化学工程技术的几个热点与发展趋势
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化学工程技术的几个热点与发展趋势 ＊
２ 陈惜明 １， ， 彭 宏１
（１． 淮北煤炭师范学院化学系， 杭州 ２２１００８ ） ２３５０００； ２．浙江大学材化学院，
摘要： 叙述了化学工程领域的一些研究热点及研究进展， 对超临界化学反应技术、 分离技术、 传热 过 程 等 单 元 操 作 过 程 进 行 了 分 析 与 研 究， 认为化学工程技术的研究重点在过程、 设备、 研究对象、 研究方法与手段等方面都发生了深刻的变化， 化学工程技术的研究将更加注 重多学科的融合， 以节约能源、 资源， 提高环境保护水平为目标。 关键词： 化学工程； 化学工艺； 绿色化学； 超临界 中图分类号：ＴＱ０２１．１ 文献标识码： Ａ 文章编号： １００８－５５３Ｘ（ ２００６ ） ０１－０００３－０４
"
主要以设备为基础， 某些关键新材料的突破对化学工程 的单元技术的发展起着决定性的作用。 发达国家很多大 学的化工系已经更名为材料与化工系， 其目的就是强调 材料学科与化学工程学科的交叉渗透。 我国在这方面的 研究进展也十分迅速， 不仅为新材料的生产解决了关键 问题， 同时也大力推动了化学工程学科的发展。 纵观化学工程的理论发展和过程工业的工艺与设 备研究的进展， 结合材料学科的发展态势， 强调化学工 程学科与材料学科的交叉渗透， 发展以新材料为基础的 化学工程技术， 同时利用化学工程理论来研究新材料生 产过程中的一般规律， 为规模化生产奠定基础， 无疑对 化学工程学科和材料学科的发展均具有重要的意义。 可 以预见， 化学工程与材料科学结合将成为化学工程学科 最为活跃的研究领域， 也是能够取得突破性成果的热点 研究方向。
Ｂｅｎｉｇｎ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）、 环 境 友 好 化 学（Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｌｙ 绿色 Ｆｒｉｅｎｄｌｙ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）或清洁化学（Ｃｌｅａｎ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）。
化学即是用化学的技术和方法减少或消灭那些对人类 健康、 社区安全、 生态环境有害的原料、 催化剂、 溶剂和 试剂、 产物、 副产物等的使用和产生。 绿色化学是一门从 源头上阻止污染的化学， 它的主要内容包括原子经济性 和高选择性反应， 使用无毒无害原料和以可再生资源为 原料， 采用无毒无害催化剂和溶剂， 生产环境友好产品 以及对废物进行回收利用。 绿色化学与化学工程技术的研究重点主要有： 临界 流体反应技术的放大； 无溶剂反应； 固体酸催化反应与 离子型液体的反应； 研究新型高效的催化剂。
同和流体微元混沌混合等几种，常用的片型为冲缝片、 波纹片和百叶窗等。 将来的研究应该将场模拟方法与分 布参数模型方法相结合，优化换热器结构乃至操作参 数， 实现管翅式换热器针对性工况设计。
３．３ 强化传热过程的研究进展
对换热设备的型式进行改进以提高传热效果仍会 继续， 包括采用新的传热材料 ［２４］或者对以前的设计进行 优化 ［２５］。
３．４ 传热理论的研究进展［２６’３０］
