化学反应工程历史及展望
化学工程的发展和展望
化学工程的发展和展望化学工程是将化学过程和物理过程的基础理论研究与工业化学相结合的学科,不仅是一门具有百年历史的成熟基础学科,也是充满朝气、与时俱进的学科。
1 化学工程的兴起几千年来过滤、蒸发、结晶等操作在生产中被广泛的应用,但在相当长的时期里,这些操作都是规模很小的手工作业。
化学工程这一学科,是在19世纪后期随着大规模制造化学工业产品的生产过程的发展而诞生的。
19世纪70年代,各种基础化学品的生产等都有了相当的规模,化学工业有了许多杰出的成就。
如索尔维法制碱中所用的纯碱碳化塔,高20余米,在其中同时进行化学吸收、结晶、沉降等过程,但是人们还没有从其中找出共有的规律。
1880年, "化学工程"第一次被英国学者George E.Davis正式提出,1888年, 美国麻省理工学院开设了第一个以"化学工程"命名的课程, 标志着化学工程学科的诞生。
1915年,美国学者Arthur D. Little提出了"单元操作",将各种化学品的工业生产工艺分解为若干独立的物理操作单元,并阐明了即使是不同的工艺,只要是相同操作单元就遵循的相同原理。
1920年,在美国麻省理工学院,化学工程从化学系分离出来,成为一个独立的系。
1923年华克尔、刘易斯和W.H.麦克亚共同写的《化工原理》一书出版,奠定了化学工程作为一门独立的工程学科的基础。
2 化学工程的发展2.1 20世纪前叶,化学工程二级学科应运而生在20世纪前叶,化学工程学科的发展促进了许多化学工艺的问世,如美国用丙烯合成出异丙醇,被誉为是石油化工的开端。
这些化学工艺的出现,许多化学工程二级学科应运而生。
化学热力学,化学反应工程,传递过程,化工系统工程,化工控制工程等多个二级学科相继诞生。
2.2 20世纪50～60年代,化学工程完成了从单元操作到三传一反传递过程中动量传递的理论基础是流体力学,热量传递的理论基础是传热学,质量传递的理论基础是传质学,20世纪50～60年代,科学家将数学和物理的方法引入传递过程的研究,使传递过程学科有了较大的发展。
化学工程与工艺发展历史
化学工程与工艺发展历史
化学工程与工艺的发展历史可追溯至19世纪末和20世纪初，随着化学工业的发展，新的工艺和技术出现了。
下面是化学工程与工艺发展历史的主要里程碑：
1.工业革命（18世纪末至19世纪初）：化学工业开始快速发展，涌现了许多重要的工业产品，如硫酸、碱、颜料和染料。
2.十九世纪末至二十世纪初：化学工业的范围不断扩大，新的化学产品不断出现，如煤焦油、合成橡胶、合成纤维和塑料。
3.二十世纪初至中期：工业化学工程的发展加快，特别是在化学反应工程和分离过程方面的进展。
出现了许多新的化学反应法和工艺，同时分离过程的效率和经济性也有了大幅提高。
4.二十世纪中后期：出现了许多新的化学工程领域，如生物技术、环境保护和材料科学等。
同时，计算机和自动化技术的广泛应用使得化学工程领域的设计、开发和管理更加高效和精确。
5.当代：化学工程与工艺领域的前沿研究主要涉及以下方面：生物工程、纳米科技、可持续发展、碳捕捉和利用以及化学工程废物的处理和处置。
总之，化学工程与工艺发展历史的每个阶段都体现了科技进步和人类文明的发展，同时也是工业发展的必然结果。
今天，化学工程与工艺已成为许多关键行业的基石，如能源、制药、食品生产和化妆品等。
化工的历史与发展
化工的历史与发展1. 引言化工（化学工程学）是一门研究化学反应过程以及将化学原理和知识应用于工业生产中的学科。
自古以来，人类就在探索如何将各种物质加工和转化为有用的化学产品，而化工作为一个独立的学科从19世纪中期开始形成。
本文将回顾化工的历史与发展，探讨其在人类社会和工业生产中的重要性。
2. 化工的起源化工的起源可以追溯到几千年前的古代文明。
早在古埃及时期，人们就开始利用化学反应将金属精炼、染料制备和香料提取等过程应用于实践中。
古中国、古希腊、古罗马等文明也都有类似的化学实践活动。
然而，在古代，这些实践主要是基于经验和试错，并缺乏科学原理的印证。
3. 化工的科学基础奠定随着科学方法的逐渐发展和应用，化工开始基于严谨的科学原理进行研究。
18世纪的启蒙时期，化学成为一个独立的学科，并逐渐与化工相结合。
当时的化学家们如约瑟夫·普里斯特利、安托万-洛朗·拉瓦锡和亨利·库朗等人，通过实验和理论研究，为化工的发展打下了坚实的基础。
4. 化工的工业化发展19世纪是化工工业化发展的关键时期。
化学工业的兴起带动了化工学科的发展。
在这个时期，一些重要的化学工艺被发明和应用于工业生产中，如硫酸制造、氨制造和煤焦油加工等。
这些工艺不仅推动了化学工业的蓬勃发展，同时也为化工学科的研究提供了更多实践的基础。
5. 化工的现代发展随着科技的进步和全球经济的发展，化工在20世纪迎来了显著的发展。
新的化学材料和化学工艺的出现推动了化工领域的创新和进步。
新材料的开发和应用拓宽了化工的领域，如高分子材料、纳米技术和生物化学工程等。
此外，化工还在环境保护、能源利用和医药领域做出了重要的贡献。
6. 化工的挑战与机遇虽然化工取得了许多重要的成就，但也面临着一些挑战。
化工生产过程中的安全问题、环境污染和资源浪费一直是化工业面临的主要挑战。
然而，随着可持续发展理念的兴起，化工开始关注环保和可持续性。
通过研发更安全、更环保的工艺和材料，化工有机会应对这些挑战，实现可持续发展。
化学反应工程的新思路与前沿
化学反应工程的新思路与前沿化学反应工程是化学工程学科中的一个重要领域，涉及到诸如物质转化、反应动力学、传质传热、催化反应等多个学科的知识。
在当前世界工业化的进程中，化学反应工程扮演着至关重要的角色。
如何提高反应效率、加快反应速率、提高产品质量和减少环境污染成为化学反应工程的研究重点。
在此背景下，新思路与前沿技术的不断涌现使得化学反应工程领域呈现出更为广阔的前景。
一、反应热学在化学反应工程中的应用反应热学是一门探究物质化学反应热性质的学科，是化学反应工程中必不可少的一个环节。
