第一篇：化學(xué)工程與工藝專業(yè)英語(yǔ)第九單元翻譯

Unit 9 Polymers

聚合物聚合物與我們的生活密切相關(guān)。他們是食物（淀粉，蛋白質(zhì)）、衣物（絲綢，棉花，聚酯，尼龍）、建筑房屋（木纖維素，油漆）和我們身體（核酸，多糖，蛋白質(zhì)）的主要成分。生物高聚物和合成 聚合物之間沒(méi)有差別。實(shí)際上許多早期的合成聚合物是基于天然形成的聚合物而合成的，比如，賽 璐珞/電影膠片（硝酸纖維素），橡膠硫化，人造纖維（醋酸纖維素）。

聚合物是由單體單元通過(guò)共價(jià)鍵連接而成的。聚合物的定義是：是—R—R—R—R—或者，一般來(lái)說(shuō)，—[R]n—構(gòu)成的物質(zhì)。R 是一種雙官能團(tuán)的物質(zhì)（或者二 價(jià)自由基），而這兩種官能團(tuán)是不能分開(kāi)單獨(dú)存在的。

在這里 n 代表的是聚合度，DPn。這個(gè)定義不包括簡(jiǎn)單的有機(jī)和無(wú)機(jī)物質(zhì)，比如，CH4, NaCl，同時(shí) 也不包括像鉆石，硅石和金屬等材料，這些材料看起來(lái)具有聚合物的性質(zhì)，但是能夠蒸發(fā)成單體單 元。

分子量（嚴(yán)格來(lái)說(shuō)是相對(duì)分子質(zhì)量）可以由單體（或重復(fù)單元）乘以 n 獲得。于是，CH4 或者 NaCl 的分子量分別為 18 或者 58.5，而一個(gè)聚合物的分子量能大于 100。n 的值較小時(shí)比如說(shuō) 2 到 20，當(dāng) 這種物質(zhì)叫做低聚物，通常這些低聚物可進(jìn)一步聚合，成為高聚物。

由定義，摩爾高聚物含有 6×10Λ23 個(gè)高聚物分子，1 因此 1 克摩爾等于以克作單位的高聚物的分子量，理論上它可大于 106 克。但習(xí)慣上，通常 1 克摩爾指重復(fù)單元的分子量；這樣 1 克摩爾聚乙烯-(CH2)n-可認(rèn)為是 14 克（末端基團(tuán)可以忽略）。

一個(gè)分子量為 10Λ7 的高聚物，若完全展開(kāi)，其長(zhǎng)度約 1mm，直徑約 0.5nm.這相當(dāng)于約兩公里長(zhǎng)的 生的意大利面條。但是，實(shí)際上，在大多數(shù)高聚物中的鏈決不是完全展開(kāi)的——一個(gè)任意的圈式結(jié) 構(gòu)被采用，占有約 200nm 直徑的空間。因此看來(lái)像煮熟的意大利面條或蠕蟲(chóng)，這些高聚物鏈的轉(zhuǎn) 移由幾個(gè)因素來(lái)決定，如：

(i)溫度

(ii)骨架-C-C-C-鏈的化學(xué)組成;不管鏈?zhǔn)侨嵝缘幕蚴莿傂缘?iii)骨架上是否有支鏈存在(iv)共聚物鏈的引力

(v)聚合物的分子量和分子量分布。

若上述因素已知，可以預(yù)測(cè)聚合物的幾乎所有的性質(zhì)，比如此聚合物是非晶的還是部分晶狀；晶態(tài) 的融化溫度；聚合物是脆的還是韌性的；它的剛性，此聚合物是否溶于溶劑等。

聚合物的確能對(duì)它們制成的化學(xué)品產(chǎn)生影響，如塑料，纖維，膠卷，合成橡膠，粘合劑，涂料等，每一種用途都要求不同的聚合物特性。塑料的許多原始用途是不適當(dāng)?shù)模@就使人們認(rèn)為塑料是 “沒(méi) 什么價(jià)值的討厭東西”，但是最近的產(chǎn)品責(zé)任法和對(duì)塑料優(yōu)缺點(diǎn)的更深入的了解已經(jīng)改變了這種狀 況。

經(jīng)濟(jì)，即制造聚合物的費(fèi)用，具有頭等的重要性。這已導(dǎo)致了把聚合物大致地分成日用品聚合物，工程聚合物，和高級(jí)聚合材料。

1.聚乙烯 日用品聚合物

這方面例子有： 低密度聚乙烯 高密度聚乙烯 線性低密度聚乙烯 Low density polyethylene(LDPE)high density polyethylene(HDPE)Linear low density polyethylene(LLDPE)Polypropylene(PP)聚丙烯 Poly vinyl chloride(PVC)聚氯乙烯 Polystyrene(PS)聚苯乙烯其中每一種都以年產(chǎn) 1 千萬(wàn)噸的規(guī)模生產(chǎn)。價(jià)格<1500 美元/噸。