滴状冷凝是所有已知传热现象中具有最高传热效 率的传热方式， 其传热系数是相应膜状冷凝传热系数的 几倍至几十倍。近年来， 传热研究者一直致力于滴状冷 凝在工业生产上的应用， 但至今仍未能实现， 存在的主 要问题是如何获得既能实现滴状冷凝又具有长寿命的 冷凝表面。 开发寿命长、 表面自由能低的冷凝传热表面， 是滴状冷凝应用研究的一个重要课题。 冷凝表面的改性 及滴状冷凝的工业应用一直是传热学研究的热点之一。 沸腾传热方式不仅广泛应用于机械、 动力和石油化 工等传统工业中， 而且在航空航天技术、 微电子技术和 核反应堆技术等现代高科技中也有着广泛的应用前景。 长期以来， 人们致力于研究液体发生核态沸腾的机理和 具有高换热强度的原因。由于沸腾现象的复杂性、 多变 性以及随机行为，使得我们还不能象处理常规的导热、 单相对流和热辐射那样来计算沸腾传热。目前， 加热壁 面对核态沸腾的影响、 汽泡的相互作用等都是没有被很 好解决的经典难题。 以机理模型为基础的沸腾传热计算 式， 不仅精度不够高， 而且都具有需要实验测量的参数； 以大量实验数据拟合出的换热关联式应用范围窄， 至今 还没有出现能够通用且具有较高精确度的换热关联式。 从新的角度来发展沸腾传热的基本理论并试图提出新 的计算模型并引入非线性科学可能是沸腾传热学今后 重点研究的内容。
３．２ 传热设备研究进展［２２’２３］
近几十年利用翅片可强化传热， 管外翅片强化传热 的原理包括前缘效应、 非稳定性扰动、 减薄边界层、 场协
４ 化学工程学科今后的发展动向
４．１ 化工过程与系统工程结合
陈惜明， 等： 化学工程技术的几个热点与发展趋势 过程工程的研究对象是复杂系统， 具有非线性和非 平衡、 多种控制因素、 结构多尺度的特点。 结构是过程工 程复杂系统的中心问题，解决的思路是发展简化的方 法， 以便在工程中具有实用性； 通过对特定系统的研究， 发展具有普适性的方法， 这也是过程工程发展的机遇和 优势； 解决复杂系统应采用整体论与还原论相结合的方 法； 多尺度方法可能是解决复杂系统的有效方法， 过程 工程是时间 ／ 空间的多尺度问题， 关键是解决跨尺度敏 感性、 尺度之间的关联、 模型封闭问题。 化学工程向过程工程的发展趋势体现为应用领域 和研究内容的扩展，应用领域除传统的领域如化学工 业、 石化等外， 向生物、 信息、 环境、 材料扩展； 研究内容 则分别向小尺度（分子和纳 微 尺 度 ） 、 大 尺 度（ 如 系 统 和生态工业）扩展； 但是其核心仍可以归结为“三传一 反 ＋Ｘ” 。 过程工程的研究方法也出现新的变化，如从实验 ／ 理论向实验、 计算、 理论三者相结合的方向发展， 学科交 叉、复杂系统 ／ 多尺度 ／ 分子模拟都成为过程工程研究 的重要方面。 主要有介观结 具体的研究方向包括： ! 复杂系统： 构（ 包 括 结 构 调 控 、 规模制备） 、 界面 ／ 表面 ／ 微分散 ／ 乳液、 分子自组装、 传统工业过程放大； "微 过 程 和 系 统： 主要有过程强化（包括电渗、 等离子体、 超临界） 、 特 殊传递过程、 智能化结构、 生物 ／ 医药； 主要 # 大系统： 有生态和绿色过程工程、 过程系统工程等； $ 计算化学 工程： 主要有分子模拟、 介观结构模拟、 系统集成； ＣＦＤ、 主要包括生物、 软固体、 材料 ／ 膜 、 % 产品导向的研究： 纳米、 催化、 医药、 仿生 ／ 基因工程； & 资源导向的研究： 主要包括生物、 中药现代化、 水资源、 天然气水合物、 太 阳能、 矿物资源、 煤转化。
２ 新的分离技术研究［１２’１７］
从广义上说， 分离过程的强化包括新装置和新工艺 方法两方面， 任何能使设备小型化、 能量高效化和有利 于可持续发展的化工分离新技术均属于分离过程的强 化之列， 这是化工分离技术发展的重要趋势之一。传统 的化学分离技术主要是利用塔设备对不同沸点的组分 进行分离。近年来， 国内外围绕产品的分离开展了一系 列研究工作，产生一些新的有广阔应用前景的分离技 术， 主要有： 膜分离技术； 耦合分离技术； 非均相间歇共 沸精馏； 反应（催化）精馏； 膜蒸馏； 对热敏性物料的蒸 馏技术包括分子蒸馏技术。存在的问题主要有： 有关分 子蒸馏基础理论的研究非常少， 还无法从理论上指导分 子蒸馏器的设计； 目前只局限于对降膜式分子蒸馏器和 离心式分子蒸馏器液膜内流动状态及传热和传质以及 汽相分子的运动状况的研究， 还没有涉及刮膜式分子蒸 馏器的研究。
