化學(xué)工程學(xué)與化學(xué)工程教育

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1、化學(xué)工程學(xué)與化學(xué)工程教育　一、化學(xué)工程學(xué)及其與化學(xué)的關(guān)系　　　　化學(xué)工程學(xué)是直接服務(wù)于化工生產(chǎn)及化工技術(shù)進步的一門近代工程科學(xué)。它誕生于20世紀(jì)初，已歷經(jīng)近一百年的發(fā)展演變。從誕生至今，化學(xué)工程學(xué)一直與社會經(jīng)濟中最活躍的泛化學(xué)工業(yè)密切聯(lián)系，極大推進了人類社會的工業(yè)化進程。自20世紀(jì)第二次世界大戰(zhàn)后，銅、鐵、水泥、石油化工和高分子工業(yè)推動了世界經(jīng)濟的振興，其后多晶硅、有機硅產(chǎn)業(yè)、生物化工產(chǎn)業(yè)和納米材料合成技術(shù)持續(xù)支撐著世界科技和經(jīng)濟的發(fā)展。即使是在后工業(yè)化社會的美國，泛化學(xué)工業(yè)仍是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)。21世紀(jì)世界進入

2、資源稀缺時代，經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的核心問題是資源高效利用、循環(huán)利用，能源優(yōu)化利用和可再生能源開發(fā)，環(huán)境和生態(tài)污染的源頭防治，這些過程產(chǎn)業(yè)化都是以化學(xué)工程學(xué)為中心學(xué)科才有可能發(fā)展起來。　　化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)雖然分屬于理科與工科，但卻是緊密相關(guān)的兩個學(xué)科。當(dāng)代化學(xué)家研究原子或單個分子在反應(yīng)中的細(xì)節(jié)，可以在化學(xué)鍵斷裂或成鍵的飛秒(10-15秒)量級內(nèi)，對化學(xué)反應(yīng)選擇性進行解釋和控制，研究分子間作用力，解釋物質(zhì)的相態(tài)、性能變化和相互作用，可為化學(xué)工程師提供有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的機理性解釋。不僅如此，化學(xué)家已突破分子層次藩籬，向高分子、大

3、分子組裝邁進，對信息化學(xué)的探究也正向產(chǎn)業(yè)化延伸?；瘜W(xué)工程學(xué)家研發(fā)大規(guī)模合成新物質(zhì)的過程，對非線性、強耦合的多變量巨系統(tǒng)進行解析和優(yōu)化設(shè)計與控制。當(dāng)代化學(xué)工程學(xué)家需要了解物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和合成反應(yīng)的瞬態(tài)過程，從市場需求出發(fā)，設(shè)定即將開發(fā)產(chǎn)品的特性，根據(jù)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，尋找合成的目標(biāo)產(chǎn)物，使化工研究向更為機理與實用的雙方向延伸，將化學(xué)家的重要研究成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力?；瘜W(xué)與化學(xué)工程學(xué)的貫通和相互作用是新時代的需要?；瘜W(xué)與化工學(xué)科領(lǐng)域的交叉要求學(xué)生必須具有融合從分子水平的化學(xué)到大規(guī)模制備工程科學(xué)的寬闊視野和能力?！　　　《?/p>

4、、化學(xué)工程學(xué)的學(xué)科范式　　　　對學(xué)科范式(Paradigm)的討論十分重要，它決定著學(xué)科的價值觀和內(nèi)涵，關(guān)系到學(xué)科創(chuàng)新方向、新的生長點和交叉擴張，影響到學(xué)科的吸引力和生命力，關(guān)系到核心課程、輔助課程和延伸課程之間的配置，其內(nèi)容深度、廣度以及它們的內(nèi)在聯(lián)系等，還會影響教學(xué)手段的組織和運用?！　?．1915年，美國學(xué)者Little提出單元操作概念。1921年美國麻省理工學(xué)院(MIT)組建世界第一個化工系，決定把機械系的流體力學(xué)、傳熱學(xué)和化學(xué)系的熱力學(xué)、動力學(xué)、擴散、混合等核心內(nèi)容加合，確立了化工單元操作課程的理論體系。