2.Engineering polymers 工程聚合物

這種材料在近十年來(lái)比任何聚合物的增長(zhǎng)百分比都高，主要用于適中的溫度和環(huán)境條件下作金屬的 替代品，或它們可能具有杰出的化學(xué)惰性和其它特性,如具有低摩擦系數(shù)的聚四氟乙烯。這些工程 聚合物包括：

Acetal(or polyoxymethylene, POM)乙縮醛（聚甲醛）

尼龍（聚酰胺）Nylons(polyamides)Polyethylene or polybutylene terephthalate(PET or PBT)聚乙烯或聚丁烯對(duì)苯二酸酯

Polycarbonate(of bisphenol A)(PC)聚碳酸酯（雙酚 A）

Polyphenylene oxide(PPO)(usually blended with styrene).聚苯氧化物（通常與苯乙烯混合）The prices are(＄3000～＄15000)/tonne.價(jià)格為（3000 美元-15000 美元）/噸。

3.Advanced polymeric Materials 高級(jí)聚合材料

此種材料有很好的溫度穩(wěn)定性,當(dāng)用纖維增強(qiáng)后,即復(fù)合材料,它們的強(qiáng)度超過(guò)大部分同重量的金屬.它們通常僅僅被少量地使用,常用在一個(gè)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部分.它們的價(jià)格可能高達(dá) 150000 美元 / 噸.4.Making of polymers 聚合物的生產(chǎn)

每年生產(chǎn)的聚合物大約有 1 億噸，其規(guī)模有年產(chǎn) 24 萬(wàn)噸的連續(xù)單一產(chǎn)品的聚丙烯裝置，也有一批 制備幾公斤改性復(fù)合材料的小型裝置。產(chǎn)量最高的有 LDPE，HDPE，LLDPE，PP，PVC 和 PS。

生產(chǎn)聚合物時(shí)最重要的參數(shù)是質(zhì)量控制參數(shù)和重現(xiàn)性參數(shù)。它們不同于簡(jiǎn)單的有機(jī)化合物，如丙酮 的生產(chǎn)中通常只要簡(jiǎn)單蒸餾就能得到所需的純度。按其最終用途，“同一種”聚合物也分為許多不 同的級(jí)別，如不同的平均分子量，平均分子量分布，支鏈的大小，交聯(lián)等，若考慮到共聚物，交替 和嵌段,這些變量還會(huì)成倍增加。在聚合過(guò)程中許多性質(zhì)已被固定，不能通過(guò)后處理來(lái)改變。有時(shí) 也進(jìn)行混合操作來(lái)獲得所需的性質(zhì)，或僅是為了把已形成的不太合指標(biāo)的聚合物提高級(jí)別。

聚合過(guò)程由三個(gè)步驟組成：

(1)單體制備。在此不作討論，只是強(qiáng)調(diào)單體的純度要求是最高的。所以，在逐步增長(zhǎng)過(guò)程中的單 功能雜質(zhì)，基團(tuán)清除劑，鏈轉(zhuǎn)移雜質(zhì)和鏈聚合催化劑毒物都是非常有影響的

（2)聚合。如上所述，高聚物的性質(zhì)的一致性是絕對(duì)必要的，這不僅包括分子量等，也包括如聚合 物顆粒的顏色，形狀（如果高聚物沒(méi)有造?；蛘卟皇穷w粒狀的），殘留催化劑，氣味（尤其是應(yīng)用 到食物方面）等。

聚合操作必須能適應(yīng)下面的各項(xiàng)變化：（i）均相或非均相反應(yīng)

（ii）在均相系統(tǒng)中，粘度上有大的增加，影響聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，傳熱和混合效果。

(iii)大部分鏈增長(zhǎng)聚合反應(yīng)是放熱的，每生產(chǎn)一噸聚合物放出幾百千瓦的熱；此熱量必須除去。因 為大部分聚合反應(yīng)都是在恒溫下進(jìn)行。熱量的除去是通過(guò)反應(yīng)器器壁傳熱，反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，添加 冷卻劑或利用單體或溶劑的蒸發(fā)潛熱來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

(iv)分子量與分子量分布，聚合物中支鏈與交聯(lián)的控制.聚合過(guò)程是分批，半分批還是連續(xù)操作會(huì)對(duì) 這些方面產(chǎn)生影響。聚合過(guò)程停留時(shí)間分布情況，是窄還是寬，也決定了分子量和分子量分布。

作為一般的規(guī)律，一旦一個(gè)工藝被完善后，如果不是經(jīng)濟(jì)情況要求其改變的話就不再改變 — 例如，在不使用溶劑情況下所進(jìn)行的氣相聚合反應(yīng)，這樣就消除了溶劑的提純，回收，失火危險(xiǎn)等。

(3)聚合物回收。如果聚合反應(yīng)不成塊，就需要與溶劑分離?；瘜W(xué)品再生的常規(guī)的辦法如結(jié)晶，精 餾，吸附等在此并不常用，因?yàn)榫酆衔锞哂邢蟾哒扯龋谌軇┲腥芙舛鹊瓦@樣的性質(zhì)而且具有粘附 和不揮發(fā)性。不過(guò)，像非溶劑沉淀法后面接著離心分離，或乳液凝聚法或汽提法脫除溶劑等操作方 法可被采用。從高聚物中脫去溶劑和未反應(yīng)的單體的脫揮發(fā)組分操作可在擠壓機(jī)中造粒時(shí)進(jìn)行。

