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化學科學工程全文(5篇)

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化學科學工程

21世紀化學工程發展面臨的挑戰措施

摘要:本文論述了化學工程發展過程及發展過程中面臨的挑戰,我國經濟水平的穩步提升,促進了化學工業生產技術的多樣化發展。當前,我國大部分化工企業面臨著兩大挑戰,一是環境的可持續發展對化學工程的嚴峻要求,二是化學工程面臨的科技創新的挑戰。

關鍵詞:化學工程;可持續發展;科技創新;挑戰

化學工程是研究化學工業及其相關產業生產過程中所進行的化學過程、物理過程及其所用設備的設計與操作和優化的共同規律的一門工程學科。化學工程領域涉及工藝開發、產品研制、過程設計、裝備強化、系統模擬、環境保護、生產管理、操作控制等內容。該領域包含無機與有機化工、精細化工、石油化工與煤炭化工、冶金化工、生物化工、環境化工、材料化工等行業。在社會發展與國民經濟建設中,化學工程領域具有重要作用,且化學工程與信息、材料、生物、能源、資源、航天、海洋等高新技術領域相互滲透,共同推動高新科技的發展。

1我國化學工程的發展歷程

化學工程在發展的過程中經歷了三個階段。第一個發展階段稱為“單元操作”[1],該階段的化學工程是一門共性化學工程學科,以各工業種類所需的單元設備或操作的共性規律為基礎;第二個發展階段稱為“傳遞原理和反應工程”[2],該階段總結出了不同的單元設備和操作中的共性現象———流動、傳熱、傳遞和反應,即“三傳一反”,第二階段是在第一階段基礎上進一步的知識深化;第二階段中,化學工程吸收了當時相關科學技術發展的新成果,強化了解決工業問題的能力,形成了模型化的方法論,進一步推動了化學工程在其他工業領域中的應用,第二階段“三傳一反”的相關研究引領了化學工程近半個世紀的發展。伴隨社會經濟的持續發展和工業技術的高速發展,化學工程的需求也在快速增長,特別是資源、能源利用與環境破壞問題的挑戰,使得化學工程的重要性進一步凸顯。然而,一方面化學工程的現有理論與方法已經愈發無法滿足當前工業工程應用與發展的需求;另一方面,一些高新技術的發展如納米科學、生命科學技術等也為化學工程未來深層次的發展創造了新的機遇。在此狀況下,化工界關于化學工程新的發展階段的討論越來越多。我國化工學者郭慕孫提出“三傳一反+X”[3],認為傳遞過程與反應工程的研究必須擴展到介觀尺度、微觀尺度范疇,并在探索多尺度轉變規律過程中不斷發展與更新(汪家鼎)[4]。復雜性科學的進步將有力推動化學工程的發展。為了滿足社會經濟發展對化學工程的需要,我們首先應當關注化學工程當前面臨的挑戰是什么?然后面對這些挑戰怎樣將其轉變為機遇。

2化工發展中面臨的挑戰

目前,在我國化學工程的發展中,第二階段的“三傳一反”依然是化學工程研究的主要內容,但化學工程的研究內容只有產生適應學科交叉融合和經濟需求的變革,才能繼續在社會發展中發揮重要作用。而在此變革過程中,我們面臨著多方位的挑戰。

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化學工程與工藝中自動化發展趨勢

摘要:化學工業在國民經濟發展過程中發揮著非常重要的功能,在改進工業生產工藝、節省原材料、提高人們生活水平方面起到很大的作用。隨著科學技術的發展,化學工程與工藝逐漸呈現出自動化的發展趨勢,這對化工行業的未來發展提出了新的要求,本文首先對化學工程與于工藝進行了概述,然后分析了化學工程與自動化的特點和應用,再次闡述了化學工程與工藝的發展現狀,最后論述了化學工程與工藝中的自動化發展趨勢。

關鍵詞:化學工程;工藝;自動化;發展

化學工程與工藝與國民經濟發展和人們的日常生活有十分密切的關系,所以必須時刻處在化學行業發展的前沿階段,將化學理論與實踐進行充分結合,根據市場的需求進行化學生產。采用先進的生產技術提高化學原材料的使用效率,降低化學生產中廢棄物的排放,讓化工行業能夠與生態環境和諧發展。化工企業應該掌握化學工程與工藝的發展特點,促進其繼續向自動化發展方向發展。

