化学工程学科前沿与展望PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 国内外化工学科发展态势 1

1.1.1 科学意义 1

1.1.2 社会经济需求 1

1.1.3 总体发展趋势 3

1.1.4 小结 8

1.2 我国化工学科的发展状况 8

1.2.1 学科整体研究水平已步入世界前列 8

1.2.2 化工学科为推动我国化工产业发展作出了重要贡献 11

1.2.3 化工学科的快速发展得益于国家的资金资助 13

1.2.4 我国化工学科已拥有高水平的研究队伍 13

1.2.5 小结与展望 15

1.3 化工学科发展的指导思想与战略目标 15

1.3.1 国家自然科学基金对化工学科发展的作用 15

1.3.2 指导思想 17

1.3.3 总体发展目标与战略 17

1.3.4 保障措施 19

第2章 反应工程与分离工程若干最新进展 21

2.1 背景与意义 21

2.2 研究现状与发展趋势 21

2.3 重要科学问题与技术关键 22

2.4 若干重要研究进展 22

2.4.1 多相复杂反应流动的先进测试和模拟技术 22

2.4.2 微尺度流动、传递和反应性能 32

2.4.3 大型高效精馏技术 40

2.4.4 天然活性物质高效分离技术 46

2.4.5 低能耗渗透气化膜分离技术 49

2.5 发展方向与思路 51

参考文献 52

第3章 化工过程中的表（界）面科学与工程 65

3.1 背景与意义 65

3.2 研究现状与趋势 66

3.2.1 表（界）面现象的基础研究 66

3.2.2 催化剂表（界）面结构的理论研究与实验表征研究现状 70

3.2.3 催化剂表（界）面结构的调控及其应用研究现状 74

3.2.4 催化剂表（界）面研究的发展趋势 76

3.3 重要科学问题与技术关键 76

3.3.1 固体表面润湿性的多尺度物理机理 76

3.3.2 气液、液液界面结构及其对传递过程的影响 77

3.3.3 催化剂表（界）面结构与催化机理的多尺度模拟 77

3.3.4 催化剂表（界）面结构在反应过程中的动态变化及实时表征 77

3.3.5 催化剂表（界）面结构制备以及调控技术 77

3.4 重要研究进展 78

3.4.1 金属-金属氧化物界面结构与CO2活化的密度泛函理论研究进展 78

3.4.2 新型低温氧化纳米催化剂的结构表征与应用进展 80

3.4.3 能量高效转化催化的基础研究 84

3.4.4 煤的结构特征及其与反应性的关系和调变 88

3.4.5 绿色氧化新工艺及产业化 92

3.4.6 列管式反应器原位表面调控防结焦技术及应用 93

3.4.7 基于化学工程原理与方法的纳米材料合成与结构调控 95

3.4.8 多相界面流体结构的密度泛函理论及其应用 97

3.5 发展方向与思路 107

参考文献 107

第4章 计算化学工程 119

4.1 背景与意义 119

4.1.1 电子尺度 120

4.1.2 原子尺度 121

4.1.3 介观尺度 122

4.1.4 连续尺度 124

4.2 研究现状与趋势 124

4.2.1 经典分子动力学模拟与蒙特卡罗模拟在化学工程方向的研究进展 124

4.2.2 流体力学方法在化学工程方向的研究进展 125

4.3 重要科学问题与技术关键 127

4.4 重点发展方向 130

4.4.1 受限条件下流体的分子模拟及纳／微尺度和表（界）面的量化计算与分子模拟 130

4.4.2 新型分离与反应过程中材料的分子设计、结构筛选与性能计算 132

4.4.3 解决描述化学工程中分离、反应及其大系统过程优化的理论模型化及其求解问题 137

4.4.4 大分子、生化体系及仿生材料的模拟 140

参考文献 147

第5章 化工过程放大的科学基础 152

5.1 背景与意义 152

5.2 研究现状与趋势 152

5.3 重要科学问题与技术关键建议 153

5.3.1 化工反应器的设计、优化和放大 153