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Unit 11 Chemical and Process

Thermodynamics

化工熱力學(xué)

在投入大量的時(shí)間和精力去研究一個(gè)學(xué)科時(shí)，有理由去問(wèn)一下以下兩個(gè)問(wèn)題：該學(xué)科是什 么？（研究）它有何用途？關(guān)于熱力學(xué)，雖然第二個(gè)問(wèn)題更容易回答，但回答第一個(gè)問(wèn)題有必要對(duì)該學(xué)科較深入的理解。（盡管）許多專家或?qū)W者贊同熱力學(xué)的簡(jiǎn)單而準(zhǔn)確的定義的觀點(diǎn)（看法）值得懷疑，但是還是有必要確定它的定義。然而，在討論熱力學(xué)的應(yīng)用之后，就可以很容易完成其定義

1．熱力學(xué)的應(yīng)用

熱力學(xué)有兩個(gè)主要的應(yīng)用，兩者對(duì)化學(xué)工程師都很重要。

（1）與過(guò)程相聯(lián)系的熱效應(yīng)和功效應(yīng)的計(jì)算，以及從過(guò)程得到的最大功或驅(qū)動(dòng)過(guò)程所需 的最小功的計(jì)算。

（2）描述處于平衡的系統(tǒng)的各變量之間的關(guān)系的確定。

第一種應(yīng)用由熱力學(xué)這個(gè)名詞可聯(lián)想到，熱力學(xué)表示運(yùn)動(dòng)中的熱。直接利用第一和第二定 律可完成許多（熱效應(yīng)和功效應(yīng)的）計(jì)算。例如：計(jì)算壓縮氣體的功，對(duì)一個(gè)完整過(guò)程或某一過(guò)程單元的進(jìn)行能量衡算，確定分離乙醇和水混合物所需的最小功，或者（evaluate）評(píng)估一個(gè)氨合成工廠的效率。熱力學(xué)在特殊體系中的應(yīng)用，引出了一些有用的函數(shù)的定義以及這些函數(shù)和其它變量（如壓強(qiáng)、溫度、體積和摩爾分?jǐn)?shù)）關(guān)系網(wǎng)絡(luò)的確定。實(shí)際上，在運(yùn)用第一、第二定律時(shí)，除非用于評(píng)價(jià)必要的熱力學(xué)函數(shù)變化已經(jīng)存在，否則熱力學(xué)的第一種應(yīng)用不可能實(shí)現(xiàn)。通過(guò)已經(jīng)建立的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，從實(shí)驗(yàn)確定的數(shù)據(jù)可以計(jì)算函數(shù)變化。除此之外，某一體系中變量的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，可讓那些未知的或者那些難以從變量（這些變量容易得到或較易測(cè)量）中實(shí)驗(yàn)確定的變量得以計(jì)算。例如，一種液體的汽化熱，可以通過(guò)測(cè)量幾個(gè)溫度的蒸汽壓和幾個(gè)溫度下液相和汽相的密度得以計(jì)算；某一化學(xué)反應(yīng)中任一溫度下的可得的最大轉(zhuǎn)化率，可以通過(guò)參與該反應(yīng)的各物質(zhì)的熱量法測(cè)量加以計(jì)算。

2.熱力學(xué)的本質(zhì)

熱力學(xué)定律有這經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)或?qū)嶒?yàn)基礎(chǔ)，但是在描述其應(yīng)用時(shí)，依賴實(shí)驗(yàn)測(cè)量顯得很明顯 化學(xué)工程與工藝專業(yè)英語(yǔ)第十一單元化工熱力學(xué)（stand out 突出）。因此，熱力學(xué)廣義上可以定義為：拓展我們實(shí)驗(yàn)所得的體系知識(shí)的一種手段（方法），或定義為：觀察和關(guān)聯(lián)一個(gè)體系的行為的基本框架。為了理解熱力學(xué)，擁有實(shí)驗(yàn)的觀點(diǎn)有必要，因?yàn)?，如果我們不能?duì)研究的體系或現(xiàn)象做出物理上正確的評(píng)價(jià)，那么熱力學(xué)的方法就無(wú)意義。我們應(yīng)該要經(jīng)常問(wèn)問(wèn)如下問(wèn)題：怎樣測(cè)量這一特殊的變量？怎樣計(jì)算以及從哪一類的數(shù)據(jù)計(jì)算一個(gè)特殊的函數(shù)。由于熱力學(xué)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，熱力學(xué)處理的是宏觀函數(shù)或大量的物質(zhì)的函數(shù)，這與微觀的函數(shù)恰恰相反，微觀函數(shù)涉及到的是組成物質(zhì)的原子或分子。宏觀函數(shù)要么可以直接測(cè)量，要么可以從直接測(cè)量的函數(shù)計(jì)算得到，而不需要借助于某一具體的理論。相反，盡管（while）微觀函數(shù)最終是從實(shí)驗(yàn)測(cè)量得以確定，但是它們的真實(shí)性取決于用于它們計(jì)算時(shí)的特殊理論的有效性。因此，熱力學(xué)的權(quán)威性在于：它的結(jié)果與物質(zhì)的理論無(wú)關(guān)，倍受尊敬，為大家大膽地接受。除了與熱力學(xué)結(jié)論一致的必然性以外，熱力學(xué)有著廣泛的應(yīng)用性。因此，熱力學(xué)形成了許多學(xué)科中的工程師和科學(xué)家的教育中不可分割的部分。盡管如此，因?yàn)槊块T(mén)科學(xué)都只局限于（focus on）關(guān)于熱力學(xué)方面的較少應(yīng)用，所以其全貌常被低估。實(shí)際上，在明顯的（可觀察到）可再現(xiàn)的平衡態(tài)中存在的任何體系，都服從與熱力學(xué)方法。除了流體、化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)和處于相平衡（化學(xué)工程師對(duì)這些十分感興趣）之外，熱力學(xué)也成功適用于有表面效應(yīng)的系統(tǒng)、受壓力的固體以及處于重力場(chǎng)、離心力場(chǎng)、磁場(chǎng)和電場(chǎng)的物質(zhì)。通過(guò)熱力學(xué)，1

