第二章化学工业研究现状及发展趋势

分离工程第二章化学工业研究现状及发展趋势第二章化学工业研究现状及发展趋势一、化学工业在国民经济和社会发展中的战略地位二、我国化学工业近年新进展三、化学工业发展趋势四、山东省化学工业“十二五”发展规划分离工程第二章化学工业研究现状及发展趋势一、化学工业在国民经济和社会发展中的战略地位（一）化学工业在国民经济发展中的地位与作用•2012年工业总产值10.9万亿元，全国国民生产总值51.9万亿。其中：•合成氨5458.9万吨，尿素3003.8，磷肥1955.9，钾肥529.9。世界第一。•硫酸7636.6，烧碱2698.6，纯碱2403.9。第一•农药354.9，染颜料104.3，涂料1271.9。第一分离工程第二章化学工业研究现状及发展趋势1.无机化工酸碱盐工程、化肥工程、硅酸盐工程等三级学科，以矿产资源为原料的基础化学工业•2007年，我国无机盐产品品种1000余种，总生产能力6000万吨/年•2007年，化肥产量5697.4吨，合成氨5158.9万吨，尿素2485.6万吨，磷铵1496.7万吨，钾肥249.9万吨•硅酸盐包括水泥、陶瓷和人工晶体，2007年，总产值6000亿元。精细陶瓷和人工晶体发展迅速。人工晶体因特有的光、声、电、磁、热或功能复合效应在高新技术产业、传统产业改造和国防军工，在国际上也有一席之地。分离工程第二章化学工业研究现状及发展趋势2.有机化工•体现国家或地区石油化工生产水平的标志性产品为乙烯，2007年1029万吨•2007年，我国甲醇953.7万吨，纯苯380万吨，己内酰胺27.51万吨•有机化工的发展提供了丰富的原料。分离工程第二章化学工业研究现状及发展趋势•3.精细化工•精细化工涵盖了农药、染料、医药、涂料、表面活性剂、催化剂等传统化学品，还有饲料添加剂、食品添加剂、水处理化学品、皮革化学品、油田化学品、电子化学品、合成胶粘剂及各类特色助剂和新型中间体等新领域精细化工产品，是世界化学工业竞争的焦点和发展的战略重点。•衡量一个国家发达水平，精细化率。•2007年，我国农药生产企业500家，173.1万吨。•新领域精细化工生产企业7500家，品种12500个，产值2900多亿元。分离工程第二章化学工业研究现状及发展趋势4.电化学工程电镀、电解及化工防腐蚀•在化工、造船、电子通信、机械制造等行业发挥重要作用•离子膜烧碱•设备分离工程第二章化学工业研究现状及发展趋势5.化工测量技术与仪器仪表•测量系统及仪器仪表的灵敏、智能、可靠、高效的性能直接关系到生产工艺的正常运行和产品质量。•大型化、高参数化、工矿复杂化的现代流程工业的发展6.化工机械与设备•现代化工硬件的保障，涵盖了三传一反和所有的单元操作。分离工程第二章化学工业研究现状及发展趋势（二）国民经济发展对各学科新工艺新产品的要求•汽车、生物、航空航天、IT、数码设备、新能源和环保快速发展，技术含量高、开发难度大、专用性强的功能型化工产品和材料的需求急剧上升。•电池材料，电子级的钛酸钡，高纯氢氧化钾，高纯稀土氧化物。•开发具有自主知识产权的先进工艺技术。如：催化和反应工程组合技术，有机电合成技术，微乳萃取技术。•新型工业化的道路，信息化带动工业化，工业化促进信息化。•发展先进过程工艺与装备的集成技术，促进化工机械和设备向大型化、国产化、微细化方向发展。分离工程第二章化学工业研究现状及发展趋势（三）社会发展对节能减排和可持续发展的要求•2007年我国石油和化工行业年能源消耗约3.75亿吨标煤[标准煤的低位发热量为29271KJ（千焦）/Kg（即7000千卡/公斤）]，占全国能耗总量的15%•2012年4.45亿吨标准煤，18.3%。•国家发改委确定的全国1000家高耗能企业，石油和化工340家。•废气、废水污染源国家重点监控企业，石油和化工分别485家和803家，占13.4%和25.8%•能耗和污染物排放量双高的局面，使化学工程与技术学科面临节能减排的巨大压力和技术更新的难度。