化学反应大多伴随着热量的释放或吸收，因此，了解反应热学对于正确计算反应过程的热力、热动力学参数是非常重要的。
在化学反应工程中，反应热学的应用主要包括以下几个方面：1.确定反应的热力学参数其中包括反应焓、反应熵、反应自由能等热力学函数的测定。
通过测定这些反应热学参数，可以用于进一步计算反应的热力学平衡常数、反应速率常数等重要参数，有助于更好地理解反应机制，并做出正确的反应条件和工艺的设计。
2.反应过程热平衡分析在化学反应工程中，反应系统的热平衡分析是非常重要的。
在反应过程中，通常会产生大量的热量，如果不能正确处理这些热量，将会对反应的效率和产品的质量产生极大的影响。
因此，通过进行反应热学分析，可以对反应过程中的热平衡进行科学计算，从而保证反应过程的稳定性和安全性。
3.优化反应条件与工艺设计反应热学参数的测定可以为反应条件的优化提供有力的理论支持。
通过对反应热学参数的测定，可以得出最佳反应温度、最佳反应压力等条件，从而提高反应的效率和产率。
二、催化反应工程的发展催化反应是化学工程中最为重要的领域之一，对于化学反应的转化率、选择性、产率等参数的控制具有至关重要的作用。
在催化反应工程中，通过合适的催化剂、反应温度、反应压力等条件，可以使得原本不可能进行的化学反应变得高效、可行。
最近几年，比如基于纳米合金技术和钙钛矿催化剂的光生催化等前沿技术的涌现，使催化工艺迎来了更加广阔和新的发展。
化学反应工程 绪论介绍
条件下研究化学反应进行的机理和反应物系组成、 温度、压力等参数，不包括传递过程及反应器结 构等参数对反应速率的影响。 区别：在于是否考虑反应器结构和操作条件。
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高 低 并 列 的 提 升 管 装 置
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第三阶段：现代化学工业（二战前后）
在以石油和天然气为主要原料的化学工业 中，各种催化反应被广泛应用，这就要求在反应 技术和反应器设计方面作出重大努力。尤其是在 生产规模日益大型化趋势的影响下，促使化学工 程学科形成了一次理论综合：即从动量传递、热 量传递、质量传递的角度深入研究化工生产的物 理变化过程，以及从“化学反应工程”的角度来 研究化工生产的化学变化过程。从而使化学工程 学科上升为一门具有完整理论体系的全面学科。
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绪论
一、化学反应工程的学科历史 二、化学反应工程的研究对象及内容 三、化学反应工程的研究方法 四、化学反应工程的学习目的 五、化学反应工程与其他学科的关系
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一、化学反应工程的学科历史
第一阶段：古代的化学生产（17世纪以前） 这一时期经历了实用化学、炼丹和炼金、医
药化学和冶金化学等时期。早期化学知识来源于 人类的生产和生活实践。同时在人类对自然界万 物的本原构成的探索中，诞生了古代朴素的元素 观。古代化学具有实用和经验的特点，尚未形成 理论体系、是化学的萌芽时期；另一方面，尚未 形成有规模的化学加工实践。
学习本门课程，学生应牢固地掌握化 学反应工程中最基本的原理和计算方法， 运用科学思维方法，增强提出问题、分析 问题和解决问题的能力。课程教学将突出 阐述反应工程理论思维方法，重点讨论气 固相催化反应本征动力学、宏观动力学及 反应器中的混合及对反应的影响，并以开 发实例进行分析，培养学生应用反应工程 方法论解决实际问题的能力。
化学反应工程的研究与发展
化学反应工程的研究与发展化学反应工程是研究化学反应过程及其相关工程技术的一门学科。
在现代化学工业和生产中，应用广泛，涉及诸多工业部门，如化工、制药、能源、材料等领域。
化学反应工程的研究与发展，对于提高化工产品的质量、效率和安全性，推动工业生产的绿色可持续发展，具有重要的意义。
化学反应工程的基本原理化学反应工程是研究化学反应过程的工程学科，其基本原理是在化学反应速率、反应热、转化率、产物的选择性等方面，实现反应过程的优化控制，使得反应体系在最优条件下进行。
化学反应工程的研究方法化学反应工程的研究方法主要包括实验研究、热力学计算、反应动力学模拟、流动反应器的模拟及优化等。
实验研究是化学反应工程研究的基础，通过实验研究可以得到反应的基本数据，如反应速率、反应热、反应机理等，从而建立反应模型，并优化反应条件。
热力学计算是基于热力学平衡的理论计算，可以计算出反应平衡常数，从而指导反应物的混合比以及使反应反向进行的措施。
反应动力学模拟是通过建立反应动力学模型，仿真反应的过程来计算最优化的反应条件，可以进行反应过程的预测和控制。
流动反应器的模拟及优化是仿真流程、模拟参数调整，优化反应器构造、提高反应器的混合均匀度等操作，可较好的提高反应器的批量生产速度。
化学反应工程的应用化学反应工程在现代化学工业、制药工业、能源工业、石化工业、材料工业等领域应用广泛。
在现代生产中，许多化学反应工程都是连续式操作，故而其通常需要大量的流程管道、反应器、换热器、工业阀门等设备，因此在化学反应工程设计中，设备的选型和设计、布局尤为关键。
有些化学反应在生产过程中通常需要运用先进的物理化学技术进行控制，从而使其实现最优的工艺条件，并使生产环境更加安全、稳定和高效。
总之，化学反应工程的研究与发展，对于推动化学工业和生产的发展起到了重要作用。
未来，化学反应工程将进一步实现更高质量、更优控制的生产目标。
化学反应工程及其应用
化学反应工程及其应用化学反应工程是一门关于化学反应的工程学科。
它将各种化学过程组合起来，以生产所需的化学物质，开发并测试反应过程，设计和构建反应设备，并确定最佳生产条件，以优化反应过程的效率和经济性。
化学反应工程的应用范围非常广泛，涉及到医药、化工、精细化学品、材料科学等领域。