可以被確定用于定義和確定平衡的位能，并將之定量化。位能也可以確定一個(gè)體系移動(dòng)的方向以及體系達(dá)到的終態(tài)，但是不能提供有關(guān)到達(dá)終態(tài)所需要的時(shí)間的信息。因此，時(shí)間不是熱力學(xué)的變量，速度的研究已超出了熱力學(xué)的范疇，或者除了體系接近平衡的極限以外，速率的研究屬于熱力學(xué)的范疇。在這兒，速率的表達(dá)式應(yīng)該在熱力學(xué)上是連續(xù)的。

熱力學(xué)定律建立于實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)基礎(chǔ)之上的，這些實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)既不是最重要的，又不復(fù)雜。同時(shí)，這些定律的本身是用相當(dāng)普通語(yǔ)言加以描述的。然而，從這一明顯的平淡的開(kāi)始，發(fā)展成為一個(gè)很大的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)對(duì)人類思想歸納力做出了貢獻(xiàn)。這在想象力豐富、嚴(yán)肅認(rèn)真的學(xué)生中成功地激發(fā)了敬畏（inspire awe），這使得Lewis 和Randall 將熱力學(xué)視為科學(xué)的權(quán)威。因?yàn)槌思夹g(shù)上的成功和結(jié)構(gòu)的嚴(yán)密性，這個(gè)比喻選擇很恰當(dāng)，我們可觀察到美妙之處（和宏觀體）。因此，毫無(wú)疑問(wèn)，熱力學(xué)的研究在學(xué)術(shù)上有價(jià)值的，智力上可以得到激發(fā)，同時(shí)，對(duì)一些人來(lái)說(shuō)，是一種很好的經(jīng)歷。

3.熱力學(xué)定律

第一定律.熱力學(xué)第一定律是能量守恒的簡(jiǎn)單的一種描述。如圖3-1 所示，穩(wěn)態(tài)時(shí)離開(kāi)一個(gè)過(guò)程的所有能量的總和必須與所進(jìn)入該過(guò)程的能量總和相等。工程師在設(shè)計(jì)和操作各種過(guò)程 時(shí)絕對(duì)遵循質(zhì)量和能量守恒定律。所不幸的是，就其本身而言，當(dāng)試圖評(píng)估過(guò)程的效率時(shí)，第化學(xué)工程與工藝專業(yè)英語(yǔ)第十一單元化工熱力學(xué)

一定律引起混淆不清。人們將能量守恒視為一種重要的努力成果，但是事實(shí)上，使能量守恒不需要花任何努力— — 能量本身就是守恒的。因?yàn)榈谝欢蓻](méi)有區(qū)分各種各樣能量的形式，所以從第一定律所得到的結(jié)論是有限的。由往復(fù)泵引入的軸功會(huì)以熱量流向冷凝器的形式離開(kāi)蒸餾塔，與在再沸器引入的熱一樣容易。在試圖確定過(guò)程的效率時(shí)，一些工程師總掉入將各種形式的能量一起處理的陷阱。這種做法明顯是不合理，因?yàn)楦鞣N能量形式有著不同的費(fèi)用。第二定律第二定律應(yīng)用于熱轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ难h(huán)，有多種不同的描述。至于這一點(diǎn)，一種更

