化學(xué)工程學(xué)科前沿與展望

內(nèi)容概要

《化學(xué)工程學(xué)科前沿與展望》為國家自然科學(xué)基金委員會(huì)組織編寫的《中國化學(xué)科學(xué)叢書》系列之一，由我國化工領(lǐng)域的一線專家和學(xué)科帶頭人合作編撰而成。全書共13章，內(nèi)容包括緒論、反應(yīng)工程與分離工程、化工過程中的表（界）面科學(xué)與工程、計(jì)算化學(xué)工程、化工過程放大的科學(xué)基礎(chǔ)、化學(xué)產(chǎn)品工程、多尺度復(fù)雜化工過程、非常規(guī)化工過程的科學(xué)基礎(chǔ)、生物與食品化工、能源化工、材料化工、資源與環(huán)境化工，以及過程系統(tǒng)工程與化工過程安全。以大量進(jìn)展實(shí)例和參考文獻(xiàn)，全面而系統(tǒng)地介紹了各領(lǐng)域的研究背景與意義、研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)、重要共性科學(xué)問題與技術(shù)關(guān)鍵、近五年重要研究進(jìn)展和發(fā)展方向與思路。
《化學(xué)工程學(xué)科前沿與展望》可供化學(xué)、化工以及材料、資源、能源、醫(yī)藥等交叉學(xué)科領(lǐng)域的研究人員、工程技術(shù)人員、高年級(jí)本科生、研究生和管理人員等參考。

