浅谈化学工程学科发展的辨证综合
能自然界中的调和系统比比皆是，大至宇宙，小到原子；地球生态系统是调和的，动植物群落是调和的，人类社会系统是调和的，健康的人体更是一个绝妙的调和体。一切这些调和系统遵照着相同的辩证综合的规则，详细可以归结出三条：1．统一律；2．条理律；3．进化律；一切调和系统具有相同的特点：1．开放性；2．自组织性；3．非线性；4．无限开展性[1]。当爱因斯坦把多半生努力致力于统一场论时，其哲学上的需求相对物理学上而言或许要来得大，面临物理学的系统调和，理论规矩的分立是不能令他满意的。而化学工程的开展是不是沿袭相同的哲学过程呢？
在化学工程作为学科开端被注重之前，化学工业已具有了相当的规划，各类详细的工程与工艺都被自力开来，在看法上是被分为各门非凡的常识，因而，当国外高级院校在十九世纪末开端设置\"化学工程学\"时，开设的课程大多是进修那时化学工业的各类工艺学，\"化学工程\"的概念在那时照样相当恍惚的，在理论上充其量是化学与机械的一种夹杂（amalgam）。但是这种理论夹杂的形式在德国人看来倒是很正统的，即便在今日，他们也防止专论\"化学工程\"，而是称之为\"进程工程\"（Process Engineering），这一称号实践上要比\"化学工程\"的范围更广，甚至更为精确，但凡触及必然流程与工艺的范畴都是合用的。但我们习气上照样沿用\"化学工程\"的称号。
二十世纪开端，化学工业迅猛开展，在社会经济中占的比重越来越大，客观上需求化学工程学科的开展和支撑。跟着出产力的开展，人们对事物活动规则性的看法也愈来愈深化，愈来愈有归纳综合性。随同着其他范畴科学技能的疾速提高，人们逐步看法到化学工业中各门看似不相关的工程和工艺中存在着一起的物理特征。1901年，美G.E.的Davis《化学工程手册》的宣布，初步提出了\"化工物理进程\"的道理。1900年始，以组成氨、纯碱、燃料等为代表的近代化工场呈现，如1913年，德哈勃-博施法高压组成氨技能的财产化，燎原之火的，化学工业出现出宏大的开展前景。到了二十年月，美MIT的一些学者提出：不论化工出产的工艺若何千差万别，它们在很多的典型设备中进行着道理一样的物理进程。1920年，美MIT成立了第一个严厉意义上的化工系，时W.K.Lewis任系主任。1922年美国化工学会认同了新的见地，引出了\"单位操作\"（Unit Operation）的概念，这一概念在苏联期间和我国则普遍称为\"化工道理\"。
1900年始的\"别离工程\"研讨使\"单位操作\"的概念日趋成熟。被称为单位操作的进程首要有流体活动、传热、枯燥、接收、蒸发、萃取、结晶和过滤等，以这些单位操作作为研讨和进修的首要内容，是化学工程学科在二十世纪前半期开展的中心，其理论敏捷成为开展化学工业的主要基石。这种把千变万化、千差万其余进程和工艺归纳综合成\"单位操作\"是出产力开展到必然程度的反映，是化学工程学从\"特性\"到\"共性\"的第一个哲学性归纳综合，是在一个系统全体性掌握的高度上树立了一门技能科学，表现了系统科学开展的调和一致规则。
跟着\"单位操作\"概念确实定，另一方面，化学工程学科中主要支柱之一的\"反响工程\"亦逐步浮出水面。从开始的德Winkler流化床煤气化炉的使用到德Bergim-Pier三相液化床煤液化工艺的开拓，又到1931年丁纳橡胶和氯丁橡胶的投产，化学工业上开展的顶峰继续不停，1940年美国FCC炼油开拓成功，成为石油化工的起点。直到1957年，欧洲第一届反响工程会议，明白提出\"反响工程\"的概念，成为化学工程学科的主要构成局部，是化学工程学的进一步调和一致。\"反响工程\"的树立，甚至今天仍备受困扰的\"进程扩大效应\"问题，及从\"逐级扩大\"到\"数模扩大\"的研讨都带动了\"化工进程系统工程\"的开展，并一起表现了系统科学开展的调和条理律。
