【1】学士学位论文：基于相关系数辨识法的PID自整定算法及其应用指导教师：孙德敏、吴刚、吴福明，1992.7获中国科学技术大学自动控制专业工学学士学位【2】硕士学位论文：基于多元逐步回归分析的丙烯腈反应器在线优化控制指导教师：孙德敏教授，1995.7获中国科学技术大学自动控制理论及应用专业工学硕士学位【3】博士学位论文：典型工业过程的先进控制与优化指导教师：孙德敏教授，2004.12获中国科学技术大学控制科学与工程专业工学博士学位教学工作：【1】计算机控制（专业基础课，课程编号：01018601）教材：李嗣福编著，计算机控制基础（第2版），合肥：中国科学技术大学出版社，2006.3【2】最优化方法（本硕贯通课程，课程编号：本01060701，硕CN04132）教材：孙德敏编著，工程最优化方法及应用（修订版），合肥：中国科学技术大学出版社，1997.11学术论文：【1001】薛美盛，白东进，张毅，何丹玉. 基于相关分析法的PID控制回路的模型验证. 控制工程，已录取.【1002】陈根杰，魏衡华，薛美盛. 带Smith预估器的预测PID控制器的设计. 电子技术，已录取.【1003】薛美盛，白东进，王川. 基于Pade近似一般形式的IMC-PID控制器设计. 控制工程，已录取.【1004】樊弟，薛美盛，魏衡华. 多变量系统的广义预测控制解耦设计. 控制工程，已录取.【1005】王川，薛美盛，白东进. 基于子空间辨识的多变量预测控制器设计. 控制理论与应用，已投稿.【1006】薛美盛，苏阳，祁飞，张毅. 一种评估PI控制回路的LQG基准. 控制理论与应用，已投稿.【0901】胡志宏，郝卫东，薛美盛. 运行优化降低燃煤锅炉NOx排放的试验研究. 电站系统工程，2009，25（1）：41-43.【0902】李自强，薛美盛. 用于闭环PID参数自动整定的性能指标仿真研究. 自动化与仪表，2009，24（2）：30-33.【0903】白东进，祁飞，薛美盛. 基于动态矩阵控制的比值控制新算法. 化工自动化及仪表，2009，36（2）：23-28.【0904】崔宇，薛美盛. 基于局部学习方法的火电锅炉飞灰含碳量LSSVM软测量. 仪表技术，2009（5）：62-64.【0905】李祖奎，Marianthi Ierapetritou，薛美盛. 过程工业不确定条件下的计划与调度优化. 化工进展，2009，28（7）：1122-1128+1133.【0906】薛美盛，祁飞，张毅，王川，白东进. 控制回路性能评估综述. 控制工程，2009，16（5）：507-512.【0907】薛美盛，陶呈纲，郑涛. pH控制策略研究. 化工自动化及仪表，化工自动化及仪表，2009，36（5）：7-12+17【0801】张毅，薛美盛，王伟. 带前馈的PID控制回路的控制器性能评估. 化工自动化及仪表，2008，35（1）：20-23.【0802】王伟，薛美盛，张毅，刘云松. 丙烯腈流化床反应器先进控制. 化工自动化及仪表，2008，35（3）：58-61+66.【0803】鲍茂潭，赵春江，薛美盛，王成. 用于农产品信息管理的RFID读写器设计. 电子技术应用，2008，34（3）：68-71.【0804】李晋，秦琳琳，岳大志，吴刚，薛美盛等. 试验温室温度系统建模与仿真. 系统仿真学报，2008，20（7）：1869-1875.（EI20081811232440）【0805】吕旭涛，薛美盛. 正交试验优化在算法效率评价中的应用. 电子技术，2008，45（7）：53-55.【0806】何德峰，俞立，薛美盛. 丙烯聚合装置牌号切换的在线操作指导. 2008年中国过程控制年会（CPCC2008）论文集，2008.7，北京：339-342.【0807】李祖奎，Marianthi Ierapetritou，薛美盛. 过程工业不确定条件下的计划与调度优化. 2008年过程系统工程年会（PSE2008）论文集，2008.9，上海：313-320.【0808】陈多刚，周广，张毅，相天成，薛美盛. 基于相关分析法的PID控制回路性能评估. 2008年工业自动化与仪表装置应用学术交流会论文集，2008.10，青岛：140-148.【0809】何德峰，薛美盛，季海波. 约束非线性系统构造性模型预测控制. 控制与决策，2008，23（11）：1301-1304+1310.（EI20085111797520）【0701】陈薇，秦琳琳，吴刚，薛美盛，王俊. 硝酸根离子选择电极建模. 传感技术学报，2007，20（1）：14-17.【0702】张庆武，吴刚，薛美盛，王嵩，何德峰，祁飞. 聚乙烯装置模块多变量在线操作指导. 信息与控制，2007，36（1）：79-85+92.【0703】张庆武，吴刚，薛美盛，沈之宇，孙德敏. 氨合成塔温度先进控制. 信息与控制，2007，36（1）：108-114.【0704】秦琳琳，吴刚，薛美盛等. 网纹甜瓜营养液深液流栽培管理与环境调控. 中国科学技术大学学报，2007，37（2）：195-201.【0705】王俊，成荣，薛美盛，吴刚，秦琳琳，胡振华. 温室环境测控系统的设计与运行. 控制工程，2007，14（2）：195-197.【0706】陈祥，薛美盛，王俊，吴刚，秦琳琳，成荣. 基于Zigbee协议的温室环境无线测控系统. 自动化与仪表，2007，22（3）：39-41+50.【0707】陈杰，何晓红，薛美盛. 基于MA的智能建筑实时远程监控系统. 合肥工业大学学报（自然科学版），2007，30（4）：436-439.【0708】沈之宇，阎镜予，薛美盛，孙德敏. 中小型氮肥合成氨生产系统操作条件优化. 化工学报，2007，58（4）：963-969.（EI20072110613706）【0601】薛美盛，祁飞，张庆武等. 一种全新的精馏塔回流罐液位控制系统. 化工自动化及仪表，2006，33（2）：57-60.（EI2006229913058）【0602】薛美盛，祁飞，吴刚，孙德敏. 丁烯-1精馏装置在线节能优化的研究. 化工自动化及仪表，2006，33（3）：17-21.（EI2006279980837）【0603】刘长远，薛美盛，孙德敏，王磊. 阶梯式广义预测控制在浮法玻璃窑中的应用. 自动化博览，2006，23（3）：62-63.【0604】阎镜予，沈之宇，薛美盛等. 用于过程优化的改进模式识别方法及其应用. 模式识别与人工智能，2006，19（3）：342-348.（EI20063310069117）【0605】薛美盛，李祖奎，吴刚，孙德敏. 油品调合调度优化问题的分步求解策略. 中国科学技术大学学报，2006，36（8）：834-839.【0606】张庆武，吴刚，凌青，金辉宇，罗国娟，沈之宇，薛美盛. 并列电站锅炉主蒸汽温度先进控制. 中国科学技术大学学报，2006，36（8）：840-844.【0607】薛美盛，霍敏端，吴刚，石春. DVD光驱聚焦伺服系统中的重复控制器. 计算机仿真，2006，23（4）：294-297.【0608】薛美盛，胡振华，秦琳琳等. 基于CAN总线的温室可控环境综合测控系统软件设计. 测控技术，2006，25（10）：61-64.【0609】陈杰，孙德敏，薛美盛. 基于Fibonacci数列的变步长相关分析辨识算法. 合肥工业大学学报（自然科学版），2006，29（5）：517-520.【0610】陈祥，薛美盛，王俊，成荣，吴刚. 无线测控技术在现代农业中的应用与展望. 农业工程技术，2006（19）：14-15.【0611】薛美盛，祁飞，吴刚，孙德敏. 精馏塔控制与节能优化研究综述. 化工自动化及仪表，2006，33（6）：1-6.（EI2007041038942）【0501】薛美盛，李祖奎，吴刚，孙德敏. 汽油调合优化软件的开发. 化工自动化及仪表，2005，32（1）：34-36.（EI2005279198109）【0502】沈之宇，张庆武，阎镜予，薛美盛等. 氨合成生产系统的两步逐级正交优化. 中国科学技术大学学报，2005，35（2）：277-283.【0503】祁睿，秦琳琳，薛美盛，吴刚，孙德敏. 基于CAN总线的温室监控系统设计与应用. 工业仪表与自动化装置，2005（3）：32-35.【0504】薛美盛，李祖奎，吴刚，孙德敏. 成品油调合调度优化模型及其应用. 石油炼制与化工，2005，36（3）：64-68.【0505】薛美盛，李祖奎，吴刚，孙德敏. 油品管道调合质量控制研究. 化工自动化及仪表，2005，32（5）：14-17.（EI2005479497670）【0506】薛美盛，祁 飞，吴 刚，孙德敏. 先进控制与优化应用中的若干问题研究. 自动化博览，2005（6）：14-17.