加普通的描述是需要的：從一種形式的能量到另一種形式的能量的轉(zhuǎn)換，總是導(dǎo)致質(zhì)量上總量的損失。另一種描述為：所有系統(tǒng)都有接近平衡（無(wú)序）的趨勢(shì)。這些表達(dá)方式指出了在表達(dá)第二定律時(shí)的困難之處。如果不定義另一個(gè)專門(mén)描述質(zhì)量或無(wú)序的詞語(yǔ)，第二定律的表達(dá)就不能令人滿意。這個(gè)專用名詞為熵。這個(gè)狀態(tài)函數(shù)對(duì)流體、物質(zhì)或系統(tǒng)中的無(wú)序程度進(jìn)行了定量化。絕對(duì)零熵值定義絕對(duì)零度時(shí)純凈的、晶體固體的狀態(tài)。每一個(gè)分子都由其他的以相當(dāng)有序結(jié)構(gòu)的相同的分子所包圍。運(yùn)動(dòng)、隨意、污染、不確定性，這一切都增加了混亂度，因此對(duì)熵做出了貢獻(xiàn)。相反，不論是透明寶石，還是純凈化學(xué)產(chǎn)品，還是清潔的生活空間，還是新鮮的空氣和水，（都是屬于有序狀態(tài)），有序是有價(jià)值的。有序需要付出很高的代價(jià)，只有通過(guò)做功才得以實(shí)現(xiàn)。我們很多工作都花費(fèi)在家里、車間和環(huán)境中創(chuàng)造或恢復(fù)有序狀態(tài)。環(huán)境中較高的熵值是較高的生產(chǎn)費(fèi)用的具體化表現(xiàn)。每一種生產(chǎn)過(guò)程的目的都是，利用將混合物分離為純凈物、減小我們知識(shí)的不確定性、或是從原料創(chuàng)造（works of art）藝術(shù)品以減小熵值?？傊?，從將原料轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的過(guò)程中，熵值不斷減小。然而，（inasmuch as）因?yàn)殡S著系統(tǒng)接近平衡，熵的增加是自發(fā)的趨勢(shì)，所以減少熵值是艱難的工作（struggle）。生產(chǎn)過(guò)程所需熵減的驅(qū)動(dòng)力同時(shí)伴隨著宇宙其余部分熵的劇增。一般說(shuō)來(lái)，這種熵的增加在同一工廠內(nèi)不斷持續(xù)下去，因此這種造成了產(chǎn)品熵的減小。反過(guò)來(lái)（whereas 而，卻，其實(shí)，反過(guò)來(lái)），熵減存在于原料向產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化過(guò)程。燃料、電、空氣以及水向燃燒產(chǎn)品、廢水和無(wú)用的熱量的形式的轉(zhuǎn)化可表示熵值的大大增加。正象圖3-1 中中間部分描述為第一定律一樣，圖中的底線部分描述了第二定律。離開(kāi)一個(gè)過(guò)程的所有的物流的熵值的總和，總是超過(guò)進(jìn)入該過(guò)程的物流的熵值的總和。如果熵達(dá)到平衡，象質(zhì)量和能量達(dá)到平衡一樣，那么該過(guò)

程是可逆的，即該過(guò)程也會(huì)反向移動(dòng)。可逆過(guò)程只是在理論上是可能的，需要?jiǎng)恿W(xué)平衡維持連續(xù)存在，因此可逆過(guò)程是不可產(chǎn)生的。而且，如果不化學(xué)工程與工藝專業(yè)英語(yǔ)第十一單元化工熱力學(xué)4平衡（過(guò)程）倒過(guò)來(lái)，即如果有凈熵的減少，那么所有的箭頭也要反向，該過(guò)程被迫反向進(jìn)行。實(shí)質(zhì)上，是熵增驅(qū)使該過(guò)程：是同一種驅(qū)動(dòng)力使水向下流，熱流從熱物質(zhì)流向冷物質(zhì)，使玻璃打碎，金屬腐蝕。簡(jiǎn)而言之，所有事物都同它們周圍的環(huán)境接近平衡。第一定律，需要能量守恒，所有形式能量變化有著相同的重要性。盡管所有過(guò)程都受第一定律權(quán)威性的影響，但是該定律不能區(qū)分能量的質(zhì)量，也不能解釋為什么觀察不到自發(fā)發(fā)生的 過(guò)程自發(fā)地使自身可逆。功可以全部轉(zhuǎn)化為熱而反向轉(zhuǎn)換從來(lái)不會(huì)定量發(fā)生，這種反復(fù)驗(yàn)證過(guò)的觀測(cè)達(dá)成了這樣的共識(shí)— — 熱是一種低質(zhì)量的能量。第二定律，深深扎根于熱發(fā)動(dòng)機(jī)效率的研究，能分辨能量的質(zhì)量。通過(guò)這一定律，揭示了以前未認(rèn)可的函數(shù)— — 熵的存在，可以看出，該函數(shù)確定了自發(fā)變化的方向。第二定律并沒(méi)有（in no way）減小第一定律的權(quán)威性；相反，第二定律拓展和加強(qiáng)了熱力學(xué)的權(quán)限。第三定律熱力學(xué)第三定律規(guī)定了熵的絕對(duì)零值，描述如下：對(duì)于那些處在絕對(duì)零度的完美晶體的變化來(lái)說(shuō)，總的熵的變化為零。該定律使用絕對(duì)值來(lái)描述熵。

