化工过程

化学名词

化工过程是研究化学工业和其它过程工业（process industry）生产中所进行的化学过程和物理过程共同规律的一门工程学科。这些工业从石油、煤、天然气、盐、石灰石、其它矿石和粮食、木材、水、空气等基本的原料出发，借助化学过程或物理过程，改变物质的组成、性质和状态，使之成为多种价值较高的产品。冶金、医药等所谓“过程工业”一般要经过一系列物理的或化学的加工处理步骤，这一系列步骤称为过程。过程需要由设备来完成。过程设备必须满足过程的要求。化学工程包括单元操作、化工热力学、化工系统工程、过程动态学及化学过程控制等方面。

单元操作

构成多种化工产品生产的物理过程都可归纳为有限的几种基本过程，如流体输送、换热（加热和冷却）、蒸馏、吸收、蒸发、萃取、结晶、干燥等。这些基本过程称为单元操作。对单元操作的研究，得到具有共性的结果，可以用来指导各类产品的生产和化工设备的设计。

化学反应工程

化学反应是化工生产的核心部分，它决定着产品的收率，对生产成本有着重要影响。尽管如此，在早期因其复杂性而阻碍了对它的系统研究。直到20世纪中叶，在单元操作和传递过程研究成果的基础上，在各种反应过程中，如氧化、还原、硝化、磺化等发现了若干具有共性的问题，如反应器内的返混、反应相内传质和传热、反应相外传质和传热、反应器的稳定性等。对于这些问题的研究，以及它们对反应动力学的各种效应的研究，构成了一个新的学科分支即化学反应工程，从而使化学工程的内容和方法得到了充实和发展。

传递过程

是单元操作和反应工程的共同基础。在各种单元操作设备和反应装置中进行的物理过程不外乎三种传递：动量传递、热量传递和质量传递。例如，以动量传递为基础的流体输送、反应器中的气流分布；以热量传递为基础的换热操作，聚合釜中聚合热的移出；以质量传递为基础的吸收操作，反应物和产物在催化剂内部的扩散等。有些过程有两种或两种以上的传递现象同时存在，如气体增减湿等。作为化学工程的学科分支，传递过程着重研究上述三种传递的速率及相互关系，连贯起一些本质类同但表现形式各异的现象。

化工热力学

也是单元操作和反应工程的理论基础，研究传递过程的方向和极限，提供过程分析和设计所需的有关基础数据。因此，化学工程的学科分支也可以分两个层次：单元操作和反应工程较多地直接面向工业实际，传递过程和化工热力学较多地从基础研究角度，支持前两个分支。通过这两个层次使理论和实际得以密切结合。

化工系统工程

由于化工过程中，各个过程单元相互影响，相互制约，因此很有必要将化工过程看作一个综合系统，并建立起整体优化的概念。于是系统工程这一学科在化学工程中得到了迅速的发展，也取得了明显的效果，形成了化工系统工程。它是系统工程方法与单元操作和化学反应工程这两个学科分支相结合的产物。

过程动态特性：为了保持操作的合理和优化，过程动态特性也是化学工程的重要内容。化学工程的研究对象通常是非常复杂的，主要表现在：

过程本身的复杂性：既有化学的，又有物理的，并且两者时常同时发生，相互影响。

物系的复杂性：既有流体（气体和液体），又有固体，时常多相共存。流体性质可有大幅度变化，如低粘度和高粘度、牛顿型和非牛顿型等。有时，在过程进行中有物性显著改变，如聚合过程中反应物系从低粘度向高粘度的转变。

物系流动时边界的复杂性：由于设备（如塔板、搅拌桨、档板等）的几何形状是多变的，填充物（如催化剂、填料等）的外形也是多变的，使流动边界复杂且难以确定和描述。

化工过程控制：又称过程控制，是化工生产过程自动控制的简称。化工过程控制主要是研讨控制理论在化工生产过程中的应用，包括各种自动化系统的分析、设计和现场的实施、运行，而不包括纯理论的研究和仪表的设计、制造。化工过程控制与一般化工方法最大的区别是动态和反馈。

经典控制理论是以线性常系数微分方程描述系统为出发点而发展起来的。经典控制理论仅限于处理单变量的控制系统。

现代控制理论，采用能表征微分方程组的矩阵方程式描述系统，并用函数的形式表达各种新的控制指标，因而可以通过严格的运算进行系统的分析和设计。若使系统设计得满足一个控制指标的极值（极大或极小）时，就得到所谓的最优控制。由于现代控制理论克服和补充了经典控制理论中的很多缺陷，并能用于多变量系统，故在化工过程控制中得到了很好的应用。

控制应用：在工艺成熟的生产过程中，化工过程控制是提高产量和质量、节约原料和能源、改善劳动强度和节省劳力等方面有力的手段。近年来，运用数学模型方法，探讨和推广现代控制理论在化工过程控制中的应用，不少项目开展了计算机控制和调度管理的研究，有些已经取得了成功，使生产的技术水平和经济效益都有较大的提高。

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