就在\"反响工程\"开展的还，\"单位操作\"获得了愈加深入的看法，人们发现各单位操作之间存在着更为遍及的道理，\"过滤只是流体传动的一个特例；蒸发但是是传热的一种方式；接收和萃取都包括着质量的传递；枯燥与蒸馏则是传热加传质的操作……\"[2]于是单位操作可以算作是传热、传质及流体动量传递的非凡状况或特定的组合。这种看法的深化进程并没有中止，人们进一步又发现了动量传递、热量传递和质量传递之间的相似性。于是从二十世纪50年月开端，人们综合了以往的效果，开端用一致的观念来研讨三种传递进程。1960年，美威斯康辛大学（Univ. Wiscosin）的R.B.Bird传授出书了《Transport Phenomena》一书，系统地采用一致的办法来处置三种传递景象，从此化学工程学科的中心过渡到了\"三传一反\"的系统性概念。\"三传\"的研讨是系统科学调和进化律的又一表现，使化学工程学到达了一个新的全体性高度，这种高度的调和一致是对客观世界实质性的看法，并在学科上反映出了系统科学的根本道理和性质，其影响力是遍及性的，是跨学科的，不只使\"传递道理\"成为化学工程学的主要根底，还在生物工程、机械、航天和土木修建等工程学科上也具有主要意义，并日益成为工程专业共有的一门技能根底课，只是偏重点有所差别罢了。
至此化学工程学科本身阅历了一系列的演化和开展，并在短短的一个世纪中到达了一个史无前例的高度，涵括了很多的出产和使用范畴，如医药、化肥、动力、资料、航天、冶金、日用化学品等，每年为社会供应数以亿吨计的千百万种产物，是人们衣、食、住、行顷刻不成分开的物质根底，为社会昌盛作出了宏大奉献。但是事物老是一分为二的，从人类开展最为冲动人心的标语\"降服天然\"到今日重大的工业化历程，地球天然生态系统遭遇了史无前例的严肃场面，这之中，化学工业是形成大规划情况污染及恶性反复污染的首要进程之一，化学工程学科需求肩负起新的任务。1990年，\"生态化工\"（Eco-Chemical Engineering）的概念提出来了，响应在化工出产和进程工艺中提出了\"洁净化工\"和\"绿色化工\"的概念，因时应势，化学工程学开端了系统科学的自组织进程，这也是调和系统敌对一致开展的需求。在系统科学看来，自组织是调和系统的根本性质之一，只要自组织系统能经过外部和本身内部的不时协调、整合，在顺应情况的还坚持本人的特征并发生新的功用。从自觉到盲目地，化学工程学接收了自组织的理论，不时在广度和深度上充分、完美和开展。
跟着新世纪的到来，世界正发作着全球性的转变，经济、社会、情况和技能等范畴都面对着新范围新理念的改变和冲击[3]。化学工程学科需求因应时代开展而改动传统的限制，不时有新的概念提出来，如化学工程应是乘机而待的专业（a profession in waiting）；化学工程师必需\"be steeped in technology\"，可以立异、开拓、变换、调控和顺应替代；化学工程学科要从\"Process Engineering\"到达\"Product Engineering\"再到\"Formulation Engineering\"。进一步的综合以为，化学工程学存眷着还发作在十分普遍的时空跨度内的景象，必需具有多标准、多目的的办法来到达进程的总体优化。涵括了五个方面[4，5]：转贴于① Nanoscale（纳观标准）：研讨量子化学、分子进程与分子模仿等。
② Microscale（微观标准）：研讨微粒、气泡、液滴、节制界面胶束和微流力学规则等。
③ Mesoscale（介观标准）：研讨换热设备、反响设备、塔器以及传统的\"单位操作\"和\"三传一反\"等。
④ Macroscale（微观标准）：研讨出产安装和出产进程等。