Unit 13 Unit Operations in Chemical

Engineering

化學(xué)工程中的單元操作

化學(xué)工程由不同順序的步驟組成，這些步驟的原理與被操作的物料以及該特殊體系的其他特征無(wú)關(guān)。在設(shè)計(jì)一個(gè)過(guò)程中，如果（研究）步驟得到認(rèn)可，那么所用每一步驟可以分別進(jìn)行研究。有些步驟為化學(xué)反應(yīng)，而其他步驟為物理變化?；瘜W(xué)工程的可變通性（versatility）源于將一復(fù)雜過(guò)程的分解為單個(gè)的物理步驟（叫做單元操作）和化學(xué)反應(yīng)的實(shí)踐?；瘜W(xué)工程中單元操作的概念基于這種哲學(xué)觀點(diǎn)：各種不同順序的步驟可以減少為簡(jiǎn)單的操作或反應(yīng)。不管所處理的物料如何，這些簡(jiǎn)單的操作或反應(yīng)基本原理（fundamentals）是相同的。這一原理，在美國(guó)化學(xué)工業(yè)發(fā)展期間先驅(qū)者來(lái)說(shuō)是明顯的，首先由A.D.Lttle 于1915 年明確提出：任何化學(xué)過(guò)程，不管所進(jìn)行的規(guī)模如何，均可分解為（be resolvedinto）一系列的相同的單元操作，如：粉碎、混合、加熱、烘烤、吸收、壓縮、沉淀、結(jié)晶、過(guò)濾、溶解、電解等等。這些基本單元操作（的數(shù)目）為數(shù)不多，任何特殊的過(guò)程中包含其中的幾種?；瘜W(xué)工程的復(fù)雜性來(lái)自于條件（溫度、壓力等等）的多樣性，在這些條件下，單元操作以不同的過(guò)程進(jìn)行，同時(shí)其復(fù)雜性來(lái)自于限制條件，如由反應(yīng)物質(zhì)的物化特征所規(guī)定的結(jié)構(gòu)材料和設(shè)備的設(shè)計(jì)。最初列出的單元操作，引用的是上述的十二種操作，不是所有的操作都可視為單元操作。從那時(shí)起，確定了其他單元操作，過(guò)去確定的速度適中，但是近來(lái)速度加快。流體流動(dòng)、傳熱、蒸餾、潤(rùn)濕、氣體吸收、沉降、分粒、攪拌以及離心得到了認(rèn)可。近年來(lái)，對(duì)新技術(shù)的不斷理解以及古老但很少使用的分離技術(shù)的采用，引起了分離、處理操作或生產(chǎn)過(guò)程步驟上的數(shù)量不斷增加，在多種操作中，這些操作步驟在使用時(shí)不要大的改變。這就是“單元操作”這個(gè)術(shù)語(yǔ)的基礎(chǔ)，此基礎(chǔ)為我們提供了一系列的技術(shù)。1.單元操作的分類

（1）流體流動(dòng)流體流動(dòng)所涉及到的是確定任何流體的從一位置到另一位置的流動(dòng)或輸送的原理。（2）傳熱該單元操作涉及到（deal with）原理為：支配熱量和能量從一位置到另一位置的積累和傳遞。（3）蒸發(fā)這是傳熱中的一種特例，涉及到的是在溶液中揮發(fā)性溶劑從不揮發(fā)性的溶質(zhì)（如鹽或其他任何物質(zhì)）的揮發(fā)。（4）干燥在該操作中，揮發(fā)性的液體（通常是水）從固體物質(zhì)中除去。（5）蒸餾蒸餾是這樣一個(gè)操作：因?yàn)橐后w混合物的蒸汽壓強(qiáng)的差別，利用沸騰可將其中的各組分加以分離。（6）吸收在該操作中，一種氣流經(jīng)過(guò)一種液體處理后，其中一種組分得以除去。（7）膜分離該操作涉及到液體或氣體中的一種溶質(zhì)

通過(guò)半透膜向另一種流中的擴(kuò)散（8）液-液萃取在該操作中，（液體）溶液中的一種溶質(zhì)通過(guò)與該溶液相對(duì)不互溶的另一種液體溶劑相接觸而加以分離。（9）液-固浸取在該操作所涉及的是，用一種液體處理一種細(xì)小可分固體，該液體能溶解這種固體，從而除去該固體中所含的溶質(zhì)。（10）結(jié)晶結(jié)晶涉及到的是，通過(guò)沉降方法將溶液中的溶質(zhì)（如一種鹽）從該溶液中加以分離。（11）機(jī)械物理分離這些分離方法包括，利用物理方法分離固體、液體、或氣體。這些物理方法，如過(guò)濾、沉降、粒分，通常歸為分離單元操作。許多單元操作有著相同的基本原理、基本原則或機(jī)理。例如，擴(kuò)散機(jī)理或質(zhì)量傳遞發(fā)生于干燥、吸收、蒸餾和結(jié)晶中，傳熱存在于干燥、蒸餾、蒸發(fā)等等。

