一、化學(xué)工業(yè)發(fā)展概況

　　現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)始于18世紀(jì)的法國(guó)，隨后傳人英國(guó)。19世紀(jì)，以煤為基礎(chǔ)原料的有機(jī)化學(xué)工業(yè)在德國(guó)迅速發(fā)展起來(lái)。但那時(shí)的煤化學(xué)工業(yè)按其規(guī)模并不十分巨大，主要著眼于各種化學(xué)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。所以當(dāng)時(shí)化工過(guò)程開(kāi)發(fā)主要是由工業(yè)化學(xué)家率領(lǐng)，機(jī)械工程師參加進(jìn)行的。技術(shù)人員的專業(yè)也是按其從事的產(chǎn)品生產(chǎn)分類的，如染料、化肥、炸藥等。直到19世紀(jì)末，化學(xué)工業(yè)萌芽階段的工程問(wèn)題，都是采用化學(xué)(家)加機(jī)械(工程師)的方式解決的。

　　現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的發(fā)展時(shí)期是在美國(guó)開(kāi)始的。19世紀(jì)末20世紀(jì)初，石油的開(kāi)采和大規(guī)模石油煉廠的興建為石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展和化學(xué)工程技術(shù)的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。同以煤為基礎(chǔ)原料的煤化學(xué)工業(yè)相比，煉油業(yè)的化學(xué)背景不那么復(fù)雜多樣化，因此有可能也有必要進(jìn)行工業(yè)過(guò)程本身的研究，以適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的需要。這就是在美國(guó)產(chǎn)生以“單元操作”為主要標(biāo)志的現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的背景。

　　1888年，美國(guó)麻省理工學(xué)院開(kāi)設(shè)了世界上最早的化學(xué)工程專業(yè)，接著，賓夕法尼亞大學(xué)、土倫大學(xué)和密執(zhí)安大學(xué)也先后設(shè)置了化學(xué)工程專業(yè)。這個(gè)時(shí)期化學(xué)工程教育的基本內(nèi)容是工業(yè)化學(xué)和機(jī)械工程。1915年12月麻省理工學(xué)院一個(gè)委員會(huì)的委員A．D．Little首次正式提出了單元操作的概念。20世紀(jì)20年代石油化學(xué)工業(yè)的崛起推動(dòng)了各種單元操作的研究。

　　由于單元操作的發(fā)展，30年代以后，化學(xué)機(jī)械從純機(jī)械時(shí)代進(jìn)入以單元操作為基礎(chǔ)的化工機(jī)械時(shí)期。40年代，因戰(zhàn)爭(zhēng)需要，三項(xiàng)重大開(kāi)發(fā)同時(shí)在美國(guó)出現(xiàn)。這三項(xiàng)重大開(kāi)發(fā)是，流化床催化裂化制取高級(jí)航空燃料油、丁苯橡膠的乳液聚合以及制造首批原子彈的曼哈頓工程。前兩者是用30年代逐級(jí)放大的方法完成的，放大比例一般不超過(guò)50：1。但是曼哈頓工程由于時(shí)間緊迫和放射性的危害，必須采用較高的放大比例，達(dá)1000：1或更高一些。這就要求依靠更加堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，以更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)形式表達(dá)單元操作的理論。

　　曼哈頓工程的成功大大促進(jìn)了單元操作在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用。50年代中期提出了傳遞過(guò)程原理，把化學(xué)工業(yè)中的單元操作進(jìn)一步解析為三種基本操作過(guò)程，即動(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞以及三者之間的聯(lián)系。同時(shí)在反應(yīng)過(guò)程中把化學(xué)反應(yīng)與上述三種傳遞過(guò)程一并研究，用數(shù)學(xué)模型描述過(guò)程。連同電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用以及化工系統(tǒng)工程學(xué)的興起，使得化學(xué)工業(yè)發(fā)展進(jìn)入更加理性、更加科學(xué)化的時(shí)期。

