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包郵 化工設(shè)計(jì)

作者：黃英
出版社：科學(xué)出版社出版時(shí)間：2021-12-01
開本： 其他 頁數(shù)： 360
中 圖 價(jià):¥58.3(8.4折) 定價(jià)  ¥69.0 登錄后可看到會(huì)員價(jià)
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化工設(shè)計(jì) 版權(quán)信息

化工設(shè)計(jì) 內(nèi)容簡介

系統(tǒng)地闡述了現(xiàn)代化工過程工程學(xué)的核心內(nèi)容--過程開發(fā)與設(shè)計(jì)、過程經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)和化工廠整體設(shè)計(jì)的基本原理、基本程序與方法。系統(tǒng)地介紹化工過程設(shè)計(jì)的基本原理、設(shè)計(jì)規(guī)范以及設(shè)計(jì)計(jì)算的基本方法。教學(xué)內(nèi)容以化工設(shè)計(jì)為主線，對(duì)化工項(xiàng)目建設(shè)的各個(gè)環(huán)節(jié)所涉及的原料、路線、設(shè)備等一系列問題進(jìn)行了闡述，并力求反映時(shí)代的特色，結(jié)合實(shí)例介紹了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法。

化工設(shè)計(jì) 目錄

目錄
前言
緒論 1
0.1 過程工程的基本概念 1
0.2 過程工程的學(xué)識(shí)基礎(chǔ) 2
0.3 過程工程的發(fā)展 2
0.3.1 化學(xué)工程科學(xué)體系在進(jìn)一步完善與更新 2
0.3.2 物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程的多尺度結(jié)構(gòu)與時(shí)空尺度迅速擴(kuò)展 3
0.3.3 過程工程的綠色化 4
0.3.4 過程工程的集約化 5
0.3.5 納微結(jié)構(gòu)界面成為化學(xué)工程與技術(shù)研究的新焦點(diǎn) 6
第1章 化工設(shè)計(jì)的程序和內(nèi)容 8
1.1 概述 8
1.1.1 化工設(shè)計(jì)的類型和內(nèi)容 8
1.1.2 化工設(shè)計(jì)的原則、要求和設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 12
1.1.3 化工廠設(shè)計(jì)的工作程序 16
1.1.4 可行性研究 17
1.2 工藝包設(shè)計(jì) 21
1.2.1 工藝包設(shè)計(jì)的內(nèi)容 21
1.2.2 工藝流程圖及工藝流程說明 24
1.2.3 工藝設(shè)備數(shù)據(jù)表及工藝設(shè)備表 24
1.2.4 工藝包設(shè)計(jì)的工作程序 25
1.3 化工車間工藝設(shè)計(jì) 26
1.3.1 化工工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容 26
1.3.2 化工工藝設(shè)計(jì)程序與設(shè)計(jì)文件 28
1.4 工藝設(shè)計(jì)中的全局性問題 30
1.4.1 廠址的選擇 30
1.4.2 總圖布置與設(shè)計(jì) 32
1.4.3 安全與工業(yè)衛(wèi)生 35
1.4.4 公用工程 36
1.4.5 電氣設(shè)計(jì) 37
1.4.6 自動(dòng)控制 43
1.4.7 土建設(shè)計(jì) 44
習(xí)題 45
第2章 物料衡算和能量衡算 46
2.1 物料衡算的基本概念 46
2.1.1 物料衡算式 46
2.1.2 物料衡算的基本步驟 47
2.2 反應(yīng)過程的物料衡算 49
2.2.1 基本概念 50
2.2.2 直接計(jì)算法 52
2.2.3 利用反應(yīng)速率進(jìn)行物料衡算 54
2.2.4 以結(jié)點(diǎn)進(jìn)行衡算 57
2.2.5 利用聯(lián)系組分進(jìn)行物料衡算 58