2.基本概念

因?yàn)閱卧僮魇枪こ虒W(xué)的一個(gè)分支，所以它們同時(shí)建立在科學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上。在設(shè)計(jì)那些能夠制造、能組合、能操作、能維修的設(shè)備時(shí)，必須要將理論和實(shí)踐結(jié)合起來(lái)。下面四個(gè)概念是基本的（basic），形成了所有操作的計(jì)算的基礎(chǔ)。物料衡算如果物質(zhì)既沒(méi)有被創(chuàng)造又沒(méi)有被消滅，除了在操作中物質(zhì)停留和積累以外，那么進(jìn)入某一操作的所有物料的總質(zhì)量與離開(kāi)該操作的所有物料的總質(zhì)量相等。應(yīng)用該原理，可以計(jì)算出化學(xué)反應(yīng)的收率或工程操作的得率。在連續(xù)操作中，操作中通常沒(méi)有物料的積累，物料平衡簡(jiǎn)單地由所有的進(jìn)入的物料和所有的離開(kāi)的物料組成，這種方式與會(huì)計(jì)所用方法相同。結(jié)果必須要達(dá)到平衡。只要（as long as）該反應(yīng)是化學(xué)反應(yīng)，而且不消滅或創(chuàng)造原子，那么將原子作為物料平衡的基礎(chǔ)是正確的，而且常常非常方便?？梢哉麄€(gè)工廠或某一單元的任何一部分進(jìn)行物料衡算，這取決于所研究的問(wèn)題。能量恒算相似地，要確定操作一操作所需的能量或維持所需的操作條件時(shí)，可以對(duì)任何工廠或單元操作進(jìn)行能量衡算。該原理與物料衡算同樣重要，使用方式相同。重要的是記住，盡管能量可能會(huì)轉(zhuǎn)換為另一種等量形式，但是要把各種形式的所有的能量包括在內(nèi)。理想接觸（平衡級(jí)模型）無(wú)論（whenever）所處理的物料在具體條件（如溫度、壓強(qiáng)、化學(xué)組成或電勢(shì)條件）下接觸時(shí)間長(zhǎng)短如何，這些物料都有接近一定的平衡條件的趨勢(shì)，該平衡由具體的條件確定。在多數(shù)情況下，達(dá)到平衡條件的速率如此之快或所需時(shí)間足夠長(zhǎng)，以致每一次接觸都達(dá)到了平衡條件。這樣的接觸可視為一種平衡或一種平衡接觸。理想接觸數(shù)目的計(jì)算是理解這些單元操作時(shí)所需的重要的步驟，這些單元操作涉及到物料從一相到另一相的傳遞，如浸取、萃取、吸收和溶解。操作速率（傳遞速率模型）在大多數(shù)操作中，要么是因?yàn)闀r(shí)間不夠，要么是因?yàn)椴恍枰胶猓虼诉_(dá)不到平衡，只要一達(dá)到平衡，就不會(huì)發(fā)生進(jìn)一步變化，該過(guò)程就會(huì)停止，但是工程師們必須要使該過(guò)程繼續(xù)進(jìn)行。由于這種原因，速率操作，例如能量傳遞速率、質(zhì)量傳遞速率以及化學(xué)反應(yīng)速率，是極其重要而有趣的。在所有的情況中，速率和方向決定于位能的差異或驅(qū)動(dòng)力。速率通常可表示為，與除以阻力的壓降成正比。這種原理在電能中應(yīng)用，與用于穩(wěn)定或直流電流的歐姆定律相似。用這種簡(jiǎn)單的概念解決傳熱或傳質(zhì)中的速率問(wèn)題時(shí)，主要的困難是對(duì)阻力的估計(jì)，阻力一般是通過(guò)不同條件下許多傳遞速率的確定式（determination）的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式加以計(jì)算。速率直接地決定于壓降，間接地決定于阻力的這種基本概念，可以運(yùn)用到任一速率操作，盡管對(duì)于特殊情況的速率可以不同的方式用特殊的系數(shù)來(lái)表達(dá)。

第三篇：化學(xué)工程與工藝專業(yè)英語(yǔ)第16-21單元翻譯

Unit 16 Evaporation, Crystallization and Drying

第十六單元蒸發(fā)、結(jié)晶和干燥

1．蒸發(fā)

蒸發(fā)器是利用加熱來(lái)濃縮溶液，或是利用熱把溶解的固體從飽和溶液沉淀析出以對(duì)之回收。蒸發(fā)器是有著特殊規(guī)定的再沸器，以用于分離氣液兩相，或當(dāng)固體物質(zhì)沉淀或結(jié)晶析出時(shí)，用于除去該固體物質(zhì)。在一些應(yīng)用中，尤其當(dāng)提供足夠的干舷時(shí)，簡(jiǎn)單的釜式再沸器就足夠了。管式的蒸發(fā)器或是水平的或是垂直的，或長(zhǎng)或短；液體可位于管內(nèi)或管外，循環(huán)可以是自然循環(huán)或是以泵或推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)的強(qiáng)制性循環(huán)。