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安
徽
化
工
信息技术推动了分离技术的发展， 信息技术在分离 过程中的运用涉及到的热力学和传递性质、多相流、 多 组分传质、 分离过程和设备的强化和优化设计等， 对分 离技术的发展具有深远的影响， 如分子模拟大大提高了 预测热力学平衡和传递性质的水平。 分子设计加速了高 效分离剂的研究和开发。化工模拟软件的商品化和
［４’６］
。
［７’１１］
１．２ 绿色化学反应技术
Hale Waihona Puke Baidu
绿 色 化 学 又 称 环 境 无 害 化 学（Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｌｙ
收稿日期： ２００５－０９－１２ ＊ 安徽省青年教师科研资助项目（２００５ｊｑ１１３４， ２００２ｊｑ１４７） 作者简介： 陈惜明（１９７１－ ）， 男， 安徽太湖县人， 讲师， 博士研究生， 研究方向： 化工过程信息工程， ｃｈｘｍ＿ｃｈｅｍ＠１６３．ｃｏｍ。
３．５ 与计算技术结合［３１’３２］
随着计算机技术的提高以及计算流体力学和数值 传热学的蓬勃发展， 数值模拟方法已成为换热器研究的 重要手段。采用数值模拟方法对各种换热器的流场、 温 度场及压力场等进行研究， 能够详尽地预测管束支撑对 流场和传热过程的影响， 有利于提高换热器的综合性能 或开发出更优良的新型换热结构。 采用数值方法不仅直 观、 灵活、 费用低、 周期短， 而且还能够处理较复杂的情 况， 并具有重复性。
３ 传热过程的一些新的研究进展与动向
３．１ 微细尺度传热学研究进展［１８’２１］
微细尺度传热学致力于研究空间尺度和时间尺度 微细情况下的传热学规律， 现已成为传热学中的新兴分 支。当物体的特征尺度缩小至与载体粒 （分子、 原子， 电 子、 光子等）的平均自由程同一量级或者过程延续的时 间达到微秒以至毫微秒量级时， 基于连续介质假设而建 立的许多宏观概念和规律就不再适用，如粘性系数、 导 热系数等概念需要重新定义， Ｎ－Ｓ 方 程 和 Ｆｏｕｒｉｅｒ 导 热 方程等也不再适用； 当物体的特征尺度远大于载体粒子 的平均自由程即连续介质时假定仍能成立， 但是由于尺 度的微细， 使原来的各种影响因素的相对重要性发生了 变化， 从而导致流动和传热规律的变化。 目前， 微米、 纳米科学已经成为当前最受关注的热 门学科之一， 物 理（ 凝 聚 态 物 理 、 介观物理等） 、 电子 （计算机、 微电子、 微 ／ 纳电子机械系统等） 、 器件、 机械 （微加工等） 、 材料（新材料制备、 测量、 热评价） 、 化工 （微流体、 微反应） 、 生物医学工程（微泵、 微传感器、 微 医疗仪器等） 、 仪表、 生物信息与控制（生物芯片、 培养 皿）等诸多领域都在围绕着微细尺度传热学进行研究。 多孔介质流动传热、 微型槽道内的传热、 微型热管、 微重 力下的流动传热、 高集成度电子设备、 高奔流强度散热 技术、 微电子机械系统内部的流运和传热等多项研究都 取得较为丰硕的成果。
１ 新型反应技术的研究
１．１ 超临界化学反应技术［１’３］ 超 临 界 流 体（Ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ Ｆｌｕｉｄ， ＳＣＦ）是 一 种 温 度
