化学工程学与化学工程教育

《化学工程学与化学工程教育》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、化学工程学与化学工程教育　一、化学工程学及其与化学的关系　　　　化学工程学是直接服务于化工生产及化工技术进步的一门近代工程科学。它诞生于20世纪初，已历经近一百年的发展演变。从诞生至今，化学工程学一直与社会经济中最活跃的泛化学工业密切联系，极大推进了人类社会的工业化进程。自20世纪第二次世界大战后，铜、铁、水泥、石油化工和高分子工业推动了世界经济的振兴，其后多晶硅、有机硅产业、生物化工产业和纳米材料合成技术持续支撑着世界科技和经济的发展。即使是在后工业化社会的美国，泛化学工业仍是国民经济的支柱产业。21世纪世界进入

2、资源稀缺时代，经济可持续发展的核心问题是资源高效利用、循环利用，能源优化利用和可再生能源开发，环境和生态污染的源头防治，这些过程产业化都是以化学工程学为中心学科才有可能发展起来。　　化学与化学工程学虽然分属于理科与工科，但却是紧密相关的两个学科。当代化学家研究原子或单个分子在反应中的细节，可以在化学键断裂或成键的飞秒(10-15秒)量级内，对化学反应选择性进行解释和控制，研究分子间作用力，解释物质的相态、性能变化和相互作用，可为化学工程师提供有关化学反应的机理性解释。不仅如此，化学家已突破分子层次藩篱，向高分子、大

3、分子组装迈进，对信息化学的探究也正向产业化延伸。化学工程学家研发大规模合成新物质的过程，对非线性、强耦合的多变量巨系统进行解析和优化设计与控制。当代化学工程学家需要了解物质微观结构和合成反应的瞬态过程，从市场需求出发，设定即将开发产品的特性，根据物质结构与性能的关系，寻找合成的目标产物，使化工研究向更为机理与实用的双方向延伸，将化学家的重要研究成果转化为生产力。化学与化学工程学的贯通和相互作用是新时代的需要。化学与化工学科领域的交叉要求学生必须具有融合从分子水平的化学到大规模制备工程科学的宽阔视野和能力。　　　　二

4、、化学工程学的学科范式　　　　对学科范式(Paradigm)的讨论十分重要，它决定着学科的价值观和内涵，关系到学科创新方向、新的生长点和交叉扩张，影响到学科的吸引力和生命力，关系到核心课程、辅助课程和延伸课程之间的配置，其内容深度、广度以及它们的内在联系等，还会影响教学手段的组织和运用。　　1．1915年，美国学者Little提出单元操作概念。1921年美国麻省理工学院(MIT)组建世界第一个化工系，决定把机械系的流体力学、传热学和化学系的热力学、动力学、扩散、混合等核心内容加合，确立了化工单元操作课程的理论体系。

5、从此化学知识向工程延伸得以完成，标志着化学工程学科的诞生。这是化学工程学范式的第一阶段，可称为单元操作阶段。　　2．1957年欧洲第一届化学反应工程学会议界定了化学反应工程学的学科范畴、研究方法等，完成了化学工程科学向动量传递、热量传递、质量传递和反应工程即三传一反的新范式演变，为20世纪6070年代石油化学工业的蓬勃发展奠定了基础。可称为化学工程学范式的第二阶段。　　3．自20世纪中叶以来，化学工业规模迅速扩大，计算机技术的融入使多变量、强耦合的大系统分析在化工中大量使用，生物化工等学科边界不断扩展，孕育出多种具

6、有突破意义的化学工程学新范式。第三阶段范式有如下几种不同表达方式：　　(1)产品工程范式：美国韦潜光教授提出第三阶段范式应跳出原有过程工程的藩篱，定义为产品工程，以产品性能和物质结构的关系及其产品设计和制造作为主要特征。把过程工程与产品工程相结合，作为范式似乎是更为全面的创新思路，但从形式上比较，与第一、第二阶段范式的延续性较差。　　(2)三传一反+X范式：中国科学院院士郭慕孙教授建议保留新范式与第一阶段、第二阶段范式概念的延续性，提出第三阶段范式应是三传一反+X，其中X是待定的、可变的和形成中的要素。　　(3)三

7、传三转范式：清华大学根据化工的研究对象已涉及物质－能量－信息三要素的相互作用，提出以物质传递与转化，能量传递与转化和信息传递与转化的三传三转为新范式。物质传递包括分子扩散、湍流扩散及流体流动等过程，物质转化包括分子水平的化学反应、超分子间结构的构造与转化、生物分子的代谢与融合等过程。能量传递包括动能传递、热能传递及各种形式能量(如光能、微波、超声、等离子化等)的引入与输出，能量转化包括不同能量形式之间的转化。信息传递包括化工操作中多变量的信息收集、筛选和剔除，信息转化包括各种物流参数的处理、优化、信息反馈等。信息传

8、递与转化同物质和能量传递与转化的优化过程密切关联。以物质－能量－信息三要素相互作用为化学工程科学的基础，是化学工程学区别于其他工程科学的本质特征。　　　　三、化学工程教育现状　　　　在明确了化学工程学的范式以后，可以看出，化学工程教育能够激励学生们的事业心，因为化工是人们衣、食、住、行、视、听、享受生活的各方面须臾不可离开的，是可以成就大事业、创造巨大财富的