【正文】 高了效率，降低了能耗，經(jīng)濟(jì)效益顯著。 （ 1） 過程強(qiáng)化設(shè)備 構(gòu)件催化反應(yīng)器 超重力反應(yīng)器 串式化學(xué)反應(yīng)器 提升管 下行床耦合反應(yīng)器 光催化反應(yīng)器 膜反應(yīng)器 色譜反應(yīng)器 熱交換器式反應(yīng)器 噴霧流化床造粒器 （ 2）過程強(qiáng)化技術(shù) 以硬件為主的化工過程強(qiáng)化 ? 早年的化工過程強(qiáng)化往往以硬件為主。自此，人們對(duì)化工過程強(qiáng)化的認(rèn)識(shí)達(dá)到前所未有的高度，期望通過過程強(qiáng)化使化學(xué)工業(yè)的面貌在 21世紀(jì)發(fā)生巨大變化。上世紀(jì) 90年代中期，國(guó)際上出現(xiàn)的以節(jié)能、降耗、 環(huán)保 、集約化為目標(biāo)的化工過程強(qiáng)化技術(shù)，是當(dāng)前化學(xué)工程優(yōu)先發(fā)展的三大領(lǐng)域之一。 ? 過程強(qiáng)化的歷史最早可追溯到上世紀(jì) 70年代末。 化工過程強(qiáng)化是指在生產(chǎn)和加工過程中運(yùn)用新技術(shù)和新設(shè)備，極大地減小設(shè)備體積或者極大地增大設(shè)備生產(chǎn)能力，顯著地提高能量效率，大量地減少廢物排放。 1995年召開的第一次化工過程強(qiáng)化國(guó)際會(huì)議上 , 化工過程強(qiáng)化是指在生產(chǎn)能力不變的情況下，能夠顯著減小化工廠體積的措施?？梢哉f，當(dāng)前人們對(duì)化工過程強(qiáng)化認(rèn)識(shí)達(dá)到了前所未有的高度。因此，人們力圖靈活應(yīng)用化學(xué)工程的原理和方法， 致力于過程強(qiáng)化，即通過技術(shù)創(chuàng)新，改進(jìn)工藝流程，提高設(shè)備效率，使工廠布局更緊湊，單位能耗更低，三廢更少 。目前，化工過程強(qiáng)化技術(shù)已被列為“十一五”首批啟動(dòng)的國(guó)家“ 863”計(jì)劃的中的項(xiàng)目之一，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。我國(guó)化學(xué)工程研究和應(yīng)用也取得了重大的進(jìn)展。在美國(guó)等許多發(fā)達(dá)國(guó)家，化工過程強(qiáng)化被列為當(dāng)前化學(xué)工程優(yōu)先發(fā)展的三大領(lǐng)域之一。所以過程強(qiáng)化是國(guó)內(nèi)外化工界長(zhǎng)期奮斗的目標(biāo)， 也是化學(xué)科學(xué)和工程研究的主要成果之一。 ? 化工過程強(qiáng)化就是通過技術(shù)創(chuàng)新， 改進(jìn)工藝流程，在實(shí)現(xiàn)既定生產(chǎn)目標(biāo)的前提下，通過大幅度減小生產(chǎn)設(shè)備的尺寸、減少裝置的數(shù)目等方法來使工廠布局更加緊湊合理，單位能耗更低，廢料、副產(chǎn)品更少 。 ? 我們的生活與化學(xué)工業(yè)息息相關(guān)，醫(yī)藥、塑料、橡膠、汽油等都是化學(xué)工業(yè)制造的，這些工業(yè)是高利潤(rùn)的產(chǎn)業(yè)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱，但在這些產(chǎn)品的 化工生產(chǎn)過程 中所存在的 高能耗、高污染 等問題一直以來都是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展首要解決的問題。提高自動(dòng)化程度后的新型石油化工企業(yè)有很大改變，但仍未根本改觀。 ● 帶保溫層的壓力容器在役檢測(cè) —— 脈沖或低頻渦流檢測(cè) （有無腐蝕） —— 鐵磁材料伸縮聲發(fā)射檢測(cè) —— 低頻（ 50500KHz）超聲檢測(cè) （腐蝕，裂紋） ●先進(jìn)的安全評(píng)定技術(shù) —— 綜合應(yīng)用定量金相技術(shù)、概率斷裂力學(xué) 評(píng)定技術(shù)、模糊綜合評(píng)判等壽命予測(cè)與 延壽技術(shù) —— 缺陷自動(dòng)識(shí)別與計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)（不需 試件而在設(shè)備上直接評(píng)定） —— 裂紋分形效應(yīng)、失效整體概率分析等綜 合評(píng)定技術(shù) ◎ 石化機(jī)泵故障診斷與自愈技術(shù) 機(jī)械學(xué) +動(dòng)態(tài)傳感 +計(jì)算機(jī)分析 ●大型機(jī)泵的振動(dòng)監(jiān)測(cè)與頻譜分析，判定故障性質(zhì)與等級(jí) ?全息譜方法綜合測(cè)定每階頻率分量上的振動(dòng)形態(tài) ●基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)泵故障檢測(cè)系統(tǒng) ●故障診斷專家系統(tǒng) —— 復(fù)合振動(dòng)、聲發(fā)射、油液分析等多種 診斷的綜合，等效均衡損傷的壽命預(yù) 測(cè)準(zhǔn)則，時(shí)域相位互斥診斷法，共同 頻率分析法等。 ∴ 節(jié)能降耗是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的永恒主題 （四）、節(jié)能降耗推動(dòng)開發(fā)高效裝備 ● 高溫位熱能回收 －－催化 700℃ 煙氣透平發(fā)電， 余熱鍋爐產(chǎn)汽 ●低溫位熱能回收 －－ 300℃ 以下熱源的利用（熱泵，低 溫差高效換熱器）（余熱發(fā)電用 高效膨脹透平） ●化學(xué)能回收 －－ CO鍋爐 ●壓力能回收 －－高壓液體的液力透平 ●利用夾點(diǎn)技術(shù)優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)、蒸汽網(wǎng)絡(luò)等。 ◎ 工業(yè)污水的處理回用 ● 工業(yè)污水 －－全球 4260億 m3/年，我國(guó) m3/年（ %） 人均占有水量－－我國(guó)只有世界平均值的 1/4 工業(yè)用水有效率－－我國(guó)只有 10%，耗水率為世界平均值的 5倍 ●石油化工廠內(nèi)： 噸油耗水－－世界平均 ，我國(guó) 噸油排污水－－世界平均 ，我國(guó) 工業(yè)污水回用率－－美 80%，日 83%，我國(guó)只有 1020% 汽提脫硫塔 脫非乳化油 脫乳化油 脫有機(jī)物 新工藝： 多管旋流器 輔料精濾 生物膜過濾 （＞ 5μ m， 10mg/L） 聚結(jié)膜過濾 微泡環(huán)流氣曝塔 （ ，＜ 5mg/L） （占地 1/10） ● 水處理技術(shù) 傳統(tǒng)工藝： 隔油池 溶氣氣浮 曝氣池生化處理 （＞ 100μm） （ 25100μm） 充分顯示：先進(jìn)裝備的功效！ ◎ 固體廢棄物的再資源化 ●廢輪胎－－低溫粉碎作再生橡膠制品 ●城市垃圾油－－生物柴油 ●垃圾焚燒無害化處理－－產(chǎn)汽發(fā)電 （ 7億噸 /年） ●農(nóng)業(yè)秸桿水解 —— 沼氣，乙醇，生物柴油 （ /年） ◎ 緊迫性 －－ 我國(guó)人口占世界總?cè)丝诘?22%，而石油儲(chǔ)量只 占世界的 2%，煤炭只占世界的 11%，人均能源 占有量只有世界平均的 23% －－單位 GNP能源卻為美國(guó)的 2 ～ 3倍，日本的 10倍。 —— 注 CO2采油，聚碳酸酯等。 （ 3）、生態(tài)環(huán)境保護(hù)呼喚先進(jìn)裝備 ◎ 放空氣體的凈化－－煙氣除塵脫硫，酸性氣除酸等 ● 干法除塵－－旋風(fēng)分離（ 7 ～ 8μm ， 80 ～ 100mg/m3）， 靜電除塵（ 1μm， 30mg/m3）， 過濾（布袋、濾管、移動(dòng)床） ●干法脫硫－－移動(dòng)床（反應(yīng)吸附介質(zhì)不再生，需資源化） －－循環(huán)流化床（反應(yīng)吸附介質(zhì)可再生） ●濕法除塵脫硫一體化 －－文氏管洗滌器（壓降高，耗水少） －－噴霧吸收塔（壓降小，耗水多） －－泡沫吸收器（壓降與耗水適中） －－環(huán)流反應(yīng)吸收器（效率高，壓降高，耗水少） ●低 NOX燃燒器 ◎ 放空尾氣的資源化 ● 煉廠干氣的水蒸汽重整制氫 —— 高溫轉(zhuǎn)化爐，變壓吸附器，中空纖維膜分離器 ●水合物生成法分離氣體 —— 逐級(jí)分離出 H2， CH4， C2H4等。 ●排放 CO2－－ 600萬 t/a，占世界 %，其中煤排 71%。 酸雨危害全國(guó) 40%以上面積，農(nóng)業(yè)損失高達(dá) 37億元 /年。 ? 中科院大連化物所開發(fā)了集混合、反應(yīng)、換熱于一體的年處理能力達(dá) 8 萬噸的微化工系統(tǒng)已用于磷酸二氫銨工業(yè)生產(chǎn)，具有體積?。ㄎ卧O(shè)備體積均小于 6 L）、響應(yīng)快、移熱速度快、過程易控、無振動(dòng)、無噪聲、零排放、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，迄今穩(wěn)定運(yùn)行一年多，有效地解決了生產(chǎn)過程的安全、環(huán)保與產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性等問題。 ? 微化工系統(tǒng)是指通過精密加工制造的帶有微結(jié)構(gòu)（通道、篩孔及溝槽等）的反應(yīng)、混合、換熱、分離裝置，在微結(jié)構(gòu)的作用下，可形成微米尺度分散的單相或多相體系的強(qiáng)化反應(yīng)和分離過程。 過程裝備的微型化 B、 過程裝備的微型化 過程裝備的大型化與微型化 ?強(qiáng)化化工過程的微小型機(jī)械 ?以微型化學(xué)化工機(jī)械產(chǎn)品為主組成的微儀器 微型化工機(jī)械技術(shù)還沒有形成 ,中國(guó)化工機(jī)械制造業(yè)對(duì)微儀器的制造亦還缺乏意識(shí)和知識(shí) ,相信今后在化學(xué)家和化工機(jī)械科學(xué)工作者的合作下 ,能逐漸形成新的產(chǎn)業(yè)。也提出了采用微觀尺度逐步進(jìn)料、局部供熱、細(xì)微局部調(diào)控過程參數(shù)，采用微型裝置結(jié)合微波、超聲等特種形式能，獲得在線信息。目前正用同樣方法進(jìn)行聚合反應(yīng)工程模擬。 美國(guó)杜邦公司的科技人員采用多尺度輸入過程設(shè)計(jì)，建立起微觀裝置概念及微型技術(shù)，成功地從表面科學(xué)的測(cè)試數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)出商業(yè)化反應(yīng)器。 ▲微檢測(cè)（傳感器）、微分析、微制造的配套發(fā)展。 ▲溴化鋰微制冷系統(tǒng)的制冷強(qiáng)度高達(dá) 10~15Kw/m2?K， 體積只有傳統(tǒng)的 1/60。L~10mL/min。 ◎ 微化工技術(shù)推出微裝備技術(shù) ● 特征尺度小于幾百 181。 21世紀(jì)的高新技術(shù)，如分子生物學(xué)，材料科學(xué)的分子設(shè)計(jì)、分子剪裁，綠色過程工程科學(xué)要求的 “ 零排放 ” 、原子經(jīng)濟(jì)性等，都 要求在分子水平的基礎(chǔ)上操作。 （ B）、 過程裝備的微型化 傳統(tǒng)化工生產(chǎn)屬于資源、能源消耗型，與環(huán)境、生態(tài)和持續(xù)發(fā)展不相容性的根源在于這種生產(chǎn)實(shí)踐本身。 ②百萬噸級(jí)大乙烯 △大型離心壓氣機(jī) —— 單機(jī) 45000KW，要求高可靠性，高壽命。 過程裝備大型化的制造要求 ?對(duì)材料的要求 ?對(duì)設(shè)計(jì)技術(shù)的要求 ?對(duì)制造技術(shù)的要求 (先進(jìn)、高效的焊接技術(shù) 鍛件空心澆注技術(shù) 現(xiàn)場(chǎng)組裝技術(shù) 無損檢測(cè)技術(shù) ) ● 流程工業(yè)裝置大型化帶來了裝備技術(shù)的新要求 ① 千萬噸級(jí)大煉油廠 △大型加氫反應(yīng)器 —— 鍛焊技術(shù)難度大，材質(zhì)高強(qiáng)韌化 1438 1200 480 300 6 5 世界最大 我國(guó)最大 總重（ t） 壁厚（ mm） 內(nèi)徑（ m） △ 塔器大型化 —— 國(guó)外最大常壓塔 Φ9m，減壓塔 Φ16m。 