和压力处于其临界点以上， 无气液相界面， 兼具液体和 气体性质的流体。 在化学工业、 生物化工、 食品工业以及 医药工业等领域， 应用 ＳＣＦ 开发附加值高、 质量优、 工艺 技术要求高的产品， 已显示出十分诱人的吸引力和广阔 的应用前景。近年来， 超临界水氧化法 （ＳＣＷＯ ） 用于环 境保护方面的研究较多， 但在化学反应中的应用研究较 少， 处于发展期
化学工程是研究化学工业以及其相关产业生产过 程中所进行的化学过程、 物理过程及其所用设备的设计 与操作和优化的共同规律的一门工程学科。 它以化学工 程学科为指导， 基础理论与工程应用相结合， 涉及产品 研制、 工艺开发、 过程设计、 系统模拟、 装备强化、 操作控 制、 环境保护、 生产管理等内容。 化学工程领域含基本无 机与有机化工、 石油化工与煤化工、 精细化工、 生物化 工、 材料化工、 冶金化工、 环境化工等工业行业。化学工 程领域既是国民经济建设与社会发展的重要工程领域， 又与信息、 生物、 材料、 计算机、 资源、 能源、 海洋、 航天等 高新技术领域相互渗透， 推动高新技术的发展。目前化 学工程领域正向集约化、 连续化、 高效化、 自动化、 精细 化的方向发展。由于化学工程涵盖的范围非常广泛， 因 此， 从总体上对化学工程技术的发展进行探索有一定的 意义， 有利于掌握研究动态， 吸收国内外最新的研究成 果， 提高研究工作的效率。
ＣＡＤ、 ＣＡＩ 在化工中的广泛应用大大推动了分离过程和
设备的优化设计和优化控制。 信息技术和先进测试技术 高速发展为化工多层次、多尺度的研究提供了条件， 分 离过程的研究已从宏观传递现象的研究深入到气泡、 液 滴群、 微乳和界面现象等， 加深了对分离过程中复杂传 递现象的理解。 激光多普勒测速仪和激光成像测速仪等 的应用使研究深度从宏观平均向微观、局部瞬时发展。 （计算流体力学）软件可以对分离设备内的流场进行精 确的计算和描述， 加深了人们对分离设备内相际传递过 程机理的认识并对设备强化和放大提供了重要信息。
安
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化学工程技术的几个热点与发展趋势 ＊
２ 陈惜明 １， ， 彭 宏１
（１． 淮北煤炭师范学院化学系， 杭州 ２２１００８ ） ２３５０００； ２．浙江大学材化学院，
摘要： 叙述了化学工程领域的一些研究热点及研究进展， 对超临界化学反应技术、 分离技术、 传热 过 程 等 单 元 操 作 过 程 进 行 了 分 析 与 研 究， 认为化学工程技术的研究重点在过程、 设备、 研究对象、 研究方法与手段等方面都发生了深刻的变化， 化学工程技术的研究将更加注 重多学科的融合， 以节约能源、 资源， 提高环境保护水平为目标。 关键词： 化学工程； 化学工艺； 绿色化学； 超临界 中图分类号：ＴＱ０２１．１ 文献标识码： Ａ 文章编号： １００８－５５３Ｘ（ ２００６ ） ０１－０００３－０４
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主要以设备为基础， 某些关键新材料的突破对化学工程 的单元技术的发展起着决定性的作用。 发达国家很多大 学的化工系已经更名为材料与化工系， 其目的就是强调 材料学科与化学工程学科的交叉渗透。 我国在这方面的 研究进展也十分迅速， 不仅为新材料的生产解决了关键 问题， 同时也大力推动了化学工程学科的发展。 纵观化学工程的理论发展和过程工业的工艺与设 备研究的进展， 结合材料学科的发展态势， 强调化学工 程学科与材料学科的交叉渗透， 发展以新材料为基础的 化学工程技术， 同时利用化学工程理论来研究新材料生 产过程中的一般规律， 为规模化生产奠定基础， 无疑对 化学工程学科和材料学科的发展均具有重要的意义。 可 以预见， 化学工程与材料科学结合将成为化学工程学科 最为活跃的研究领域， 也是能够取得突破性成果的热点 研究方向。
