面向工业化的化工并行开发方法与实践

1.本书是国内首部介绍并行理论指导下化工过程开发的著作，具有新颖性和先进性。 2.本书凝聚了作者多年从事科研管理和技术开发的冷静思考和实践经验，同时介绍了大量开发案例，具有非常强的实用性和可操作性。 3.本书内容涵盖了从科研组织方式到过程开发方法的方方面面，知识体系系统全面。 4.本书强调过程系统工程指导和结构化的开发思维。

“周虽旧邦，其命维新。”当前创新发展成为国家战略，企业逐渐成为创新的主体，越来越多的企业建立了自己的研发机构，开始组织科研创新。但很多企业和研究机构仍然沿用传统的按职能部门组织研发的串行研发方式，不能满足国家创新发展的要求。
面向工业化的化工研发是极其复杂的活动，从横向上来说，需要化学、化学工艺、化学工程、分析检测、机械设备、自控仪表、电气工程、材料工程、技术经济、安全环保等多学科的共同参与；从纵向上来说，包含从最初提出有关的科学设想及概念的形成，到科研、设计、建设工厂，即从实验室研究成果过渡到实现工业化的全部过程。因此化工研发是一项范围很广的综合性、创造性活动。对于这么复杂的创新活动，以及企业以市场和客户为驱动的内在要求，在化工研发中应用并行开发方法就非常有必要。
作者在攻读博士学位前有7年化工厂的技术工作实践经历，了解一个化工装置是如何得以运转的，在攻读硕士和博士学位期间又接受了系统的化学反应工程和过程系统工程学术训练。此后，在几个知名的化工企业研究院从事化工开发和科研组织工作，有从小试、中试到工业化应用的工作经历，也有从成功与失败中获得的经验和教训。这些经历促使作者不断思考如何提升研发效率和成功率、如何高效组织科研开发。
这本书就是作者思考总结的结果。作者把化工并行开发方法定义为：“以产业化为目标，在过程系统工程思想指导下，以概念设计为纲，加强技术与经济、工程与工艺、模拟与实验的早期结合，通盘考虑科学、技术、工程、市场（STEM），通过内外部各专业协作来提升研发质量和效率，提高项目成功率。”作者依此进行了全面的实践，取得了非常突出的效果，证实这是有效且高效的方法，值得介绍给从事化工行业创新工作的实践者，尤其是在国家大力强调自主创新的大背景下。
本书共分9章，前3章重点阐述和系统讨论了化工并行开发方法以及相应的组织方式和支撑系统。第4章到第9章则结合作者多年面向工业化的科研实践，寓化工并行开发方法于各种不同类型的项目开发之中，系统介绍在化工并行开发方法指导下，多种类型的反应过程和分离过程开发、系统集成、中试、技术改造、工艺包设计和技术经济分析等过程开发的内容。
例如，第4章聚焦反应动力学和反应过程建模研究，重点讲述怎么通过数学模型放大方法实现模拟与实验的紧密结合。第5章则在介绍多种反应器开发方法的同时，强调系统工程方法及通过科学、技术、工程、市场的早期结合，实现高效开发的重要性。中试是科学、技术、工程、市场的交汇点，是技术走向市场的关键一步，也是工艺与工程结合的主战场，因此第6章强调了中试时工程数据获取、过程放大规律认识和工程因素影响分析对项目产业化成功的重要性。除新技术、新产品开发外，对现有产品和装置进行技术改造和升级是另一类化工研发任务，第7章即对如何结合化工并行开发方法进行技术改造项目开发进行了阐述。工艺包是技术的载体和呈现形式，研发项目的内容和结果最终需要满足工艺包设计的要求，因此第8章对工艺包内容和深度要求进行了讨论，并指出以工艺包的系统性内容要求作为研发工作的框架，对促进研发项目在科学、技术、工程、市场的紧密结合，提高项目产业化成功率的重要作用。在研发的各个阶段进行技术经济分析，是化工并行开发方法的内在要求，第9章针对研发项目的技术经济分析方法进行了详细介绍。
许多公司或科研人员在实践中实际上已经自觉或不自觉地应用了并行开发方法的一部分原理和方法，但是不系统或不彻底。本书将其系统化。
本书的特点是：
（1）从科研组织方式到过程开发方法，知识体系系统、全面，弥补当前这一领域出版物的空白；
（2）强调系统性和实用性，本书在论述方法的同时，辅以大量实践案例，有助于读者从方法到实操全面掌握化工并行开发方法； 
（3）组织即是生产力，一个良好的研发组织形式能极大地促进创新力的迸发。本书对化工行业研发组织形式的讨论，对各类化工研发组织的建设会有很大帮助；
（4）强调过程系统工程指导和结构化的开发思维。
化工并行开发方法不仅仅是一种开发方法，更是一种全新的科研组织方式。这一方面要求在思想上做出转变，另一方面也需要在管理上建立支撑化工并行开发这种结构化开发方法的流程并提供相应的组织保证。鉴于化工并行开发方法的全局性和系统性，本书的读者对象是所有从事化工研发创新的参与者，尤其是在企业进行科研创新的研究者和管理者。此外，本书也可作为高校化工相关专业研究生的教材，培养学生解决跨学科复杂工程问题的能力，加快培养国家急需的高层次复合型人才。
书中很多案例是不同时期科研团队共同努力的成果，感谢一起奋斗过的同事和团队。