【0401】Qing Tao, Xin Liu, Meisheng Xue. A Dynamic genetic algorithm based on continuous neural networks for a kind of non-convex optimization problems. Applied Mathematics and Computation, 2004, 150(3):811-820.（SCI802YO，EI2004098043233）【0402】薛美盛，杨再跃，吴刚，孙德敏. 基于遗传算法的动态矩阵控制器参数设计. 工业仪表与自动化装置，2004（3）：6-9.【0403】李敏，薛美盛，杨再跃，王占成，吴刚. 自适应内模PID控制器在梭式窑温度控制中的应用. 自动化与仪表，2004（4）：46-49.【0404】王嵩，吴刚，薛美盛，张培仁，孙德敏. 辊道窑现场总线计算机控制系统. 自动化仪表，2004，25（1）：55-58.【0301】孙德敏，吴刚，薛美盛，王永，李俊. 工业过程先进控制及优化软件产业. 自动化博览，2003（2）：5-13.【0302】罗国娟，吴刚，薛美盛等. 基于阶梯式动态矩阵控制的电烤箱温度控制系统. 东南大学学报（自然科学版），2003，33（增刊）：150-154.【0303】薛美盛，孙德敏，吴刚. 丙烯腈流化床反应器进料系统的PID自动整定. 化工自动化及仪表，2003，30（5）：19-21.（EI2004328307475）科研课题：【11】带宽受限网络化控制系统中的丢包问题研究（国家自然科学基金项目，60904012），2010.1-2012.12，国家自然科学基金委员会，任技术负责人；【10】合成氨清洁生产监控网络系统（国家水体污染控制与治理科技重大专项课题，2008ZX07010-003），2009.1-2011.12，环保部，任课题负责人；【09】硫酸生产系统先进控制工程，2009.1-20010.12，铜陵有色金属集团公司铜冠冶化分公司，任课题负责人；【08】循环流化床锅炉先进控制与优化，2008.11-20010.12，临泉化工股份有限公司，任课题负责人；【07】火电锅炉节能降耗减排集成优化控制（863计划目标导向型课题，2007AA04Z195），2007.10-2010.6，科学技术部，任课题负责人；【06】温室无线测控网络系统关键技术研究与集成（863计划探索导向型课题，2006AA10Z253），2006.12-2010.10，科学技术部，任技术负责人；【05】中石油兰州石化公司丙烯腈反应器在线操作优化，2006.4-2008.11，中石油兰州石化公司，任课题负责人；【04】车载信息处理系统的开发研究，2004.3-2007.3，广东惠州天缘电子有限公司，任课题负责人；【03】可控环境农业数据采集与自动控制系统研究（863计划课题，2004AA247020），2004.3-2005.10，科学技术部，任技术负责人；【02】现场辊道窑计算机控制系统，2004.1-2005.6，佛山东鹏陶瓷公司，任课题负责人；【01】油品调合算法研究及调合软件开发，2003.9-2005.9，北京汉盟科技公司，任课题负责人。鉴定获奖：【10】课题“统计机器学习和神经网络若干问题研究”，获2008年安徽省科学技术奖三等奖（2009.1.4，No.2008-3-R3），安徽省人民政府，排名3/5；【09】课题“中石油兰州石化公司丙烯腈反应器在线操作优化”，中石油兰州石化公司会议验收（2008.11），排名1/6；【08】获得中国科学技术大学“2007年度考核优秀教职工”称号（校人字【2008】26号）；【07】获得中国科学技术大学2006年度优秀招生组二等奖，排名2/4；【06】获得“2005年度中国科学技术大学优秀青年教职工津贴”；【05】课题“可控环境农业数据采集与自动控制系统研究”（863计划课题，2004AA247020），科技部2005年10月会议验收，排名3/14；【04】课题“可控环境农业数据采集与自动控制系统研究”（863计划课题，2001AA247021），科技部2003年12月会议验收，排名5/21；【03】论文《火电厂锅炉主蒸汽压力的阶梯式广义预测控制》，获安徽省第四届自然科学优秀学术论文奖三等奖，省科协，2003.12，排名1/3；【02】论文《模块多变量预测控制及其在羰基合成反应其中的应用》，获安徽省第四届自然科学优秀学术论文奖三等奖，省科协，2003.12，排名2/4；【01】论文《聚类分析在丙烯腈反应器操作优化中的应用》，获安徽省第四届自然科学优秀学术论文奖三等奖，省科协，2003.12，排名3/4。软件专利：【12】基于Zigbee协议的温室环境无线控制节点装置，ZL200820123975.3（实用新型专利，2009.9.9授权），国家知识产权局，排名4/6；【11】基于MSP430的温室环境信息无线采集节点装置，ZL200820123974.9（实用新型专利，2009.9.9授权），国家知识产权局，排名4/6；【10】丙烯腈生产装置及其控制反应器温度的方法，ZL200810112481.X（发明专利，2008.10.15公告），国家知识产权局，排名1/5；【09】丙烯腈流化床反应器在线操作优化软件V1.0（简称：ANOPT），2008SR16720（2008.8.21授权），国家版权局，排名1/4；【08】AtLoop PID自动整定软件V1.0（简称：AtLoop），2008SR16719（2008.8.21授权），国家版权局，排名1/4；【07】丙烯腈流化床反应器温度预测控制软件V1.0（简称：ANGPC），2008SR16718（2008.8.21授权），国家版权局，排名1/4；【06】温室无线测控网络传感节点系统软件V1.0（简称：温室无线传感节点软件），2008SR06696（2008.4.8授权），国家版权局，排名3/5；【05】温室无线测控网络控制节点系统软件V1.0（简称：无线控制节点软件），2008SR06695（2008.4.8授权），国家版权局，排名3/5；【04】营养液自动检测装置，ZL200520110656.5（实用新型专利，2006.8.23授权），国家知识产权局，排名3/5；【03】营养液自动循环装置，ZL200520110657.X（实用新型专利，2006.8.23授权），国家知识产权局，排名2/5；【02】基于现场总线的温室环境控制系统软件V1.0，2005SR09137（2005.8.12授权），国家版权局，排名1/5；【01】灯箱式动态模拟屏及其控制方法，ZL01108033.7（发明专利，2004.2.11授权），国家知识产权局，排名2/5。兼职工作：【5】2009年5月起，担任教育部学位与研究生教育发展中心评估专家；【4】2008年12月起，担任合肥市招投标评审（咨询）专家；【3】2007年11月起，担任中国石化核心科技期刊《石油化工自动化》第八届编辑委员会委员（任期：2007.11-2010.11）；【2】2007年4月，受聘成为国家高技术研究发展计划（863计划）同行评议专家；【1】2006年8月起，担任中文核心期刊《化工自动化及仪表》第九届编辑委员会委员（任期：2006.8-2010.8）。
毕业设计（论文）任务书
设计（论文）题目：年处理量1.0万吨甲苯-水混合液的填料塔的设计
函授站： 专业： 化工工艺 班级：xx
学生： xx 指导教师：
1．设计（论文）的主要任务及目标
塔设计计算：
a塔工艺计算（物料和能量衡算）
b 塔及塔板主要工艺尺寸的设计计算
⑶ 对苯精馏塔的流体力学验算
⑷ 相关辅助设备选型与计算
⑸ 设计结果及分析讨论
2．设计（论文）的基本要求和内容
⑴ 论文内容符合毕业设计撰写规范。
⑵ 数据可靠、真实，具有一定的代表性。
⑶ 计算过程细化、符合规范要求。
⑷ 要求论文图纸包括：生产工艺流程控制图、塔的部分装配图、X-Y图、塔板负荷性能图。
3．主要参考文献
⑴陆美娟.《化工原理》.化学工业出版社.2001年1月第1版
⑵冯伯华.《化学工程手册》第1、2、3、6卷.化学工业出版社.1989年10月第1版
⑶包丕琴.《华工原理课程设计指导书》.北京化工大学化工原理教研室.1997年4月
⑷陈洪钫.《化工分离过程》.化学工业出版社.1995年5月第1版
⑸陈钟秀.《化工热力学》.化学工业出版社.1993年11月第1
关键词：回流比、精馏、泡点进料、设备、试差
目 录
前言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（7）
第1章 精馏方案的说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（7）