大力开展技术创新，探索资源的综合利用、循环利用，实现可持续发展。分离工程第二章化学工业研究现状及发展趋势二、我国化学工业近年新进展（一）化学工程与技术学科知识体系建设•化学工程与技术学科是一级学科，工学，下设五个二级学科：化学工程、化学工艺、生物化工、应用化学和工业催化。•2007年，全国有6所大学的化学工程与技术学科被认定为国家一级重点学科（涵盖上述5个二级学科），这6所大学为清华大学、天津大学、大连理工大学、华东理工大学、北京化工大学、南京工业大学。分离工程第二章化学工业研究现状及发展趋势7所大学有化学工程与技术学科涵盖的5个二级学科之一的国家二级重点学科。分别为：•化学工程：浙江大学、华南理工大学、四川大学•化学工艺：中国石油大学、太原理工大学•应用化学：北京理工大学、南京理工大学分离工程第二章化学工业研究现状及发展趋势国家重点（培育）学科：•工业催化：中国石油大学。浙江工业大学•生物化工：浙江大学•化学工艺：郑州大学分离工程第二章化学工业研究现状及发展趋势（二）创新体系建设国家级实验室：与化学工程与技术学科相关或交叉的国家实验室及国家重点实验室40多个。•清华大学、天津大学、浙江大学、华东理工大学化学工程联合国家重点实验室•大连理工大学精细化工国家重点实验室；•北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室•南京工业大学材料化学工程国家重点实验室分离工程第二章化学工业研究现状及发展趋势国家工程实验室：8个国家工程实验室•衔接基础研究和产业研究的桥梁。•重点开展重大工程及技术装备的设计和试验验证、产业关键技术攻关和重点新产品开发•大连化物所甲醇制烯烃国家工程实验室国家级工程中心：国家工程技术研究中心、国家工程研究中心，40个国家认定企业技术中心：20多个分离工程第二章化学工业研究现状及发展趋势（三）化学工业近年理论、原理、方法研究新进展1.计算化学工程理论、原理、方法研究新进展•数字实验：利用数学建模快捷的设计化工过程•袁希钢对传质封闭方程进行了简化并重新确定了模型参数，对计算流体力学模型进行了改进，吻合。2.化工测量理论、原理、方法研究新进展•张寅平通过CFD计算考虑传质影响，可准确测量光催化材料反应系数•黄志尧基于12电极阵列式电容传感器电容测量信息，提出一种测量油气两相流的新方法。分离工程第二章化学工业研究现状及发展趋势•王建立等通过在T型加热法的热线中加入不同频率的交流电，改变被测纤维热渗透厚度，将热线与纤维节点的接触热阻和纤维的真实热阻分离，进而得到纤维的真实热导率和热扩散率。•曾祥福等在对准稳态法测量导热系数原理进行分析的基础上，研制了一套用准稳态法测量导热系数的智能化实验装置，此装置克服了以往准稳态法导热系数测量装置中存在的一些不足，同时开发了运行于windows环境下的智能化测量软件。分离工程第二章化学工业研究现状及发展趋势•王金福等基于电导探针和示踪法，开发了一种利用电导探针同时测量环流反应器中高固含体系下循环液速和局部气含率的方法。利用2个单针电导探头测量脉冲注入KCl饱和溶液后两路电导信号的先后响应，测得两路液体的停留时间分布曲线。通过对单路信号进行幅值分析可以得到气含率，测量相对误差小于5％；并通过对过滤气泡信号后的液体的停留时间分布曲线进行相关处理可得到循环液速，测量值与超声多普勒(LJDV)的测量结果一致。•施大鹏等基于机理分析和RBF、神经网络开发了PX装置吸附塔抽出液组成的软测量模型。该模型能够准确地预测PX装置的实际特性，可应用于PX装置的控制。PARAX分离工程第二章化学工业研究现状及发展趋势3.化工过程系统综合、集成理论、原理、方法研究新进展从传统的“三传一反”深入到分子层次，并延伸到生态层次，同时人工智能技术得到广泛应用。在能量集成、换热网络综合与优化、水网络等方面的研究取得了长足的进展；遗传算法、模拟退火算法、人工智能等得到了广泛的应用。•王志方等提出了一种新的用于氢工艺过程能量分析和集成的图式分析方法FED，该方法直观、简明地描述了复杂系统中氢或含氢化学品量改变所引起的热力学代价。