Ｂｅｎｉｇｎ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）、 环 境 友 好 化 学（Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｌｙ 绿色 Ｆｒｉｅｎｄｌｙ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）或清洁化学（Ｃｌｅａｎ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）。
化学即是用化学的技术和方法减少或消灭那些对人类 健康、 社区安全、 生态环境有害的原料、 催化剂、 溶剂和 试剂、 产物、 副产物等的使用和产生。 绿色化学是一门从 源头上阻止污染的化学， 它的主要内容包括原子经济性 和高选择性反应， 使用无毒无害原料和以可再生资源为 原料， 采用无毒无害催化剂和溶剂， 生产环境友好产品 以及对废物进行回收利用。 绿色化学与化学工程技术的研究重点主要有： 临界 流体反应技术的放大； 无溶剂反应； 固体酸催化反应与 离子型液体的反应； 研究新型高效的催化剂。
同和流体微元混沌混合等几种，常用的片型为冲缝片、 波纹片和百叶窗等。 将来的研究应该将场模拟方法与分 布参数模型方法相结合，优化换热器结构乃至操作参 数， 实现管翅式换热器针对性工况设计。
３．３ 强化传热过程的研究进展
对换热设备的型式进行改进以提高传热效果仍会 继续， 包括采用新的传热材料 ［２４］或者对以前的设计进行 优化 ［２５］。
３．４ 传热理论的研究进展［２６’３０］
滴状冷凝是所有已知传热现象中具有最高传热效 率的传热方式， 其传热系数是相应膜状冷凝传热系数的 几倍至几十倍。近年来， 传热研究者一直致力于滴状冷 凝在工业生产上的应用， 但至今仍未能实现， 存在的主 要问题是如何获得既能实现滴状冷凝又具有长寿命的 冷凝表面。 开发寿命长、 表面自由能低的冷凝传热表面， 是滴状冷凝应用研究的一个重要课题。 冷凝表面的改性 及滴状冷凝的工业应用一直是传热学研究的热点之一。 沸腾传热方式不仅广泛应用于机械、 动力和石油化 工等传统工业中， 而且在航空航天技术、 微电子技术和 核反应堆技术等现代高科技中也有着广泛的应用前景。 长期以来， 人们致力于研究液体发生核态沸腾的机理和 具有高换热强度的原因。由于沸腾现象的复杂性、 多变 性以及随机行为，使得我们还不能象处理常规的导热、 单相对流和热辐射那样来计算沸腾传热。目前， 加热壁 面对核态沸腾的影响、 汽泡的相互作用等都是没有被很 好解决的经典难题。 以机理模型为基础的沸腾传热计算 式， 不仅精度不够高， 而且都具有需要实验测量的参数； 以大量实验数据拟合出的换热关联式应用范围窄， 至今 还没有出现能够通用且具有较高精确度的换热关联式。 从新的角度来发展沸腾传热的基本理论并试图提出新 的计算模型并引入非线性科学可能是沸腾传热学今后 重点研究的内容。
３．２ 传热设备研究进展［２２’２３］
近几十年利用翅片可强化传热， 管外翅片强化传热 的原理包括前缘效应、 非稳定性扰动、 减薄边界层、 场协
４ 化学工程学科今后的发展动向
４．１ 化工过程与系统工程结合
陈惜明， 等： 化学工程技术的几个热点与发展趋势 过程工程的研究对象是复杂系统， 具有非线性和非 平衡、 多种控制因素、 结构多尺度的特点。 结构是过程工 程复杂系统的中心问题，解决的思路是发展简化的方 法， 以便在工程中具有实用性； 通过对特定系统的研究， 发展具有普适性的方法， 这也是过程工程发展的机遇和 优势； 解决复杂系统应采用整体论与还原论相结合的方 法； 多尺度方法可能是解决复杂系统的有效方法， 过程 工程是时间 ／ 空间的多尺度问题， 关键是解决跨尺度敏 感性、 尺度之间的关联、 模型封闭问题。 