化学反应工程的发展始于20世纪初期，随着化学工业的飞速发展，化学反应工程开始日益重要。
20世纪50年代初到60年代初，化学反应工程在美国得到了迅速的发展，主要是由于冷战带来的创新需求以及科学家们的勇气和智慧。
在那个时候，化学反应工程着眼于提高燃料使用效率、建立原子能生产过程等等。
摩尔斯海军实验室在世界上首次提出了反应工程的概念，也是第一个建立独立的反应工程部门的机构。
如今，化学反应工程已成为一门成熟的学科。
在化学生产领域，化学反应工程不仅是制定化学反应工艺、优化生产过程、管理安全生产的重要手段，同时也是衡量企业核心竞争力的重要指标之一。
在新材料领域，化学反应工程的应用也非常广泛，如合成碳纳米管、石墨烯等。
此外，在环境治理、食品营养等领域，化学反应工程也发挥着重要作用。
化学反应工程的原理主要基于化学动力学和热力学。
理解和掌握化学动力学和热力学的基本原理，对于开发高效反应工艺以及解决突发情况至关重要。
在实际应用中，还需要考虑反应过程的物质输送过程（质量传递）以及实验的系统工程学问题。
反应工程在某种意义上是一种机械工程。
反应器的机械设计、数字模拟等都是反应器设计的必备要素。
反应器表面的腐蚀问题、反应器壁材料选择等问题都需要通过可靠的测试、分析和预测来加以解决。
其中，以CFD (Computational Fluid Dynamics) 为代表的计算方法尤为重要。
总之，化学反应工程作为一门基础学科，涉及的内容和应用领域非常广泛。
在未来，化学反应工程将在高效催化剂和反应器中的应用、绿色化学领域、生物反应工程等领域大显身手。
同时，化学反应工程也需要不断创新和发展，应用前沿科技和理念，为人类创造更多的价值。
化学反应工程历史及展望
轻烯烃类有价值的产品。
MIP工业反应器是由中国石油化工科学研究院研制，突破了现有
FCC工艺对二次反应的限制，实现了可控性和选择性地进行裂化反应、
氢转移反应和异构化反应，使产品的性质和产品的分布得到改善。
利用多尺度的思想，首先根据设备操作条件，由宏观尺度模型给出
整个设备内部的颗粒分布，再按此分布分配到设备的各个局部，该
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化学反应工程发展年代实况
￭40年代，第二次世界大战，三个重要的过程开发研究工作：
1.流化床催化裂化--汽油
2.丁苯橡胶乳液聚合--（汽车）轮胎
3.曼哈顿计划--原子弹（气体扩散提炼浓缩铀U238）
￭1947年，出版了两本书:
1.霍根（Hougen）和华生（waston）--《化学过程原理》
我国石油资源短缺使大型现代煤化工技术首
先向中国聚集，为中国在煤化工领域带来更
优越的领先契机。
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化学反应工程未来展望
国内发展趋势
我国是世界钢铁产量大国，产量 超过６亿吨/年，这需要生产大量的 煤炭焦炭(产量约３～４亿吨／年)。 同时，煤化工产品将从传统煤化工 (以合成氨、焦化产品为代表)，向新 一代煤化工(以合成甲醇等为代表)方 向快速发展。
2.法兰克--卡明涅斯基--《化学动力学中的扩散与传热》
总结了化学反应与传递现象之间的相互关系。探讨了反应器
设计2021/问5/27 题。为学科的形成起了一定的作用。
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化学反应工程发展年代实况
￭ 50年代，石油化工迅猛发展，反应器规模不断扩大。对反应器的 放大问题的研究，使人们认识到，任何一个化学反应在工业规模 反应器中进行时不可避免地伴随着"三传"现象，必须将化学反应 与"三传"同时结合起来加以考虑和分析。
化学反应工程学的发展与应用
化学反应工程学的发展与应用化学反应工程学是化学工程学中的一个重要分支，研究化学反应的工程原理和技术，可以将化学反应转化为工业生产过程，实现化学品的大规模生产。
随着化工产业的不断发展和技术的进步，化学反应工程学也在不断发展，并得到了广泛应用。
一、化学反应工程学的历史与发展化学反应工程学的起源可以追溯到19世纪，当时化学工业处在萌芽阶段，对反应的工程实践和研究需要较早的上限理论计算方法；而1902年Dixon和Long追求研究原始化学反应的统一机理，将本科生化学与工程学结合起来，称为“化学反应工程学”。
20世纪50年代，随着现代化学反应动力学的发展，人们开始重视将化学反应与化学工程两者结合，以解决由于传质阻力、化学反应速率等因素造成的热量生成及质量传输的问题。
科学家们开发了许多新的反应器，设备和催化材料，大大提高了化工生产效率。
二、化学反应工程学的应用1. 新药研发化学反应工程学的应用还包括新药研发。
药物研究人员通过调整反应条件，对新药物进行合成、提纯和制剂的制备。
应用反应工程学理论和方法，药物研究人员可以更好地评估制剂的安全性、疗效和实用性。
2. 化工工艺优化化学反应工程学的一个重要应用是对化工工艺进行优化。
通过选择合适的反应器、催化剂和反应条件，可以在保证生产效率的同时降低制造成本。
优化化工工艺可以带来较高的成本效益，保证产品质量和市场竞争力。
3. 能源开发另一个应用是能源开发。
由于能源资源的日益枯竭，人们寻找一种更加可持续的能源替代方案。
化学反应工程学的应用可以促进这些替代能源的开发和使用。
目前，科学家们正在研究太阳能、生物质和核能等新型能源的生产方法。
三、总结作为化学工程学的重要分支，化学反应工程学在化工及相关领域的应用得到了广泛认可。
随着技术进步和科学家对工程原理及其应用的掌握更加深刻，我们对化学反应工程学的研究和应用将会更加广泛。
化学反应工程学
ｑＶ
经过t→t+dt时间间隔从出口所流出的示踪物占示踪物 总量（M0）的分率为：
dN 在t t dt时间流出的示踪物量 ( )示踪物 N 示踪物总量 qV c（t）dt M0