张新平   
2022年8月

张新平，上海师范大学教授，博士毕业于华东理工大学，师从袁渭康院士，曾担任浙江恒逸集团研发中心高管，组织了多个技术项目的开发，在并行工程、化工系统工程、化工过程开发等方面具有丰富的经验。

本书对化工创新过程进行了深入思考和研究，针对化工研发活动综合性、创造性和复杂性的特点，以及企业研发以市场和客户为驱动的内在要求，为提高化工创新活动的质量、效率和成功率，提出了面向工业化的化工并行开发方法，辅以相关实践案例系统介绍了在该方法指导下，多种类型的反应过程和分离过程开发、系统集成、中试、技术改造、工艺包设计和技术经济分析等过程开发的内容，使读者能够从方法理论到实际操作、全方位掌握化工并行开发方法。
本书对在企业进行科研创新的研究者和管理者具有较强的指导和借鉴意义，也可作为教材，提高学生解决跨学科复杂工程问题的能力。

第1章 并行工程	001
1.1 什么是并行工程	001
1.2 实施并行工程的必要性	003
1.3 并行工程实施的关键	004
1.4 并行工程在中国	008
1.5 并行工程与化工	009
1.6 本章总结	012
参考文献	013

第2章 化工并行开发方法及实践	014
2.1 并行开发方法概述	014
2.2 支撑并行开发方法的典型管理流程	015
2.2.1 精益产品开发方法（LPD）	015
2.2.2 产品及周期优化法（PACE）	016
2.2.3 集成产品开发（IPD）	019
2.2.4 门径管理系统（SGS）	022
2.2.5 并行开发管理流程总结与评述	038
2.3 化工研发需要并行开发方法	040
2.3.1 化学工业的特点	040
2.3.2 化工研发的特点	042
2.3.3 化工研发采用并行开发方法的必要性	045
2.3.4 化工研发所需的并行开发方法	047
2.4 化工并行开发方法要求开放创新	048
2.5 化工并行开发方法	050
2.5.1 化工过程开发的内容及特点	050
2.5.2 什么是化工并行开发方法	052
2.5.3 过程系统工程与概念设计	052
2.5.4 化工并行开发方法开发实践	063
2.6 化工并行开发方法的实施	102
2.7 本章总结	103
参考文献	103