1化學工程與工藝簡介

化學工程與工藝的的研究以化學為基礎,可以將其與工業進行充分融合。化學本身就具有實用性的特點,這個特點在化學工程與工藝中能偶充分體現出來。化學工程與工藝在國民經濟領域中具有相對獨立性,所以決定了其在工業中的應用領域不斷擴大,專業性不斷增強,其中涉及的專業也更加全面。在化工生產過程中,最為重要的就是各種化學反應,化學反應直接關系到化工生產的效率和化工品的質量。副產品的回收是化學生產中的關鍵環節,需要得到化工企業的重視。總之,化學工程與工藝的科學應用可以極大提高化工生產的高效性,降低對生態環境的污染程度,這也是關系到化工行業未來發展的重要因素。

2化學工程與工藝自動化概述

2.1化學工程于工藝自動化的特點

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應用型本科能源化學工程專業建設

培養應用型本科人才在我國高等教育中占據重要的地位,專業建設是保證人才培養質量的核心內容。我國在“十二五”能源規劃的制定過程中,突出了優化能源結構、調整能源產業布局、推進能源科技創新、完善能源宏觀調控體系、深化能源體制改革、進一步建立能源可持續發展的政策標準體系等六大重點。近年來由于煤化工、石油化工、生物質化工、能源環保等相關行業在世界范圍內高速發展,急需大批專門的能源化工人才作為支撐。與此同時,各種制氫技術、儲氫材料、燃料電池等新興能源化學工程產業也展示出廣闊的發展前景。這些新興產業的發展也急需大批的專門能源化學工程人才。能源化學工程專業正是為了適應國家戰略性新興產業發展要求而設置的面向能源化工領域的新技術專業。

一、能源化學工程專業定位與課程體系

1.專業概況

沈陽工程學院于2010年申請試辦能源化學工程專業,2011年開始招生。專業在創辦與建設過程中,始終以社會需求為導向,主動適應國家和遼寧省經濟社會發展,以及能源化工產業發展的需求,緊緊圍繞遼寧省經濟發展戰略,重在培養和儲備能源化學工程領域高素質應用型人才。能源化學工程專業涵蓋煤化工、生物質化工、新型電源技術,以及節能環保和資源循環利用等新興能源化工領域,突出能源和電力行業的清潔生產和高效利用。

2.制定人才培養目標

沈陽工程學院能源化學工程專業以培養適應社會主義現代化需要的德、智、體、美全面發展,掌握能源化學工程基礎理論和技能,面向電力、供熱、化工、環保、煤炭等能源轉化領域,從事污染物控制和減排工藝的設計、運行及生產過程控制、相關產品研制與開發等工作,具有創新精神和能力的高級工程技術人才為目標。專業人才培養規格為應用型人才,即學生既要懂得能源化學工程等方面的基本理論和基本知識,又要接受能源化學工程實驗技能、工程實踐、計算機應用、科學研究與工程設計方法等方面的基本技術。

3.制定科學合理的課程體系

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能源化學工程專業人才培養模式建構

摘要:應用型本科人才培養是我國高等教育發展的主要對象。本文結合菏澤市地方資源特點和我系師資結構特點,以培養應用型本科能源化工專業的人才為出發點,從人才培養規格、課程體系構建、教學方式方法革新、實踐教學和科技創新體系的完善、考核評價方式的改進、師資隊伍建設等方面對應用型本科能源化學工程人才培養的模式進行了建構。

關鍵詞:能源化學工程專業;應用型本科人才;培養模式

能源化學工程專業是研究利用化學與化工的理論和技術來解決能量轉換、能量儲存及能量傳輸問題的戰略性專業。能源的高效、清潔利用將是21世紀化學科學與工程的前沿性課題,也是當前社會急需的具有廣泛發展前景的新興產業。我國于2010年開始設置了能源化學工程戰略新型專業,并于2011年進行試點招生。目前針對能源化學工程專業并結合學校實際情況,對能源化學工程專業的培養模式進行了有益的探索。例如:

(1)東北石油大學對能源化學工程專業課程體系進行了構建,專業按照“通識教育+學科專業基礎+專業教育+實踐教學”四個層面對課程體系進行了設置[1];

(2)沈陽工程學院對能源化學工程專業學生的實踐能力的培養進行了教學探討,制定了一系列實踐教學的相關規章制度,如《實驗室開放制度》《實驗室守則》《校內外實習管理辦法》《課程設計、畢業設計管理辦法》等實踐教學的規章制度[2];