2.2.6 利用化學(xué)平衡進(jìn)行物料衡算 59
2.2.7 利用元素原子平衡進(jìn)行物料衡算 60
2.3 車間(裝置)的物料衡算 62
2.4 計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算方法在物料衡算中的應(yīng)用 66
2.4.1 MATLAB在物料衡算中的應(yīng)用 66
2.4.2 采用單元過程計(jì)算軟件進(jìn)行物料衡算 67
2.5 能量衡算 70
2.5.1 能量存在的形式 70
2.5.2 普遍化能量平衡方程式 71
2.5.3 封閉體系的能量衡算 71
2.5.4 穩(wěn)態(tài)下敞開流動(dòng)體系的能量衡算 71
2.5.5 能量衡算問題的分類與求解步驟 74
2.6 熱力學(xué)數(shù)據(jù)及計(jì)算 74
2.6.1 利用熱容計(jì)算ΔU或ΔH 75
2.6.2 恒壓摩爾熱容Cp 75
2.6.3 潛熱計(jì)算 76
2.6.4 化學(xué)反應(yīng)熱 77
2.6.5 基準(zhǔn)態(tài)的選取 78
2.7 反應(yīng)過程的能量衡算 78
2.8 車間(裝置)的能量衡算 82
2.9 計(jì)算機(jī)輔助化工流程中的能量衡算 84
習(xí)題 89
第3章 分離設(shè)備與分離過程的優(yōu)化 94
3.1 概述 94
3.1.1 分離的分類 94
3.1.2 分離因子 95
3.1.3 分離過程的選擇 96
3.2 氣液傳質(zhì)設(shè)備 99
3.2.1 板式塔的結(jié)構(gòu)和塔板類型 99
3.2.2 塔板的性能評(píng)價(jià)和比較 104
3.2.3 填料塔的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 105
3.2.4 填料的類型與幾何特性 106
3.3 分離過程的節(jié)能 110
3.3.1 分離過程節(jié)能的基本概念 110
3.3.2 熱力學(xué)效率 113
3.3.3 分離過程中有效能損失的主要形式 113
3.4 精餾節(jié)能技術(shù) 114
3.4.1 多股進(jìn)料和側(cè)線出料 115
3.4.2 適宜回流比 117
3.4.3 熱泵精餾 117
3.4.4 設(shè)置中間冷凝器和中間再沸器 119
3.4.5 多效精餾 120
3.4.6 熱偶精餾 122
3.5 分離流程的優(yōu)化 124
3.5.1 分離流程方案數(shù) 124
3.5.2 試探法 125
3.5.3 分離序列法則 126
3.5.4 調(diào)優(yōu)合成法 128
習(xí)題 130
第4章 換熱器 132
4.1 換熱器的分類 132
4.1.1 按作用原理和實(shí)現(xiàn)傳熱的方式分類 132
4.1.2 按使用目的分類 132
4.2 間壁式換熱器的特性 132
4.3 換熱器的設(shè)計(jì)與選型 134
4.3.1 換熱器的系列化 134
4.3.2 管殼式換熱器選擇中應(yīng)注意的問題 136
4.3.3 管殼式換熱器設(shè)計(jì)中有關(guān)參數(shù)的確定 137
4.3.4 管殼式換熱器設(shè)計(jì)及選用 139
4.3.5 換熱器的*優(yōu)設(shè)計(jì) 144
4.4 夾點(diǎn)技術(shù)基礎(chǔ) 146
4.4.1 TGH圖 146
4.4.2 組合曲線與TGH圖上的夾點(diǎn) 147
4.4.3 問題表格算法 148
4.4.4 夾點(diǎn)的意義 151
4.4.5 換熱網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)位置的確定 152
4.4.6 總組合曲線 153
4.5 夾點(diǎn)設(shè)計(jì)法 153
4.5.1 預(yù)先確定換熱網(wǎng)絡(luò)的*優(yōu)ΔTmin 153
4.5.2 初始網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì) 155
4.5.3 對(duì)初始網(wǎng)絡(luò)的調(diào)優(yōu) 156
習(xí)題 157
第5章 化工工藝流程設(shè)計(jì) 158
5.1 概述 158
5.2 工藝流程設(shè)計(jì)的分類 158
