过程装备与控制工程专业导论

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3. 质量传递过程: (Mass transfer proces s) 遵循传质诸规律的过程。它涉及有关干 燥, 蒸馏, 浓缩, 萃取等传质过程及装备。
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4. 动量传递过程: (Momentum transfer proces s) 遵循动量传递及固体 力学诸规律的过程。它 涉及固体物料的输送、 粉碎、造粒等过程及设 备。
过程装备与控制工程是一门研究和实现上述装置的重 要学科。
过程工业加工制造流程性材料产品
Process industry manufactures products of processed materials
社会经济过程中的全部产品通常又可分为四类，即硬件产 品、软件产品、流程性材料产品和服务型产品（国际标准 化组织，ISO/DIS9000：2000）。 所谓“流程性材料”是指以流体（气、液、粉体等）形态 存在的材料。 过程工业是加工制造流程性材料产品的现代制造业。
成套过程装置是流程性材料产品的工作母机，它通常由一 系列的过程机器和过程设备，按一定的流程方式用管道、 阀门等连接起来的连续系统，再配以控制仪表和电子电气 设备，即能平稳连续地把以流体为主的各种材料，让其在 装置中历经必要的物理化学过程，制造出人们需要的新的 流程性产品。 单元过程设备（如换热器、反应器、塔、储罐等）与单元 过程机器（如压缩机、泵、离心机等）二者统称为过程装 备。



国外的现状……
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设置过程装备与控制工程专业 院校
• 安徽理工大学机械工程系 • 北京化工大学机电学院 • 北京石油化工学院机械工程学院 • 大连理工大学化工学院化机系 • 大庆石油学院机械系 • 东北大学机械工程与自动化学院 • 福州大学化学化工学院
• 广西大学化学化工学院 • 贵州工业大学化学与生物工程学院 • 河北工业大学化工学院 • 河北科技大学机械学院 • 合肥工业大学机械与汽车工程学院 • 华东理工大学机械学院 • 华南理工大学工控学院 • 淮海工学院机械系 • 吉林化工学院机电工程系 • 江汉大学化学与环境工程学院
太阳在高压高温下面，从里面到表面都在 发生聚变反应，正是因为这些聚变反应释 放出大量能量，使太阳上亿年源源不断发 出光和热。
过程装备是物质制造的基础
中国经济创造多项记录
中国生产手机产量占全球1/3 数码相机产量占全球1/2 中国石材出口量世界第一 中国生产的电视机、出口电视机世界第一 中国生产的阿司匹林、维生素C、自行车、网球 拍、圣诞树、打火机、钨矿石、集装箱、尼龙制 品等80多种初级产品及家用电器总产量位居世界 第一
化合物的合成进行过系统研究，
于1856年合成了甲烷，1858年合 成了甲醇，1859年合成了乙炔，
1866年从乙炔合成了苯，进入了
合成化学的年代。
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合成氨的发明者，德国 化学家哈柏，从1906年开始
研究用高温高压法合成氨，
1909年从实验室得到了一百 克的合成氨后，德国化学家
博希和伯杰亚斯共同发展了
哈柏的方法，使它能用于工 业生产，开创了化学工业。
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在化学工业诞生和发展的同时，也 诞生和发展了一个与之相伴，密不可分 的专业和技术－化工机械。
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化工机械专业的变革

