3) Bachelor of Chemical Engineering (B.Ch.E.)
化学工程学学士
4) Bachelor of Science in Industrial Engineering (BSIE)
工业工程学学士
补充资料：化学工程
| 化学工程 chemical engineering 研究化学工业以及其他过程工业（如石油炼制工业、冶金工业、食品工业等）生产过程中的共同规律，并应用这些规律来认识、解决生产中的工程问题（主要包括装置的开发、设计、操作，生产过程的控制等）的工程技术学科。目的是优化操作，提高产品收得率。 化学工程学科的理论基础主要是化学、物理学和数学。如化工热力学是化学热力学和工程热力学的结合；流体动力过程的单元操作直接建立在流体力学的理论基础上；数学模型、因次分析、相似论等化学工程的研究方法都要大量运用数学知识。化工生产中使用的机器和设备，通常称为化工机械，也是各种工业生产中的通用机械，它是化工流程得以实现的重要条件。近代化工机械的设计和制造，除了依赖于机械工程科学和材料工程科学的发展外，还与化学工艺和化学工程的发展紧密相关。 学科的形成和发展 到19世纪70年代，制碱、硫酸、化肥、煤化工等已具备了相当的生产规模。化学工业在19世纪取得了许多令人瞩目的成就，如索尔维法制碱中所用的碳化塔已高达20余米，并在碳化塔内进行化学吸收、结晶、沉降等过程。 1901年，英国曼彻斯特的G.E.戴维斯出版了世界上第一本《化学工程师手册》，作者根据他多年的化工生产实践，认为化学工业发展中的许多问题往往是工程问题，各种化工生产工艺，都是通过为数不多的基本操作如蒸馏、干燥、过滤、吸收、萃取等来完成的，可以对它们进行综合的研究和分析。这些观点构成了该书的基本内容。这是世界上第一本阐述各种化工生产过程共性规律的著作，首次明确地显然还不够完善地提出了化学工程的概念。它的出版为化学工程学科的形成奠定了基础。 19世纪末～20世纪初，美国麻省理工学院教授W.H.华克尔、A.D.利特尔比较深入地探讨了如何把物理化学和工业化学知识结合起来，去解决化学工业发展中面临的工程问题。1905年，华克尔在讲述工业化学的课程中，已系统地发挥了化工原理的基本思想。1915年，利特尔在化学工程已取得的成就的基础上，提出了单元操作的重要概念，成为化学工程发展史上的一个里程碑。1915年，利特尔提出的单元操作的概念是：任何化工生产过程，无论其规模大小，都可以用一系列称为单元操作的技术来解决。只有将纷杂众多的化工生产过程分解为构成它们的单元操作来进行研究，才能使化学工程专业具有广泛的适应能力。这些观点对化学工程产生了深远的影响。1923年，华克尔、W.K.刘易斯、W.H.麦克亚当斯三位教授合著的具有划时代意义的《化工原理》一书出版，它成为世界上第一本阐述各种单元操作的物理化学原理和计算方法的著作。 单元操作的概念在处理只包含物理变化的化工操作（如蒸馏、干燥、过滤）过程中获得了巨大成功。在经过多年的研究具有一定基础后，工业反应器的工程放大问题对化工过程开发的重要性愈来愈显得突出。一系列的研究和探索，推动了化学工程的深入发展，终于导致了化学工程发展史上第二个里程碑  三传一反概念的建立。在化学工程发展中，对工业反应过程的研究一直吸引着化学工程师的注意。有人借助于单元操作的概念，将反应过程按化学特征分为氧化、还原、硝化、磺化、加氢、脱氢等单元过程，试图解决工业反应过程的开发问题。但单元过程的概念没有抓住反应过程开发中所需解决的工程问题的本质，实践证明这种概念不正确，需要寻求新的理论和方法。 1913年，在无机化工领域取得了一项惊人的成就，以氢、氮在高温、高压和催化剂作用下合成氨（哈伯-博施法合成氨）获得成功。这一成功极大地促进了对催化剂和催化反应的研究。1928年在硫酸生产中，将钒催化剂成功地用于二氧化硫的催化氧化。1936年发明了硅铝催化剂进行的粗柴油催化裂化工艺。对这些气固相催化反应过程和燃烧过程的研究，使化学工程师开始认识到，在工业反应过程中质量传递和热量传递对反应结果的影响。50年代初，随着石油化工的兴起，在对连续反应过程的研究中，提出了一系列重要的概念，如返混、停留时间分布、反应器稳定性等。化学工程师更加清醒地认识到，所有的单元操作都可以分解为动量传递、热量传递和质量传递这三种传递过程或它们的结合，在工业反应器中传递过程对化学反应有着明显的影响。化学工业的发展不断提出新的课题，如在聚合物加工中，要处理高粘度物料，在喷雾干燥设备的设计中，必须对流动模型和传热、传质速率进行详细分析。这一切活动的结果便是三传一反的概念的形成。这些概念在由威斯康星大学教授R.B.博德、W.E.斯图尔德和E.N.莱特富特编写的《传递现象》一书中得到完整的表述。50年代中期，电子计算机开始运用于化工领域。用数学模拟化工设备、过程乃至整个工艺流程成为可能。50年代后期即出现了第一代的化工模拟系统。在计算机上进行模拟试验，提供生产中的参数，它通过计算机软件接受化工流程的输入信息，进行对过程开发、设计、操作有用的系统分析计算，以求化工系统的整体优化，这便是化学工程研究的一个新领域——化工系统工程。至此，化学工程形成比较完整的学科体系。 自50年代起，大型化的化工系统发展十分迅速，化学工程领域的化学反应工程、传递过程、化工系统工程取得了突破性的进展。