5.3 工藝路線選擇 159
5.3.1 選擇原則 159
5.3.2 確定步驟 160
5.4 工藝流程設(shè)計(jì) 161
5.4.1 工藝流程設(shè)計(jì)原則與方法 161
5.4.2 工藝流程圖的繪制 165
5.4.3 化工典型設(shè)備的自控流程設(shè)計(jì) 183
5.5 計(jì)算機(jī)輔助流程設(shè)計(jì) 193
5.5.1 概述 193
5.5.2 流程模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 195
5.5.3 化工流程模擬軟件應(yīng)用舉例——丙烯羰基合成丁醛工藝的模擬研究 195
習(xí)題 202
第6章 管道設(shè)計(jì)與布置 203
6.1 概述 203
6.1.1 化工車間管道設(shè)計(jì)與布置的任務(wù) 203
6.1.2 化工車間管道設(shè)計(jì)與布置的要求 203
6.2 管道、管件及常用閥門 206
6.2.1 基本概念 206
6.2.2 常用管道 207
6.2.3 管徑計(jì)算 209
6.2.4 管道連接 210
6.2.5 常用閥門 212
6.2.6 常用管件 219
6.3 管架和管道的安裝布置 220
6.3.1 管道敷設(shè)方式 220
6.3.2 化工管道支吊架 221
6.3.3 管道在管架上的布置原則 223
6.4 單元配管設(shè)計(jì) 223
6.4.1 塔的配管設(shè)計(jì) 223
6.4.2 立式容器的配管設(shè)計(jì) 224
6.4.3 泵的配管設(shè)計(jì) 225
6.4.4 排放管的設(shè)計(jì) 226
6.4.5 取樣管的設(shè)計(jì) 227
6.4.6 一次儀表的安裝和配管設(shè)計(jì) 228
6.5 管道布置圖的繪制 230
6.5.1 管道布置圖的內(nèi)容 230
6.5.2 一般規(guī)定 230
6.5.3 圖示方法 231
6.5.4 管道布置圖的標(biāo)注 234
6.5.5 管道布置圖的繪制 237
6.6 管道軸測圖 238
6.6.1 管道軸測圖的內(nèi)容 238
6.6.2 管道軸測圖的繪制 238
6.6.3 尺寸及其他標(biāo)注 241
6.6.4 方向標(biāo)及材料表 244
習(xí)題 244
第7章 車間布置設(shè)計(jì) 245
7.1 概述 245
7.1.1 化工車間組成 245
7.1.2 車間布置設(shè)計(jì)的依據(jù) 246
7.1.3 車間布置設(shè)計(jì)的內(nèi)容及程序 246
7.2 廠房的整體布置設(shè)計(jì) 247
7.2.1 廠房的平面布置 248
7.2.2 廠房的立面布置 250
7.3 車間設(shè)備布置設(shè)計(jì) 250
7.3.1 車間設(shè)備布置設(shè)計(jì)的內(nèi)容 250
7.3.2 車間設(shè)備布置設(shè)計(jì)的要求 251
7.4 常用設(shè)備布置 256
7.4.1 塔和立式容器的布置 256
7.4.2 換熱器 258
7.4.3 容器 258
7.4.4 反應(yīng)器 260
7.4.5 泵 261
7.4.6 壓縮機(jī) 262
7.5 車間布置圖 263
7.5.1 車間布置圖的內(nèi)容 263
7.5.2 繪制車間布置圖的一般規(guī)定 265
.5.3 設(shè)備布置圖的視圖 266
7.5.4 設(shè)備布置圖的標(biāo)注 270
7.5.5 設(shè)備布置圖的繪圖步驟 272
7.6 管口方位圖 273
7.7 設(shè)備安裝圖 274
習(xí)題 275
第8章 工程設(shè)計(jì)概算 276
8.1 設(shè)計(jì)概算 276
8.1.1 概算的內(nèi)容和分類 276
8.1.2 概算的編制依據(jù) 278
8.1.3 工程概算的編制 278
8.2 投資估算 284
8.2.1 工程項(xiàng)目投資估算 284
8.2.2 工藝裝置投資估算方法 288
8.2.3 單元設(shè)備價(jià)格估算 291
8.3 產(chǎn)品成本估算 294
8.3.1 產(chǎn)品成本的構(gòu)成 295
8.3.2 成本費(fèi)用估算 296
