现在,化学工程已被工业和学生同样公认为一项已经确立的科目。它是一个大有可为的职业,确信自己具有更好的方法和高超的技术,使得化学工程师易于轻视化学家和他们的同行工艺师们。这种方法使工业化学家的琐碎处理法、冶金学家的绿棒和矿物工艺学家的Wiffle表变得陈旧。
单元操作的概念,也许是第一个成功地应用于工业操作的“系统”概念。为了连贯一些标准操作,以及根据各别单元操作的比较能易于探索的操作性能而去获得全过程性能的更可靠的探索,它立时提供了一种合理组成工艺路线的工具。同等重要的是,引用来描述单元操作的是那些简单但非常有效的模型,例如充分搅拌贮槽、理论塔板和传质传热双膜理论。
接着是一个漫长而繁忙的时期,化学工程师们在实验室内及规模齐全的工厂内,孜孜不倦地测定塔板效率、传质系数、压降与液泛速度,逐渐地随着知识的积累,渐渐增加了“贝氏”手册的大小和重量。在五十年代早期,化学工程师具有相当完整的技术宝库及其数据。但那时,新的挑战也随之而来。战后的工业,竞争更为激烈,使人积极追求设计上的更准确的预见以缩小安全界限。同时又出现了数字计算机,使得广泛的计算有可能实现,以取代简单的图解设计法。但早期的概念全被用上了,此时存在着一个进展停滞的时期,人们徒然循着越益繁琐的经验法则,联系不断增多的实验数据来寻求人所要求的改进。
下一个进展来源于这样的现实,即必须用基本物理机制进行较详细研究,且它们的效果常常受到限制,因此务必在实验室里于精确控制下才能研究它们。_这些对于它们的理论叙述也来了简单化,使之有可能成为更基本的方法。因此,大学的化学工程课程要提供更扎实的理论
基础和较先进的理论化学,以及连续力学及其必须增加的数学训练。与此同时,大部分精力已付诸于扩大化工原理的应用范围,边缘工业也不断被包括进来。同时也同样渐渐地认识到,化学工程师的广博知识和系统方法,使之成为理想的候补管理人员。
那么还留下什么问题,在哪些方面我们必须期望进一步的发展?
设计方法的进展
自五十年代以来,设计方法已经历了漫长的道路。计算机程序已成为设计的主要部分。六十年代目睹了同微处理机连结在一起的“流程图”程序的发展,和物理性质、结构密码、价格数据的计算机“数据库”的创造。他们希望设计系统全部实行电子计算机化。在这些发展中,化工工程师起了重要的作用。而十年前,他们期待着随着计算机运算更迅速和价格更便宜,对设计的每一步都有广泛的计算机设计系统。今天,计算机大量库存,在经济上已是可行的了,相对于计算能力的费用减少到二十五分之一。许多需要的附件,如标准软件,目前也可获得。然而,积极性已从化学工程师处转移到计算机专家,由于他们不是用设计师的观点来看待问题,六十年代的希望没有得到满足。
在作为设计方法基础的数字技术发展中,也可看出同样的倾向。在早期计算中,经典数字分析家在接受新设备的长处方面是迟钝的。要解决的重大问题,要靠工程师,其中不少是化学工程师。但化学工程师很快就落后了,做这种工作,他们的数学训练不够。更为焦虑的也许是,一些化学工程师们把该领域当作他们的财产,他们发现他们的同行化学工程师们反应迟钝,因此又到其他领域去使用他们的技术了。
同样,即使化学工程师有较广博的管理才能,他们对于总的技术计划和工艺预测毫无贡献。精确的预定计划、操作计划和项目计划等问题均由他人解决。化学工程师只能勉强应付包括以上这些内容的技术。
过程控制
近十五年来还有一个巨大的进展,是在过程的控制方面,像孟山都和帝国化学公司这样的化学公司,首先应用了控制计算机。然而,纵使过程控制有着颇不同于伺服机械设计的问题,化学工程师再次退居一旁,而电气工程师去创立“系统工程学”,艰苦地自学如何处理这些称为化学过程的新奇的非线性系统。在出售过程控制技术的是计算机制造商,而不是化学工程承建人。甚至过程模拟和装置实验——显然往往视为化学工程师的领域——也留给了控制工程师和统计师,他们创制了频率响应分析、模拟随机二进制程序以及其他一些鉴别技术先进操作法和模型鉴别等方法。化学工程师创制了些什么呢?他们在模拟和模型简化的领域内又作出了些什么贡献呢?
