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第44章 基于农副产品生化制造的过程工业、学科体系和过程工程

一、过程工业与农副产品生化制造产业

1.过程工业Process Industry

现行的工业行业主要是按生产对象与产品进行划分,不能显示跨各个工业行业的一些具有共性、带动性和全局性的跨行业的重大关键科技问题。

按生产方式、扩大生产的方法以及生产时物质物料所经受的主要变化来分类或按“技术特征”来分类,将制造业分为两类,可以发现、归纳和突破具有共性、带动性和全局性的重大关键科技问题,带动行业发展,又可以反映学科交叉与融合的科技发展趋势以及这一趋势对工业发展的影响及作用。

一类是以物质转化过程为核心的产业:

——这类产业从事物质的化学、物理和生物转化,生成新的物质产品或转化物质的结构形态;

——产品计量不计件,连续操作,生产环节具有一定的不可分性,可统称为过程工业,如涉及化石资源和矿产资源等利用的产业,化学工业、能源工业、生物技术工业、医药工业、材料工业等;

——产量的增加主要靠扩大工业生产规模来达到,或者说靠“放大生产规模”(Scaleup)来达到。

另一类是以物件的加工和组装为核心的产业,根据机械电子原理加工零件并装配成产品,但不改变物质的内在结构,仅改变大小和形状:

——产品计件不计量,多为非连续操作,这类工业可统称为装备工业或产品生产工业M erchandise Production Industry 或称 Product In-dustry。如生产电视机、汽车、飞机、冰箱、空调等这类工业的产品,大都可为人类直接使用;

——产品的增加主要靠增建“生产线”或改进“生产线”来达到,生产主要是以“离散”方式进行。

2.农副产品生化制造是一个新兴过程工业

(1)农产品加工业是国内外第一大制造业

——2010年将达10万亿元,带动3000万农民就业。

——是发展速度快、工业反哺农业并带动“三农”最大行业之一。

——农产品加工业的发展方向是深加工,特别是农副产品生化制造,一个新兴高科技产业。

(2)农副产品生化制造过程工业

以农副产品转化过程为核心的产业,从事农副产品的化学、物理和生物转化,生成新的物质产品或转化物质的结构形态,产品计量不计件,连续操作,生产环节具有一定的不可分性,可称为农副产品生化制造过程工业。

3.新型农业化和“第六产业”、“接二连三”

(1)“第六产业”

20世纪90年代,日本东京大学名誉教授、农业专家今村奈良臣,针对日本农业面临的发展窘境,首先提出了“第六产业”的概念。种植农作物(第一产业)、农产品加工(第二产业)与销售农产品及其加工产品(第三产业)进行“一体化”和“融合”,以获得更多的增值价值,“1+2+3”等于6,“1×2×3”也等于6。这就是“第六产业”的内涵。

我国也提出了农业产业要“接二连三”,接第二产业,连第三产业。

“第六产业”和“接二连三”:现代农业的真谛,能有效激发农业活力,“第六产业”是日本当下正着力推进的新型农业。

新型农业化:核心是要“接二连三”,特别是发展农副产品生化制造业。

(2)乌鸦反哺,以工促农

我国已经进入了“以工促农”的发展新阶段,新型工业化、新型城市化加速推进,对“三农”发展的拉动和促进作用将会进一步强化。

假如说工业是当年的小乌鸦,那么农业就是当年的大乌鸦,现在我们到了反哺的时候了。

——用新型工业化思维做农业,让大象跳舞。

对农产品进行精深加工,制成“大市场、高价值、微型化、易储运”的工业品,是用新型工业化思维做农业。

二、过程工程学科与农副产品生化制造学科

1.过程工程学科

化学工业是过程工业中的一个十分重要的分支,化学工程学在发展过程中,同时也被其他过程工业的研究及发展人员将其用于其他各种过程工业,使化学工程学事实上发展为“过程工程学”。

化学工程的原理和知识已经应用于制药、材料、能源、环境、生物等过程加工领域,因此化学工程可以更名为过程工程。

化学工程的基本理论和方法正逐步向各个领域渗透,目前已覆盖了所有物质的物理、化学和生物加工工艺,过程工程是这一趋势的正确表达。

过程工程学科涵盖化学工程、材料工程、制药工程、生物工程、环境工程等子学科,可以说过程工程是以化学工程为基础的学科。可以用一句话来概括:过程工程研究物质在化学、物理和生物转化过程中的运动、传递和反应及其相互关系。

2.农副产品生化制造学科的率先提出

农副产品生化制造(化学与生物加工)学科是以农副产品资源为原料(包括农产品初级原料、农产品加工副产物、农林废弃物等),替代日益稀缺的矿物质资源,通过生物转化、化学转化、过程工程技术等手段,培育生物源食品添加剂与配料、生物源功能保健食品、生物源绿色化学品与医药原辅料等支柱产业。