⑤ Megascale（兆观标准）：研讨情况进程和大气生态进程等。
于是化学工程学的中心改变到了\"多标准、多目的择优\"的概念，化学工程学科又抵达一个新的调和一致的高度，进入了更高条理的系统工程范畴。
新的开展的深度促使化学工程学科作出了必然标准的\"分化\"，但是这还远未完毕，人们对世界的看法还在不时探究不时深化，一个更深入更遍及也更普通的问题曾经触到了化学工程学科的神经，触到了化学工程学的看法实质，并促使化学工程学需求有新的\"交融\"。这一问题就是\"非线性及其海涵的混沌道理\"，相关于\"线性\"是人类看法客观世界的根本东西，\"非线性\"则是客观世界的实质特征，是\"线性\"反映的目标，是从科学角度对待世界的一种调和一致；而在对\"混沌开展\"的研讨标明，\"混沌活动的遍及存在，提醒了天然界中实践系统开展演化的新行为，混沌态的自类似性使这种工夫演化显示为一种空间构造，并且以其分歧空间标准上的类似性，提醒了系统复杂活动的一致性。这种一致性是一个察看\"全体\"的问题，只要在长工夫局限（由于混沌活动是一种长工夫行为）和更高条理复杂性中才干展现出来。\"[6，7]这一问题涵盖了天然科学和人文社会科学的很多范畴，具有严重的科学价值和深入的哲学办法论意义。马克思曾经预言：\"天然科学往后将会把关于人类的科学总括在本人下面，正如关于人类的科学把天然科学总括在本人下面一样：它们将成为一个科学。\"从这一角度上，\"非线性\"问题是这种进程一体化的契合点以及全体看法论上的共性[8]。当站在这种全体性的高度上，化学工程学科取得了全新的视野和更强壮的剖析处理问题的才能，并最终具有了学科交融的根底。
在整个化学工程学科的孕育、降生和开展进程中，一直交错着学科的\"分化\"与\"交融\"，除了上述标准（scale）上的分化以外还有着所谓的石油化工、精密化工、高分子化工等专业上的分化；另一方面，作为近代工程技能，它又是天然科学（化学、物理等）和技能科学（机械、资料等）的交融。正如物理学家普朗克（Planck）所指出的：\"科学是内涵的全体，它被分化为独自的局部不是取决于事物的自身，而是取决于人类看法才能的局限性，实践上存在着从物理到化学，经过生物学和人类学到社会学的延续的链条，这是任何一处都不克不及被打断的链条。\"现实上，当化学工程学科的中心开展到\"非线性混沌系统\"时，完成科学的交融已是其客观系统性的需求，它需求强有力的非线性解算才能和综合剖析才能。基于人工智能和神经生物学的人工神经收集（Artificial Neural Networks）技能为这种系统性的交融供应了新的思绪和路子。人工神经收集特有的信息处置才能在愈来愈多的范畴中展示出宽广的使用前景，它具有如下特点[9，10]：
① 进修：神经收集可以依据外界情况修正本身行为，这使它比其他任何办法承受本身感兴致的外界信息更敏感。
② 归纳综合：经由进修练习后，神经收集的呼应在某种水平上可以对外界信息的少数丧失或本身组织的部分缺损不再很敏感，反映了神经收集的强健性（鲁棒性），即工程上说的\"容错\"才能。
③ 抽取：神经收集具有抽取外界输入信息特征的非凡功用，在某种意义上可以说它能\"发明\"出未见的事物。
④ 模仿：神经收集由很多的神经元构成，以并行的方法处置信息，大大加速了运转速度，可以迫近恣意复杂的非线性系统。
当然，神经收集并非完美无瑕，其本身的开展就曾阅历过相当迂回的进程，然则，人工神经收集（ANNs）特征的交融将是化学工程学科开展到非线性中心系统的自组织顺应和需求。例如采用神经收集设计的节制系统，顺应性、不变性和智能性均较好，能处置复杂工艺进程的节制问题，也使得化学工程师不单也是机械工程师，还起首是系统工程师，并能从最普通的非线性道理动身，处理实践进程的立异、使用、开拓、出产等问题。