書籍目錄

《中國化學(xué)科學(xué)叢書》序 前言 第1章緒論 1.1國內(nèi)外化工學(xué)科發(fā)展態(tài)勢(shì) 1.1.1科學(xué)意義 1.1.2社會(huì)經(jīng)濟(jì)需求 1.1.3總體發(fā)展趨勢(shì) 1.1.4小結(jié) 1.2我國化工學(xué)科的發(fā)展?fàn)顩r 1.2.1學(xué)科整體研究水平已步人世界前列 1.2.2化工學(xué)科為推動(dòng)我國化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn) 1.2.3化工學(xué)科的快速發(fā)展得益于國家的資金資助 1.2.4我國化工學(xué)科已擁有高水平的研究隊(duì)伍 1.2.5小結(jié)與展望 1.3化工學(xué)科發(fā)展的指導(dǎo)思想與戰(zhàn)略目標(biāo) 1.3.1國家自然科學(xué)基金對(duì)化工學(xué)科發(fā)展的作用 1.3.2指導(dǎo)思想 1.3.3總體發(fā)展目標(biāo)與戰(zhàn)略 1.3.4保障措施 第2章反應(yīng)工程與分離工程若干最新進(jìn)展 2.1背景與意義 2.2研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 2.3重要科學(xué)問題與技術(shù)關(guān)鍵 2.4若干重要研究進(jìn)展 2.4.1多相復(fù)雜反應(yīng)流動(dòng)的先進(jìn)測(cè)試和模擬技術(shù) 2.4.2微尺度流動(dòng)、傳遞和反應(yīng)性能 2.4.3大型高效精餾技術(shù) 2.4.4天然活性物質(zhì)高效分離技術(shù) 2.4.5低能耗滲透氣化膜分離技術(shù) 2.5發(fā)展方向與思路 參考文獻(xiàn) 第3章化工過程中的表（界）面科學(xué)與工程 3.1背景與意義 3.2研究現(xiàn)狀與趨勢(shì) 3.2.1表（界）面現(xiàn)象的基礎(chǔ)研究 3.2.2催化劑表（界）面結(jié)構(gòu)的理論研究與實(shí)驗(yàn)表征研究現(xiàn)狀 3.2.3催化劑表（界）面結(jié)構(gòu)的調(diào)控及其應(yīng)用研究現(xiàn)狀 3.2.4催化劑表（界）面研究的發(fā)展趨勢(shì) 3.3重要科學(xué)問題與技術(shù)關(guān)鍵 3.3.1固體表面潤濕性的多尺度物理機(jī)理 3.3.2氣液、液液界面結(jié)構(gòu)及其對(duì)傳遞過程的影響 3.3.3催化劑表（界）面結(jié)構(gòu)與催化機(jī)理的多尺度模擬 3.3.4催化劑表（界）面結(jié)構(gòu)在反應(yīng)過程中的動(dòng)態(tài)變化及實(shí)時(shí)表征 3.3.5催化劑表（界）面結(jié)構(gòu)制備以及調(diào)控技術(shù) 3.4重要研究進(jìn)展 3.4.1金屬金屬氧化物界面結(jié)構(gòu)與CO2活化的密度泛函理論研究進(jìn)展 3.4.2新型低溫氧化納米催化劑的結(jié)構(gòu)表征與應(yīng)用進(jìn)展 3.4.3能量高效轉(zhuǎn)化催化的基礎(chǔ)研究 3.4.4煤的結(jié)構(gòu)特征及其與反應(yīng)性的關(guān)系和調(diào)變 3.4.5綠色氧化新工藝及產(chǎn)業(yè)化 3.4.6列管式反應(yīng)器原位表面調(diào)控防結(jié)焦技術(shù)及應(yīng)用 3.4.7基于化學(xué)工程原理與方法的納米材料合成與結(jié)構(gòu)調(diào)控 3.4.8多相界面流體結(jié)構(gòu)的密度泛函理論及其應(yīng)用 3.5發(fā)展方向與思路 參考文獻(xiàn) 第4章計(jì)算化學(xué)工程 4.1背景與意義 4.1.1電子尺度 4.1.2原子尺度 4.1.3介觀尺度 4.1.4連續(xù)尺度 4.2研究現(xiàn)狀與趨勢(shì) 4.2.1經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)模擬與蒙特卡羅模擬在化學(xué)工程方向的研究進(jìn)展 4.2.2流體力學(xué)方法在化學(xué)工程方向的研究進(jìn)展 4.3重要科學(xué)問題與技術(shù)關(guān)鍵 4.4重點(diǎn)發(fā)展方向 4.4.1受限條件下流體的分子模擬及納／微尺度和表（界）面的量化計(jì)算與分子模擬 4.4.2新型分離與反應(yīng)過程中材料的分子設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)篩選與性能計(jì)算 4.4.3解決描述化學(xué)工程中分離、反應(yīng)及其大系統(tǒng)過程優(yōu)化的理論模型化及其求解問題 4.4.4大分子、生化體系及仿生材料的模擬 參考文獻(xiàn) 第5章化工過程放大的科學(xué)基礎(chǔ) 5.1背景與意義 5.2研究現(xiàn)狀與趨勢(shì) 5.3重要科學(xué)問題與技術(shù)關(guān)鍵建議 5.3.1化工反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、優(yōu)化和放大 5.3.2用于化工過程放大的實(shí)驗(yàn)、數(shù)學(xué)模型和數(shù)值模擬 5.4重要研究進(jìn)展 5.4.1多相反應(yīng)器設(shè)計(jì)和放大的化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)研究 5.4.2攪拌反應(yīng)器放大中的科學(xué)問題與研究進(jìn)展 5.4.3工業(yè)生物過程放大中的科學(xué)問題與研究進(jìn)展 5.4.4聚合反應(yīng)與聚合物材料制備過程中的放大 5.4.5精餾與集成過程放大中的科學(xué)問題與研究進(jìn)展 5.5發(fā)展方向與思路 參考文獻(xiàn) 第6章化學(xué)產(chǎn)品工程 6.1背景與意義 6.2研究現(xiàn)狀與趨勢(shì) 6.3重要科學(xué)問題與技術(shù)關(guān)鍵 6.4重要研究進(jìn)展 6.4.1插層組裝與產(chǎn)品工程 6.4.2微球、微囊材料的可控制備及其在生物技術(shù)中的應(yīng)用 6.4.3染料分子功能強(qiáng)化 6.4.4基于活性自由基聚合的高分子可控制造技術(shù) 6.5發(fā)展方向與思路 參考文獻(xiàn) 第7章多尺度復(fù)雜化工過程 7.1背景與意義 7.1.1化學(xué)工程面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇 7.1.2介尺度結(jié)構(gòu)的量化與調(diào)控是復(fù)雜化工過程的共性科學(xué)問題 7.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 7.2.1以多尺度結(jié)構(gòu)和復(fù)雜系統(tǒng)研究為契機(jī)，化學(xué)工程及其相關(guān)學(xué)科正從分化再度走向融合，孕育著新的發(fā)展與突破 7.2.2多尺度研究的核心和難點(diǎn)在于介尺度，而且正在孕育向介尺度研究的深化 7.2.3高性能計(jì)算理論與技術(shù)、高精度測(cè)量方法為介尺度研究提供了有效手段，而其發(fā)展瓶頸也在于介尺度結(jié)構(gòu) 7.3重要科學(xué)問題與關(guān)鍵技術(shù) 7.4重要研究進(jìn)展 7.4.1針對(duì)復(fù)雜多相系統(tǒng)的多尺度模擬研究與應(yīng)用 7.4.2復(fù)雜物系多尺度結(jié)構(gòu)調(diào)控與相關(guān)材料性能一結(jié)構(gòu)制備關(guān)系的研究 7.4.3多相聚合反應(yīng)體系的時(shí)空多尺度結(jié)構(gòu)及其實(shí)驗(yàn)表征 7.5發(fā)展方向與思路 參考文獻(xiàn) 第8章非常規(guī)化工過程的科學(xué)基礎(chǔ) 8.1超重力強(qiáng)化化工過程的科學(xué)基礎(chǔ) 8.1.1超重力技術(shù)背景與發(fā)展歷史 8.1.2超重力技術(shù)的研究進(jìn)展 8.1.3超鶯力技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用 8.1.4重要科學(xué)問題與技術(shù)關(guān)鍵 8.1.5超重力技術(shù)展望 8.2等離子體強(qiáng)化化工過程的科學(xué)基礎(chǔ) 8.2.1物質(zhì)第四態(tài)——等離子體態(tài) 8.2.2等離子體強(qiáng)化化工過程研究進(jìn)展 8.2.3等離子體強(qiáng)化化工過程擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題 8.2.4等離子體強(qiáng)化化工過程未來發(fā)展展望 8.3新介質(zhì)強(qiáng)化原理及應(yīng)用 8.3.1導(dǎo)論 8.3.2在離子液體介質(zhì)中的化工過程 8.3.3在超臨界介質(zhì)中的化工過程 8.4微化工技術(shù) 8.4.1導(dǎo)論 8.4.2微化工技術(shù)的科學(xué)基礎(chǔ) 8.4.3微化工技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用 8.4.4微化工技術(shù)的發(fā)展前景 參考文獻(xiàn) 第9章生物與食品化工 9.1背景與意義 9.1.1工業(yè)生物技術(shù) 9.1.2食品化工技術(shù) 9.2研究現(xiàn)狀與趨勢(shì) 9.2.1工業(yè)生物技術(shù) 9.2.2食品化工技術(shù) 9.3重要科學(xué)問題與技術(shù)關(guān)鍵 9.3.1工業(yè)生物技術(shù) 9.3.2食品化工技術(shù) 9.4重要研究進(jìn)展 9.4.1工業(yè)生物技術(shù) 9.4.2食品化工技術(shù) 9.5發(fā)展方向與思路 9.5.1工業(yè)生物技術(shù) 9.5.2食品化工技術(shù) 參考文獻(xiàn) …… 第10章能源化工 第11章材料化工 第12章資源與環(huán)境化工 第13章過程系統(tǒng)工程與化工過程安全