第1.1节 操作压力．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（7）
第1.2节 进料状态．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（8）
第1.3节 采用强制回流（冷回流）．．．．．．．．．．．．．．．（8）
第1.4节 塔釜加热方式、加热介质．．．．．．．．．．．．．．（8）
第1.5节 塔顶冷凝方式、冷却介质．．．．．．．．．．．．．．（8）
第1.6节 流程说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（8）
第1.7节 筛板塔的特性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（9）
第1.8节 生产性质及用途．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（9）
第1.9节 安全与环保．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（11）
第2章 烯烃加氢饱和单元分析．．．．．．．．．．．．．．．．．（12）
第2.1节 反应机理及影响因素分析
第2.2节 物料平衡
第2.3节 能量平衡
第3章 精馏塔设计计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（12）
第3.1节塔的工艺计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.（12）
第3.2节塔和塔板主要工艺尺寸的设计计算．．．．.（25）
第4章 塔的流体力学验算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（31）
第4.1节校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（31）
第4.2节负荷性能图计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（34）
第5章 辅助设备选型计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（39）
第5.1节换热器的计算选型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（39）
第5.2节 管道尺寸的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（44）
第5.3节 原料槽、成品槽的确定．．．．．．．．．．．．．．．．（45）
第6章 设计结果概要及分析讨论．．．．．．．．．．．．．．．（45）
第6.1节数据要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（45）
第6.2节设计特点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（46）
第6.3节 存在的问题．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（46）
参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（47）
符号说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（48）
附录1．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（52）
附录2．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（52）
附录3．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（52）
附录4．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（52）
前言
本论文是针对工业生产中苯-甲苯溶液这一二元物系中进行苯的提纯精馏方案，根据给出的原料性质及组成、产品性质及组成，对精馏塔进行设计和物料衡算。通过设计核算及试差等计算初步确定精馏塔的进料、塔顶、塔底操作条件及物料组成。同时对精馏塔的基本结构包括塔的主要尺寸进行了计算和选型，对塔顶冷凝器、塔底再沸器、相关管道尺寸及储罐等进行了计算和选型。在计算设计过程中参考了有关《化工原理》、《化学工程手册》、《冷换设备工艺计算手册》、《炼油设备基础知识》、《石油加工单元过程原理》等方面的资料，为精馏塔的设计计算提供了技术支持和保证。
通过对精馏塔进行设计和物料衡算等方面的计算，进一步加深了对化工原理、石油加工单元过程原理等的理解深度，开阔了视野，提高了计算、绘图、计算机的使用等方面的知识和能力，为今后在工作中进一步发挥作用打下了良好的基础。
第1章 精馏方案的说明
本精馏方案适用于工业生产中苯-甲苯溶液二元物系中进行苯的提纯。精馏塔苯塔的产品要求纯度很高，达99.9％以上，而且要求塔顶、塔底产品同时合格，以及两塔顶温度变化很窄(0.02℃)，普通的精馏温度控制远远达不到这个要求。故在实际生产过程控制中只有采用灵敏板控制才能达到要求。故苯塔采用温差控制。
第1.1节 操作压力
精馏操作在常压下进行，因为苯沸点低，适合于在常压下操作而不需要进行减压操作或加压操作。同时苯物系在高温下不易发生分解、聚合等变质反应且为液体（不是混合气体）。所以，不必要用加压减压或减压精馏。另一方面，加压或减压精馏能量消耗大，在常压下能操作的物系一般不用加压或减压精馏。
第1.2节 进料状态
进料状态直接影响到进料线（q线）、操作线和平衡关系的相对位置，对整个塔的热量衡算也有很大的影响。和泡点进料相比：若采用冷进料，在分离要求一定的条件下所需理论板数少，不需预热器，但塔釜热负荷（一般需采用直接蒸汽加热）从总热量看基本平衡，但进料温度波动较大，操作不易控制；若采用露点进料，则在分离要求一定的条件下，所需理论板数多，进料前预热器负荷大，能耗大，同时精馏段与提馏段上升蒸汽量变化较大，操作不易控制，受外界条件影响大。
泡点进料介于二者之间，最大的优点在于受外界干扰小，塔内精馏段、提馏段上升蒸汽量变化较小，便于设计、制造和操作控制。
第1．3节 采用强制回流（冷回流）
采用冷回流的目的是为了便于控制回流比，回流方式对回流温度直接影响。
第1．4节 塔釜加热方式、加热介质
塔釜采用列管式换热器作为再沸器间接加热方式，加热介质为水蒸汽。
第1．5节 塔顶冷凝方式、冷却介质
塔顶采用列管式冷凝冷却器，冷却介质用冷却水。
第1．6节 流程说明
由于上游装置没有后加氢单元，所以在重整反应过程中生成的烯烃会带到本装置原料中， 烯烃的存在，会导致苯、甲苯产品的酸洗比色不合格，因此必须进行烯烃的加氢饱和。
本装置流程包括烯烃加氢反应单元和精馏单元两部分。
烯烃加氢反应单元：原料经过进料泵加压后进入换热器E101与反应生成油交换热量后，进入加热炉L101进行加热，再进入反应器R101，经过烯烃饱和加氢反应后进入热交换器E101冷却后，进入油气分离器V101，油进入精馏原料中间罐。
本精馏方案采用节能型强制回流进行流程设计，并附有在恒定进料量、进料组成和一定分离要求下的自动控制系统以保证正常操作。
精馏过程：30OC原料液从原料罐经进料泵进入原料换热器E102再经原料预热器进行预热进一步预热至泡点（97.65OC，加热介质为水蒸汽），温度升至约97.65oC,从进料口进入精馏塔T101进行精馏，塔顶气温度为81.52oC部分冷凝后的气液混合物进入塔顶冷却器（冷却介质为冷却水），冷凝后的物料进入回流罐V102，然后再通过回流泵，将料液一部分作为回流也打入塔顶，另一部分作为塔顶产品经产品冷却器进入产品储罐V103，再经产品泵P104/AB输送产品。塔釜内液体一部分进入再沸器E103，经水蒸汽加热后，回流至塔釜，另一部分与原料换热器换热后排入甲苯储罐。在整个流程中，所有的泵出口都装有压力表，所有的储槽都装有放空阀，以保证储槽内保持常压。
第1.7节 筛板塔的特性
筛板塔是最早使用的板式塔之一，它的主要优点：
（1）结构简单，易于加工，造价为泡罩塔的60%左右，为浮阀塔的80%左右；
（2）在相同条件下，生产能力比泡罩塔大20%-40%；
（3）塔板效率较高，比泡罩塔高15%左右，但稍低于浮阀塔；
（4）气体压力降较小，每板压力降比泡罩塔约低30%左右。
筛板塔的缺点是：小孔筛板易堵塞，不适宜处理脏的、粘性大的和带固体粒子的料液。
第1.8节 生产性质及用途