•陈启石等在可得区理论的基础上，提出了用目标函数瞬时值曲线进行反应器网络综合的方法，可一次得到当转化率变化时最优网络的变化情况，使得反应器网络综合的效率得以提高。分离工程第二章化学工业研究现状及发展趋势•林瓦妹等提出了基于最大水回用规则的遗传算法用水网络优化设计方法，该方法按出水口浓度的单调性进行排列，按进口浓度或出口浓度达最大值确定用水量。文中以最小新鲜水量为目标，以过程之间回用水量和废水量为基因，对简化后的用水网络运用遗传算法进行了优化设计。•姚平经等根据各种智能搜索算法的收敛性要求邻域状态空间特征不同，运用图论方法分别建立了相应二叉树变换机制。•陈丙珍等利用GIOPIMS优化得到生产计划，采用过程模拟软件求得实现计划的装置操作条件，根据模拟结果来修正生产计划模型并再进行优化，经过决策一检验一修正的求解过程，实现生产计划和装置过程操作的优化集成。分离工程第二章化学工业研究现状及发展趋势•乔旭等在传统反应精馏塔模型中引入Murphree板效率，建立了带侧反应器的新型反应精馏集成过程的模型，采用AspenPlus的RADFRAC模块计算效率高，结果可靠。从反应量、温度、液相摩尔流率和组成分布等方面系统地比较了新型反应精馏集成过程与传统反应精馏过程。结果表明，带5个侧反应器的新型反应精馏集成过程可以达到传统反应精馏塔的等同效果。•崔鹏等设计了一种新型光催化一陶瓷膜分离集成反应器，在反冲条件下利用此集成反应器进行了甲基橙光催化氧化反应。陶瓷膜对TiO2-甲基橙悬浆液体系中TiO2微粉的截留率可达到99.19％，经集成反应器完成一个反应周期后甲基橙氧化脱色率达到10％，脱色效果高于圆柱式反应器。分离工程第二章化学工业研究现状及发展趋势•董宏光等依托流程工业节能减排背景，建立混合整数非线性规划模型，设计自适应并行求解算法，实现过程系统热回收与水分配优化设计。•王炜亮等运用水夹点技术，对某石化企业进行用水网络优化研究。在流量恒定和流量改变两种条件下，对某石化企业13个用水操作原有用水网络进行初始设计和优化改进。优化后的用水网络分别节约新鲜水用量17.25％和14.81％。证明水夹点技术在工业用水节约和废水减量方面具有实用价值和较好的应用前景。•都健等提出了水网络中多杂质系统的质量和能量同时综合集成的方法，且能量集成不仅局限于水网络，而是在整个过程系统中，在理论上取得了突破性进展，实现了用能用水同时最小化。分离工程第二章化学工业研究现状及发展趋势4.化工材料制备理论、原理、方法研究新进展(1)先进陶瓷材料研究•陶瓷基复合材料(CMC)的增韧材料主要有碳纤维(CF)、碳化硅纤维(SiCf)、玻璃纤维、氧化物纤维，以及碳化物和氧化物颗粒等，基体材料主要有氧化物陶瓷、碳化物陶瓷和氮化物陶瓷等。•中国科学院上海硅酸盐研究所在国内首次利用固相反应和真空烧结技术实现了1.0at%Nd:YAG透明陶瓷的激光输出。并利用高纯α-A12O3、Y2O3和Nd2O3粉体为原料，以正硅酸乙酯为添加剂，采用固相反应和真空烧结技术制备透明陶瓷，提高了透明陶瓷中的Nd含量，并研究了其显微结构、光学、光谱和激光性能。分离工程第二章化学工业研究现状及发展趋势(2)无机纳米材料研究介孔及介孔基复合材料是一全新的材料体系，这方面的研究成果在催化、光、电、磁等领域都有广阔的应用前景，并将对社会生产产生极大的影响。•严东生院士成功合成一系列不同尺寸、结构的硅基、非硅基及离子掺杂型有序介孔材料，不仅弥补了微孔沸石分子筛在大分子分离与催化过程中的不足，而且其纳米级规则排列的孔道也为纳米“客体”材料的合成、组装及物理化学性质研究提供了合适的载体，拓宽了其应用范围。•施剑林等采用共沉淀法制备了掺杂量达15％(摩尔分数)的硫醚功能化介孔复合材料。该类材料对Hg2+具有很高的选择吸附性，其吸附容量是传统聚硫醚树脂的10倍以上。分离工程第二章化学工业研究现状及发展趋势•2007~2008年又在高硅羟基含量的SBA