第3章 化工科研管理	106
3.1 文化转变和组织保证对于化工并行开发的重要性	106
3.1.1 研发过程的可管理性	106
3.1.2 结构化开发的重要性	107
3.1.3 研发项目管理的灵活性	108
3.1.4 文化转变和组织保证	111
3.2 科研项目管理的重要性	114
3.3 项目管理实用工具	116
3.3.1 项目范围说明书	116
3.3.2 工作分解结构（WBS）	117
3.3.3 项目进度计划	122
3.4 科研项目管理	126
3.4.1 科研项目进度管理	126
3.4.2 科研项目成本管理	126
3.4.3 科研项目质量管理	127
3.4.4 科研项目风险管理	127
3.4.5 科研项目评估	128
3.5 研发项目组合管理	129
3.6 研究机构的组织结构形式	133
3.6.1 组织结构概述	133
3.6.2 不同行业的研发组织形式	137
3.6.3 化工行业研发组织形式探讨	138
3.7 研发绩效管理	145
3.8 研发营销管理	148
3.9 研发供应商管理	149
3.10 研发项目的其他注意事项	153
3.11 本章总结	154
参考文献	155

第4章 化工过程开发方法及实践（上）	156
4.1 反应过程模型化与应用	156
4.1.1 建模的意义和作用	156
4.1.2 动力学建模	158
4.1.3 反应器建模	162
4.1.4 反应过程模型化案例	167
4.2 微观反应动力学简介	205
4.3 反应过程放大概论	206
4.3.1 过程放大核心理念	207
4.3.2 固定床反应器放大	208
4.3.3 搅拌反应釜放大	210
4.4 本章总结	211
参考文献	212

第5章 化工过程开发方法及实践（下）	214
5.1 固定床开发及系统集成	214
5.1.1 固定床反应器概述	214
5.1.2 固定床反应器开发案例	219
5.1.3 开发总结	256
5.2 滴流床反应过程开发	256
5.2.1 滴流床反应器分析	256
5.2.2 滴流床反应器开发案例	260
5.2.3 开发总结	278
5.3 反应精馏开发方法	278
5.3.1 反应精馏技术的原理	278
5.3.2 反应精馏开发案例	279
5.3.3 开发总结	291
5.4 搅拌反应釜开发	292
5.4.1 反应釜概述	292
5.4.2 反应釜开发案例	298
5.4.3 开发总结	320
5.5 本章总结	320
参考文献	321

第6章 中试数据提取	323
6.1 模试、中试和工业侧线	323
6.2 中试试验概述	324
6.2.1 中试的目的和作用	324
6.2.2 中试的运行周期	325
6.2.3 中试的测试深度	326
6.3 中试装置完整度和规模的确定	326
6.3.1 中试装置的完整度	326
6.3.2 中试装置的规模	327
6.3.3 案例介绍	329
6.4 中试其他注意事项	338
6.5 中试装置试验准备	339
6.6 中试试验实施和数据提取	343
6.6.1 中试试验方案	343
6.6.2 案例介绍	343
6.7 本章总结	357
参考文献	358

第7章 化工技术改造	360
7.1 技术改造的概念	360
7.2 化工技改项目的特点	360
7.3 研发角度的技改项目	361
7.4 技改项目的决策与实施程序	363
7.5 技术改造项目的经济评价	364
7.6 技改项目的性能考核	365
7.7 案例介绍	366
7.7.1 技术改造项目管理案例	366
7.7.2 技术改造项目开发案例	370
7.8 本章总结	387
参考文献	388

第8章 工艺包设计	389
8.1 工程建设项目基本流程	389
8.1.1 投资决策阶段	389
8.1.2 工程设计阶段	391
8.1.3 采购与施工阶段	391
8.1.4 交付使用阶段	391
8.2 设计阶段划分	392
8.3 工艺包内容和深度要求	394
8.4 工艺包设计具体内容	397
8.4.1 设计文件	397
8.4.2 工艺手册	400
8.4.3 分析化验手册	401
8.5 按工艺包要求进行研发项目技术完整性梳理	401
8.6 本章总结	403
参考文献	404

第9章 研发项目技术经济分析	405
9.1 化工技术经济学的定义	405
9.2 化工项目经济评价原理及方法	406
9.3 化工项目投资估算	408
9.4 化工项目财务评价	413
9.5 用于研发项目的单位产品成本估算	418
9.6 研发项目技术价格评估	420
9.7 本章总结	421
参考文献	422