化工过程开发
Development of Chemical Technological Process
课程基本情况 学分：2.0 学时：32
先修课程：四大基础化学、化工原理、反应工程、文献查阅、分离工程。 适用专业：化学工程与工艺 教材： 《化工过程开发概要》，武汉：武汉大学出版社，2002 ； 《化工过程开发》，于遵宏等. 上海：华东理工大学出版社，1996 . 课程分类：考查
开课教研室：化工工艺教研室 一、课程的性质与目的
课程性质：新的化工产品或新的化工工艺经由实验室研究、放大试验到工业化生产的全过程为化工产品开发。课程涉及合成、工艺、工程、设备、控制、经济、环保等多种学科知识。内容实用性强，是学生从学习知识到应用知识的桥梁。
课程目的：学生了解新的化工产品开发的过程，掌握新的化工产品开发的方法和相关的知识。 二、课程的基本内容及要求 基本内容 第一章 绪论
第二章 选题和立项
第三章 化工过程开发中的实验室工作 第四章 化工过程放大
第五章 反应器的类型和设计
第六章 化工过程开发实验中的数据处理 第七章 投资、成本、折旧和盈利 第八章 技术经济评价 基本要求
1.了解并掌握化工过程开发所涉及的基本观点、内容和步骤 2.掌握以小试为重点的开发研究实验方法和中试放大的基本方法 3.建立技术经济评价的思想
4.初步掌握化工过程开发的数据处理方法 第一章 绪论
五节内容
第一节 化工过程开发的基本内容
一、化工过程及化工工艺（几个概念） 过程：
指相互关联的一系列活动或变化，是事物的发展，是事情经历的经过。 化工过程：
指若干相互关联的化工单元操作以及所用设备组成的一个整体和它所完成的工作，即化学品的变化。 开发：
任何一新的化工过程都具有创造性，其内在的客观规律，是科学存在的。开发指人们对过去未能利用的东西加以利用，包括研究、改进和发展。任何开发过程均带有研究、改进、使之得到发展、体现出价值的创造性活动。 化工过程开发：（书P1）
指从一个有关新的化学产品、新技术或工艺的概念的形成，到科研、设计、建厂，从第一套
工业规模生产装置，付诸实施的全过程。 化工过程开发的任务：
开发满足国民经济的新产品、老产品生产工艺和设备的改造，促进化学工业的发展。 化工过程开发程序、方法：
基础研究的成果、资料，按科学方法，寻求技术可靠、经济合理的途径，扩大实验，评价可行性，工业装置。即基本内容
工艺：系统应用知识和经验（软件）、设备（硬件）于工业生产实际，将原材料或半成品加工成产品的方法和技术。
制造工艺（只改变外形、物性，工件型job shop生产方式）、化工工艺，化学品生产方法的技术科学，物流型flow shop。
后者是化工过程的精髓？同一种化学品生产不同原料、路线、条件、方案，差异巨大，经济效益不同。工程设计中设备的失误是局部的，工艺的失误是全局的。工艺即工业艺术。 二、化工过程开发的内涵
着重解决开发、放大、设计等工程技术问题。与化学的研究有一定的区别，具有自己的特点（表1.1）
我国96年以来，每年3万多项成果，20%转化，形成产业得到效益5%。原因：直接应用技术不多，研究与市场脱节；技术不成熟，实验室到工业生产桥梁未架通。 三、化工过程开发与化学工业及国民经济各领域的关系
化学工业发展速度快，产值占GDP10%，我国20%，在国民经济处中心地位。 表1.2 几种领域对化学工业产品的依赖关系
启示：化学工业需向国民经济各部门提供更多的新产品，化学工业本身也需一些新产品（催化剂）、新技术、工艺、设备，满足高温高压、腐蚀，这些都需从实验室研究开始，化工过程开发任重道远。
第二节 化工过程开发的重要性 一、产品和生产工艺的生命周期
任何产品对市场而言，都有生命周期，如同人、哺乳动物出生、生长。衰老、死亡，也有产生、发展、淘汰的过程，如表
从经济学领域观点，以销售额或利润与时间做图，关系为：
图1.1典型产品的市场生命周期
启示：市场竞争的加剧，产品生命周期有缩短的趋势。产品需要更新，生产工艺同样。只有坚持研究、开发，化学工业才有强大的生命力。以下举例说明开发的重要性。 二、实例 合成塑料的开发简史
从第一个塑料产品赛璐珞诞生算起，塑料工业迄今已有120年的历史。其发展历史可分为三个阶段：天然高分子加工阶段、合成树脂阶段、大发展阶段。 三、实例 乙二醇生产工艺进展 四、实例 合成氨催化剂发展概况 五、技术进步周期（图）
启示： 通过这些实例，无论化工产品、还是生产工艺都在不断发展中。1991年Roth提出了技术进步周期的概念。
认为：一般来讲，技术进步周期经历一个S型的发展周期，如图1，技术通过长期开发，解决了难点，实现技术突破，取得渐进快速发展，很快在技术经济指标达到极限，进入成熟期，发展缓慢或停滞，完成了连续性进步周期。这时技术进步只可能通过技术的非连续性转移到一个全新的、完全不同的知识基础上取得，如图2.