(3)北京化工大學對能源化學工程專業人才的培養注重學科發展的國際化交流與合作。每年邀請國際上著名的學者到能源化學工程實驗室進行訪問和交流,通過學術報告和互動交流,拓寬學生的國際化視野。并與多所國際著名大學建立了密切的科研合作關系和聯合培養學生機制,為學生搭建了國際交流平臺[3];

(4)哈爾濱工業大學能源化學工程專業教學主要側重于學科研究方向的改革,主要包括太陽能電池材料的制備及性能研究,功能晶體材料的制備,生物質能源的開發,生物質能源與化工原料的轉化研究,多晶硅高效回收新技術,發光二極管(LED)用熒光粉的研制,LED新型散熱器材料的合成及LED封裝材料等研究方向[4]。菏澤學院是一個應用型的地方本科院校,2012年菏澤學院化學化工系緊扣菏澤市煤炭石油資源豐富和能源化工基地建設的需要,成功地申請了能源化學工程專業,并于2013年開始招生。構建一個適應社會發展需求、具有地方特色的人才培養模式,是能源化學工程專業健康發展的基礎。在高等教育大眾化的背景下,應用型本科人才成為高等教育的重要對象,并占據了主導地位[5]。近年來,菏澤學院根據地方資源特點、經濟發展需求和學校的師資結構特點對應用型本科能源化工專業的人才培養模式進行了構建。主要從人才培養規格、理論課程體系構建、教學方式方法革新、實踐教學和學生科技創新體系的完善、考核評價方式的改進、師資隊伍建設等方面進行了探索。

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生物質化學人才培訓思考

一、生物質化學工程人才的需求分析

能源是人類社會賴以生存和發展的基礎。隨著經濟的飛速發展,我國能源消耗快速增長,已躍居世界第二大能源消費國。我國能源總量和人均占有量卻嚴重不足,石油供需約缺口1億噸,天然氣供需約缺口400億標準立方米。而且,由于清潔利用的技術難度較大,化石能源在使用過程中引發了諸多的環境問題。生物質能是第四大一次能源,又是唯一可存儲和運輸的可再生能源。發展生物質能將緩解能源緊缺的現狀和減少化石能源造成的環境污染。我國幅員遼闊,又是農業大國,生物質資源十分豐富。據測算,我國目前可供開發利用的生物質能源約折合7.5億噸標準煤。國家“十一五”發展規劃明確提出“加快發展生物質能”。同時,隨著化石資源日益枯竭,化學工業的原料也將逐步由石油等碳氫化合物向以生物質為代表的碳水化合物過渡。目前,世界各國紛紛把發展生物質經濟作為可持續發展的重要戰略之一。以生物質資源替代化石資源,轉化為能源和化工原料的研究受到普遍重視。政府、科研機構和道化學、杜邦、中石油、中石化、中糧等大型企業爭相研發和儲備相關技術,并取得了一系列重大進展。海南正和生物能源公司、四川古杉油脂化工公司和龍巖卓越新能源發展有限公司,依托我國自主知識產權的生物柴油生產技術,相繼建成規模超過萬噸的生產線,產品達到了國外同類產品的質量標準,各項性能與0#輕質柴油相當,經濟效益和社會效益俱佳。我國對以生物質為原料生產化學品(即生物基化學品)極為重視,已列入科技攻關的重點。例如,生物柴油生產過程中大量副產的甘油是一種極具吸引力的非化石來源的綠色化工基礎原料。從甘油出發生產1,2-丙二醇、1,3-丙二醇和環氧氯丙烷等大宗化工產品,已經實現或接近產業化。新興產業的發展,最根本的是靠科技的力量,最關鍵的是要大幅度提高自主創新能力,其核心是人才的競爭。浙江是經濟大省和能源小省,能源資源低于全國平均水平,一次能源消費自給率僅為5%;而氣候條件優越,是我國高產綜合農業區,森林覆蓋率達60%,生物質資源居全國前列。浙江省乃至全國的生物質能源產業和生物質化學工業的蓬勃發展,對生物質化學工程人才的需求十分迫切。