化学工程向过程工程的发展趋势体现为应用领域 和研究内容的扩展，应用领域除传统的领域如化学工 业、 石化等外， 向生物、 信息、 环境、 材料扩展； 研究内容 则分别向小尺度（分子和纳 微 尺 度 ） 、 大 尺 度（ 如 系 统 和生态工业）扩展； 但是其核心仍可以归结为“三传一 反 ＋Ｘ” 。 过程工程的研究方法也出现新的变化，如从实验 ／ 理论向实验、 计算、 理论三者相结合的方向发展， 学科交 叉、复杂系统 ／ 多尺度 ／ 分子模拟都成为过程工程研究 的重要方面。 主要有介观结 具体的研究方向包括： ! 复杂系统： 构（ 包 括 结 构 调 控 、 规模制备） 、 界面 ／ 表面 ／ 微分散 ／ 乳液、 分子自组装、 传统工业过程放大； "微 过 程 和 系 统： 主要有过程强化（包括电渗、 等离子体、 超临界） 、 特 殊传递过程、 智能化结构、 生物 ／ 医药； 主要 # 大系统： 有生态和绿色过程工程、 过程系统工程等； $ 计算化学 工程： 主要有分子模拟、 介观结构模拟、 系统集成； ＣＦＤ、 主要包括生物、 软固体、 材料 ／ 膜 、 % 产品导向的研究： 纳米、 催化、 医药、 仿生 ／ 基因工程； & 资源导向的研究： 主要包括生物、 中药现代化、 水资源、 天然气水合物、 太 阳能、 矿物资源、 煤转化。
２ 新的分离技术研究［１２’１７］
从广义上说， 分离过程的强化包括新装置和新工艺 方法两方面， 任何能使设备小型化、 能量高效化和有利 于可持续发展的化工分离新技术均属于分离过程的强 化之列， 这是化工分离技术发展的重要趋势之一。传统 的化学分离技术主要是利用塔设备对不同沸点的组分 进行分离。近年来， 国内外围绕产品的分离开展了一系 列研究工作，产生一些新的有广阔应用前景的分离技 术， 主要有： 膜分离技术； 耦合分离技术； 非均相间歇共 沸精馏； 反应（催化）精馏； 膜蒸馏； 对热敏性物料的蒸 馏技术包括分子蒸馏技术。存在的问题主要有： 有关分 子蒸馏基础理论的研究非常少， 还无法从理论上指导分 子蒸馏器的设计； 目前只局限于对降膜式分子蒸馏器和 离心式分子蒸馏器液膜内流动状态及传热和传质以及 汽相分子的运动状况的研究， 还没有涉及刮膜式分子蒸 馏器的研究。
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安
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信息技术推动了分离技术的发展， 信息技术在分离 过程中的运用涉及到的热力学和传递性质、多相流、 多 组分传质、 分离过程和设备的强化和优化设计等， 对分 离技术的发展具有深远的影响， 如分子模拟大大提高了 预测热力学平衡和传递性质的水平。 分子设计加速了高 效分离剂的研究和开发。化工模拟软件的商品化和
［４’６］
。
［７’１１］
１．２ 绿色化学反应技术
Hale Waihona Puke Baidu
绿 色 化 学 又 称 环 境 无 害 化 学（Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｌｙ
收稿日期： ２００５－０９－１２ ＊ 安徽省青年教师科研资助项目（２００５ｊｑ１１３４， ２００２ｊｑ１４７） 作者简介： 陈惜明（１９７１－ ）， 男， 安徽太湖县人， 讲师， 博士研究生， 研究方向： 化工过程信息工程， ｃｈｘｍ＿ｃｈｅｍ＠１６３．ｃｏｍ。
３．５ 与计算技术结合［３１’３２］
随着计算机技术的提高以及计算流体力学和数值 传热学的蓬勃发展， 数值模拟方法已成为换热器研究的 重要手段。采用数值模拟方法对各种换热器的流场、 温 度场及压力场等进行研究， 能够详尽地预测管束支撑对 流场和传热过程的影响， 有利于提高换热器的综合性能 或开发出更优良的新型换热结构。 采用数值方法不仅直 观、 灵活、 费用低、 周期短， 而且还能够处理较复杂的情 况， 并具有重复性。