出产力的不时开展，科学技能的继续提高，人类看法天然和革新天然的不时深化，化学工程学科必将不时\"分化\"和\"交融\"，表现出调和系统的无限开展性质。
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在化学工程作为学科开端被注重之前，化学工业已具有了相当的规划，各类详细的工程与工艺都被自力开来，在看法上是被分为各门非凡的常识，因而，当国外高级院校在十九世纪末开端设置\"化学工程学\"时，开设的课程大多是进修那时化学工业的各类工艺学，\"化学工程\"的概念在那时照样相当恍惚的，在理论上充其量是化学与机械的一种夹杂（amalgam）。但是这种理论夹杂的形式在德国人看来倒是很正统的，即便在今日，他们也防止专论\"化学工程\"，而是称之为\"进程工程\"（Process Engineering），这一称号实践上要比\"化学工程\"的范围更广，甚至更为精确，但凡触及必然流程与工艺的范畴都是合用的。但我们习气上照样沿用\"化学工程\"的称号。
二十世纪开端，化学工业迅猛开展，在社会经济中占的比重越来越大，客观上需求化学工程学科的开展和支撑。跟着出产力的开展，人们对事物活动规则性的看法也愈来愈深化，愈来愈有归纳综合性。随同着其他范畴科学技能的疾速提高，人们逐步看法到化学工业中各门看似不相关的工程和工艺中存在着一起的物理特征。1901年，美G.E.的Davis《化学工程手册》的宣布，初步提出了\"化工物理进程\"的道理。1900年始，以组成氨、纯碱、燃料等为代表的近代化工场呈现，如1913年，德哈勃-博施法高压组成氨技能的财产化，燎原之火的，化学工业出现出宏大的开展前景。到了二十年月，美MIT的一些学者提出：不论化工出产的工艺若何千差万别，它们在很多的典型设备中进行着道理一样的物理进程。1920年，美MIT成立了第一个严厉意义上的化工系，时W.K.Lewis任系主任。1922年美国化工学会认同了新的见地，引出了\"单位操作\"（Unit Operation）的概念，这一概念在苏联期间和我国则普遍称为\"化工道理\"。
1900年始的\"别离工程\"研讨使\"单位操作\"的概念日趋成熟。被称为单位操作的进程首要有流体活动、传热、枯燥、接收、蒸发、萃取、结晶和过滤等，以这些单位操作作为研讨和进修的首要内容，是化学工程学科在二十世纪前半期开展的中心，其理论敏捷成为开展化学工业的主要基石。这种把千变万化、千差万其余进程和工艺归纳综合成\"单位操作\"是出产力开展到必然程度的反映，是化学工程学从\"特性\"到\"共性\"的第一个哲学性归纳综合，是在一个系统全体性掌握的高度上树立了一门技能科学，表现了系统科学开展的调和一致规则。
跟着\"单位操作\"概念确实定，另一方面，化学工程学科中主要支柱之一的\"反响工程\"亦逐步浮出水面。从开始的德Winkler流化床煤气化炉的使用到德Bergim-Pier三相液化床煤液化工艺的开拓，又到1931年丁纳橡胶和氯丁橡胶的投产，化学工业上开展的顶峰继续不停，1940年美国FCC炼油开拓成功，成为石油化工的起点。直到1957年，欧洲第一届反响工程会议，明白提出\"反响工程\"的概念，成为化学工程学科的主要构成局部，是化学工程学的进一步调和一致。\"反响工程\"的树立，甚至今天仍备受困扰的\"进程扩大效应\"问题，及从\"逐级扩大\"到\"数模扩大\"的研讨都带动了\"化工进程系统工程\"的开展，并一起表现了系统科学开展的调和条理律。