　　20世紀(jì)60年代初，新型高效催化劑的發(fā)明，新型高級(jí)裝置材料的出現(xiàn)，以及大型離心壓縮機(jī)的研究成功，開(kāi)始了化工裝置大型化的進(jìn)程，把化學(xué)工業(yè)推向一個(gè)新的高度。此后，化學(xué)工業(yè)過(guò)程開(kāi)發(fā)周期已能縮短至4～5年，放大倍數(shù)達(dá)500～20000倍。

　　化學(xué)工業(yè)過(guò)程開(kāi)發(fā)是指把化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的研究結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)楣I(yè)化生產(chǎn)的全過(guò)程。它包括實(shí)驗(yàn)室研究、模試、中試、設(shè)計(jì)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)和試生產(chǎn)等許多內(nèi)容。過(guò)程開(kāi)發(fā)的核心內(nèi)容是放大。由于化學(xué)工程基礎(chǔ)研究的進(jìn)展和放大經(jīng)驗(yàn)的積累，特別是化學(xué)反應(yīng)工程理論的迅速發(fā)展，使得過(guò)程開(kāi)發(fā)能夠按照科學(xué)的方法進(jìn)行。中間試驗(yàn)不再是盲目地、逐級(jí)地，而是有目的地進(jìn)行?；瘜W(xué)工業(yè)過(guò)程開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要進(jìn)展是，可以用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬放大。中間試驗(yàn)不再像過(guò)去那樣只是收集或產(chǎn)生關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的場(chǎng)所，而是檢驗(yàn)數(shù)學(xué)模型和設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果的場(chǎng)所。現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)過(guò)程開(kāi)發(fā)可以概括為：

　　1．利用現(xiàn)有的情報(bào)資料、技術(shù)數(shù)據(jù)、同類過(guò)程的成熟經(jīng)驗(yàn)、小試或模試的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和化學(xué)化工知識(shí)，把化學(xué)工業(yè)過(guò)程抽象為理論模型；

　　2．進(jìn)行工業(yè)裝置的概念設(shè)計(jì)，并根據(jù)概念設(shè)計(jì)相似縮小為中試裝置；

　　3．比較電子計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)模擬和中試結(jié)果，反復(fù)比較，不斷修正數(shù)學(xué)模型，使其達(dá)到一定精度，用于放大設(shè)計(jì)。

　　目前化學(xué)工業(yè)開(kāi)發(fā)的趨勢(shì)是，不一定進(jìn)行全流程的中間試驗(yàn)，對(duì)一些非關(guān)鍵設(shè)備和很有把握的過(guò)程不必試驗(yàn)，有些則可以用計(jì)算機(jī)在線模擬和控制來(lái)代替。

　　現(xiàn)代的技術(shù)進(jìn)步一日千里。20世紀(jì)最后幾十年的發(fā)明和發(fā)現(xiàn)，比過(guò)去兩千年的總和還要多?；瘜W(xué)工業(yè)也是如此。在這幾十年中，化學(xué)工業(yè)在世界范圍取得了長(zhǎng)足進(jìn)展?；瘜W(xué)工業(yè)在很大程度上滿足了農(nóng)業(yè)對(duì)化肥和農(nóng)藥的需要。隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，天然纖維已喪失了傳統(tǒng)的主宰地位，人類對(duì)纖維的需要有近三分之二是由合成纖維提供的。塑料和合成橡膠滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的所有部門，在材料工業(yè)中已占據(jù)主導(dǎo)地位。醫(yī)藥合成不僅在數(shù)量上而且在品種和質(zhì)量上都有了較大發(fā)展?；瘜W(xué)工業(yè)的發(fā)展速度已顯著超過(guò)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的平均發(fā)展速度，化工產(chǎn)值在國(guó)民生產(chǎn)總值中所占的比例不斷增加，化學(xué)工業(yè)已發(fā)展成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。