在注入示踪物的同时，进入流动体系的物料若是N，则在 反应器内停留时间为t→t+dt的物料在N中所占的分率为：
ｑＶ
连续操作的流动 体系
ｑＶ
在阶跃示踪法中，t秒时由出口测出的是停留时间为0→t秒的 示踪物，即凡是停留时间小于或等于t的示踪物在t秒都会从出口 流出来，所以阶跃法在t秒时所测定的示踪物浓度（t）应为：
停留时间为 0 t秒的示踪物 c(t ) t秒内加入物料体积 t秒内进入反应器的示踪 物 停留时间为 0 t秒的分率 t秒内加入物料体积 qV c0 t E（t） dt
np a s p n A, 0 n A
收率：生成目的产物的量比加入反应物的量
a np y p nA,0
收率、转化率与选择性之间的关系为：
y xA s
有时也用质量收率表示：
所得目的产物的质量 yw 输入某反应物的质量
（二）、反应器的分类 1、按反应物料的相态分类：
反应器的种类 反应类型 设备的结构 反应特性 形式
dN ( ) 物料 E（t）dt N
由于示踪物和物料在同一个流动体系里，所以
dN dN ( )示踪物 ( ) 物料 N N
qV c(t ) dt E (t )dt M0 qV E (t ) c(t ) M0
C(t)
t
2、阶跃示踪法
从某一时刻起连续 加入示踪物 测定示踪物浓度 c(t) 随 时间 t 的变化
根据实验研究发现：均相反应的速度取决于物料的浓度和温度， 这种关系可以用幂函数的形式表示，就是动力学方程式：
化学学科的发展和未来趋势
化学学科的发展和未来趋势化学作为一门研究物质的组成、结构、性质以及变化规律的基础自然科学，自诞生以来，已经经历了数个重要的发展阶段。
从古代的炼金术，到现代的分子生物学，化学始终保持着探索未知、创造新知的活力。
本文将简要介绍化学学科的发展历程，并展望其未来趋势。
一、化学学科的发展历程1.古代化学古代化学，主要以炼金术为主，人们试图通过炼金术寻求点石成金的秘术，这一时期的化学研究多为神秘主义，缺乏科学依据。
2.近现代化学近现代化学的发展始于1661年，波义耳提出了化学元素的概念，标志着现代化学的诞生。
此后，原子论和分子学说的提出，使化学逐渐形成了科学的体系。
拉瓦锡、道尔顿、阿伏伽德罗等科学家为近现代化学的发展做出了巨大贡献。
3.20世纪化学20世纪化学的发展进入了黄金时期，量子力学、核磁共振、电子显微镜等先进技术的应用，使化学研究深入到原子、分子层面。
此外，高分子化学、有机合成化学、分析化学等领域取得了重大突破。
4.21世纪化学21世纪化学学科继续保持着快速发展的态势，纳米技术、生物技术、绿色化学等新兴领域成为研究热点。
化学在解决能源、环境、健康等全球性问题中发挥着重要作用。
二、化学学科的未来趋势1.绿色化学绿色化学是21世纪化学的重要发展方向，它强调化学反应的高效、原子利用率的提高，以及 minimize 或 eliminate 副产品生成。
绿色化学旨在实现化学过程的可持续性，减少对环境的影响。
2.生物化学生物化学是化学与生物学的交叉领域，研究生物大分子的结构、功能与相互作用。
随着生物学技术的不断发展，生物化学在药物研发、基因编辑、蛋白质工程等方面具有广泛的应用前景。
3.纳米化学纳米化学研究纳米尺度下的物质性质与变化规律。
纳米材料具有独特的物理、化学性质，广泛应用于电子、能源、环保等领域。
未来，纳米化学将在材料科学、催化科学等领域取得更多突破。
4.能源化学能源化学关注新能源的开发和利用，如燃料电池、太阳能电池等。
化学工程技术的发展
化学工程技术的发展化学工程技术在人类社会的发展中扮演着重要角色。
它涉及到有机化学、无机化学、高分子化学等多个领域，应用于能源、材料、医药等行业。
随着科学技术和社会经济的不断进步，化学工程技术也在不断发展。
本文将探讨化学工程技术的发展历程与趋势。
一、化学工程技术的起源与发展化学工程技术作为一门学科，其起源可以追溯到19世纪工业革命初期。
当时，煤炭、石油等化石能源的开采和利用成为人们关注的焦点。
化学反应的应用于实际生产中，人们才开始了解并系统研究化学工程技术。
随着化学工程技术的不断发展，人们逐渐认识到化学反应过程中的热力学和动力学问题，开始重视工程操作技术的改进。
20世纪初，随着有机合成化学的突飞猛进，化学工程技术得到了迅猛发展。
例如，尼龙、聚酯等高分子材料的发明与应用，极大地促进了现代化学工业的发展。
二、化学工程技术的应用领域化学工程技术广泛应用于能源、材料、医药等领域。
在能源领域，化学工程技术被用于石油、天然气的提纯与加工，核电站的设计与运营等。
在材料领域，经典的化学反应、配方与工程装备的设计相结合，可以合成出各种先进材料，如功能性陶瓷、先进金属材料等。
在医药领域，化学工程技术可应用于药物的合成、分离与纯化、药物包装等环节。
三、化学工程技术的发展趋势1. 绿色化学工程技术的兴起随着环境保护意识的提高，人们对于化学工程技术的发展提出了更高的要求，即追求绿色、可持续的发展。
绿色化学工程技术以最大限度减少对环境的污染为目标，研发与应用环保型催化剂、高效能源利用技术等。
2. 仿生化学工程技术的兴起仿生化学工程技术将生物学和化学工程技术相结合，借鉴生物体内的化学反应和调控机制，开发出一系列仿生材料和仿生催化剂。
仿生化学工程技术可应用于催化剂的设计、生物反应器的构建等领域。
3. 纳米化学工程技术的兴起纳米化学工程技术是近年来发展最为迅猛的领域之一。
通过控制物质的形态和结构，在纳米尺度上调控材料的性能，可以制备出具有特殊功能的材料，如纳米传感器、光电材料等。
化学工程发展历史
过滤、蒸发、蒸馏、结晶、干燥等单元操作在生产中的应用,已有几千年的历史,据考古发现,至少在10000年以前中国人已掌握了用窑穴烧制陶器的技艺，5000年以前已通过利用日光蒸发海水、结晶制盐;埃及人在5000年以前的第三王朝时期开始酿造葡萄酒，并在生产过程中用布袋对葡萄汁进行过滤。
但在相当长的时期里，这些操作都是规模很小的手工作业。