就在\"反响工程\"开展的还，\"单位操作\"获得了愈加深入的看法，人们发现各单位操作之间存在着更为遍及的道理，\"过滤只是流体传动的一个特例；蒸发但是是传热的一种方式；接收和萃取都包括着质量的传递；枯燥与蒸馏则是传热加传质的操作……\"[2]于是单位操作可以算作是传热、传质及流体动量传递的非凡状况或特定的组合。这种看法的深化进程并没有中止，人们进一步又发现了动量传递、热量传递和质量传递之间的相似性。于是从二十世纪50年月开端，人们综合了以往的效果，开端用一致的观念来研讨三种传递进程。1960年，美威斯康辛大学（Univ. Wiscosin）的R.B.Bird传授出书了《Transport Phenomena》一书，系统地采用一致的办法来处置三种传递景象，从此化学工程学科的中心过渡到了\"三传一反\"的系统性概念。\"三传\"的研讨是系统科学调和进化律的又一表现，使化学工程学到达了一个新的全体性高度，这种高度的调和一致是对客观世界实质性的看法，并在学科上反映出了系统科学的根本道理和性质，其影响力是遍及性的，是跨学科的，不只使\"传递道理\"成为化学工程学的主要根底，还在生物工程、机械、航天和土木修建等工程学科上也具有主要意义，并日益成为工程专业共有的一门技能根底课，只是偏重点有所差别罢了。
至此化学工程学科本身阅历了一系列的演化和开展，并在短短的一个世纪中到达了一个史无前例的高度，涵括了很多的出产和使用范畴，如医药、化肥、动力、资料、航天、冶金、日用化学品等，每年为社会供应数以亿吨计的千百万种产物，是人们衣、食、住、行顷刻不成分开的物质根底，为社会昌盛作出了宏大奉献。但是事物老是一分为二的，从人类开展最为冲动人心的标语\"降服天然\"到今日重大的工业化历程，地球天然生态系统遭遇了史无前例的严肃场面，这之中，化学工业是形成大规划情况污染及恶性反复污染的首要进程之一，化学工程学科需求肩负起新的任务。1990年，\"生态化工\"（Eco-Chemical Engineering）的概念提出来了，响应在化工出产和进程工艺中提出了\"洁净化工\"和\"绿色化工\"的概念，因时应势，化学工程学开端了系统科学的自组织进程，这也是调和系统敌对一致开展的需求。在系统科学看来，自组织是调和系统的根本性质之一，只要自组织系统能经过外部和本身内部的不时协调、整合，在顺应情况的还坚持本人的特征并发生新的功用。从自觉到盲目地，化学工程学接收了自组织的理论，不时在广度和深度上充分、完美和开展。
跟着新世纪的到来，世界正发作着全球性的转变，经济、社会、情况和技能等范畴都面对着新范围新理念的改变和冲击[3]。化学工程学科需求因应时代开展而改动传统的限制，不时有新的概念提出来，如化学工程应是乘机而待的专业（a profession in waiting）；化学工程师必需\"be steeped in technology\"，可以立异、开拓、变换、调控和顺应替代；化学工程学科要从\"Process Engineering\"到达\"Product Engineering\"再到\"Formulation Engineering\"。进一步的综合以为，化学工程学存眷着还发作在十分普遍的时空跨度内的景象，必需具有多标准、多目的的办法来到达进程的总体优化。涵括了五个方面[4，5]：转贴于① Nanoscale（纳观标准）：研讨量子化学、分子进程与分子模仿等。
② Microscale（微观标准）：研讨微粒、气泡、液滴、节制界面胶束和微流力学规则等。
③ Mesoscale（介观标准）：研讨换热设备、反响设备、塔器以及传统的\"单位操作\"和\"三传一反\"等。
④ Macroscale（微观标准）：研讨出产安装和出产进程等。
⑤ Megascale（兆观标准）：研讨情况进程和大气生态进程等。
于是化学工程学的中心改变到了\"多标准、多目的择优\"的概念，化学工程学科又抵达一个新的调和一致的高度，进入了更高条理的系统工程范畴。