8.4 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) 297
8.4.1 靜態(tài)評(píng)價(jià)方法 297
8.4.2 動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)方法 299
8.4.3 不確定性分析 301
習(xí)題 302
第9章 計(jì)算機(jī)在化工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 304
9.1 分子模擬 304
9.1.1 分子模擬技術(shù)的應(yīng)用 304
9.1.2 分子模擬方法 305
9.1.3 分子模擬軟件的主要功能 306
9.2 流程模擬系統(tǒng)簡介 307
9.2.1 流程模擬技術(shù)的發(fā)展與分類 307
9.2.2 流程模擬軟件ChemCAD及其模擬計(jì)算 309
9.3 三維管道設(shè)計(jì)中的計(jì)算機(jī)技術(shù) 320
9.3.1 三維管道設(shè)計(jì)軟件 320
9.3.2 PDS軟件在配管設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 321
9.4 化工CAD技術(shù)在化工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 324
9.4.1 工藝設(shè)計(jì)軟件 324
9.4.2 計(jì)算機(jī)繪圖工具AutoCAD 329
9.4.3 建立和應(yīng)用CAD網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 334
9.4.4 用PIDCAD繪制工藝流程圖 335
9.5 計(jì)算流體力學(xué)模擬在化工中的應(yīng)用 337
9.5.1 CFD的基本原理及可視化軟件 337
9.5.2 CFD在化工中的應(yīng)用 338
習(xí)題 340
參考文獻(xiàn) 341
附錄 343
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化工設(shè)計(jì) 節(jié)選

緒論 化學(xué)工程是研究化學(xué)工業(yè)和其他過程工業(yè)（processindustry）生產(chǎn)中所進(jìn)行的化學(xué)過程和物理過程共同規(guī)律的一門工程學(xué)科。這些工業(yè)包括石油煉制工業(yè)、冶金工業(yè)、建筑材料工業(yè)、食品工業(yè)、造紙工業(yè)等。化學(xué)工程在發(fā)展過程中，同時(shí)也被其他過程工業(yè)的研究與開發(fā)人員用于其他各種過程工業(yè)，使化學(xué)工程事實(shí)上發(fā)展為過程工程或提升至過程工程；瘜W(xué)工程的基本理論和方法正逐步向各個(gè)領(lǐng)域滲透，目前已覆蓋了所有物質(zhì)的物理和化學(xué)加工工藝，過程工程是這一趨勢的正確表達(dá)。過程工程學(xué)科涵蓋化學(xué)工程、冶金工程、熱能工程、材料工程、生物工程、環(huán)境工程等子學(xué)科，這些子學(xué)科以其與化學(xué)反應(yīng)密切相關(guān)為共同特征，因此可以說過程工程是以化學(xué)工程為基礎(chǔ)的學(xué)科。 0.1 過程工程的基本概念 過程工程是指化工、煉油、冶金、能源、建材、醫(yī)藥、日化等多種工藝過程中有共性的工程技術(shù)。它包括了每個(gè)國家的大部分重工業(yè)，這類工業(yè)有下列特點(diǎn)：①工業(yè)生產(chǎn)使用的原料基本上為自然資源；②產(chǎn)品主要用作產(chǎn)品生產(chǎn)工業(yè)的原料；③基本為連續(xù)化的生產(chǎn)操作；④在生產(chǎn)過程中原料發(fā)生了物理變化、化學(xué)變化；⑤產(chǎn)量的增加依據(jù)生產(chǎn)規(guī)模的放大來實(shí)現(xiàn)；⑥對(duì)環(huán)境易產(chǎn)生較嚴(yán)重的污染，需發(fā)展綠色的生產(chǎn)過程來解決污染問題。 過程工業(yè)依據(jù)生產(chǎn)方式、擴(kuò)大生產(chǎn)的方法以及生產(chǎn)時(shí)物質(zhì)所經(jīng)受的主要變化來分類，它是一個(gè)國家發(fā)展生產(chǎn)、增強(qiáng)國防力量的基礎(chǔ)。