5.3.2 用于化工过程放大的实验、数学模型和数值模拟 154

5.4 重要研究进展 158

5.4.1 多相反应器设计和放大的化学反应工程基础研究 158

5.4.2 搅拌反应器放大中的科学问题与研究进展 165

5.4.3 工业生物过程放大中的科学问题与研究进展 168

5.4.4 聚合反应与聚合物材料制备过程中的放大 179

5.4.5 精馏与集成过程放大中的科学问题与研究进展 190

5.5 发展方向与思路 200

参考文献 201

第6章 化学产品工程 205

6.1 背景与意义 205

6.2 研究现状与趋势 206

6.3 重要科学问题与技术关键 207

6.4 重要研究进展 208

6.4.1 插层组装与产品工程 208

6.4.2 微球、微囊材料的可控制备及其在生物技术中的应用 212

6.4.3 染料分子功能强化 214

6.4.4 基于活性自由基聚合的高分子可控制造技术 217

6.5 发展方向与思路 218

参考文献 220

第7章 多尺度复杂化工过程 226

7.1 背景与意义 226

7.1.1 化学工程面临的挑战与机遇 226

7.1.2 介尺度结构的量化与调控是复杂化工过程的共性科学问题 228

7.2 国内外研究现状 229

7.2.1 以多尺度结构和复杂系统研究为契机，化学工程及其相关学科正从分化再度走向融合，孕育着新的发展与突破 230

7.2.2 多尺度研究的核心和难点在于介尺度，而且正在孕育向介尺度研究的深化 231

7.2.3 高性能计算理论与技术、高精度测量方法为介尺度研究提供了有效手段，而其发展瓶 颈也在于介尺度结构 232

7.3 重要科学问题与关键技术 234

7.4 重要研究进展 234

7.4.1 针对复杂多相系统的多尺度模拟研究与应用 235

7.4.2 复杂物系多尺度结构调控与相关材料性能-结构-制备关系的研究 242

7.4.3 多相聚合反应体系的时空多尺度结构及其实验表征 251

7.5 发展方向与思路 257

参考文献 258

第8章 非常规化工过程的科学基础 263

8.1 超重力强化化工过程的科学基础 263

8.1.1 超重力技术背景与发展历史 263

8.1.2 超重力技术的研究进展 265

8.1.3 超重力技术的工业应用 275

8.1.4 重要科学问题与技术关键 288

8.1.5 超重力技术展望 288

8.2 等离子体强化化工过程的科学基础 289

8.2.1 物质第四态——等离子体态 289

8.2.2 等离子体强化化工过程研究进展 290

8.2.3 等离子体强化化工过程拟解决的关键科学问题 291

8.2.4 等离子体强化化工过程未来发展展望 292

8.3 新介质强化原理及应用 294

8.3.1 导论 294

8.3.2 在离子液体介质中的化工过程 294

8.3.3 在超临界介质中的化工过程 300

8.4 微化工技术 309

8.4.1 导论 309

8.4.2 微化工技术的科学基础 310

8.4.3 微化工技术的工业应用 313

8.4.4 微化工技术的发展前景 315

参考文献 315

第9章 生物与食品化工 328

9.1 背景与意义 328

9.1.1 工业生物技术 328

9.1.2 食品化工技术 329

9.2 研究现状与趋势 330

9.2.1 工业生物技术 330

9.2.2 食品化工技术 332

9.3 重要科学问题与技术关键 334

9.3.1 工业生物技术 334

9.3.2 食品化工技术 336

9.4 重要研究进展 339

9.4.1 工业生物技术 339

9.4.2 食品化工技术 347

9.5 发展方向与思路 354

9.5.1 工业生物技术 354

9.5.2 食品化工技术 358

参考文献 361

第10章 能源化工 364

10.1 背景与意义 364

10.2 研究现状与趋势 366

10.2.1 煤化工 366

10.2.2 石油化工 369

10.2.3 天然气化工 371