5、從此化學(xué)知識向工程延伸得以完成，標(biāo)志著化學(xué)工程學(xué)科的誕生。這是化學(xué)工程學(xué)范式的第一階段，可稱為單元操作階段。　　2．1957年歐洲第一屆化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)會議界定了化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)的學(xué)科范疇、研究方法等，完成了化學(xué)工程科學(xué)向動量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞和反應(yīng)工程即三傳一反的新范式演變，為20世紀(jì)6070年代石油化學(xué)工業(yè)的蓬勃發(fā)展奠定了基礎(chǔ)?？煞Q為化學(xué)工程學(xué)范式的第二階段?！　?．自20世紀(jì)中葉以來，化學(xué)工業(yè)規(guī)模迅速擴大，計算機技術(shù)的融入使多變量、強耦合的大系統(tǒng)分析在化工中大量使用，生物化工等學(xué)科邊界不斷擴展，孕育出多種具

6、有突破意義的化學(xué)工程學(xué)新范式。第三階段范式有如下幾種不同表達方式：　　(1)產(chǎn)品工程范式：美國韋潛光教授提出第三階段范式應(yīng)跳出原有過程工程的藩籬，定義為產(chǎn)品工程，以產(chǎn)品性能和物質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)系及其產(chǎn)品設(shè)計和制造作為主要特征。把過程工程與產(chǎn)品工程相結(jié)合，作為范式似乎是更為全面的創(chuàng)新思路，但從形式上比較，與第一、第二階段范式的延續(xù)性較差。　　(2)三傳一反+X范式：中國科學(xué)院院士郭慕孫教授建議保留新范式與第一階段、第二階段范式概念的延續(xù)性，提出第三階段范式應(yīng)是三傳一反+X，其中X是待定的、可變的和形成中的要素?！　?3)三

7、傳三轉(zhuǎn)范式：清華大學(xué)根據(jù)化工的研究對象已涉及物質(zhì)－能量－信息三要素的相互作用，提出以物質(zhì)傳遞與轉(zhuǎn)化，能量傳遞與轉(zhuǎn)化和信息傳遞與轉(zhuǎn)化的三傳三轉(zhuǎn)為新范式。物質(zhì)傳遞包括分子擴散、湍流擴散及流體流動等過程，物質(zhì)轉(zhuǎn)化包括分子水平的化學(xué)反應(yīng)、超分子間結(jié)構(gòu)的構(gòu)造與轉(zhuǎn)化、生物分子的代謝與融合等過程。能量傳遞包括動能傳遞、熱能傳遞及各種形式能量(如光能、微波、超聲、等離子化等)的引入與輸出，能量轉(zhuǎn)化包括不同能量形式之間的轉(zhuǎn)化。信息傳遞包括化工操作中多變量的信息收集、篩選和剔除，信息轉(zhuǎn)化包括各種物流參數(shù)的處理、優(yōu)化、信息反饋等。信息傳

8、遞與轉(zhuǎn)化同物質(zhì)和能量傳遞與轉(zhuǎn)化的優(yōu)化過程密切關(guān)聯(lián)。以物質(zhì)－能量－信息三要素相互作用為化學(xué)工程科學(xué)的基礎(chǔ)，是化學(xué)工程學(xué)區(qū)別于其他工程科學(xué)的本質(zhì)特征?！　　　∪?、化學(xué)工程教育現(xiàn)狀　　　　在明確了化學(xué)工程學(xué)的范式以后，可以看出，化學(xué)工程教育能夠激勵學(xué)生們的事業(yè)心，因為化工是人們衣、食、住、行、視、聽、享受生活的各方面須臾不可離開的，是可以成就大事業(yè)、創(chuàng)造巨大財富的