1.8.1 苯的性质及用途
苯是一种易燃、易挥发、有毒的无色透明液体，易燃带有特殊芳香气味的液体。分子式C6H6，相对分子量78.11，相对密度0.8794(20℃)，熔点5.51℃，沸点80.1℃，闪点-10.11℃(闭杯)，自燃点562.22℃，蒸气密度2.77kg/m3，蒸气压13.33kPa(26.1 ℃)， 标准比重为0.829。蒸气与空气混合物爆炸限1.4%～8.0%。不溶于水，与乙醇、氯仿、乙醚、二硫化碳、四氯化碳、冰醋酸、丙酮、油混溶。遇热、明火易燃烧、爆炸。能与氧化剂，如五氟化溴、氯气、三氧化铬、高氯酸、硝酰、氧气、臭氧、过氯酸盐、(三氯化铝+过氯酸氟)、(硫酸+高锰酸盐)、过氧化钾、(高氯酸铝+乙酸)、过氧化钠发生剧烈反应，不能与乙硼烷共存。苯是致癌物之一。苯是染料、塑料、合成树脂、合成纤维、药物和农药等的重要原料，也可用作动力燃料及涂料、橡胶、胶水等溶剂。质量标准：见表1－1。
表1-1 纯苯质量标准（GB/T2283-93）
项目 指标
特级 一级 二级 三级
外观 室温（18~25℃）下透明液体，不深于每1000mL水中含有0.003g重铬酸钾溶液的颜色
密度（20℃）/kg/m3
沸程/℃
大气压下（80.1℃）
酸洗比色
溴价/(g/100mL)
结晶点/℃
二硫化碳/(gBr/100mL)
噻吩/(g/100mL) 876~880
中性实验 中性
水分 室温（18~20℃）下目测无可见不溶水
1.8.2 甲苯的性质
甲苯有强烈的芳香气味，无色有折射力的易挥发液体,气味似苯。分子式C7H8，相对分子质量92.130，相对密度0.866(20℃/4℃)，熔点-95～-94.5℃，沸点110.4℃，闪点4.44℃(闭杯)，自燃点480℃，蒸气密度3.14 kg/m3，蒸气压4.89kPa(30℃) 比重D 4℃20℃、0.866，，蒸气与空气混合物的爆炸极限为1.27%～7%。几乎不溶于水，与乙醇、氯仿、乙醚、丙酮、冰醋酸、二硫化碳混溶。遇热、明火或氧化剂易着火。遇明火或与(硫酸+硝酸)、四氧化二氮、高氯酸银、三氟化溴、六氟化铀等物质反应能引起爆炸。流速过快(超过3m/s)有产生和积聚静电危险。甲苯可用氯化、硝化、磺化、氧化及还原等方法之前染料、医药、香料等中间体及炸药、精糖。由于甲苯的结晶点很低，故可用作航空燃料及内燃机燃料的添加剂。质量标准：见表1－2。
表1-2 甲苯质量标准（GB/T2284-93）
项目 指标
特级 一级 二级
外观 室温（18~25℃）下透明液体，不深于每1000mL水中含有0.003g重铬酸钾溶液的颜色
密度（20℃）/(kg/m3)
沸程/℃
大气压下（110.6℃）
酸洗比色
溴价/（gBr/100mL） 863~868
中性实验 中性
水分 室温（18~20℃）下目测无可见不溶水
第1.9 安全与环保
1.9.1 安全注意事项
苯类产品是易燃、易爆、有毒的无色透明液体，其蒸汽与空气混合能形成爆炸性混合物，因此，应特别注意防火，强化安全措施。
（1）不准有明火和火花，设备必须密封，以减少苯蒸汽挥发散发入容器中，设备的放散管应通入大气，其管口用细金属网遮蔽，使贮槽或蒸馏设备中的苯类产品不致因散出蒸汽回火而引起燃烧，厂房应设有良好的通风设备，防止苯类蒸汽的聚集。
（2）所有金属结构应按规定在几个地点上接地，为防止液体自由下落而引起静电荷的产生，将引入贮槽中所有管道均应安装到接近贮槽的底部，电动机应放在单独的厂房内。
（3）应设有泡沫灭火器和蒸汽灭火装置，不能用水灭火。
（4）工人进入贮槽或设备进行清扫或修理前,油必须全部放空,所有管道均需切断,设备应用水蒸汽彻底清扫后才允许进入并注意通风,检修人员没有动火证严禁在生产区域内动火。
（5）进入生产区域或生产无关人员，不得乱动设备和计量仪表等。
（6）及时清除设备管线泄漏情况，严防中毒着火、爆炸等事故的发生。
（7）泄漏应急处理迅速撤离泄漏污染区人员至安全区，并进行隔离，严格限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿消防防护服。尽可能切断泄漏源，防止进入下水道、排洪沟等限制性空间。小量泄漏：用活性炭或其它惰性材料吸收。也可以用不燃性分散剂制成的乳液刷洗，洗液稀释后放入废水系统。大量泄漏：构筑围堤或挖坑收容；用泡沫覆盖，抑制蒸发。用防爆泵转移至槽车或专用收集器内，回收或运至废物处理场所处置。
1.9.2 环境保护
认真执行环境保护方针、政策、坚持污染防治设施与生产装置同时设计、同时施工、同时投产。现将“三废”治理措施分析述如下：
（1）废水：各设备间接冷却水回收用于炼焦车间熄焦用，工艺产品分离水送往生化装置进行处理。设备冲洗水经初步沉淀和油水分离后送入生化处理。
（2）废气：水凝气体回收引入列管户前燃烧，产品贮槽加水喷淋装置和氮密封措施，防止挥发污染大气环境。
（3）废渣：生产过程中生产的废渣送往回收工段作为原料使用。
定期检测个生产岗位苯含量和生产下水中各污染均含量，严防超标现象的发生。
第2章 烯烃加氢饱和单元分析
2.1 反应机理及影响因素分析
（1）反应机理
单烯烃 CnH2n+H2→CnH2n+2
双烯烃 CnH2n-2+2H2→CnH2n+2
环烯烃
烯烃的加氢饱和反应也为耗氢和放热反应。
(2) 烯烃的加氢饱和反应过程的影响因素
烯烃的加氢饱和反应过程的影响因素除催化剂性能外，主要有原料性质、反应温度、反应压力、氢油比和空速等。
①原料性质
加工烯烃含量较高的原料时，需要较高的反应苛刻度（即较高的反应压力和反应温度，较低的反应空速）。此外一定要注意原料油罐的惰性气体保护，最好是直接进装置，避免中间与空气接触发生氧化生成胶质，导致催化剂失活加快。
②反应温度
反应温度通常是指催化剂床层平均温度。烯烃的加氢饱和反应是一种放热反应，提高反应温度不利于加氢反应的化学平衡，但能明显提高化学反应速度，提高精制深度。过高的反应温度会促进加氢裂化副反应的发生，使产品液体收率下降，导致催化剂上积炭速率加快，降低催化剂使用寿命；反应温度过低，不能保证将杂质除净。
在很高温度下，烯烃饱和度有一个明显的限制，结果使在高温操作比低温操作的产品中有更多的残存烯烃，当原料中有明显的轻组分，使用新催化剂时硫化氢与烯烃反应生成醇，在较低温度下操作可避免硫醇的生成。
根据催化剂活性和原料油中的烯烃含量，一般预加氢的反应温度为150～180℃。随着运转时间的延长，逐步提高反应温度，以补偿催化剂的活性降低。
③反应压力
当要求一定的产品质量时，压力的选择主要是考虑催化剂的使用寿命和原料油中的烯烃含量。一般而言，压力愈高，催化剂操作周期愈长；原料油烯烃含量愈高，选择操作压力也愈高。提高反应压力将促进加氢反应速度，增加精制深度，并可保持催化剂的活性。但压力过高会促进加氢裂解反应，使产品总液收下降，同时过高的反应压力会增加投资及运转费用。
④氢油比
所谓氢油比是反映标准状态时，氢气流量与进料量的比值。可用H2/HC表示。提高氢油比，不仅有利于加氢反应的进行，并能防止结焦，起到保护催化剂的作用。但是，在原料油进料一定的情况下，氢油比过大会减少原料油与催化剂接触时间，反而对加氢反应不利，导致精制深度下降，产品质量下降，同时也增大了系统压降和压缩机负荷，操作费用增加。
⑤空速
空速指单位（质量或体积）催化剂在单位时间内处理的原料量，简写为h-1 。空速分为质量空速和体积空速。常用体积空速（LHSV），它的倒数相当于反应接触时间，称为假接触时间。因此空速的大小意味着原料与催化剂接触时间的长短。空速过大，即单位催化剂处理的原料量越多，其接触时间应越短，影响了精制深度；空速过小增加了加氢裂解反应，使产品液收率下降，运转周期缩短，降低了装置的处理量。
2.2 物料平衡
表2-1烯烃加氢反应单元物料数据 单位：吨/日
入 方 出 方
原料油 43.2 精馏进料 42.32
氢气 0.52 损失 1.40
合计 43.72 合计 43.72
2.3 能量平衡（以加热炉为例）
2.3.1 原料进出加热炉数据
原料进出加热炉数据见表2-2。
表2-2 原料进出加热炉数据
入 方（80℃） 出 方（160℃）
单位
项目 组成 数据 焓值 热量 单位
项目 组成 数据 焓值 热量
m% Kcal/kg wkcal m% Kcal/kg wkcal
原
料
油 苯 0.7 130 16.38 原
料
油 苯 0.7 154 19.40
甲苯 0.3 128 6.912 甲苯 0.3 158 8.532
烯烃 烯烃
氢气 540 1.170 氢气 1090 2.362
合计 24.462 合计 30.294
注：原料中烯烃含量很少在计算过程中可忽略不计。
2.3.2 加热炉热平衡
由表2-2可以知道，原料油经过加热炉后，热量增加值为：5.832wkcal/t.