直徑 12~16m的減壓分餾塔 。 直徑 ~ 。 （ 2）、過程工藝發(fā)展不斷要求新裝備 → 純氧頂吹轉(zhuǎn)爐 → 連鑄連軋 （ A）、過程裝備的大型化 過程裝備的大型化與微型化 過程工業(yè)的大型化、油氣資源儲(chǔ)備的戰(zhàn)略化趨勢(shì) 建設(shè) 1座煉能為 1000萬噸的煉油廠，與建設(shè) 2座 500萬噸的煉油廠相比，投資可節(jié)省 20％左右，裝置能耗約減少 19％；與建設(shè) 3套 350萬噸的裝置相比，投資減少 55％以上，能耗減少 29％以上。 創(chuàng)造 GDP卻只占世界 10% 資源消費(fèi)占世界比重 鋼 45%， 48%煤，水泥 53% 能耗 —— 日本的 7倍，美 6倍，印度 單位 GDP 水耗 —— 先進(jìn)國(guó)家的 4倍 固體廢棄物 —— 高 10倍 瓶頸 資源與環(huán)境不堪重負(fù) 2022年 每萬美元 GDP的綜合能耗比 10040020406080100中國(guó)為1 0 0 全球平均水平 美國(guó) 歐盟 日本= 倍 2022年我國(guó)能源消費(fèi)增速 高于 GDP增速 024681012141618(%)G D P 增速 煤炭消費(fèi)增長(zhǎng) 石油消費(fèi)增長(zhǎng)全面協(xié)調(diào) 科學(xué)發(fā)展觀 方針 以科技發(fā)展和創(chuàng)新為主導(dǎo) 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略調(diào)整 改變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式 ： 資源 科技 投資 支撐 粗放 集約 走新興工業(yè)化道路 ： 資源節(jié)約、環(huán)境友好 （循環(huán)經(jīng)濟(jì)，綠色 GDP） ： 以高新技術(shù)為主導(dǎo)， 制造業(yè)為支柱 優(yōu)先 IT技術(shù)，發(fā)展高技術(shù)產(chǎn)業(yè) 用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè) 加快現(xiàn)代服務(wù)業(yè)（知識(shí)型） ● 鋼鐵冶煉過程的進(jìn)步導(dǎo)致了裝備大更新 平爐 轉(zhuǎn)爐 ●石油加工過程的發(fā)展突出了新裝備的不斷涌現(xiàn) ① 最簡(jiǎn)單的原油蒸餾 —— 塔，爐，換熱器，泵，罐。 過程裝備與控制工程研究主要特點(diǎn)， 一是要以機(jī)電工程為主干與工藝過程密切結(jié)合，創(chuàng)新單元工藝裝備，二是要善于博采眾長(zhǎng)、綜合集成，把有關(guān)多學(xué)科、專業(yè)最新研究成果之他山之石為我所用 。優(yōu)化運(yùn)行，故障預(yù)防與自愈調(diào)控 （ 3）過程裝備與控制工程：集成創(chuàng)新的復(fù)雜大系統(tǒng) 過程裝備與控制工程除了 少數(shù)幾個(gè)研究領(lǐng)域如混合工程、反應(yīng)工程、分離工程及設(shè)備和密封技術(shù)為本學(xué)科的獨(dú)特之處以外 ，幾乎其它研究方向都是其它相關(guān)學(xué)科的主攻研究方向。 “過程裝備與控制工程”技術(shù)支撐現(xiàn)在和未來社會(huì)的發(fā)展， 是人類不可缺失的技術(shù)！ ★ 鏈結(jié)關(guān)系： 工藝（ Technology） 過程（ Process） 裝置（ Unit） 裝備（ Equipment） 化學(xué) 三傳一反 材料與機(jī)械制造與控制 系統(tǒng)集成與優(yōu)化調(diào)控經(jīng)濟(jì)與管理 研究與開發(fā) 放大與設(shè)計(jì) 施工與生產(chǎn) 工藝 設(shè)計(jì) 裝備 設(shè)計(jì)