過程工業(yè)的發(fā)展需要現(xiàn)代技術(shù)的支持和大量的投資。 過程工業(yè)中進(jìn)行的各種化學(xué)、物理過程往往在密閉狀態(tài)下連續(xù)進(jìn)行，它遍及幾乎所有現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。每一過程工業(yè)需從原理上研究如何提高效率、降低投資費(fèi)用和操作成本等。需要從原理上改進(jìn)設(shè)備，提高生產(chǎn)力，并從不斷創(chuàng)新的角度，發(fā)展新的生產(chǎn)過程，使過程不產(chǎn)生污染，并使其符合可持續(xù)發(fā)展的基本原則。過程工程的學(xué)科理論基礎(chǔ)是共同的泛化學(xué)工業(yè)，是在化學(xué)和物理學(xué)基本原理指導(dǎo)下高度交叉發(fā)展而形成的產(chǎn)業(yè)。它們共同的核心研究內(nèi)容是：①物質(zhì)流的傳遞與轉(zhuǎn)化過程；②能量流的傳遞與轉(zhuǎn)化過程；③信息流的傳遞與集成過程。以上三者之間的交互作用促進(jìn)了過程工程的發(fā)展，也進(jìn)一步說明過程工程中技術(shù)是相通的和可共享的。 與過程工業(yè)相對(duì)應(yīng)的為產(chǎn)品（生產(chǎn)）工業(yè)，是設(shè)計(jì)或革新人們所需要的有用產(chǎn)品的過程。其主要步驟包括定位產(chǎn)品的功能、確認(rèn)產(chǎn)品功能與其化學(xué)組成或空間構(gòu)成的內(nèi)在關(guān)系、設(shè)計(jì)或改進(jìn)產(chǎn)品。例如，生產(chǎn)電視機(jī)、汽車、飛機(jī)、空調(diào)等的工業(yè)，這類工業(yè)的產(chǎn)品大都可為人們直接使用，關(guān)系到人們生活水平的高低，該類工業(yè)的特點(diǎn)是：①使用的原料基本上為過程工業(yè)的相關(guān)產(chǎn)品；②產(chǎn)品可直接為人們所使用；③生產(chǎn)過程基本上為非連續(xù)化過程；④主要為物理加工和機(jī)械加工過程；⑤以增建生產(chǎn)線或改進(jìn)生產(chǎn)線來增加產(chǎn)品量；⑥污染較過程工業(yè)輕，一般可采用較成熟的技術(shù)改善和治理。 0.2 過程工程的學(xué)識(shí)基礎(chǔ) 以化學(xué)工程為代表的過程工程學(xué)原理起源于眾多過程工藝中共性操作的歸類和歸納。過程工程學(xué)已經(jīng)走過了一百多年的歷史：以1901年G.E.Davis出版的《化學(xué)工程手冊》為標(biāo)志的過程工程學(xué)研究過程工業(yè)生產(chǎn)中所進(jìn)行的化學(xué)過程和物理過程的共同規(guī)律。 1915年，美國化學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)長和化學(xué)工程師協(xié)會(huì)會(huì)長A.D.Little博士提出了“單元操作”的概念，并首先闡明了研究各種“單元操作”的基本原則，許多學(xué)者認(rèn)為這是過程工程學(xué)發(fā)展的**個(gè)里程碑。1958年，R.B.Bird等的《傳遞過程原理》一書，將“單元操作”中的共性規(guī)律總結(jié)為質(zhì)量、熱量和動(dòng)量傳遞，并更多地引入物理和數(shù)學(xué)工具進(jìn)行定量分析與推理研究，使過程工程學(xué)在理論上更趨成熟。幾乎在同一時(shí)間，荷蘭的van Krevelen教授在前人研究的基礎(chǔ)上明確提出“化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)”（一反），來研究化工過程中帶有化學(xué)反應(yīng)時(shí)的變化過程，這使化學(xué)工程學(xué)成為一門更全面的學(xué)科，被稱為“三傳一反”過程。將以物理過程為主的傳遞過程（三傳）與化學(xué)反應(yīng)（一反）相結(jié)合，形成了“化學(xué)反應(yīng)工程”。一般將歐洲**次化學(xué)反應(yīng)工程會(huì)議（1957年）視為過程工程學(xué)發(fā)展的第二個(gè)里程碑。 