70年代以后，化学工业的规模继续扩大，并面临着环境污染和能源紧缺的严重挑战，从而使化学工程学科的研究的广度和深度以及其应用前景都已超出传统化学工程的含义。化学工程一方面随着学科的成熟，进一步向学科的深度发展，另一方面，也是更引人注目的发展是在与邻近学科的交叉渗透中已经或正在形成的新领域。 ①向学科的深度发展。主要体现在对多相物系、高粘度流体和非牛顿型流体的传递规律的深入的系统的研究。这些研究不仅有利于解决传统研究领域的问题，也有助于解决生命科学中的血液流动等新课题。 ②与相邻学科交叉渗透，逐渐形成新的领域。由于化学工程比较系统地研究了反应过程、传递过程、单元操作过程，它的研究虽然是从化工生产过程出发，但其原理同样适于相关学科的生产过程。化学工程的观点、方法、原理应用于相关学科和领域时，便形成了众多的新领域：用化学工程的观点和方法研究人体内的生理过程，如药物在人体中的扩散，以及研究人工脏器等，形成了生物医学工程。在向材料工业渗透过程中，出现了将化学反应工程原理用于聚合过程的聚合反应工程。随着生物技术的进展，出现了生物化学工程，以解决生物反应器和生物制剂分离等问题，如超过滤技术等。为了探索在离心力场、电场、磁场等作用下的过程规律，出现了场效化学工程。为了保护环境，也为了开发海洋资源，要求研究低浓度混合物的分离技术，于是出现了新的分离技术，如膜分离、泡沫分离等。这些新兴领域的出现，给化学工程学科带来巨大的活力，研究工作正逐渐深入并渐趋系统化。 学科内容 主要包括：单元操作、化学反应工程、传递过程、化工热力学、化工系统工程、过程动态学及控制等。单元操作是指构成多种化工产品生产的基本物理过程，如蒸馏、吸收、干燥等。研究单元操作，目的是为了获得一些共性的结果，用以指导各类产品的生产和化工设备的设计。化学反应工程是以工业反应过程为主要研究对象，以反应技术的开发、反应过程的优化和反应器的设计为主要目的的一门学科。它是在化工热力学、反应动力学、传递过程理论以及化工单元操作的基础上发展起来的，其应用遍及化学、石油化学、生物化学、医药、冶金、轻工等领域。传递过程又称传递现象，是单元操作和化学反应工程的共同基础，其物理意义是指物系内某物理量从高强度区域自动地向低强度区域转移的过程。化工生产中的传递过程是指流体中的动量传递、热量传递和质量传递三种传递过程。化工热力学也是单元操作和化学反应工程的理论基础，是热力学基本定律应用于化学工程领域中而形成的一门学科。主要研究化工过程中各种形式的能量之间相互转化的规律及过程趋近平衡的极限条件，提供过程分析和设计所需的有关基础数据，为有效地利用能量和改进实际过程提供理论依据。由于化工过程中，各个过程单元相互影响，相互制约，过程的最优化实际上是一个系统的综合表现，系统工程这一学科在化学工程中得到迅速发展，形成了化工系统工程。为了保持过程的操作合理和优化，过程动态特性和控制方法也发展成为化学工程的重要内容，随着计算机技术和自动控制技术水平的不断提高，这一内容也日益丰富起来。 研究方法 化学工程要研究过程的共同规律，以期应用于生产过程，就必须研究过程、物系和物系流动时边界状态等一系列问题，而这些问题往往都是传递过程、设备效应和反应过程的综合表现，比较复杂。化学工程常用的研究方法有3种：①经验放大方法。化学工程早期的研究方法是经验放大，即通过多层次、逐级放大的试验，探索、总结放大规律。这种经验方法耗资大、费时长、效果差，缺点是显而易见的。由于它可靠性较大，因而在一些特别复杂，或对过程的机理、规律掌握得很少的过程，还不得不求助于或部分求助于这种方法。②相似论和因次分析法。这种方法是将影响过程的众多变量通过相似变换或因次分析归纳成为较少的无因次数（无量纲）形式，然后设计模型试验，求得这些数群的关系。相似论在化学工程领域里，主要用于传递过程和单元操作的实验研究，是对这些分支学科的形成和发展起过重要作用的一种研究方法。与相似论相比，因次分析法不需要先列出描述过程的微分方程式，只需要确定有关物理量，因此，应用范围较相似论法广，但因次分析法并不能指出哪些物理量是有关的和必要的。用这两种方法归纳实验结果，可取得良好的效果。但对于反应过程，由于不可能在满足几何相似和物理量相似的同时满足化学相似条件，因此试图用无因次数群关联实验结果以获得反应过程的规律的努力未获成功。③数学模型方法。于50年代开始广泛应用于化学反应工程领域的一种研究方法，目前已广泛应用于化学工程的各个领域。此法是对过程进行研究，以得到表示过程各有关参数与变量之间的关系的数学表达式。化学工程领域的过程往往都比较复杂，难以进行如实的数学描述。通常是对复杂过程作必要的、合理的简化，使之易于数学描述，得到过程各有关参数与变量之间关系的数学表达式  过程的数学模型，通过实验，检验和修正数学模型并确定模型参数。这一方法产生的重要条件是电子计算机的普及使数学模型方法所需的数值计算成为可能。数学模型方法是一种半理论、半经验的方法，与纯经验的实验研究方法相比较：①它促使并帮助研究过程的实质，由于反映了过程较为本质的规律，研究结果比较可靠。②实验工作量可大幅度地减少。实验的任务不再是全面测定各变量间的关系，而只是检验模型和测定模型参数。但在过程过于复杂，一时尚未找到有效的简化途径时，此法便难于奏效。 |
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参考词条