３ 传热过程的一些新的研究进展与动向
３．１ 微细尺度传热学研究进展［１８’２１］
微细尺度传热学致力于研究空间尺度和时间尺度 微细情况下的传热学规律， 现已成为传热学中的新兴分 支。当物体的特征尺度缩小至与载体粒 （分子、 原子， 电 子、 光子等）的平均自由程同一量级或者过程延续的时 间达到微秒以至毫微秒量级时， 基于连续介质假设而建 立的许多宏观概念和规律就不再适用，如粘性系数、 导 热系数等概念需要重新定义， Ｎ－Ｓ 方 程 和 Ｆｏｕｒｉｅｒ 导 热 方程等也不再适用； 当物体的特征尺度远大于载体粒子 的平均自由程即连续介质时假定仍能成立， 但是由于尺 度的微细， 使原来的各种影响因素的相对重要性发生了 变化， 从而导致流动和传热规律的变化。 目前， 微米、 纳米科学已经成为当前最受关注的热 门学科之一， 物 理（ 凝 聚 态 物 理 、 介观物理等） 、 电子 （计算机、 微电子、 微 ／ 纳电子机械系统等） 、 器件、 机械 （微加工等） 、 材料（新材料制备、 测量、 热评价） 、 化工 （微流体、 微反应） 、 生物医学工程（微泵、 微传感器、 微 医疗仪器等） 、 仪表、 生物信息与控制（生物芯片、 培养 皿）等诸多领域都在围绕着微细尺度传热学进行研究。 多孔介质流动传热、 微型槽道内的传热、 微型热管、 微重 力下的流动传热、 高集成度电子设备、 高奔流强度散热 技术、 微电子机械系统内部的流运和传热等多项研究都 取得较为丰硕的成果。
１ 新型反应技术的研究
１．１ 超临界化学反应技术［１’３］ 超 临 界 流 体（Ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ Ｆｌｕｉｄ， ＳＣＦ）是 一 种 温 度
和压力处于其临界点以上， 无气液相界面， 兼具液体和 气体性质的流体。 在化学工业、 生物化工、 食品工业以及 医药工业等领域， 应用 ＳＣＦ 开发附加值高、 质量优、 工艺 技术要求高的产品， 已显示出十分诱人的吸引力和广阔 的应用前景。近年来， 超临界水氧化法 （ＳＣＷＯ ） 用于环 境保护方面的研究较多， 但在化学反应中的应用研究较 少， 处于发展期
化学工程是研究化学工业以及其相关产业生产过 程中所进行的化学过程、 物理过程及其所用设备的设计 与操作和优化的共同规律的一门工程学科。 它以化学工 程学科为指导， 基础理论与工程应用相结合， 涉及产品 研制、 工艺开发、 过程设计、 系统模拟、 装备强化、 操作控 制、 环境保护、 生产管理等内容。 化学工程领域含基本无 机与有机化工、 石油化工与煤化工、 精细化工、 生物化 工、 材料化工、 冶金化工、 环境化工等工业行业。化学工 程领域既是国民经济建设与社会发展的重要工程领域， 又与信息、 生物、 材料、 计算机、 资源、 能源、 海洋、 航天等 高新技术领域相互渗透， 推动高新技术的发展。目前化 学工程领域正向集约化、 连续化、 高效化、 自动化、 精细 化的方向发展。由于化学工程涵盖的范围非常广泛， 因 此， 从总体上对化学工程技术的发展进行探索有一定的 意义， 有利于掌握研究动态， 吸收国内外最新的研究成 果， 提高研究工作的效率。
ＣＡＤ、 ＣＡＩ 在化工中的广泛应用大大推动了分离过程和
设备的优化设计和优化控制。 信息技术和先进测试技术 高速发展为化工多层次、多尺度的研究提供了条件， 分 离过程的研究已从宏观传递现象的研究深入到气泡、 液 滴群、 微乳和界面现象等， 加深了对分离过程中复杂传 递现象的理解。 激光多普勒测速仪和激光成像测速仪等 的应用使研究深度从宏观平均向微观、局部瞬时发展。 （计算流体力学）软件可以对分离设备内的流场进行精 确的计算和描述， 加深了人们对分离设备内相际传递过 程机理的认识并对设备强化和放大提供了重要信息。