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　　一、化學工業發展概況

　　現代化學工業始于18世紀的法國，隨后傳人英國。19世紀，以煤為基礎原料的有機化學工業在德國迅速發展起來。但那時的煤化學工業按其規模并不十分巨大，主要著眼于各種化學產品的開發。所以當時化工過程開發主要是由工業化學家率領，機械工程師參加進行的。技術人員的專業也是按其從事的產品生產分類的，如染料、化肥、炸藥等。直到19世紀末，化學工業萌芽階段的工程問題，都是采用化學(家)加機械(工程師)的方式解決的。

　　現代化學工業的發展時期是在美國開始的。19世紀末20世紀初，石油的開采和大規模石油煉廠的興建為石油化學工業的發展和化學工程技術的產生奠定了基礎。同以煤為基礎原料的煤化學工業相比，煉油業的化學背景不那么復雜多樣化，因此有可能也有必要進行工業過程本身的研究，以適應大規模生產的需要。這就是在美國產生以“單元操作”為主要標志的現代化學工業的背景。

　　1888年，美國麻省理工學院開設了世界上最早的化學工程專業，接著，賓夕法尼亞大學、土倫大學和密執安大學也先后設置了化學工程專業。這個時期化學工程教育的基本內容是工業化學和機械工程。1915年12月麻省理工學院一個委員會的委員A．D．Little首次正式提出了單元操作的概念。20世紀20年代石油化學工業的崛起推動了各種單元操作的研究。

　　由于單元操作的發展，30年代以后，化學機械從純機械時代進入以單元操作為基礎的化工機械時期。40年代，因戰爭需要，三項重大開發同時在美國出現。這三項重大開發是，流化床催化裂化制取高級航空燃料油、丁苯橡膠的乳液聚合以及制造首批原子彈的曼哈頓工程。前兩者是用30年代逐級放大的方法完成的，放大比例一般不超過50：1。但是曼哈頓工程由于時間緊迫和放射性的危害，必須采用較高的放大比例，達1000：1或更高一些。這就要求依靠更加堅實的理論基礎，以更加嚴謹的數學形式表達單元操作的理論。

　　曼哈頓工程的成功大大促進了單元操作在化學工業中的應用。50年代中期提出了傳遞過程原理，把化學工業中的單元操作進一步解析為三種基本操作過程，即動量傳遞、熱量傳遞和質量傳遞以及三者之間的聯系。同時在反應過程中把化學反應與上述三種傳遞過程一并研究，用數學模型描述過程。連同電子計算機的應用以及化工系統工程學的興起，使得化學工業發展進入更加理性、更加科學化的時期。

　　20世紀60年代初，新型高效催化劑的發明，新型高級裝置材料的出現，以及大型離心壓縮機的研究成功，開始了化工裝置大型化的進程，把化學工業推向一個新的高度。此后，化學工業過程開發周期已能縮短至4～5年，放大倍數達500～20000倍。

　　化學工業過程開發是指把化學實驗室的研究結果轉變為工業化生產的全過程。它包括實驗室研究、模試、中試、設計、技術經濟評價和試生產等許多內容。過程開發的核心內容是放大。由于化學工程基礎研究的進展和放大經驗的積累，特別是化學反應工程理論的迅速發展，使得過程開發能夠按照科學的方法進行。中間試驗不再是盲目地、逐級地，而是有目的地進行。化學工業過程開發的一個重要進展是，可以用電子計算機進行數學模擬放大。中間試驗不再像過去那樣只是收集或產生關聯數據的場所，而是檢驗數學模型和設計計算結果的場所。現代化學工業過程開發可以概括為：