二、生物質化學工程人才的知識結構

生物質化學工程(專業)模塊是一個新生事物,并未包含在《全國普通高等學校本科專業目錄》之中。在《專業目錄》中與之接近的是生物工程專業。生物工程專業培養掌握現代工業生物技術基礎理論及其產業化的原理、技術方法、生物過程工程、工程設計和生物產品開發等知識與能力的高級專業人才。生物工程專業重點關注圍繞生物技術進行的工程應用,而生物質化學工程重點關注通過化學工程技術(包括生物化工技術)對生物質資源進行加工利用的工業過程。可見,生物質化學工程(專業)模塊與生物工程專業的人才培養目標和知識體系存在著明顯差異,其人才培養模式仍處于探索之中。生物質的組織結構與常規化石資源相似,加工利用化石資源的化學工程技術無需做大的改動,即可應用于生物質資源。但是,生物質的種類繁多,分別具有不同的特點和屬性,利用技術遠比化石資源復雜與多樣。可見,生物質化學工程人才必須具有扎實的化學工程基礎,并熟悉各類生物質資源的特點、用途和轉化利用方式。因此,浙江工業大學將生物質化學工程人才的培養目標定位為:既能把握和解決各種化工過程的共性問題,勝任化工、醫藥、環保和能源等多個領域的科學研究、工藝開發、裝置設計和生產管理等工作;又能將化學工程的基礎知識靈活運用于生物質資源的轉化利用和生物質化工產品的生產開發等領域,勝任生物質能源和生物質化工等新興行業的工作。

三、生物質化學工程人才培養的探索與實踐

(一)組織高水平學術會議,營造人才培養氛圍

2007年4月,浙江工業大學與中國工程院化工、冶金與材料工程學部和浙江省科技廳共同主辦了“浙江省生物質能源與化工論壇”。中國工程院學部工作局李仁涵副局長分析了我國能源技術的發展狀況,強調了發展生物質能需注意工藝過程的綠色化。浙江省科技廳壽劍剛副廳長介紹了浙江省能源消費狀況和新能源技術研發動態,鼓勵省內外的科技工作者為改善浙江省能源緊缺現狀而努力工作。浙江工業大學黨委書記汪曉村回顧了浙江工業大學的發展歷程,介紹了浙江工業大學化學工程學科在生物質能源領域的科學研究特色和人才培養思路。浙江工業大學的計建炳教授和石油化工科學研究院的蔣福康教授主持了學術交流與討論。閔恩澤、李大東、舒興田、岑可法、沈寅初、汪燮卿等六位院士分別從我國發展生物能源的機遇與挑戰、我國生物質能源產業發展狀況、生物質燃料(清潔汽柴油、生物柴油)利用技術、生物柴油聯生產物利用技術和以生物質為原料進行化工生產等幾個方面進行了精辟論述。2009年4月,浙江工業大學承辦了“中國工程院工程科技論壇第84場———生產生物質燃料的原料與技術”。浙江工業大學副校長馬淳安教授在開幕式上致辭,介紹了浙江工業大學化學工程學科在生物質能源領域開展的科學研究和人才培養工作。浙江省可再生能源利用技術重大科技專項咨詢專家組組長、浙江工業大學化工與材料學院生物質能源工程研究中心主任計建炳教授主持了學術交流與討論。國家最高科學技術獎獲得者、兩院院士閔恩澤做了題為“21世紀崛起的生物柴油產業”的報告,重點闡釋了我國發展生物能源和生物質化工的機遇與挑戰。在兩次會議上,來自石油化工研究院、清華大學、浙江大學、浙江工業大學、浙江省農業科學院、中國林業科學研究院和中糧集團等單位的專家學者分別介紹了生物質原料植物的選育、生物質原料的收儲運物流供應體系、生物質原料的梯級利用、生物質液體燃料的制取技術、生物柴油的生產實踐及其副產物綜合利用和生產生物柴油的反應器技術等方面的研究進展。會議期間,閔恩澤院士等人應邀參加了浙江工業大學化學工程與工藝專業建設暨生物質化學工程專業方向建設研討會。閔恩澤院士指出,邁入21世紀以來,針對日趨嚴峻的能源危機和環境危機,國家高度重視能源替代戰略的發展和部署,新能源代替傳統能源、優勢能源代替稀缺能源、可再生資源代替非可再生資源是大勢所趨;因此,化學工程與工藝專業根據國家發展需求調整學科設置、進一步促進交叉學科的發展也勢在必行。閔恩澤院士認為,在降低能耗和保護環境的時代背景下,生物質能源和生物質化工的產業發展為生物質化學工程人才提供了廣闊的發展空間,生物質化學工程(專業)方向的建設思路符合當今化工產業的發展趨勢。近距離接觸學術泰斗,聆聽專業領域的前沿進展,極大地激發了學生們的學習興趣。通過組織高水平學術會議,浙江工業大學營造了培養生物質化學工程人才的良好氛圍。

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