加热炉需要燃烧瓦斯进行提供。加热炉用瓦斯组成见表2-3。
表2-3 加热炉用瓦斯组成及焓值计算表
成份组成 体积热值 分析数据 焓值
1 氢气 2650 44.91 1190.115
2 氧气 0 11.73 0
3 氮气 0 40.56 0
4 二氧化碳 0.02 0
5 一氧化碳 3018 0 0
6 甲烷 8529 1.61 137.3169
7 乙烷 15186 0.48 72.8928
8 乙烯 14204 0.42 59.6568
9 丙烷 21742 0.05 10.871
10 丙烯 20638 0.07 14.4466
11 异丁烷 26100 0.03 7.83
12 正丁烷 28281 0.03 8.4843
13 正丁烯 27160 0.02 5.432
14 异丁烯 27160 0.01 2.716
15 反丁烯 27160 0.02 5.432
16 顺丁烯 27160 0.01 2.716
17 碳五以上 34818 0.03 10.4454
合计 100 1528.3548
第七章 参考文献
1 化工原理》上下册.化学工业出版社.2006年5月第3版
2 冯伯华.《化学工程手册》第1、2、3、6卷.化学工业出版社.1989年10月第1版
3 包丕琴.《华工原理课程设计指导书》.北京化工大学化工原理教研室.1997年4月
4 陈洪钫.《化工分离过程》，化学工业出版社，1995年5月第1版
5 陈钟秀.《化工热力学》.化学工业出版社.1993年11月第1版
6 沈复等.《石油加工单元过程原理》上下册.中国石化出版社.2004年8月第1版
7.刘巍等.《冷换设备工艺计算手册》.中国石化出版社.2003年9月第1版
8.马秉骞主编.《炼油设备基础知识》中国石化出版社.2003年1月第1版
9.周志成等.《石油化工仪表自动化》中国石化出版社.1994年5月第1版
10.田顾慧.《化工设备》中国石化出版社.1996年6月第1版
11.沈复 李阳初.《石油加工单元过程原理》中国石化出版社.2004年8月第1版
12.陆美娟.《化工原理》化学工业出版社. 2006年1月第10版
符号说明
A 换热面积 m2
Aa 鼓泡区面积 m2
Af 降液管横截面积 m2
An 有效传质区面积 m2
Ao 筛孔面积 m2
AT 塔横截面积 m2
A 质量分率 -
C 负荷系数 -
CP 比热 KJ/Kg．OC(KJ/Kg．K)
D 塔顶产品流率 Kmol/h(Kg/h)
Dg 公称直径 m
DT 塔径 m
D 管内径 mm
d1 管外径 mm
do 孔径 mm
dm 管平均直径 mm
E 液流收缩系数 -
ET 全塔板效率 -
ev 雾沫夹带量 Kg液体/Kg气体
F 进料流率 Kmol/h(Kg/h)
H 塔高 m
HL 板上清夜层高度 mm
HT 板间距 m
Hd 降液管内清夜层高度 m
HD 塔顶空间高度 m
HB 塔底空间高度 m
hd 气体通过干板压降 m
ho 降液管下沿到塔板间距离 m
how 溢流堰上液头高 m
hp 气体通过塔扳压降 m
hr 液体通过降液管的压降 m
hw 溢流堰高度 m
hσ 液体表面张力引起的压降 m
Ko 以内壁为基准的总传热系数 Kcal/m2．H．oC
K 稳定系数
L 液体流量 Kmol/h(Kg/h,m3/h)
lW 溢流堰堰长
ms 冷却剂质量流量 Kg/h
N 实际塔板数 -
NT 理论塔板数 -
Nt 换热器总管数 -
N 开孔数
Q 换热器热负荷 W
R 回流比 -
Rmim 最小回流比 -
Rsi 换热管内垢阻系数 m2•h•oC/Kcal
r 气化潜热 KJ/Kg
Tc 临界温度 K
T 孔间距 mm
Tp 板厚度 mm
ua 以鼓泡区面积为基准的气速 m/s
uf 液泛气速 m/s
un 空塔气速 m/s
uo 以筛孔面积为基准的气速 m/s
uow 漏液点气速 m/s
V 塔内上升气体流量 Kmol/h(Kg/h,m3/h)
W 塔釜采出液体量 Kmol/h(Kg/h)
Wc 边缘区宽度 m(mm)
Wd 降液管宽度 m(mm)
Ws 塔板入口安定区宽度 m(mm)
Ws’ 塔板出口安定区宽度 m(mm)
X 液相摩尔分率 -
Y 气相摩尔分率 -
A 相对挥发度 -
Ai 以内壁为基准的传热膜系数 Kcal/m2•h•oC
Ao 以外壁为基准的传热膜系数 Kcal/m2•h•oC
β 充气系数 -
σ 表面张力 dyn/cm2
ρL 液相密度 Kg/m3
ρv(g) 气相密度 Kg/m3
μ 粘度 Cp
开孔率 -
Ф 装料系数 -
τ 停留时间 s
λ
甲醇的生产，主要是合成法，尚有少量从木材干馏作为副产回收。合成的化学反应式为：
H2 + CO → CH3OH
合成甲醇可以固体（如煤、焦炭）液体（如原油、重油、轻油）或气体（如天然气及其他可燃性气体）为原料，经造气净化（脱硫）变换，除去二氧化碳，配制成一定的合成气（一氧化碳和氢）。在不同的催化剂存在下，选用不同的工艺条件。单产甲醇（分高压法低压和中压法），或与合成氨联产甲醇（联醇法）。将合成后的粗甲醇，经预精馏脱除甲醚，精馏而得成品甲醇。高压法为BASF最先实现工业合成的方法，但因其能耗大，加工复杂，材质要求苛刻，产品中副产物多，今后将由ICI低压和中压法及Lurgi低压和中压法取代。
碳酸二甲酯是绿色化工基础原料,应用范围十分广泛,具有广阔的应用前景。 以碳酸丙烯酯和甲醇酯交换反应合成碳酸二甲酯的反应为一可逆反应,故采用反应精馏技术,以促进反应的进行,提高碳酸二甲酯收率。反应精馏集反应和精馏分离一体,及时移走反应产物,使平衡向产物方向移动,使原料转化率得到最大限度的提高。采用甲醇钠作为催化剂,具有较强的催化活性、选择性高。增加反应段中甲醇的含量,可使平衡向利于生成碳酸二甲酯的方向移动,提高转化率。并利用加压精馏技术分离碳酸二甲酯和甲醇共沸物,加压精馏是在精馏过程中,提高分离塔的压力,改变碳酸二甲酯和甲醇共沸物的共沸温度,成功的解决了该共沸物的分离问题。克服了传统工艺碳酸二甲酯收率低的弊端,提高了产品的产量,降低了能源消耗。通过对主要设备操作参数优化分析得到反应精馏塔最佳的操作条件为甲醇: 碳酸丙烯酯摩尔比为4:1,回流比为3～5,压力为1.6～1.8Kpa,温度为65～67℃。在此条件下进行酯交换反应,生成DMC和丙二醇的收率最高,甲醇和DMC则在精馏段形成共沸物。在加压精流塔中将甲醇与DMC由常压共沸组成变成高压共沸组成,改善二者的分离程度,提高DMC的收率。 用“绿色化学品”碳酸二甲酯代替光气合成2，4-甲苯二氨基甲酸甲酯， 进而分解生成甲苯二异氰酸酯具有反应条件温和，催化剂便宜，仅有副产物甲 醇生成等优点。若同甲醇氧化羰基化碳酸二甲酯反应相结合，可构成“零排放” 的绿色合成工艺过程，是洁净化工的重要发展方向。