作为现代工程学科之一的化学工程，则是在19世纪下半叶随着大规模制造化学产品的生产过程的发展而出现的,经过100多年的发展，化学工程已经成为一门有独特研究对象和完整体系的工程学科。
化学工程的萌芽法国革命时期出现的吕布兰法制碱,标志着化学工业的诞生。
到19世纪70年代,制碱、硫酸、化肥、煤化工等都已有了相当的规模，化学工业在19世纪出现了许多杰出的成就。
例如：索尔维法制碱中所用的纯碱碳化塔，高达20余米，在其中同时进行化学吸收、结晶、沉降等过程，即使今天看来，也是一项了不起的成就。
但当时取得这些成就的人却认为他们自己是化学家，而没有意识到他们已经在履行化学工程师的职责。
化学工程概念的提出英国曼彻斯特地区的制碱业污染检查员G.E.戴维斯指出：化学工业发展中所面临的许多问题往往是工程问题。
各种化工生产工艺，都是由为数不多的基本操作如蒸馏、蒸发、干燥、过滤、吸收和萃取组成的，可以对它们进行综合的研究和分析，化学工程将成为继土木工程、机械工程、电气工程之后的第四门工程学科。
但戴维斯的观点当时在英国没有被普遍接受。
1880年他发起成立英国化学工程师协会，未获成功。
尽管如此，戴维斯仍继续根据自己的观点搜集资料,进行整理分析。
1887～1888年,他在曼彻斯特工学院作了12次演讲，系统阐述了化学工程的任务、作用和研究对象。
这些演讲的内容后来陆续发表在曼彻斯特出版的《化工贸易杂志》上，并在此基础上写成了《化学工程手册》，于1901年出版。
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，出版后很受欢迎。
化学工程的发展与展望
化学工程的发展与展望化学工程是一门研究利用化学原理、物质转化和化学反应产生的热、电、光、机械、生物作用等现象，应用工程原理和方法进行工艺过程设计、优化、调控和控制的学科。
自上世纪末以来，随着化工国家实力的不断增强和科学技术的飞速发展，化学工程的研究领域日益扩大，涉及到工业、资源、环境、生物、材料等各个领域。
在这一过程中，化学工程也在不断地发展、创新和进步，为人类的经济发展和社会进步做出了重要贡献。
1、20世纪初期——主要研究煤气化、炼油、化肥等传统化学工业的基本工艺和技术。
2、20世纪30年代——工业体系转变，出现了新的科学领域。
化学工程师开始涉足新材料、高分子材料和可再生能源等领域。
3、20世纪40-50年代——出现了化学反应与材料的研究，引入了交叉学科，在催化剂、反应器、高聚物和功能性材料等方面进行了深入的研究和开发。
4、20世纪60年代——出现了化学过程的系统优化和控制研究。
研究对象从单一化学反应扩展到了复杂工业过程，这种转变极大地拓展了化学工程的研究领域。
5、20世纪70年代——为了应对能源危机的挑战，石油天然气化工技术成为了化工行业的主要发展方向。
此外，发展了计算机及化学工程软件技术，其使用使过程优化削减了盲目试验，提高了效率。
6、20世纪80年代——出现了下一代高分子化学材料及其合成技术，开启了化学工程的另一波浪潮。
此外，还出现了很多新的交叉学科，如生物化学工程、分离过程工程等。
7、21世纪——随着人类对环境保护和可持续发展的关注不断加强，绿色化学工业成为新时期的发展方向；还涌现出了先进制造技术、生物医药等领域。
二、市场需求与技术趋势1、市场需求——随着国家工业的发展与经济全球化带来的竞争，工业的生产要求越来越高，市场需求越来越多样化和个性化。
化学工程被视为提高生产效率，降低成本的一种工具，随之而来的是越来越多样和定制化的化学工程解决方案需求。
2、技术趋势——随着研究和开发成果不断涌现，如计算机技术、传感器技术、仿真技术、微纳米技术等技术的突破，化学工程技术也在不断更新换代。
化学反应工程的最新进展
化学反应工程的最新进展从工业生产到生活中使用的产品，化学反应工程起着至关重要的作用。
因此，化学反应工程的研究一直是化学领域的热门话题。
随着人们对环保及高效性的要求不断提高，化学反应工程也不断取得新的进展。
一、可控反应的实现化学反应通常需要严格的温度、压力和反应物的比例等条件，以确保反应的高效和最终产物的质量。
以前的反应过程凭经验调整参数，效率低下，甚至会导致大量废品的产生。
现如今，借助先进的技术手段，可控反应成为现实。
一种新的可控反应的方法是使用微流控技术。
该技术基于微流体在控制的通道内流动的特性，可以精确控制反应物的混合比例和反应速率。
这种微型反应器可以快速地达到稳态，反应可以在微处理器上进行，达到高通量生产的效果。
此外，该技术还可以将反应过程的时间和空间分离，以便对反应进行更精细的控制。
另一种可控反应的技术是所谓的催化反应。
随着催化剂和反应物之间互动规律逐渐清晰，合理运用催化剂可使反应变得可控。
例如，将催化剂导入微反应器中，通过使用高压氢气进行反应，可在短时间内将化学反应的速率提高数十倍。
同时，催化剂在反应结束后可以很容易地从产物中分离出来，使得整个反应减少了后续的处理步骤，节约了时间和成本。
二、高效化学反应的实现化学反应的高效性是其应用成果的根本所在，在这方面，从小分子范围的实验室实验到大型的工业生产，都面临一些技术限制。
高效化学反应技术的创新，能够在降低成本同时，提高反应过程的效率和稳定性。
一种新的高效化学反应技术是酶催化反应。
酶是天然产物，具有非常高的催化效率和选择性。
具体实现方式是将基因工程技术应用于酶的改良，来提高其催化效率和选择性。
这种方法最大的好处是可以在温和的条件下进行，反应时间缩短了，产物纯度提高了，而且反应终止后容易回收催化剂。
另一种高效化学反应方法是固体超强酸催化反应。
这种方法采用石墨烯等固体作为催化剂，在低温和低压条件下进行反应，可获得高产率和高选择性的产物。
因为它可以在温和的条件下进行，所以减少了能耗和排放的环境压力，是一种高效、可持续发展的反应方式。
化学工程与化学工艺的历史演变与发展趋势
化学工程与化学工艺的历史演变与发展趋势化学工程与化学工艺作为应用类学科，负责将化学原理与理论知识应用于实际工程中，从而实现化学反应的工业化生产。