启示：化学工业的百年发展，基础化工生产技术已非常成熟，未来的发展只有依靠非连续性技术进步，实现这种进步无疑需要开发者雄厚的知识基础和开拓能力。在我国尤其这样，技术、设备依赖进口，加工国外的粗产品、半成品，下游产品国外控制，返销我国，需提搞产品的精细化率，提高科技工作者的素质。
第三节 化工过程开发的必要性和艰巨性
一、实验室研究与工艺生产的不同点（书P1，PPT表）
过程开发往往从实验室开始，其结果只能说明方案的可行性，不能用于工业生产，因为二者有区别。如表： 二、规模放大的必要性
放大：实验室到工业化、小规模到大规模。研究要考虑许多实验室规模无法考察的问题：原料来源、储存、运输、循环使用、加热、冷却、产品精制、热量回收、三废处理。放大是研究的核心。
产品到市场，必须在研究达到一定规模后。如电子级钛白粉，纯度99%不难达到。其金属杂质影响元器件的性能，必须以kg级向厂家提供“大样”。
产品的规模效应
三、化工过程开发的艰巨性
综合技术：涉及化学基本原理、化学工程理论、化工机械设备、自控、材料与腐蚀、技术经济等领域；包括选题、实验、放大、设计、试生产各个环节。
投入、风险高：成功率10%，要求开发者洞察力、创造力，实现一个好的设想，要对科学（化学、热力学、动力学）、技术（工艺、设备）、经济（投资、成本）的可能性、合理性考核、实验，由于技术、经济原因，80-90%的项目在不同阶段放弃（必须达到一定的经济指标）。
世界各大公司R和D的投入一般为销售额5-10%，如：Du pont20世界30年代花费2700美元，历时2年开发尼龙66，带来上亿利润；1990年其销售额155.7亿美元，科技投入14.3亿，当年利润19.7亿。
Dow化学公司披露：20世纪50年代其研制新品需120万、2年；60年代400万、4年；70年代1000-1150万，6-8年；90年代2亿，约10年。
研究医药的Merck公司，新药投放市场需10年，3.95亿，70%收不回投资。
我国需加强。早期投入为销售额的1%，到95年，高新企业占2.45%.单靠引进，得不到一流技术。95年山东齐鲁引进丙烯腈项目，催化剂自主研发，有所作为。 第四节 化工过程开发的主要步骤 一、化工过程开发的三个阶段
无固定模式 1. 探索研究
开发源于某种idea,其来自科学概念的移植、文献信息的启示、实验室的偶然发现（峰、反常实验现象、意外发现都能启发灵感、形成创新概念、方案路线）。
如乙醇脱水制乙烯，在催化剂Al2O3上，乙醇要求95%，受70年代甲醇在HZSM-5（憎水性）生成混合烃的启发，可以实现乙醇脱水。
粗略、需完善
2. 过程研究：系统的实验室工作 3. 过程开发：设计、技术经济评价 二、原化工部新技术开发管理条例
第五节 化工过程开发涉及的若干基本概念 一、实验室研究、小试、模试、中试 1.实验室研究
可以是纯理论、应用基础或开发基础研究，与小试有区别
是立项之前为收集资料、验证文献和设想所作的实验，间歇、欠系统、玻璃仪器。 目的：确定原料路线、探索反应可行性、观察现象、获感性认识及样品。 2.小试
小型工业模拟试验（初步技术经济评价、正式立项后的系统工作）
以工程的观点收集情报资料，进行目的明确，尽量结合工业生产实际（金属设备、工业原料、连续、模拟化工单元操作）的实验
化工过程开发复习