　　1．利用現有的情報資料、技術數據、同類過程的成熟經驗、小試或模試的實驗結果和化學化工知識，把化學工業過程抽象為理論模型；

　　2．進行工業裝置的概念設計，并根據概念設計相似縮小為中試裝置；

　　3．比較電子計算機的數學模擬和中試結果，反復比較，不斷修正數學模型，使其達到一定精度，用于放大設計。

　　目前化學工業開發的趨勢是，不一定進行全流程的中間試驗，對一些非關鍵設備和很有把握的過程不必試驗，有些則可以用計算機在線模擬和控制來代替。

　　現代的技術進步一日千里。20世紀最后幾十年的發明和發現，比過去兩千年的總和還要多。化學工業也是如此。在這幾十年中，化學工業在世界范圍取得了長足進展。化學工業在很大程度上滿足了農業對化肥和農藥的需要。隨著化學工業的發展，天然纖維已喪失了傳統的主宰地位，人類對纖維的需要有近三分之二是由合成纖維提供的。塑料和合成橡膠滲透到國民經濟的所有部門，在材料工業中已占據主導地位。醫藥合成不僅在數量上而且在品種和質量上都有了較大發展。化學工業的發展速度已顯著超過國民經濟的平均發展速度，化工產值在國民生產總值中所占的比例不斷增加，化學工業已發展成為國民經濟的支柱產業。

　　20世紀70年代后，現代化學工程技術滲入到了各個加工領域，生產技術面貌發生了顯著變化。化學工業還同時面臨來自能源、原料和環保三大方面的挑戰，進入一個新的更為高級的發展階段。

　　在原料和能源供應日趨緊張的條件下，化學工業正在通過技術進步盡量減少其對原料和能源的消耗；為了滿足整個社會日益增長的能源需求，化學工業正在努力提供新的技術手段，用化學的方法為人類提供更新更多的能源；為了自身的發展，化學工業正在開辟新的原料來源，為以后的發展奠定豐富的原料基礎；隨著電子計算機的發展和應用，化學工業正在進入高度自動化的階段；一些高新技術，如激光、模擬酶的應用，正在使化學工業生產的效率顯著提高，技術面貌發生根本性的變化；由于有了更新的技術手段，化學工業對環境的污染進一步得到控制，并將為改善人類的生存條件做出新的貢獻。

　　二、化學工業發展伴生的新危險

　　進入20世紀后，化學工業迅速發展，環境污染和重大工業事故相繼發生。1930年12月比利時發生了“馬斯河谷事件”。在馬斯河谷地區由于鐵工廠、金屬工廠、玻璃廠和鋅冶煉廠排出的污染物被封閉在逆溫層下，濃度急劇增加，使人感到胸痛、呼吸困難，一周之內造成60人死亡，許多家畜也相繼死去。1948年10月美國賓夕法尼亞州的多諾拉，1952年11月英國的倫敦都相繼發生類似的事件。“倫敦煙霧事件”使倫敦在11月1日至12月12日期間比歷史同期多死亡了3500～4000人。1961年9月14日日本富山市一家化工廠因管道破裂，氯氣外泄，使九千余人受害，532人中毒，大片農田被毀。1974年英國Flixborough地區化工廠己內酰胺原料環己烷泄漏發生的蒸氣云爆炸和1984年印度博帕爾發生的異氰酸甲酯泄漏所造成的中毒事故，都是震驚世界的災難。1960年到1977年的18年中，美國和西歐發生重大火災和爆炸事故360余起，死傷1979人，損失數十億美元。我國化學工業事故也是頻繁發生，從1950年到1999年的50年中，發生各類傷亡事故23425起，死傷25714人，其中因火災和爆炸事故死傷4043人。

　　隨著化學工業的發展，涉及到的化學物質的種類和數量顯著增加。很多化工物料的易燃性、反應性和毒性本身決定了化學工業生產事故的多發性和嚴重性。反應器、壓力容器的爆炸以及燃燒傳播速度超過聲速的爆轟，都會產生破壞力極強的沖擊波，沖擊波將導致周圍廠房建筑物的倒塌，生產裝置、貯運設施的破壞以及人員的傷亡。如果是室內爆炸，極易引發二次或二次以上的爆炸，爆炸壓力疊加，可能造成更為嚴重的后果。多數化工物料對人體有害，設備密封不嚴，特別是在間歇操作中泄漏的情況很多，容易造成操作人員的急性或慢性中毒。據我國化工部門統計，因一氧化碳、硫化氫、氮氣、氮氧化物、氨、苯、二氧化碳、二氧化硫、光氣、氯化鋇、氯氣、甲烷、氯乙烯、磷、苯酚、砷化物等16種化學物質造成中毒、窒息的死亡人數占中毒死亡總人數的87．6％。而這些物質在一般化工廠中是常見的。