本文将回顾化学工程与化学工艺的历史演变，并探讨其未来的发展趋势。
一、化学工程的起源与初期发展化学工程的起源可以追溯到18世纪末19世纪初，当时工业革命的推动下，化学学科逐渐发展壮大。
随着化学反应的规模不断扩大，人们开始意识到将化学实验室中的反应转化为工业化生产的重要性。
在19世纪初期，最早的化学工程实践主要集中在烟草、盐制造和酒精生产等行业。
然而，当时的化学反应工程仅仅是一种经验性的尝试，缺乏系统性的理论指导。
二、化学工艺的发展与重要里程碑随着时间的推移，化学工艺逐渐成为一个独立的学科，并在实践中取得了一系列的重要里程碑：1. 20世纪初，海尔雷斯(Haber)发现了氨合成反应的工艺，开创了化学催化反应的先河。
这项发现为后续的催化转化技术打下了坚实的基础，也开创了工业化生产中的新篇章。
2. 20世纪30年代，化学工程领域开始应用数学和物理学方法，推动了工程计算和工艺模拟的发展。
这使得化学工程变得更加科学化，能够通过数值模拟和实验验证相结合的方式来进行工程设计。
3. 第二次世界大战期间，化学工程与化学工艺在军事生产和燃料开发方面发挥重要作用。
石化工业的兴起和化工材料的发展，进一步推动了化学工程与化学工艺的发展。
三、化学工程与化学工艺的发展趋势随着科学技术和社会需求的不断更新，化学工程与化学工艺也面临着各种挑战和机遇：1. 绿色化工：随着环保和可持续发展意识的增强，绿色化工将成为化学工程与化学工艺的主要发展方向。
研究人员将致力于减少废物排放、优化能源利用和开发环境友好型催化剂等。
2. 新能源与能源转化：面对能源危机和全球变暖的问题，化学工程与化学工艺将重点关注新能源的开发和能源的高效转化。
例如，太阳能、风能和生物质能源等可再生能源的研发和利用将成为重要的研究领域。
化学反应工程的应用和发展
化学反应工程的应用和发展化学反应工程是一门针对化学反应过程的研究和应用的学科，它涉及到化学、物理、数学、机械等方面的知识。
在工业生产中，化学反应工程的角色十分重要，它直接决定了工业化学生产的质量、效率和成本。
本文将从化学反应工程的应用和发展两个方面进行探讨。
一、化学反应工程的应用化学反应工程在工业生产中有着广泛的应用，可以应用于石油化工、医药制造、食品工业、化纤及塑料等领域。
以下将从几个方面简要介绍其应用。
1.石油化工石油化工是化学反应工程的一个重要应用领域。
它涉及到炼油、基本有机化工、精细化学品、橡胶生产等众多方面。
其中，表面活性剂是石油化工中最重要的一类产品，它广泛应用于洗涤剂、润滑剂、化妆品、纸张、医药等行业。
在其制备过程中，化学反应工程的应用非常频繁。
例如，通过乙烯氧化制备表面活性剂的过程中，需要使用高温高压反应器，利用氧化反应产生的热量进行快速转化，以提高反应过程的效率。
2.医药制造在医药制造领域，化学反应工程广泛应用于药物合成、分离纯化和储存等各个方面。
例如，利用化学反应工程的方法可以制备出抗生素、激素、维生素、化学药品等众多药物。
此外，分离纯化和储存药物时，也需要使用化学反应工程的方法，以保证药物的质量和安全。
3.食品工业化学反应工程在食品工业中的应用相对较少，但也有若干方面。
例如，利用化学反应可以使甜味剂、酸味剂和色素等添加剂合成，以精确控制食品的口感和外观。
同时，化学反应工程也被用于酒精和酸奶等发酵食品的制备过程中。
4.化纤及塑料化学反应工程的应用在化纤及塑料领域中十分广泛。
利用国际先进的化学反应工程技术可开发出高分子材料，如塑料、橡胶、纤维和涂料等。
这些高分子材料的生产离不开化学反应工程的支持。
例如，制备聚乙烯、聚丙烯等塑料时，需要使用高温高压反应器将小分子单体转化为大分子链，以形成所需的塑料。
二、化学反应工程的发展化学反应工程的发展可以追溯到20世纪初期。
当时，由于化学原料的湮灭，各大工厂寻找新的原料和工艺路线。
化学反应工程历史及展望知识讲解
化学反应工程发展年代实况
￭ 50年代，石油化工迅猛发展，反应器规模不断扩大。对反应器的 放大问题的研究，使人们认识到，任何一个化学反应在工业规模 反应器中进行时不可避免地伴随着"三传"现象，必须将化学反应 与"三传"同时结合起来加以考虑和分析。
▪ 另外，又提出了一些重要的基本概念。如"返混"，"反应器稳定性 "，"微观混合"，"伴有化学反应的传质"等。推动了学科的发展。
但是环境与资源的双重约束,使得转变经济发展方式、调整经 济结构已经成为经济持续发展的关键。要求化工行业适应我们当代 和谐发展模式，为低碳经济锁具的代表性的低碳发展模式是和谐、 循环发展的必然要求。
化学反应工程未来展望
我国国情：
在２０世纪，反应工程的存在和发展， 很大程度上服务于大型的石油化工过程和基 础原材料的生产。进入２１世纪，石油化工的 新技术发展逐渐停滞，而由于石油危机带来 的新的能源战略和发展契机，给大型化煤化 工带来了新的浪潮，尤其页岩气的开发和已 探明储量为天然气转化再度带来热点。由于 我国石油资源短缺使大型现代煤化工技术首 先向中国聚集，为中国在煤化工领域带来更 优越的领先契机。
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化学反应工程发展年代实况
￭30年代，石油化学工业刚刚兴起。提出了“单元操作”和“单元 过程”等概念。
单元操作——流体输送，蒸馏，干燥等专管物理工序。 单元过程——磺化，水解，加氢等专管化学反应工序。 1937年，丹克莱尔较系统的阐述了“扩散，流体流动和传热对 化学反应收率的影响”，为化学反应工程的创立奠定了基础。(被 认为是化学动力学发展到“工程技术”阶段的标志)。
化学反应工程绪论
1.4、化学反应器的操作方式
操作 方式
描 述
特 点
间歇 操作
反应原料一次装 入反应器，反应 过程中无进料和 出料
连续 操作
反应过程中反 应原料和产物 分别连续加入 和输出反应器
物系组成随时 间而变 多数情况下可 视为恒容 操作灵活，适 于小规模生产