新的开展的深度促使化学工程学科作出了必然标准的\"分化\"，但是这还远未完毕，人们对世界的看法还在不时探究不时深化，一个更深入更遍及也更普通的问题曾经触到了化学工程学科的神经，触到了化学工程学的看法实质，并促使化学工程学需求有新的\"交融\"。这一问题就是\"非线性及其海涵的混沌道理\"，相关于\"线性\"是人类看法客观世界的根本东西，\"非线性\"则是客观世界的实质特征，是\"线性\"反映的目标，是从科学角度对待世界的一种调和一致；而在对\"混沌开展\"的研讨标明，\"混沌活动的遍及存在，提醒了天然界中实践系统开展演化的新行为，混沌态的自类似性使这种工夫演化显示为一种空间构造，并且以其分歧空间标准上的类似性，提醒了系统复杂活动的一致性。这种一致性是一个察看\"全体\"的问题，只要在长工夫局限（由于混沌活动是一种长工夫行为）和更高条理复杂性中才干展现出来。\"[6，7]这一问题涵盖了天然科学和人文社会科学的很多范畴，具有严重的科学价值和深入的哲学办法论意义。马克思曾经预言：\"天然科学往后将会把关于人类的科学总括在本人下面，正如关于人类的科学把天然科学总括在本人下面一样：它们将成为一个科学。\"从这一角度上，\"非线性\"问题是这种进程一体化的契合点以及全体看法论上的共性[8]。当站在这种全体性的高度上，化学工程学科取得了全新的视野和更强壮的剖析处理问题的才能，并最终具有了学科交融的根底。
在整个化学工程学科的孕育、降生和开展进程中，一直交错着学科的\"分化\"与\"交融\"，除了上述标准（scale）上的分化以外还有着所谓的石油化工、精密化工、高分子化工等专业上的分化；另一方面，作为近代工程技能，它又是天然科学（化学、物理等）和技能科学（机械、资料等）的交融。正如物理学家普朗克（Planck）所指出的：\"科学是内涵的全体，它被分化为独自的局部不是取决于事物的自身，而是取决于人类看法才能的局限性，实践上存在着从物理到化学，经过生物学和人类学到社会学的延续的链条，这是任何一处都不克不及被打断的链条。\"现实上，当化学工程学科的中心开展到\"非线性混沌系统\"时，完成科学的交融已是其客观系统性的需求，它需求强有力的非线性解算才能和综合剖析才能。基于人工智能和神经生物学的人工神经收集（Artificial Neural Networks）技能为这种系统性的交融供应了新的思绪和路子。人工神经收集特有的信息处置才能在愈来愈多的范畴中展示出宽广的使用前景，它具有如下特点[9，10]：
① 进修：神经收集可以依据外界情况修正本身行为，这使它比其他任何办法承受本身感兴致的外界信息更敏感。
② 归纳综合：经由进修练习后，神经收集的呼应在某种水平上可以对外界信息的少数丧失或本身组织的部分缺损不再很敏感，反映了神经收集的强健性（鲁棒性），即工程上说的\"容错\"才能。
③ 抽取：神经收集具有抽取外界输入信息特征的非凡功用，在某种意义上可以说它能\"发明\"出未见的事物。
④ 模仿：神经收集由很多的神经元构成，以并行的方法处置信息，大大加速了运转速度，可以迫近恣意复杂的非线性系统。
当然，神经收集并非完美无瑕，其本身的开展就曾阅历过相当迂回的进程，然则，人工神经收集（ANNs）特征的交融将是化学工程学科开展到非线性中心系统的自组织顺应和需求。例如采用神经收集设计的节制系统，顺应性、不变性和智能性均较好，能处置复杂工艺进程的节制问题，也使得化学工程师不单也是机械工程师，还起首是系统工程师，并能从最普通的非线性道理动身，处理实践进程的立异、使用、开拓、出产等问题。
出产力的不时开展，科学技能的继续提高，人类看法天然和革新天然的不时深化，化学工程学科必将不时\"分化\"和\"交融\"，表现出调和系统的无限开展性质。
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