第十一章现代反应技术与前沿进展.ppt

第十一章 现代反应技术与前沿进展（过去 现在 未来） 胡廷平 武汉工业学院 化学与环境工程学院 11.1 国际化学工业 大约1000家主要公司及无数小公司，生产大约7万种产品，近2万亿美元的产值。 经合组织：化工是GDP最大的工业产业，在中国，2003年第二。 11.2 化工行业的盈利能力（夕阳产业？） 化学工业的发展历程 -3000 ?? 酿酒 105 中 蔡伦，造纸术，中国四大发明之一　 ？ 中 火药 四大发明之一 近代科学之前 1100 意 近代大学大学是 教育机构:唯理性 1300 中 景德镇 流水线陶瓷制造技术 1860 德 柏林大学, 洪堡:大学是研究创新之地 1913 德　 哈伯－博施法高压合成氨技术产业化 1922 德　 Winkler 炉流化床煤气化炉 1927 德　 Bergim-pier 三相流化床煤液化工艺开发 1931 德 丁苯橡胶、氯丁橡胶投产 1930 美 大学的服务功能 1936 美 FCC炼油开发成功，成为石油化工的起点 1940 英 Florey青霉素提取，平均寿命增加10年 1962 美 人工合成分子筛催化剂 近代 燃料电池、高分子材料、光电材料、药物缓释、组织工程、微型反应器、生物芯片 应怎样定义? 产品、服务？ 化学工程学科的历史 1900 年起，单元操作，煤化工为主。 1957年起，反应工程，石油化工 1960年 传递过程，现代化工 1960年分子筛催化剂，纳米材料 课程结构体系无重大变化，但内容由传统化工走向现代化工：怎样定义目前的化工及反应工程？ 当今工业环境下的化学工程 30年前的化工 能源危机 工业界＝学术研究 顺序研究开发 可靠、缓慢、守规矩 技术驱动 连续过程为单一产品专用 生产大众化简单化学品 现代化工 石油充足（但对中国不是） 没有基础工业研究 所有的东西希望是潮流的 没有时间、没有时间等 市场驱动的 间歇过程为众多过程共用 专用化学产品，关注产品整个生命周期 11.3目前化工所面临的老问题与新问题 现有工业中还有一堆十分困难的技术问题存在 谁将承担解决它的重任？我们是否甘于担当现代工业技术领域中的幕后服务者？ 同时，学术界是否已准备好“听取”新近发展工业领域中的新问题并努力去解决这些问题？ 11.4 过程与产品主导下的化工 (1)过程工程统治下的研发 优秀的催化剂研发 过程集成 世界级过程系统工程 十分有效的过程操作与商业动作 过程优化 但这些特点并不满足当今工业条件下的个性化竞争 (2)产品主导下的研发特征 产品种类多----销量小 ，亿元到10亿元级 全球化：遍及全球是基本要求 需返还技术研发费 过程为主导：年增长率5-10%，需7－8年 产品为主导：年增长率20-35% ，需3－4年 生命周期回报: 不断研发的努力 更多地观注：更快、更频繁的新产品 11.5 能源需求与资源 我国石油资源状况 国际石油分配 我国的环境问题 能源环境工程 煤燃烧：固定床　━　移动床　━　沸腾床　━　循环流化床　━IGCC联合循环发电 温度高热效率高，不能高于卡诺循环 污染问题严重：粉尘、NOx，Sox 可否能通过低温差、低浓差获得高效率？(生物反应过程) 如燃料电池技术(离子交换膜电池可在100度下有60%效率)，氢能利用技术等　 燃料电池 11.6化学反应工程的结构 化学反应工程的尺度 化学反应工程的研发模式 几点结论 (1)现代化学工业逐渐成为以产品及相关服务为主导的产业，市场对科研的导向作用加强 (2)化学工程必须应对来自能源、环境、可持续发展等方面的压力 (3)现代化学工程学与化学及其他相关学科间的界限正在变得模糊，化学工程正在成为整个工业界的基础性工具和学科 (4)化学反应工程是一个涉及到多个尺度的综合性学科 11.7滴流床反应器 + 高空速 + 小返混 + 催化剂分离容易 + 无催化剂夹带 - 高床层压降 - 长混合时间 - 流动分布差 - 仅能并流操作 11.8反应工程专题 微反应器技术 锂离子电池 极端条件下反应器：水热、溶剂热反应器，超临界反应 化学气相沉积（ＣＶＤ） 纳米材料制备反应器 膜反应器 药物缓释 反应器中的混合问题 燃料电池 聚合反应器 特种反应器：光催化反应器 整体催化剂反应器：独石反应器 * 炼油工业 石化工业 冶金工业 建材工业 制药工业 能源工业 ——以数学、物理，化学，生物学为基础； ——物质在分子水平进行重组 ——创造了世界上最大的工业产业之一 汽车工业 家