究领域也遍及各前沿学科。

由于化学工程比较系统地研究了反应过程、传递过程、单元操作过程，它的研究虽然是从化工生产过程出发，但其原理同样适于相关学科的生产过程。化学工程的观点、方法、原理应用于相关学科和领域时，便形成了众多的新领域：用化学工程的观点和方法研究人体内的生理过程，如药物在人体中的扩散，以及研究人工脏器等，形成了生物医学工程。在向材料工业渗透过程中，出现了将化学反应工程原理用于聚合过程的聚合反应工程。随着生物技术的进展，出现了生物化学工程，以解决生物反应器和生物制剂分离等问题，如超过滤技术等。为了探索在离心力场、电场、磁场等作用下的过程规律，出现了场效化学工程。为了保护环境，也为了开发海洋资源，要求研究低浓度混合物的分离技术，于是出现了新的分离技术，如膜分离、泡沫分离等。这些新兴领域的出现，给化学工程学科带来巨大的活力，研究工作正逐渐深入并渐趋系统化，这些也是化学工程工作者应该密切关注的。现在，生物化工、材料化工、环境化工、微电子化工等都很有研究价值。微电子化工材料的发展是电子信息基础产品的基础。
21世纪初，化学工程学科的深化
进入二十一世纪后，化学工程的一个重要趋势是空多尺度化学工程的探索（分子尺度（分子机器等）、微观纳米尺度、介观毫米尺度（气泡、液滴、结晶）、宏观厘米尺度、设备米尺度、装置十米尺度）。