郭慕孫先生則把當(dāng)代化學(xué)工程的學(xué)識(shí)基礎(chǔ)形象地歸納為“三傳一反+X”。他認(rèn)為“X包括那些不一定如‘三傳一反’那樣重要和預(yù)計(jì)將來會(huì)出現(xiàn)的內(nèi)涵”，并認(rèn)為“化學(xué)工程目前覆蓋了所有物質(zhì)的物理和化學(xué)加工工藝，可稱為過程工程”。人類社會(huì)的發(fā)展不斷給過程工程提出新問題，當(dāng)今能源和資源的大量消耗、全球變暖、環(huán)境污染已嚴(yán)重制約人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，節(jié)能、降耗、減排已成為時(shí)代的要求，于是過程工程的綠色化和集約化成為學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點(diǎn)，與此相關(guān)的具有代表地位的研究成果也可能成為X的具體內(nèi)容。 目前，“三傳一反”研究必將進(jìn)一步深入到介觀尺度、微觀尺度范疇，涉及結(jié)構(gòu)、界面與多尺度問題。傳統(tǒng)的宏觀平均方法將不均勻結(jié)構(gòu)擬均勻化導(dǎo)致預(yù)測偏差和工程放大困難，需要用多尺度方法取代。結(jié)構(gòu)、界面和多尺度問題有可能成為學(xué)術(shù)界研究的焦點(diǎn)。與結(jié)構(gòu)、界面、多尺度、綠色化和集約化相關(guān)的具有代表地位的研究成果（新理論、新原理、新方法）可能成為過程工程科學(xué)基礎(chǔ)的新內(nèi)涵。 0.3 過程工程的發(fā)展 0.3.1 化學(xué)工程科學(xué)體系在進(jìn)一步完善與更新 科學(xué)研究和工業(yè)實(shí)踐是建立并檢驗(yàn)知識(shí)體系的基礎(chǔ)，而科學(xué)概念的抽提則是發(fā)展知識(shí)體系的基本手段。Giddings教授曾試圖從“場”和“流”的觀點(diǎn)出發(fā)來建立統(tǒng)一的分離科學(xué)，以廣義方法描述化工過程。袁乃駒教授等拓展了“場”和“流”的概念，將“場”定義為能夠產(chǎn)生空間化學(xué)勢差異的推動(dòng)力，如溫度場、重力場、電場、磁場和超聲場等，而“流”是在“場”作用下產(chǎn)生的穿過空間指定界面的物流和能量流，并將其應(yīng)用于描述和分析化工反應(yīng)與分離過程。其研究結(jié)果表明，現(xiàn)有的化工反應(yīng)和分離過程均可以表示若干類“場”和“流”的組合，可以用形式類似的數(shù)學(xué)方程來描述，其過程能否連續(xù)、分離與反應(yīng)過程的深度是由“場”與“流”結(jié)合方式和“場”的相對(duì)強(qiáng)度所決定的，多“場”過程是提高化工反應(yīng)轉(zhuǎn)化率或?qū)Ｒ恍曰蚍诸愡^程精度的重要方式。事實(shí)上，“過程耦合”及“外場強(qiáng)化”是化工反應(yīng)或分離新過程和新技術(shù)研究中*為活躍的內(nèi)容之一。 作為與“單元操作”和“三傳一反”具有延續(xù)性的發(fā)展，金涌院士提出以“物質(zhì)的傳遞與轉(zhuǎn)化”、“能量的傳遞與轉(zhuǎn)化”及“信息的傳遞和轉(zhuǎn)化”，即“三傳三轉(zhuǎn)”來描述今天的化學(xué)工程學(xué)科體系結(jié)構(gòu)，因?yàn)槟芰總鬟f與動(dòng)量傳遞本質(zhì)上是一致的，而信息傳遞則遵循不同的法則。 0.3.2 物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程的多尺度結(jié)構(gòu)與時(shí)空尺度迅速擴(kuò)展 現(xiàn)代化工*重要的特征之一是時(shí)空尺度的迅速擴(kuò)展，從原子尺度下的原子、分子自組裝過程，到考慮到全球環(huán)境變化的生態(tài)過程，其時(shí)空跨度達(dá)十余個(gè)數(shù)量級(jí)。 科學(xué)研究實(shí)踐表明對(duì)化工過程更深層次的理解要求不斷縮小研究空間尺度，從設(shè)備的宏觀尺度到多相流液滴、氣泡、顆粒（團(tuán)簇）的介觀尺度，再深入到膠束、納米聚團(tuán)、相界面的亞微觀尺度和分子組裝、超分子化學(xué)合成的分子尺度。