高等院校的专业设置，五十年代学习苏联，设置 了一千多个专业。

教育部从1998年开始，合并为500个专业。2000 年合并为250个专业。
压力容器 稳压器
核岛（600MW）
似乎很漂亮的核反应堆
美丽的外表下是毁灭的力量
切尔诺贝利核电站爆炸事故
1986年4月26日，位于前苏联乌克兰地区基辅以北130 公里的切尔诺贝利核电站爆炸，这是自1945年日本遭 受美国原子弹袭击以来全世界最严重的核灾难，也是 人类和平利用核能史上的一大灾难。
切尔诺贝利核电站爆炸事故
山东科技大学机电工程学院 陕西科技大学机电工程学院 上海理工大学动力工程学院 沈阳化工学院机械工程学院 石油大学（北京）化工学院 石油大学（华东）机电学院 • 四川大学化工学院 • 四川理工学院机电系 • 太原理工大学化工学院 • 天津科技大学机械学院 • 武汉工程大学（武汉化工学院）机械学院 • 天津大学化工学院
永远的负担：
影响需要800年才能消除
你如何认识日本福岛核电站泄漏爆炸事 故？ Solution？ …….
你看到过核聚变电厂吗？
我们一般使用氢的同位素——氘和氚— —作为核聚变的“燃料”。从海水里可 以找到氘，一升海水所含的氘不多，大 约在零点零几克，但是考虑到整个地球 的海水总量，我们拥有的氘竟然有几十 亿吨。所有这些氘所产生的聚变能量是 所有裂变材料所产生的千亿倍。但是且 慢，你见到过利用核聚变发电的电厂吗？ 没有。在地球上，除了在科学家们的实 验室里进行过核聚变外，我们唯一知道 的大规模核聚变只有一种——那就是氢 弹的爆炸。
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• 武汉理工大学机电学院 • 西安交通大学环化学院 • 西安石油大学机械学院 • 西北大学化工学院 • 西北第二民族学院化学工程系 • 西南科技大学制造学院 • 西南石油学院机电院 • 湘潭大学机械工程学院 • 新疆大学化学化工学院
• 燕山大学环化学院装制系 • 浙江大学化机研究所 • 郑州大学化工学院 • 昆明理工大学生化学院 • 郑州轻工业学院材料与化工学院 • 中北大学自动控制系 • 株洲工学院（湖南工业大学）机械工程学院 • 中国矿业大学化工学院
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5. 热力学过程: (Thermod ynamic process)
遵循热力学诸规律的过 程。它涉及燃烧、冷冻, 深度冷冻, 空气分离等过 程及设备。
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6. 化学过程: (Chemical process) 遵循化学反应诸规律的过程。它 涉及化学反应，如：合成、分解 等过程及设备。
我们不妨设想一下：
如果没有合成氨和尿素装置….我们的粮食会大面积减产，世 界上有大量的人群将因饥饿而死亡； 如果没有炼油装置……我们的汽车将无法出行，飞机将无法 起飞； 如果没有现代锅炉和发电装置……我们的空调、冰箱将无法 使用，城市将处于昏暗之中； 如果没有药物合成装置……人类的平均寿命会大为缩短； 如果没有电子材料的制造装置……先进计算机技术无法实现， 人们不得不靠传话通讯 如果没有先进的制氢装置……
与过程制造业和装备制造业同时相关
古代的炼丹术 士们通过炼金炼丹 的研磨、蒸馏、升 华、结晶、测定等 技术操作，积累了
金属的置换、物质
的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ合、分解、氧 化、还原等化学反 应方面的知识。
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但是化学，走出化学家的实验室，与 工程结合，还是这一百多年以来的事。
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英国人帕金，于1856年发现 了苯胺染料，并实现了工业化的 生产。法国化学家拜特洛对有机
“化工过程机械”，扩展为 “过程装备”，它包括：
1. 流体动力过程: (Fluid dynamical proces s) 遵循流体力学规律的 过程。它涉及泵、压缩 机、风机、管道和阀门 等。
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2. 热量传递过程: (Heat transfer proces s) 遵循传热学规律的过程。它涉及热量交 换过程及设备，即：换热器，热交换器 等。
戴帽的机械专业一律取消：如：轻工机械、纺织 机械、食品机械等。金相热处理、焊接等专业均 归入机械专业。
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化工机械专业的变革