自从弗立波以来,其实还要更早于此,我们完全侧重于安全问题——设计的安全,操作的安全。对于可运行性的研究和灾害分析,已另有新的“系统”解决途径,但它又不是来源于化学工程,而普通水平的化学工程师也没有能力去理解误差分析法的数学。
这里我也许说得过火了,读者们可能反驳说,数学只不过是一种工具而已,若无化学工程师对化工过程的熟悉,和他对装置如何运行及可能发生的缺陷等方面详尽而又实际的知识,它将一无用处。但这种说法听起来岂不熟悉?正是具有新方法学的化学工程师排挤了具有详细的但零乱的化工过程知识的工业化学家!其后化学工程是否会接触那些杂乱的过时理论和陈旧技术?而它们由于传统和偏见,还在工业中勉强支撑着。
终究化学工程也许并不能那么轻易地被抹去,因为它的方法学对于化工过程的理解曾作出了巨大的贡献。还有,可能它的生命力还存在于单元操作中和对于物理机制的更充分理解之中。化学工程曾经获得了胜利,例如阐明了传质过程中的表面效应,或者在多孔催化剂中化学反应同传质传热的相互作用。为了更详细地研究机制问题,采用了崭新而有力的技术:激光测风,化学分析用电子光谱,低能量电子衍射,信号积分贮存系统。可是这些是化学工程研究的成果吗?它们是由化学工程加以利用并发展的吗?在板式塔和填充塔中,诸如粒度分析或界面测定等课题方面,我们有过什么真正的进展吗?在预测塔板效率方面,我们现在是否真正比在一九五八年美国化学工程师学会提出它的泡罩塔设计手册时更为好一些?热交换器中壳边压降怎么样?蒸汽混合物的凝结速度又怎么样?我们依旧无法说明反应器内的搅拌,所以我们能预知的是除初级反应以外的得率。虽然所有这些乃是难题,但我们是否就此声称,它们太复杂了而放弃不干,认为不值得为之努力?在近十年内化学工程的光辉成就是些什么呢?
当然我们高度要求化学工程在所有这些领域中都能胜任,不仅要能了解它们,而且还要有所贡献于它们的进展,所需的训练和基础知识超过了三年制课程内能塞进的东西,这就是优秀生也是办不到的。勉强去做的结果,只能是某些学科知识的不完全(也许正是一些更不可缺的学科)或是很肤浅,不论其向何方面的真正发展,都不足以成为一个坚实的基础。
工业上也许要求这样一种全能设计师,能掌握现代水平,深深懂得恰如其分地运用设计手册,可批判地评价所得结果的计算机库,无需更高深的知识却用于发展新的设计或设计技术。也许我们应当有意识地去训练这类化学工程专家——但毫无疑问,我们不应当把化学工业的未来委托给这么一批人。
管理部门需要另一种通才,不仅要掌握现代水平,还要具有技术上和管理上双方面的技艺。为此,我们确确实实应该作出更有意识的努力,以培养一种合乎需要的技艺和知识的多面手。明年(1978年)十月份,在帝国大学我们将开始从事这样一个尝试,创设一个由化学工程和管理科学二系合办的联合高级班。但高级管理人员不仅应该具备现代水平知识,还应有足够深入的理解能力,以致能够判断哪些见解值得采用,以及未来的发展将在何处出现。可是这个目的在三年内又是不容易达到的。
更长的学制
不难得出结论,如机械工程学和物理学一样,化学工程的科目变得太广泛,包罗了高级班所容纳的一切,其唯一解决途径乃在于专门化,不过所需的倒不是范围宽广的实际知识,而是一种方法学建立于比过去牢固得多的理论基础之上。我相信,假如一个优秀生一开始就认识到他将从事于超过三年的学习,即或是毕业后再加一年,或是四年一贯制,犹如科技特别委员会最近提出的报告中所论述的那样,他是做得到的。
很多读者可能会发觉这些说法大都以前已经听我说过。诚然,所说的内容颇为相似,但随着年月的消逝,其重心已经转移。一九七二年当我写到“因而发展的趋向可能是使化学工程这项技艺归于淘汰……,但在这情况发生之前,还将经过好几代化学工程师”时,我报了一次警。一九七四年我在化学工程师学会上的主席致辞是一个坦率的劝告。而今天,结合本国总的情况,它也许就是一个明确的警告:要是我们不立刻动手缔造我们的未来,我们就将没有前途!
[译自Chemistry and Industry,1977年10期。蒋伯康译周成业校]