首先，通过重结晶制备了主产物2，4-甲苯二氨基甲酸甲酯的纯品，应用CHN 元素分析仪检验了其纯度，应用质谱、红外光谱、核磁共振波谱等先进测试手 段对其进行了定性分析；通过制备液相色谱制备了副产物2-甲基-5-氨基苯氨基 甲酸甲酯的纯品，并应用质谱、红外光谱等测试手段对其进行了定性分析；通 过液-质联用技术，对副产物聚脲进行了定性分析。从而实现了对碳酸二甲酯和 2，4-二氨基甲苯合成2，4-甲苯二氨基甲酸甲酯反应的主、副产物的全部定性。其次，建立了一套适宜的、高效的对反应物和主、副产物同时进行测试的 高效液相色谱分析系统。确立了色谱条件为：色谱柱RP C-18柱，流动相V （甲醇）：V（水）=5:5，流速0.6ml/min，紫外检测，波长254nm。采用外标 法对主产物2，4-甲苯二氨基甲酸甲酯进行了定量分析，对实验结果进行了精 确度和回收率的检验，效果良好。第三，对催化剂进行了筛选，确定了其活性排序：乙酸锌>氧化铅>甲醇钠> 碱式碳酸锌>氧化锌=碱式碳酸铜。其中，乙酸锌、氧化铅、甲醇钠催化剂对碳 酸二甲酯和2，4-二氨基甲苯合成2，4-甲苯二氨基甲酸甲酯反应体系具有良好 的催化性能。第四，考察了以甲醇钠为催化剂，碳酸二甲酯和2，4-二氨基甲苯合成2， 4-甲苯二氨基甲酸甲酯反应。发现加入甲酸甲酯，可以显著提高2，4-甲苯二氨 基甲酸甲酯产率。通过气-质联用和红外光谱对中间产物2，4-甲苯二甲酰胺和 N-（2-甲基-5-氨基）苯基甲酰胺进行了定性，并以此为依据，初步推测了反应 机理。对影响反应进行的各因素进行了研究，获得了较适宜的反应条件，2，4- 甲苯二氨基甲酸甲酯的产率可达59.75%。第五，考察了以乙酸锌为催化剂，碳酸二甲酯和2，4-二氨基甲苯合成2， 河北工业大学硕士研究生学位论文 4．甲苯二氨基甲酸甲酯反应。通过对催化剂进行Xap表征和对反应液进行气－ 质联用定性分析，确定了乙酸锌催化剂的失活是因为它和反应的副产物甲醇发 生进一步反应，生成乙酸甲酯、水和对2，4甲苯二氨基甲酸甲酯合成反应没 有催化活性的氧化锌。通过气相色谱分析，确定高压釜内余压是由二氧化碳引 起，碳酸二甲酯水解生成甲醇和二氧化碳。对影响反应进行的各因素进行了研 究，获得了较适宜的反应条件，*4甲苯二氨基甲酸甲酯的产率可达89．32%。第六，考察了以氧化铅为催化剂，碳酸二甲酯和2，个二氢基甲苯合成L 4甲苯二氨基甲酸甲酯反应。反应中有诱导期存在，诱导期的存在与氧化铅催 化剂的表面状态密切相关。经过碳酸二甲酯预处理的氧化铅催化剂转化为新相 P匕oO入闪m。，致使诱导期消失。化学反应在新相比*0。从0mz表面上进行， 其中oH官能团在反应中起到了重要作用。以此为基础，推测了反应机理。对 反应温度和反应时间对反应的影响进行了研究，获得了较适宜的反应条件，2， 4甲苯二氨基甲酸甲酯的产率可达 81．8%。 离子液体由于其独特的物理化学性质成为研究工作者关注的热点,已经被成功地应用于多种催化反应。 本论文是将碳酸二甲酯与离子液体的优点有效结合,研究了离子液体催化碳酸二甲酯参与的一些有机反应。主要包括两个部分:第一部分是离子液体催化碳酸二甲酯参与的甲氧羰基化反应;第二部分是离子液体催化碳酸二甲酯参与的甲基化反应。 在离子液体催化碳酸二甲酯和氮杂环化合物甲氧羰基化合成氮杂环酯中,使用离子液体代替强碱为催化剂,催化碳酸二甲酯与氮杂环化合物进行甲氧羰基化高效、绿色地合成氮杂环酯。在优化的反应条件下,吲哚-1-甲酸甲酯的选择性和收率分别可达到100%和96%。通过研究不同氮杂环化合物和碳酸二甲酯反应,发现吲哚2位的位阻效应是影响吲哚类化合物反应活性的重要因素。考察不同离子液体对反应活性的影响,表明咪唑阳离子2位是氢原子的离子液体催化活性明显好于咪唑阳离子2位是甲基的离子液体,咪唑阳离子的2位氢原子与碳酸二甲酯的羰基氧原子形成氢键,活化碳酸二甲酯分子,降低反应能垒,促进了反应进行。离子液体可以循环使用4次,反应活性没有降低。 在离子液体催化碳酸二甲酯和取代苯乙腈类化合物甲基化合成2-苯基丙腈类化合物时,使用离子液体代替催化活性低的无机盐或分子筛为催化剂。以苯乙腈为反应底物,考察了反应温度、时间、水含量以及催化剂用量的影响。
张克忠，生于天津。父亲早丧，他与母亲住在家境并不宽裕的外祖父家，母亲靠做些女红含辛茹 苦地抚养儿子。张克忠不负母亲的希望，小学毕业后考入南开中 学。酷爱人才的张伯苓校长非常器重这个聪明过人又非常勤奋的学生，特批准他免费就读，又由于他长于数学，破格特许张克忠当 寒暑假数学补习班的教师，这样小小年纪的张克忠既是“南中”的学生又是“南中”的教师。张校长开通的政策终于使这个后来的化 学英才没有因家贫而辍学。张克忠中学毕业后，正处于草创阶段的南开大学尚不具备招收数理科学生的条件，张克忠只好就读于唐山交通大学。但很快 南开大学设立数理科系，张克忠重新报考，成为南开大学最早的文 理混合班学生，得以再续与南开的情缘。同年，南洋兄弟烟草公司董事长简氏兄弟设立简氏奖学金，以资助国内大学生赴美深造。只有大学一年级的张克忠本无资格报 考这项面向毕业生的考试，而一向爱才如命的张伯苓校长亲自跑 到简氏基本招考机构力荐张克忠。有伯乐，焉能没有千里马。张克忠被破格允许参加考试，年龄最小、学历最浅的他竟脱颖而出，名列第一名。1923年，张克忠得到简氏资助赴美留学，并且进入了著名的麻省理工学院，攻读在美国也是一门新兴学科的化学工程学。从此，他一生的生命指针便指向了化工。学院中被人们戏称为化工“鼻祖”的著名教授路易士（W．K．Lewis）非常惊讶于张克忠这样一个来自科学落后的国度的学生竟 有着这样好的数理化功底和英文水平，亲任张克忠的导师。百分之一的天赋，加上百分之九十九的勤奋，终于使张克忠在五年后戴上了博士的桂冠。1928年，麻省理工学院在授予张克忠 科学博士学学位的同时，出版了他的博士学位论文《扩散原理》一书。此书立刻轰动了美国科学界，一向不被看重的中国人竟令美国科学界大长见识，“扩散原理”被定名为“张氏定理”。那年张克忠只有二十四岁。张克忠经过5年的艰苦努力，以惊人速度学完一般需八九年才能完成的从大学本科到博士生的全部课程和实验，写出了高水平的博士论文。论文提出的扩散原理，是他研究精馏过程机理，将原基本扩散方程积分，结合实验数据，对影响塔板效率的因素作定量分析得到的成果。这一扩散原理很有指导意义，被称为“张氏扩散原理”，至今仍被沿用。1928年，张克忠以优异成绩成为在该院获得化学工程科学博士的第一个中国人。导师路易斯对张克忠的成就和才能极为赞赏，执意要他留下作助手，但张克忠怀着为祖国培养化学工程人才和振兴化学工业的强烈愿望，毅然离美归国，回到母校南开大学。路易士教授执意把自己最得意的学生张克忠留在麻省理工学院，先后三次为他安排职位。