在時(shí)間特性上，除了研究各類參數(shù)的時(shí)均值的分布規(guī)律外，還要研究其在時(shí)域內(nèi)的混沌行為。此外，為使不同的化工過程實(shí)現(xiàn)集成和優(yōu)化，則需不斷擴(kuò)大研究的時(shí)空尺度。 1.物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程的多尺度結(jié)構(gòu) 多數(shù)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程都具有非均勻結(jié)構(gòu)、多態(tài)和突變等復(fù)雜系統(tǒng)的特征。物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中復(fù)雜系統(tǒng)的研究成為過程工程科學(xué)的重要前沿。在復(fù)雜的過程系統(tǒng)中，許多現(xiàn)象以不同層次出現(xiàn)，層次可用時(shí)間和空間尺度來標(biāo)定。工藝過程及其設(shè)備的設(shè)計(jì)、操作、控制為宏觀尺度，但有關(guān)的物理、化學(xué)現(xiàn)象為微觀尺度。為達(dá)到更好地設(shè)計(jì)、操作、控制工藝過程及其設(shè)備的目的，要在宏觀與微觀之間尋找有關(guān)的中間尺度的現(xiàn)象，如此可以分割難題，然后既按不同尺度的層次分別研究，又在綜合層次進(jìn)行跨尺度研究。在這樣的研究中，需引進(jìn)有關(guān)的新知識(shí)，研究方法和手段也將出現(xiàn)新的變化。許多學(xué)者將時(shí)空多尺度結(jié)構(gòu)及其效應(yīng)的認(rèn)識(shí)和研究譽(yù)為繼“單元操作”和“化學(xué)反應(yīng)工程”之后的新的里程碑。 物質(zhì)轉(zhuǎn)化的基本層次是原子和分子，但實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化卻要涉及從原子、分子到大規(guī)模工業(yè)裝置（乃至整個(gè)工廠，甚至涉及大氣、河流等環(huán)境因素）之間不同尺度的化學(xué)和物理過程。許多復(fù)雜現(xiàn)象發(fā)生在若干主要的特征尺度上，對(duì)過程控制作用的各種機(jī)理也只在某些特征尺度上發(fā)揮作用。 多尺度特征在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的重要性主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：①任何一個(gè)微觀反應(yīng)過程，必須經(jīng)過各種尺度的調(diào)控才能在設(shè)備尺度上達(dá)到理想的轉(zhuǎn)化率和選擇性，才能在工廠尺度輸出合格廉價(jià)產(chǎn)品的同時(shí)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生*小的負(fù)面效應(yīng)；②對(duì)反應(yīng)過程的任何調(diào)控一般都在設(shè)備尺度實(shí)施，然后通過多尺度過程將這一調(diào)控的作用傳遞到微觀尺度水平上，才能對(duì)反應(yīng)過程施加影響。 2.時(shí)空多尺度結(jié)構(gòu)的概念 尺度指的是表達(dá)數(shù)據(jù)的空間范圍的大小和時(shí)間的長短，是數(shù)據(jù)的重要特征。不同尺度所表達(dá)的信息密度有很大的差異。觀測尺度變化得到的結(jié)果在某一尺度下會(huì)發(fā)生實(shí)質(zhì)性的改變。這種特征尺度發(fā)生質(zhì)變的系統(tǒng)可稱為多尺度系統(tǒng)。時(shí)空多尺度可分為空間多尺度和時(shí)間多尺度。 1）空間多尺度 在復(fù)雜科學(xué)和物質(zhì)多樣性研究中，尺度效應(yīng)至關(guān)重要。尺度不同常會(huì)引起主要相互作用的改變，導(dǎo)致物質(zhì)性能或運(yùn)動(dòng)規(guī)律產(chǎn)生質(zhì)的差別。尺度效應(yīng)本質(zhì)上是控制機(jī)理的轉(zhuǎn)變。在自然界和工程技術(shù)界，空間多尺度結(jié)構(gòu)是客觀存在的。