唯一例外：化工机械由于其重要性，更名为“过 程装备与控制工程”，归入机械学科。 目前全国大约有76所高校设置了“过程装备与控 制工程”本科专业。 研究生教育归入“动力工程与工程热物理”学科， 下设“化工过程机械”。
Modern Process Equipment and Control Engineering
致谢
本堂课程的 PPT 大部分来源于华东理工大学 《压力容器设计》和西安石油大学《过程设 备设计》两门精品课程，在此一并表示感谢！
目录
过程装备与控制的工业背景 过程装备与控制工程专业介绍 过程装备是物质制造的基础 工业节能对过程装备的要求 过程装备发展的方向 过程装备的趋势和前沿 结束语
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过程装备概述
从能量利用角度，过程装备的目的包括： 能量在空间上的转移，能量的传输。 能量在时间上的转移，能量的存储。 过程设备的分类：
动设备
静设备
动设备，机械能生产的源泉
离心式压缩机
活塞式压缩机
泵
罗茨鼓风机
静设备，能源转化的核心
工业余热锅炉
换热设备
我国自主设计制造的核电设备
蒸汽发生器 蒸汽发生器
过程工业是是国家的重要支柱 产业，国家财税收入的主要来 源，其发展状况直接影响国家 的经济基础。在整个制造业中， 过程工业的产值比重接近50%， 利税贡献更为显著，增值税达 52%（2001年）。
过程装置是流程性材料产品的工作母机
Process unit is the machine tool for products of processed materials
摘自法国《快报周刊》(2005年)
中国是世界最大建筑工地
中国现有的441亿平方米存量建筑，中国人住房面
积以每年递增5亿平方米，且持续增长到2020年，这 些可能也是世界第一。
摘自上海2010世博会筹备会议消息
物质制造产生的污染物:大气污染程度
●排放SO2－2100万t/a，世界第一，其中87%由煤排放。 酸雨危害全国40%以上面积，农业损失高达37亿元/年。
核电站“铀-石墨大功率压力管式”反应堆设计上的缺 陷是事故产生的主要原因，工作人员操作失误只是事 故发生的诱因 。 参加救援工作的83.4万人中，已有5.5万人丧生，7万人 成为残疾人，30多万人受放射伤害死去。乌克兰共有 250万人因切尔诺贝利核事故而身患各种疾病，其中包 括47.3万儿童。在乌克兰的核受害者中最常见的是甲状 腺疾病、造血系统障碍疾病、神经系统疾病以及恶性 肿瘤等。今日在切尔诺贝利的河里仍有鱼儿漫游，但 它们体内积满铯、钚等核子物质。松树则长出褐色的 怪枝，显示树木生态因核辐射而出现巨变。
1986年4月26日凌晨1时许，随着一声震天动地的巨 响，火光四起，烈焰冲天，火柱高达30多米。切尔诺 贝利核电站4号核反应堆发生爆炸，其厂房屋顶被炸飞、 墙壁坍塌，当场死亡2人。大量的放射性物质外泄，使 周围环境的放射剂量高达200伦琴／小时，为允许指标 的2万倍。1700多吨石墨成了熊熊大火的燃料，火灾现 场温度高达2000℃以上。救援直升机向4号反应堆投放 了5000吨降温和吸收放射性元素的物质，并通过遥控 机械为反应堆修筑了厚达几米的绝缘罩。
●排放NOX－290万t/a，占世界10%，其中煤排占67%。
●排放CO2－600万t/a，占世界9.6%，其中煤排71%。 ●排放粉尘－1400万t/a，其中煤排占70%。 ●中国现有的441亿平方米存量建筑，绝大部分属于高耗能 建筑，一半的空气污染、水污染、氟氯化物，近一半的温 室气体效应、固体废物来至建筑。
过程装备与控制工程是……
Process Equipment and Control Engineering is ……
Combining math, physics, chemistry and engineering of multidiscipline to solve a wide range of industrial problems in a safe and economical fashion. 结合数、理、化和多领域的工程知识，以安全和经济的方式 解决诸多的工业问题的学科 related to both process manufacture industry and equipment manufacture industry
• 江苏工业学院机械工程系 • 兰州理工大学石油化工学院 • 辽宁石油化工大学机械学院 • 茂名学院机电工程学院 • 南昌大学环境科学与工程学院 • 南华大学机械工程学院 • 南京工业大学机械工程学院 • 南京林业大学机电工程学院 • 齐齐哈尔大学机械工程学院 • 青岛科技大学机电工程学院 • 山东大学机械工程学院
摘自法国《快报周刊》(2005年)
中国生产世界7%的工业产品
上海宝钢是世界最大钢铁企业之一 中国是世界上大城市最多的国家 浙江义乌是世界最大的小商品市场 2010年中国成为世界上最大的电脑生产国。
中国经济创造多项记录，法国《快报周刊》(2005年)， 中国生产世界7%的工业产品，20年后比例将上升到25%。