2. 转化率（X）
定义：某一反应物转化的百分率或分率。 表示一个反应进行的程度。
某一反应物的转化量 X 该反应物的起始量
X ni0 ni ni0
i n i0
ห้องสมุดไป่ตู้
单程转 Q 0
化率与 全程转
1
cA0
2
化率
AABB RR
Reactor
Qr Q0
例题1.1合成聚氯乙烯所用的单体氯乙烯， 多由乙炔和氯化氢以氯化汞为催化剂合成 得到，反应式如下
物系组成不随时 间但随位置而变 适于大规模、机 械自动化操作 产品质量好，劳 动强度小
半间歇 操作 间歇与 连续操 作之外
兼具间 歇和连 续操作 的某些 特点
1.5、反应器设计的基本方程
●反应器设计的基本内容
1. 反应器型式选择 2. 反应器最佳操作条件确
定 3. 反应体积（尺寸）计算
建立反应参数如转化率、 收率、选择性和生产能 力等与反应器尺寸、操 作方式、反应时间等之 间的关系。
确定等
反应动力学
反应器设计与分析
本征动力学
理想条件下研究化学反应 进行的机理与反应物系组 成、温度、压力等参数对 反应速率的影响。主要决 定于化学反应本身
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化学反应工程的新领域
以工业规模的石油催化裂化MIP工业反应器为例：石油催化裂化 是国民经济中有重大影响的工业过程之一。重质油品或渣油等通过 在催化剂存在下的加热反应，使长链产品断键，生成汽油、煤油及 轻烯烃类有价值的产品。 MIP工业反应器是由中国石油化工科学研究院研制，突破了现有 FCC工艺对二次反应的限制，实现了可控性和选择性地进行裂化反应、 氢转移反应和异构化反应，使产品的性质和产品的分布得到改善。 利用多尺度的思想，首先根据设备操作条件，由宏观尺度模型给出 整个设备内部的颗粒分布，再按此分布分配到设备的各个局部，该 分布可在数秒内完成。成功地模拟复杂的大型多相反应器的所有内 部细节，更加准确地指导反应器的设计和放大。
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总结
反应工程是化学工业的核心，是实现物质转化的最重要的环节。 随着科学和工业在２1世纪的快速发展，反应工程新技术新工艺也越 来越多地渗透到不同的领域，而反应过程本身也在不断追求创新， 并与基础化学、基础物理、生物学等学科建立越发紧密的联系，相 信在未来，反应工程会在国家工业生产中贡献更多的力量。
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化学反应工程的新领域
反应工程生物学：
如今反应工程的方法论越来越多地渗透 到生物、材料、新能源等新兴领域。历史上， 青霉素的深层发酵技术首先为反应工程应用 于生物化工开辟了新的篇章，而反应器的不 断改进也为传统生物化工过程的节能减排做 出了重要的贡献。利用生物体系的独特优势， 如分子尺度上的结构识别、特异性结合以及 精确自组装等优点，构建生物模板进行纳米 材料的合成，就衍生为化学、化工前沿的生 物纳米技术。
总结了化学反应与传递现象之间的相互关系。探讨了反应器 设计问题。为学科的形成起了一定的作用。
化学反应工程发展年代实况
￭ 50年代，石油化工迅猛发展，反应器规模不断扩大。对反应器的 放大问题的研究，使人们认识到，任何一个化学反应在工业规模反
应器中进行时不可避免地伴随着"三传"现象，必须将化学反应与"
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化学反应工程的新领域
例如，病毒 （噬菌体）分子由于具有合适的 大小、明确的结构、可以进行基因工程操作、能 够实现自我复制增殖和自组装等特性，被广泛用 于纳米线、纳米薄膜以及多层纳米材料的合成， 尤其可成为精确制造催化剂的一种特殊技术。据 报道，利用噬菌体耦合的纳米镍－铑－铈催化剂， 用于乙醇重整制氢反应，新型催化剂可以使催化 反应温度从６５０℃下降至３００℃。因此，反应工 程与新领域、新学科的结合和拓展，带来更多的 发展契机。
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化学反应工程发展年代实况
￭40年代，第二次世界大战，三个重要的过程开发研究工作：
1.流化床催化裂化--汽油
2.丁苯橡胶乳液聚合--（汽车）轮胎
3.曼哈顿计划--原子弹（气体扩散提炼浓缩铀U238）
￭1947年，出版了两本书:
1.霍根（Hougen）和华生（waston）--《化学过程原理》
2.法兰克--卡明涅斯基--《化学应工程发展史
第二阶段：近代化学工业从十八世纪末开始。 以硫酸，硝酸，纯碱的工业规模的生产过程 为开端，至20世纪初，出现了载入化工发展史册 的合成氨的工业生产。 20世纪初，英国的Davis,美Walker,Lewis等 提出了“化学工程”的概念，发展成为以“单元 操作”（unit operations）为基本研究内容的 化学工程学。而规模的扩大要求人们对生产过程 的规律有更为透彻的了解需要既懂工程又熟悉化 学知识促使工程与化学相结合。
化学反应工程未来展望
我国国情： 在２０世纪，反应工程的存在和发展， 很大程度上服务于大型的石油化工过程和基 础原材料的生产。进入２１世纪，石油化工的 新技术发展逐渐停滞，而由于石油危机带来 的新的能源战略和发展契机，给大型化煤化 工带来了新的浪潮，尤其页岩气的开发和已 探明储量为天然气转化再度带来热点。由于 我国石油资源短缺使大型现代煤化工技术首 先向中国聚集，为中国在煤化工领域带来更 优越的领先契机。
￭1979年，我国派代表参加了国际化学反应工程会议。 ￭80年代以后，反应工程的理论与方法已日臻完善与丰富。随着高 技术的发展与应用，如微电子器件的加工、光导纤维的生产、新材 料与生物技术等，向我们提出了新的研究课题。 反应工程的研究进入了一个新的阶段。
研究背景