一面是工作生活条件都优越的美国，一面是科学上还是一片荒芜的贫困的祖国。出于一片赤子丹心，张克忠选择了后者，义无反顾地拒绝了导师的好意，返回祖国.就在张克忠回国的前夕，他曾与麻省理工学院的同学后来的化工学家张洪流促膝长谈。他向张洪沅谈到在拥有广阔海陆资源 的中国，发展化学工业是一条可行的富国之路。张克忠还谈到他 非常敬重张伯苓这位爱国的教育家，非常热爱南开，为了报答恩师 的知遇之恩和母校的培养，他决定接受南开大学的聘请去任教，尽 管当时南大由于要自募经费，资金有限，能给他的薪金与国内同等 学校相比相差较大。张克忠甚至还说动了张洪流学成归国后也来 南开，因为那里大有“用武之地”。张伯苓的理想是把南开办成国人公认的名牌大学，而当时，南开与清华、北大这些知名大学相比，无论是在教授阵容、设备条件还是在经济力量方面都相差甚远，怎样办出自己的特色呢？张校长根据当时中国的实际情况，认为教育本来就是要培养有用人才，研究也应切合国计民生，于是他决定抓住“应用”二字下功夫。长于应用化学的张克忠的归来，无疑使张校长如久旱逢甘霖 般兴奋，难怪当时一些先生们开玩笑地对张克忠说：“张校长从麻 省理工学院得到了及时雨。”张克忠一向非常赞同麻省理工学院” 理论与实际并重”、“教学与科研并举”的办学方针，这本身就与张 校长的想法一拍即合。张克忠确实是张伯苓的“及时雨”，而张克忠回到南大也是如鱼得水，马上大干起来。张克忠受聘于南开大学时年仅25岁，是当时最年轻的教授。他首先积极创建化工系和工学院。1931年8月，化工系成立，他立即延聘麻省理工学院化学工程学博士张洪沅教授，以及高少白教授、蒋子瞻研究员、伉铁隽讲师等来校，分别讲授化工原理、化工计算、定量分析等课程。张克忠亲自讲授工业化学。他还每年安排一定时间让学生参加实际工作，如化学分析，设备安装和调试等。张克忠是中国化学工程学会创始人之一。为活跃学术交流，张克忠和中国化学工程学会的同仁创办的《化学工程》杂志于1934年起在天津出版，他担任经理、编辑。文章用英文发表。每年4期，为1卷。这是我国第一本向国内外公开发行的化工类高水平学术刊物，颇受化工界同行重视。应用化学研究所与化工系相继建立起来，恰恰符合了“教学与科研并举的方针”。张克忠也身兼应化所所长和化工系系主任之职。在《南开大学应用化学研究所章程》上这样写道：“本所目的，在研究我国工商业实际上之问题，利用南开大学之设备，辅助我国工商界改善其出口之质量，俾收学与社会合作之实效。”张克忠强调“科研与生产并举”，应化所进行的研究课题并非取自书本用之“象牙塔”，而是直接接受各工厂的委托搞技术攻关，解决实际问题。今天，我们常说“要把科学技术尽快转化为生产力”，当时应化所所采取的科研与生产直接对接的方式无疑是最快的转化方式了。草创时期的应化所十分简陋，设在当年教职员宿舍的锅炉房附近，只有几间低矮的小平房，屋里是式样各异的旧桌子和几条长板凳。随着科研与委托业务的发展，旧址实在不敷应用才搬到了 当时南大的理科教学楼——思源堂中的一间大教室。人员也非常精简，全所人员最多时不过十五个，其中包括著名的化学家邱宗岳、杨石先和高长庚（字少白）教授，与张克忠“海外盟誓”的张洪流回来后担任副所长兼研究部主任。虽然条件差，人员少，但大家却都精神饱满，工作效率也很高。张克忠更是以身作则，每日不分八小时内外，也没有假日这类观念，把教学之外的全部精力都投人了应化所。人们常说，应用化学研究所与何廉教授主办的经济研究所是张伯苓的两颗掌上明珠。事实上，应化所也确是为南大增辉不少。1933年6月，应用化学研究所接受了天津利中硫酸厂的设计、建设和投产任务。至1934年5月，试车成功，运转良好。这个厂年产3万吨硫酸，总耗资仅13万元。此前厂方曾想委托外商承包，要价25万元，还需另付外籍工程师和焊工生活费。两者相比，节约投资10余万元。硫酸厂的建成，大长了中国化工科技人员的志气，也创造了巨大的经济效益和社会效益。从1932年到1936年，应用化学研究所先后接受分析化验样品共约300多个。有的对原有分析方法作了改进，如锰矿石中锰含量的分析。还帮助企业研究解决了不少生产难题，如茶油硬化、蜂蜜脱臭、草帽辫漂白、印刷制版胶、自行车链发蓝剂、手电筒反光镜等。该所还仿制了金属磨光皂、油墨、复写纸、制革发光水、浆纱粉、辣酱油等产品；自行试制成功了酒精、硬脂酸、油酸、甘油、钾皂、黄铅粉、红铅粉等。这些虽然都只能小量生产，但对缓解市场需要，抵制洋货起了积极的作用。从当年的应化所报告书中可见，在1932年到1936年五年间，应化所共接受委托分析化验样品323个。其中，美国的《化学文摘》曾摘录了应化所研究人员对Goutel氏的煤发热值计算方程式的修正以及对锰矿石内含锰量的分析方法的改进两项研究工作的 要点。为了抵制洋货，应化所还仿制了一些轻工业产品。同时，为了更好地解决生产难题，应化所还派人亲自送技术上门，可谓“传授到家”。在应化所的委托工作中，有一件事值得特书一笔，那就是天津 利中公司硫酸厂的设计和建筑。天津利中公司原本想让外商包建一座日产三吨的硫酸厂，外商开的价是设备费25万元加上负担一名工程师每天15美元和两名焊工每人每日5美元的工资，而当时利中公司所能筹集的资金总额不过20万元。在此种情况下，利中酸厂的发起人赵雁秋与吴印塘两先生慕名找到了应化所。张克忠 欣然同意，并和张洪沅、蒋子瞻二位挑起了这个重担。从1933年6月开始投入设计到1934年5月酸厂试车成功，公司只花费了13万元投资，酸厂就建成投产，各项包工指标都超过了外商。原来想捞些“油水”的外商除了叹惜外，也只有叹服了。利中酸厂的建立无疑给天津制酸工业奠定了基础，也让中国化工科技人员大长了志气，应化所在1934年报告中记录了这件事并得出结论：“中国问题可由国人自行解决”，“中国工程师未必不如外人也”。大大小小的工厂一个接一个委托应化所解决生产中的问题， 在30年代中期，张克忠的应化所可谓“买卖兴隆”了。应化所赚到 一些资金，又用于扩充设备和支持进一步研究。“以所养所”，张克 忠实践了自己的诺言，“以校养校”，手头桔据的张伯苓应该微笑了.应化所与化工系本来就是相得益彰，化工系学生在这里找到了实践场所，而一些优秀的学生也成为这里的技术力量；后来天津市半导体研究所所长伉铁镌在应化所成立时只有大学二年级，但 也加入了所里的分析研究工作。化工系虽办起来了，但作为新兴学科的化学工程学，国内没有现成的教材，开始张克忠与张洪沅二人翻译国外教材。后来二人干脆与浙江大学的一些教授们开始自编教材，数易寒暑，中国化工学者自撰的化工教科书出版了。此外，张克忠还会同各地同行对化工名词进行重新审定和编译，改变了中国化工名词都是“舶来品”的局面。 正在张克忠的一所一系欣欣向荣的时候，1937年走近了……1937年7月29日午夜一点，蓄谋已久的日本侵略者炮轰天津城，而炮轰目标之一就是南开大学。