核心:通过化学反应或者生物反应,实现农副产品原料物质转化,通过过程工业实现产品提纯和产品形态的加工。

3.农副产品生化制造学科背景

(1)是产业转型升级、发展生物经济的需要

“发展生物经济,根据浙江人多地少现实,率先发展生态高值农业与生物产业,发展生物功能保健食品产业,发展生物源高分子产业,发展生物源食品添加剂产业,发展绿色生物纳米缓释医药、农药、工业助剂,发展生物源香料、化妆品产业。”

——2009年2月路甬祥副委员长对浙江经济发展转型升级提出7条“经济发展之管见”中的第4条。

(2)国内外发展快速,是生物经济热点

以农林生产的大量生物质生产化学品,提供能源、材料、食品等,将构成人类新文明的物质基础。这是人类文明发展的历史回归。

发展农副产品生化制造,利用农副产品可再生资源通过化学与生物加工生产生物能源、大宗化学品与生物材料,将可持续发展的工业融入地球大体系的物质循环之中,实现在太阳能驱动下的工业与农业,将构成人类的新文明。

(3)是国内外发展趋势所在

三、农副产品生化制造过程工程是新趋势

1.过程科学

过程科学直接脱胎于“三传一反”的化工原理。化学工业是过程工业中的一个重要分支,也是诸多过程工业中最早建立理论体系的。化工原理起源于将众多化学工艺中的共性操作进行归类和归纳,得到众多工艺操作的学识基础成为单元操作。

20世纪50年代,在单元操作的基础上,化学工程学成为更为全面的一门工程科学,简称为“三传一反”。

近年来,随着生物化工的兴起,有人主张应当考虑过程中信息的传递对过程的影响,将“三传一反”扩展为“四传一反”。

2.过程工程

过程工业的学科基础是过程工程,它是研究物质在化学、物理和生物转化过程中的运动、传递和反应及其相互关系的学科,正在进一步向生物、信息、环境、材料、纳米等领域扩展。

“过程工程”是指化工、能源、医药、日化、材料等多种工艺过程中有共性的工程技术。

过程工程是以研究物质的物理、化学和生物转化过程(包括物质的运动、传递、反应及其相互关系)的过程科学为基础的,任务是解决实验室成果向产业化转化的瓶颈问题,创建清洁高效的工艺、流程和设备,其要点是解决不同领域过程中的共性问题。

过程工程实现物质转化“过程”的定量、设计、放大和优化等操作,而过程科学侧重于理论上的研究与创新。

3.“过程工程”名称的使用

过程工程(Process Engineering)作为一门新的重要的工程学科,现已逐渐得到国内外科技界的认同。

虽然过程科学的名称目前还没有被广泛地使用,但是过程工程的名称已经屡见于书刊及各媒体了。1955年美国人H.E.施魏尔的《过程工程经济学》一书较早地提到过程工程的概念。位于苏黎世的瑞士联邦高等技术学院设有机械与过程工程系,还设有过程工程研究所。法国国家科研中心化工科学研究所明确指出从事过程工程研究的目的是研究物质和能量转换的过程以及发展并实现此过程的设计、优化、控制和工业规模化(放大/缩小)所必需的概念、理论和方法。

我国也在最近逐渐接受过程工程的概念。《化工冶金》杂志更名为《过程工程学报》,中国科学院化工冶金研究所更名为过程工程研究所。

4.农副产品生化制造过程工程是新趋势

农副产品生化制造过程工程是以研究农副产品的物理、化学和生物转化过程(包括农副产品加工中的运动、传递、反应及其相互关系)的过程科学为基础的,任务是解决实验室成果向产业化转化的瓶颈问题,创建清洁高效的工艺、流程和设备,其要点是解决不同领域过程中的共性问题。

我校省农副产品化学与生物加工技术重点实验室建立了10个先进工程技术中试实验室——按照化学与生物工程先进单元技术应用于农产品深加工。

5.农副产品生化制造过程工程绿色化和信息化

绿色过程工程也称为生态过程工程,正是研究与自然环境相容的资源高效—洁净—合理利用的物质转化过程。

农副产品生化制造过程工程绿色化具体包括三方面的内容:一是指在工艺上要实现农副产品转化过程的高转化率、高选择性和高能源利用率;二是指在原料、过程和产品上要实现低毒介质溶剂、低毒原材料、低毒或无毒产品;三是指在系统上实现废弃物排放量最少、副产品最少,目标是实现循环经济。

农副产品生化制造过程工程信息化包含的内容除计算机辅助设计、过程优化和自动控制以外,更为重要的是要虚拟仿真实现工艺到产业化以及系统集成的全部细节,实现量化设计、直接放大取代依靠经验逐级放大的目标。

(2010年10月8日,在2010年中国·浙江国际农产品精深加工过程工程技术论坛上的主题报告摘要)

●自我坚持和自我发展——既要在校内的象牙塔保守系统中寻求自我坚持,——又要在社会的大开放系统中获得自我发展。

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