我国学术发展： ７０年代末，反应工程的研究成果才开始大量地介绍到国内。 华东理工大学的陈敏恒教授，天津大学的李绍芬教授，浙江大学 的陈甘棠教授，四川大学的王建华教授等是国内最早从事反应工 程教学的学者。 ８０年代以后，国内从事反应工程学科研究的队伍迅速壮大， 对反应工程的研究已经渗透到各个化工领域，与世界研究水平之 间的距离也逐渐缩小，不同版本的教科书和各种各样的专著不断 出版。反应工程成为我国化工学生一门非常重要的专业课程。
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化学反应工程发展史
第一阶段：古代的化学生产（17世纪以前）
这一时期经历了实用化学、炼丹和炼金、医药化学和冶金化学等时期。 早期化学知识来源于人类的生产和生活实践。同时在人类对自然界万物的 本原构成的探索中，诞生了古代朴素的元素观。古代化学具有实用和经验 的特点，尚未形成理论体系、是化学的萌芽时期；另一方面，尚未形成有 规模的化学加工实践。
化学反应工程发展历史及展望
第一小组成员：周宇杰
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化学反应工程定义
学科定义：
化学反应工程是化学工程的一个分支，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设计为主要目的的一门 新兴工程学科。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、冶金及轻工等许多工业部门。
化工行业前景
化学工业是属于知识和资金密集型的行业。随着科学技术的发 展，它由最初只生产纯碱、硫酸等少数几种无机产品和主要从植物 中提取茜（qiàn）素制成染料的有机产品，逐步发展为一个多行业、 多品种的生产部门，出现了一大批综合利用资源和规模大型化的化 工企业。
化工行业前景
如今的二十一世纪，是以可继续发展为特点的时代,以新能源、 新材料、环保、生命科学等为代表,这些技术上的发展很好的改变 了我们的生活模式,是我们的社会更加趋于文明。在新的历史时期, 化学的发展迎来了新的机遇,出现了多学科交叉的特点。 但是环境与资源的双重约束,使得转变经济发展方式、调整经 济结构已经成为经济持续发展的关键。要求化工行业适应我们当代 和谐发展模式，为低碳经济锁具的代表性的低碳发展模式是和谐、 循环发展的必然要求。
三传"同时结合起来加以考虑和分析。
另外，又提出了一些重要的基本概念。如"返混"，"反应器稳定性
"，"微观混合"，"伴有化学反应的传质"等。推动了学科的发展。
1957年，在荷兰首都（阿姆斯特丹）举行了第一次欧洲化学反
应工程会议。会上正式提出了"化学反应工程学"的概念。
化学反应工程发展年代实况
弗里茨·哈伯
化学反应工程发展史
第三阶段：现代化学工业（二战前后） 在原料路线，技术和设备方面都有巨大的变化和进步，在以石 油和天然气为主要原料的化学工业中，各种催化反应被广泛应用， 这就要求在反应技术和反应器设计方面作出重大努力。尤其是在生 产规模日益大型化的趋势下，其影响就更大了，促使化学工程学科 形成了第二次理论综合，即：从动量传递、热量传递、质量传递的 角度深入研究化工生产的物理变化过程，以及从“化学反应工程” 的角度来研究化工生产的化学过程。从而使化学工程学科上升为一 门具有完整理论体系的全面学科。三传一反。
化学反应工程发展年代实况
￭30年代，石油化学工业刚刚兴起。提出了“单元操作”和“单元 过程”等概念。 单元操作——流体输送，蒸馏，干燥等专管物理工序。 单元过程——磺化，水解，加氢等专管化学反应工序。 1937年，丹克莱尔较系统的阐述了“扩散，流体流动和传热对 化学反应收率的影响”，为化学反应工程的创立奠定了基础。(被 认为是化学动力学发展到“工程技术”阶段的标志)。
化学反应工程发展史
化学反应工程学发展史
萌芽于三十年
代
反应工程与工业进展
形成于四十年
反应工程发
展史
代
发展与五六十
年代
成熟于八十年
代后
２０世纪２０年代:合成氨———现代化工的起始： 农业，炸药 ２０世纪４０年代:石油催化裂化：汽车工业；核化 工：原子能工业 ２０世纪５０年代:深层发酵：抗生素制药业 ２０世纪６０年代:烯烃，芳烃：三大合成材料 ２０世纪７０年代:有机硅，高纯硅：硅材料工业 ２０世纪８０年代:人工脏器，动植物细胞培养 ２０世纪９０年代:纳米管，超分子组装纳米－亚微 米材料，复合、多功能材料 ２０００年至今:能源、资源、环境、生物、制药、 材料……
纳米碳管
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化学反应工程的新领域
计算反应工程：
进入21世纪，化工领域相关基础研究的 飞速发展，尤其是量子力学、流体力学理论 的发展与完善，进一步推动了计算模拟技术 在反应工程领域的应用。数学方法与计算机 技术相结合，在计算分子科学、过程模型与 模拟、操作模型与模拟和计算流体力学等几 个重要领域发挥着重大作用。从微观分子到 宏观设备、过程和工厂的范围内多尺度刻划 真实的化工反应过程，使得过程的开发与设 计更加方便、快捷和准确。
1960年，召开了第二次欧洲化学反应工程会议。从那以后，每四
年举行一次。 1970年，在美国首都(华盛顿)召开了第一次国际化
学反应工程讨论会，以后每两年举行一次。
70年代中期，《反应工程》向深度和广度发展，出现了关于g-l、
g-l-s反应器、生化反应工程等方面的专著。
化学反应工程发展年代实况
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化学反应工程未来展望
国内发展趋势 我国是世界钢铁产量大国，产量 超过６亿吨/年，这需要生产大量的 煤炭焦炭(产量约３～４亿吨／年)。 同时，煤化工产品将从传统煤化工 (以合成氨、焦化产品为代表)，向新 一代煤化工(以合成甲醇等为代表)方 向快速发展。