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   1.流程模擬與工藝優(yōu)化 流程模擬優(yōu)化技術(shù)是提高工廠經(jīng)濟(jì)效益、降低生產(chǎn)成本、消除裝置“瓶頸”的主要手段之一，日益受到國內(nèi)外科研工作者的關(guān)注。流程模擬是基于氣液分離過程的物料平衡方程（M方程）、相平衡方程（E方程）、歸一方程（S方程）和焓衡算方程（H方程）所組成的MESH方程組模型求解。由流程模擬得到全流程工藝數(shù)據(jù)及各設(shè)備內(nèi)的濃度分布、流量分布、溫度分布等詳盡的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。應(yīng)用穩(wěn)態(tài)過程模擬軟件，可對(duì)全工藝流程進(jìn)行多方案的對(duì)比計(jì)算，以提高收率、降低能耗、降低裝置投資、減少對(duì)環(huán)境的污染為目標(biāo)，優(yōu)選生產(chǎn)的工藝流程及各單元之間的中間操作參數(shù)（如溫度、壓強(qiáng)、流速、組成等），并對(duì)各中間操作參數(shù)做敏感性分析，判斷流程中各單元的可操作性及安全性。在通用流程模擬軟件（ASPEN PLUS和PROⅡ等）平臺(tái)上開發(fā)各裝置專用的流程模擬程序，以得到更準(zhǔn)確的工藝系統(tǒng)和設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 2.數(shù)字化塔器設(shè)計(jì) 數(shù)字化設(shè)計(jì)是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，將科學(xué)計(jì)算過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為圖形或圖像在屏幕上顯示出來，并進(jìn)行交互處理的理論、方法和技術(shù)。數(shù)字化設(shè)計(jì)改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，旨在利用計(jì)算流體力學(xué)、模擬實(shí)現(xiàn)精餾塔及塔內(nèi)件的參數(shù)化、數(shù)字化CAD，并將參數(shù)模型導(dǎo)入有限元軟件，對(duì)精餾塔體和塔內(nèi)件及支撐結(jié)構(gòu)在外界載荷的作用下，以及不同的操作工況下的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和可靠性給出精確的校核計(jì)算。近年來，為了解決大型化問題，將強(qiáng)度校核與計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)應(yīng)用于塔器的設(shè)計(jì)過程中，大大提高了塔內(nèi)件的選型和設(shè)計(jì)效率。在設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)了流形流態(tài)可視化、力學(xué)性能可視化、結(jié)構(gòu)可視化及其裝配。 在塔器大型化過程中，多個(gè)工程技術(shù)問題可通過計(jì)算流體力學(xué)模擬得到解決。 （1）液體分布。在大型塔器內(nèi)隨塔徑與填料直徑比的增加和填料層的徑向分散系數(shù)減小，填料將不良初始分布轉(zhuǎn)化為自然流分布更困難，因此流體初始分布極為重要。采用計(jì)算流體力學(xué)計(jì)算可以優(yōu)化分布器的結(jié)構(gòu)形式、幾何尺寸、開孔密度和尺寸等方面，從而實(shí)現(xiàn)液體均布。例如，某公司72萬t/a乙烯裝置汽油分餾急冷塔的急冷油回流分布管設(shè)計(jì)為變孔徑預(yù)分布管，采用計(jì)算流體力學(xué)模擬進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，獲得不同位置上優(yōu)化的孔徑。

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