　　隨著化學工業的發展，化工生產呈現設備多樣化、復雜化以及過程連接管道化的特點。如果管線破裂或設備損壞，會有大量易燃氣體或液體瞬間泄放，迅速蒸發形成蒸氣云團，與空氣混合達到爆炸下限。云團隨風漂移，飛至居民區遇明火爆炸，會造成難以想像象的災難。據估計50 t的易燃液體泄漏、蒸發將會形成直徑為700 m的云團，在其覆蓋下的居民，將會被爆炸火球或擴散的火焰灼傷，火球或火焰的輻射強度將遠遠超過人所能承受的程度，同時還會因缺乏氧氣而使人窒息致死。

　　化工裝置的大型化使大量化學物質都處于工藝過程或貯存狀態，一些密度比空氣大的液化氣體如氨、氯等，在設備或管道破裂處會以15°～30°角呈錐形擴散，在擴散寬度100 m左右時，人還容易察覺迅速逃離，但在距離較遠而毒氣尚未稀釋到安全值時，人則很難逃離并導致中毒，毒氣影響寬度可達1000 m或更大。前述的印度博帕爾事件造成兩千多人死亡就屬這種情況。

　　三、化學工業發展對安全的新要求

　　化工裝置大型化，在基建投資和經濟效益方面的優勢是無可爭辯的。但是，大型化是把各種生產過程有機地聯合在一起，輸入輸出都是在管道中進行的。許多裝置互相連接，形成一條很長的生產線。規模巨大、結構復雜，不再有獨立運轉的裝置，裝置間互相作用、互相制約。這樣就存在許多薄弱環節，使系統變得比較脆弱。為了確保生產裝置的正常運轉并達到規定目標的產品，裝置的可靠性研究變得越來越重要。所謂可靠性，是指系統設備、元件在規定的條件下和預定的時間內完成規定功能的概率。可靠性研究用的較多的是概率統計方法。化工裝置可靠性研究，需要完善數學工具，建立化工裝置和生產的模擬系統。概率與數理統計方法，以及系統工程學方法將更多地滲入化工安全研究領域。

　　化工裝置大型化，加工能力顯著增大，大量化學物質都處在工藝過程中，增加了物料外泄的危險性。化工生產中的物料，多半本身就是能源和毒性源，一旦外泄就會造成重大事故，給生命和財產帶來巨大災難。這就需要對過程物料和裝置結構材料進行更為詳盡地考察，對可能的危險做出準確的評估并采取恰當的對策，對化工裝置的制造加工工藝也提出了更高的要求。化工安全設計在化工設計中變得更加重要。

　　化工裝置大型化，必然帶來生產的連續化和操作的集中化，以及全流程的自動控制。省掉了中間貯存環節，生產的彈性大大減弱。生產線上每一環節的故障都會對全局產生嚴重影響。對工藝設備的處理能力和工藝過程的參數，要求更加嚴格，對控制系統和人員配置的可靠性也提出了更高的要求。

　　新材料的合成、新工藝和新技術的采用，可能會帶來新的危險性。面臨從未經驗過的新的工藝過程和新的操作，更加需要辨識危險，對危險進行定性和定量評價，并根據評價結果采取優化的安全措施。對危險進行辨識和評價的安全評價技術的重要性越來越突出。

　　化學工業的技術進步，為滿足人類的食、衣、住、行等諸方面的需求做出了重要貢獻。但作為負面結果，在化學工業生產過程中也出現了新的危險性。化工安全必須采用新的理論方法和新的技術手段應對化學工業生產中出現的新的隱患，與化學工業同步發展。

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