张克忠苦心经营的应化所与化工系也遭轰炸，南开蒙难，他未在现场，而是在南京协助范旭东、侯德榜扩建硫酸钮厂。留守的高少白教授与伉铁镌冒着炮火抢救出了许多的设备，随后，他们携带着这些设备随南开迁往西南后方。张克忠虽然与妻子、母亲、二儿子在重庆团圆，而大儿子张松 寿却因兵荒马乱罹病不得治疗而夭折了。承受着丧子之悲的张克 忠没有消沉，在重庆重建应化所和化工系，他终日忙碌奔波，不遗余力地与困难斗争，还创办了小规模的工厂——南开化工厂。化工厂最初的情况是不错的。但是国难当头，科研困难可想而知。烧碱、硫酸一类最普通的化学药品也得从香港进口。仪器则多半只能购用本地伪造的，这些仪器欠灵敏，实验误差大得惊人。那时只能是有哪些药品，就做哪些研究，有什么设备，就开展什么工作。张克忠纵有雄心壮志， 终究化为无声的叹惜！化工厂关闭了，应化所也停止活动，张伯苓的掌上明珠就此失落了。在此之前，同样是时局的影响，张克忠协助范旭东、侯德榜进行的永利宁厂扩建工程也受阻。张克忠慨叹：永利沽厂（同为范，侯所开）生产碱，在东南亚仅次于日本。范、侯请先生此次倾尽心 血扩建永利宁厂（在南京）发展硫酸5亚的生产，这样有了酸碱一对翅膀，中国的化工可望展翅高飞了。但是终于是谋事在人，成事在天，而天不遂人愿。国难当头，张克忠原本想办好一系一所并在南开办一个中国 的麻省理工学院的理想破灭了。而他并没有停下脚步，他感到大敌当前，身为七尺男儿，即使不能亲赴沙场抗外侮，也应追随爱国的实业家范、侯诸前辈为振兴民族工业、发展化学工业做一番事业。张克忠走出书斋，开始办工厂搞技术，可惜这条路一样不顺利。天府之国的四川 地，地下宝藏丰富，范、侯以及张克忠等人 在四川的老龙坝、五通桥一带打盐井，并创办了永利川厂。在当时，技术落后的中国的制盐业仍是使用卤水经浓缩而后制成盐的笨办法。为了改变这一局面，永利川厂想采用德国的专利“察安 法”，于是派侯德榜、张克忠等去德国。在柏林的谈判桌上，趾高气扬的洋人百般刁难，竟至提出用这一专利生产出的产品不准到“中国以外的东三省去卖”，在他们的眼里东三省已不是中国领土。侯德榜怒不可遏，当即正告德方：东三省是中国的领土，我们的产品当然要销售到东三省去！洽谈就此破裂。张克忠认为，德国之行虽然没有买回察安专利，但是买回了比之更为宝贵的教训。一个民族不御外侮，根本无所谓富强，弱国无外交，弱国连与外国人进行平起平坐交易的权力也没有。中国人要富强首先要靠自己。侯德榜可谓与张克忠心有戚戚焉，他向化工界同行呼吁：“黄头发、蓝眼珠的人能够搞出来的东西，我们黑头发黑眼珠的人一定也要搞出来！”侯德榜卧薪尝胆，苦斗三年，共进行五百多次试验， 创出了震惊中外化工界的“侯氏制碱法，打破了国外专利的垄断， 化工界同仁无不为之振奋”。这一时期，张克忠出任昆明化工厂厂长，在别人眼里这或许是大材小用，而他却甘心情愿，或许他觉得那里可以诞生中国化工业腾飞的“双翼”。事实上张克忠正是这样做的：他亲自设计改造旧有的设备，生产出了硫酸；在缺乏先进设备的情况下，经过一番努力，土洋结合，生产出了小批量的纯碱及食用碱。也许个人的命运、事业的成功总是与国运联系在一起的，日本侵略者很快加强对西南的封锁，昆明遭到轰炸，张克忠向往的发展已成为海市蜃楼。抗战八年，张克忠屡次拼搏虽取得了不少成果，却屡次陷入无可奈何之境。好在他从未放弃过，几次三番从头做起，痴心不改地做着祖国化工事业的腾飞之梦，但不知好梦何时圆？45年8月抗战胜利了，欢天喜地的张克忠带着一批精良的技术骨干同赴青岛接收敌伪化工厂，八年的抗战结束了，该是重整河山的时候了。经过一段时间的努力，共有11个化工厂产品投放市场，而当一切才有起色的时候，内战爆发了。1946年底宋子文派人与张克忠谈判，想给张克忠一个经理之类的职位，实际目的是想囊括这十几家化工厂。张克忠无力与宋子文“斗法”，最终挥泪放弃了青岛的工厂。本来笃信科学的人是不该讲缘分的可说来也奇怪涨克忠自从进入南开中学以来，事业发展最辉煌的时刻都是在南开渡过的, 他与南开有着解不开的情缘。1947年，也就是南大复校不久，张克忠回来了，担任工学院院 长兼化工系主任并重建应化所。此时张克忠教授上“工业化学”课，并亲自利用业余时间编写该课程的教材，《无机工业化学》与《有机工业化学》两书相继出版了。张克忠是位严师。据当时张克忠的学生现在天津大学化工系副教授姚玉英回忆：“张先生常常是还没讲课就考试，使大家非常紧张，上他的课之前必须预习，而考完试之后，他又会根据考试中 反映出的问题进行有针对性的讲解，这样一来大家记忆非常深刻 …… 他的考试非常难，有一次全班只有一个同学及格。同学们都怕他。……一次我做实验时，用电炉加热，由于想去拿一些东西， 只离开了片刻。正巧被张先生看到，他狠批了我一顿，因为接操作规程是不允许的。百分之一的疏漏都可能带来无法弥补的损失。 大家虽怕他，却谁也不得不折服于他在学术上的严谨……张先生的家长作风很严重，在我毕业前夕，他根本就不与我仔细谈谈，征求一下我的意见，而只是对我说一句‘你留校’，也就替我决定了我的命运。”话虽如此说，姚玉英如果不是出于对老师的一片敬畏之情，想离开学校也并非难事，张克忠的三个字决定了她的大半生。其实，张克忠也是一位“慈师”。张克忠是在恩师张伯苓的帮助下才没有被贫困压服而得以完成学业的，张克忠对于贫困的学生也有着一份特殊感情。现南开大学化学系的申泮文教授以及天大化工系前主任张建侯教授等人都在不同时期接受过张克忠的帮助。政治风云变幻，张克忠看清了国民党的本质。1947年下半年，老朋友杨公庶想拉他去台湾办公工厂经营，张克忠永远无法忘记青岛十几家工厂被宋子文吞并那段伤心的经历，他果断回答了杨公庶：为蒋介石、国民政府去殉葬，我是绝对不干的。并且劝杨也不要去。张克忠由于情绪过于激动在由上海回天津的途中，晕倒在飞机上，经急救脱离了险情，但高血压却就此扎下了致命的病根。很快，天津局势紧张起来，学校成立了“安全委员会”以做好护校工作张克忠也是委员会的成员之一。张克忠与工学院师生齐心合力，在最后的黑暗中，保护了应化所、工学院各系，迎来了天津的黎明。解放初期的日子里，张克忠接受着新中国温暖阳光的照耀。 南开的校友周恩来关心张克忠和发展化工的问题。他应邀参加了中国人民政治协商会议第一届会议，并应邀列席最高国务会议。 在与会的第一天，张克忠感到自己尚未为新中国做出值得称道的贡献，不愿在指定的席位上人座，而是选了个不显眼的末席坐下来，想不到周总理很快发现了他，并且走过来，微笑着拉起他走到毛主席身边，介绍道：“这是张克忠，子丹教授。”毛主席竟早就对他有所了解，见到他仿佛见到老朋友一样高兴。毛主席说：新中国要富强，就要发展科学，发展化学工业，你们任重道远啊！张克忠激动不已，感到那个二十几年来不断做着的祖国化工腾飞的梦已不再遥不可及。