10.2.4 生物质能 373

10.2.5 太阳能（光伏发电） 377

10.2.6 氢能（氢燃料电池） 379

10.2.7 微藻 380

10.3 重要科学问题与技术关键 383

10.4 重要研究进展 385

10.4.1 煤化工 385

10.4.2 石油化工 388

10.4.3 天然气化工 391

10.4.4 生物质能及微藻 393

10.4.5 太阳能 395

10.4.6 氢能（燃料电池） 400

10.5 发展方向与思路 404

参考文献 407

第11章 材料化工 409

11.1 背景与意义 409

11.2 研究现状与趋势 409

11.3 重要科学问题与技术关键 410

11.4 重要研究进展 410

11.4.1 环境响应型智能膜与控制释放载体材料的化工基础研究 410

11.4.2 混合导体透氧膜与膜过程基础研究 418

11.4.3 活性自由基聚合反应工程基础研究进展 428

11.4.4 面向应用过程的陶瓷膜设计与制备方法 435

11.4.5 纳米材料结构调控及过程放大 451

11.5 发展方向与思路 457

11.5.1 材料结构与性能的构效关系研究 457

11.5.2 材料制备的化学工程方法研究 457

11.5.3 材料的化学工程应用基础研究 457

参考文献 457

第12章 资源与环境化工 466

12.1 背景与意义 466

12.1.1 作为化工原料的矿产、海洋和生物质资源状况及开发意义 467

12.1.2 典型清洁合成方法和环境化工状况及开发意义 470

12.2 研究现状与趋势 471

12.2.1 作为化工原料的矿产、海洋和生物质资源研究现状与趋势 471

12.2.2 典型清洁合成方法和环境化工研究现状与发展趋势 474

12.3 重要科学问题与技术关键 476

12.3.1 作为化工原料的自然资源高效转化与高值利用的重要科学问题与技术关键 476

12.3.2 典型清洁合成方法和环境化工中重要科学问题与技术关键 477

12.3.3 环境化工中的重要科学问题与技术关键 478

12.4 重要研究进展 479

12.4.1 镁化合物功能材料的开发和利用 479

12.4.2 海水提钾技术研究 483

12.4.3 贵金属纳米材料的生物质还原制备技术 485

12.4.4 湿法磷酸净化与磷化工清洁生产工艺 488

12.4.5 杂环芳烃氟化制备技术和新功能的精细氟化物与应用 489

12.4.6 工业木质素资源化高效利用研究与应用 492

12.4.7 淀粉化学品研究进展 498

12.4.8 离子液体及其清洁化工过程的基础研究 509

12.4.9 铁基离子液体中硫化氢酸性脱硫技术 518

12.4.10 水处理高级氧化技术的机理及污染物氧化反应过程 521

12.5 发展方向与思路 529

12.5.1 镁 529

12.5.2 钾 530

12.5.3 生物质还原制备贵金属纳米颗粒 530

12.5.4 磷、硫资源 531

12.5.5 氟 531

12.5.6 生物质木质素和淀粉 531

12.5.7 离子液体 532

12.5.8 工业过程气中硫化氢脱硫资源耦合技术发展方向和思路 532

12.5.9 水处理高级氧化技术发展方向与思路 533

参考文献 533

第13章 过程系统工程与化工过程安全 544

13.1 背景与意义 544

13.2 研究现状与趋势 544

13.2.1 过程系统集成 544

13.2.2 过程系统的建模、优化和控制 549

13.2.3 化工过程安全 553

13.2.4 化工过程的全生命周期评价和可持续性研究 555

13.3 重要科学问题与技术关键 561

13.4 重要研究进展 563

13.4.1 过程系统优化和控制 563

13.4.2 过程系统集成 564

13.4.3 化工过程安全 568

13.4.4 ？生命周期分析的过程可持续性评估与应用 571

13.5 发展方向与思路 573

参考文献 574