法國Villermaux于1996年將空間尺度大致分為：納米尺度———分子過程，活性中心；微觀尺度———顆粒，液滴，氣泡，渦流 ；介觀尺度———反應(yīng)器，換熱器，分離裝置，泵；宏觀尺度———生產(chǎn)單位，工廠；巨尺度———環(huán)境，大氣，海洋，土壤。 2）時(shí)間多尺度 時(shí)間可用秒來度量，更大的有分鐘、小時(shí)、日、月、年，以至年代、世紀(jì)、地球冰河出現(xiàn)周期、太陽系繞銀河系運(yùn)動(dòng)周期、宇宙的生命周期；更小的有毫秒、微秒、納秒、皮秒、飛秒、渺秒等。 可用兩種方法來理解時(shí)間多尺度：一是時(shí)間尺度針對(duì)具體過程，不同的過程有不同的時(shí)間尺度，故時(shí)間多尺度可理解為多過程。因此，多尺度研究方法可理解為過程的分解和綜合的方法，每一過程都有不同的時(shí)間尺度。二是對(duì)于同一過程，在一定的意義上有特定的時(shí)間尺度。此時(shí)多尺度的研究方法可理解為人為改變過程的時(shí)間尺度，用新的時(shí)間尺度對(duì)過程進(jìn)行研究。過程工程中常見的兩類技術(shù)，即強(qiáng)制時(shí)變和優(yōu)化控制，就是時(shí)間多尺度方法的典型體現(xiàn)。 0.3.3 過程工程的綠色化 21世紀(jì)人類社會(huì)的進(jìn)步已進(jìn)入了可持續(xù)發(fā)展的階段，其科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)是綠色化學(xué)工程，生態(tài)工業(yè)園區(qū)的建立是今后世界工業(yè)社區(qū)發(fā)展的理想模式。化學(xué)工程作為為人類提供物質(zhì)基礎(chǔ)的科學(xué)必須更加關(guān)注自然、環(huán)境和生態(tài)效應(yīng)，必須快速發(fā)展更加綠色（環(huán)境和生態(tài)友好）和更加高效（原子經(jīng)濟(jì)性）的分子科學(xué)與過程工程學(xué)。 過程工程綠色化是綜合利用環(huán)境與資源、材料、能源、生化工程與計(jì)算信息學(xué)等多學(xué)科的知識(shí)，研究物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程綠色化的綜合性科學(xué)與工程。*廣為認(rèn)可的綠色化工定義是“能夠減少或去除危險(xiǎn)物質(zhì)使用和產(chǎn)生的化工產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和工藝”。美國環(huán)境保護(hù)局（EPA）公布了支持綠色化工的12項(xiàng)原則，這12項(xiàng)原則*初是在1998年由綠色化學(xué)的先行者———耶魯大學(xué)綠色化學(xué)和綠色工程中心主管P.Anastas提出的。Anastas提出的綠色化學(xué)12項(xiàng)原則包括：①防止污染優(yōu)于污染形成后處理；②*大限度地利用資源，盡可能將所有原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品；③盡可能只使用與生產(chǎn)對(duì)人類健康和環(huán)境無毒或低毒的物質(zhì)；④設(shè)計(jì)化學(xué)品時(shí)，應(yīng)在保持其功效的同時(shí)，盡量降低其毒性；⑤盡可能不使用助劑（溶劑、萃取劑、表面活性劑等），必須時(shí)只使用無毒物質(zhì)；⑥考慮能耗對(duì)環(huán)境及經(jīng)濟(jì)的影響，盡量減少能量使用；⑦在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行的條件下，*大限度地使用可再生原料；⑧盡量避免不必要的衍生步驟；⑨催化劑優(yōu)于化學(xué)計(jì)量物質(zhì)；⑩化學(xué)品應(yīng)該設(shè)計(jì)成廢棄后易降解為無害物質(zhì)；分析方法應(yīng)能實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，在有害物質(zhì)形成前予以控制；選擇化學(xué)事故（泄漏、爆炸、火災(zāi)）隱患*小的物質(zhì)。 隨著向單一環(huán)境介質(zhì)中排放量的減

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