自然循環(huán)型的蒸發(fā)器是最常見(jiàn)的。強(qiáng)制循環(huán)型循環(huán)器非常適合于處理粘性或腐蝕性的物料，但是購(gòu)置和維修的費(fèi)用高。在長(zhǎng)管式垂直設(shè)計(jì)中，由于蒸發(fā)，液體處于在環(huán)流或膜流中，相應(yīng)地，該蒸發(fā)器稱之為升膜式蒸發(fā)器。在降膜式蒸發(fā)器，液體分布于蒸發(fā)器的頂部，然后以流體的形式向下流。靜壓頭可忽略，壓降只不過(guò)是汽流的摩擦力，傳熱效果較好。由于接觸時(shí)間短以及兩相分離完全，降膜式蒸發(fā)適合于熱敏性物料。

長(zhǎng)管式蒸發(fā)器（或是自然循環(huán)或是強(qiáng)制循環(huán)）用得最廣泛。管的直徑范圍從19～63 mm，長(zhǎng)度12～30 ft。排管式蒸發(fā)器管長(zhǎng)3～5 ft，它的中央降壓管的面積與該管的橫截面積相等。有時(shí)，排管式蒸發(fā)器中的循環(huán)以推進(jìn)器來(lái)驅(qū)動(dòng)。在某些類型的蒸發(fā)器中，固體直到它們達(dá)到所需的尺度時(shí)才開(kāi)始循環(huán)。

在蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)和操作時(shí)，熱經(jīng)濟(jì)是一個(gè)主要考慮因素。因?yàn)殡x開(kāi)的蒸汽的潛熱沒(méi)有被利用而是丟棄，所以單效蒸發(fā)器浪費(fèi)能量。然而，利用多效蒸發(fā)器可以回收和再次利用大部分潛熱。

已經(jīng)開(kāi)發(fā)了各種各式的蒸發(fā)器以用于特殊工業(yè)中的特殊應(yīng)用。蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)可分成如下基本類型： 直接加熱蒸發(fā)器 該類型的蒸發(fā)器包括鹽池和浸泡燃燒裝置。浸泡燃燒蒸發(fā)器可應(yīng)用于那些由燃燒產(chǎn)物引起的溶液污染可接受的場(chǎng)所。

長(zhǎng)管蒸發(fā)器 在該類型蒸發(fā)器中，液體以薄膜的形式在長(zhǎng)的垂直的熱的蒸發(fā)管中流動(dòng)，既可用降膜式蒸發(fā)器又可用升膜式蒸發(fā)器，處理能力大，適合于低粘度的溶液。

強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器 在強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器中，液體由泵輸送到蒸發(fā)管中，適用于那些會(huì)污染傳熱表面的物料，以及適用于蒸發(fā)器發(fā)生結(jié)晶的場(chǎng)所。

攪拌式薄膜蒸發(fā)器 在這種蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)中，利用機(jī)械方法（手段）將一薄層溶液撒到加熱表面上。刮薄式蒸發(fā)器用于高粘度的物料和固體產(chǎn)物。

短管式蒸發(fā)器 也稱排管式蒸發(fā)器，用于制糖工業(yè)中。蒸發(fā)器的選擇

對(duì)于某一特殊應(yīng)用，最適合的蒸發(fā)器類型的選擇取決于下列因素：（1）所需的處理量

（2）進(jìn)料的粘度以及蒸發(fā)過(guò)程中粘度的增加（3）所需的產(chǎn)物的本質(zhì)：固體、淤泥或濃溶液（4）產(chǎn)物的熱敏性（5）物料是否會(huì)產(chǎn)生污染（6）溶液是否會(huì)起泡（7）是否可用直接加熱

輔助設(shè)備 對(duì)于真空條件下操作的蒸發(fā)器，需要冷凝器和真空泵；對(duì)于水溶液，則需利用蒸汽噴射器和噴射式冷凝器。噴射式冷凝器是直接冷凝器，在該冷凝器中，蒸汽是利用冷卻水噴射直接而冷卻。2．結(jié)晶

結(jié)晶用于固體的產(chǎn)生、純化及其回收。結(jié)晶的產(chǎn)物有著好看的外表，流動(dòng)性能好，易處理，易包裝。該操作的應(yīng)用范圍廣：從特種化學(xué)品（如藥物）的小規(guī)模生產(chǎn)，到產(chǎn)品以噸數(shù)生產(chǎn)（如糖、常見(jiàn)鹽類和肥料）生產(chǎn)（都可以使用該操作）。

結(jié)晶的設(shè)備可用于所得到液體過(guò)程和現(xiàn)象的方法加以分類，也可用用于懸浮增長(zhǎng)晶體的方法加以分類。可以通過(guò)冷卻或蒸發(fā)得到過(guò)飽和現(xiàn)象。有四類基本的結(jié)晶器：槽式結(jié)晶器、刮膜式結(jié)晶器、晶漿循環(huán)結(jié)晶器、以及母液循環(huán)式結(jié)晶器。

表3-2 總結(jié)了這些主要類型的結(jié)晶器的典型應(yīng)用（譯成為主動(dòng)句較好）結(jié)晶器的類型應(yīng)用典型的用途

槽式結(jié)晶器間歇操作、規(guī)模生產(chǎn)小脂肪酸、植物油、糖 刮膜式結(jié)晶器有機(jī)化合物、用于有污染問(wèn)題 的場(chǎng)所，粘性的物料

氯苯、有機(jī)酸、烷烴、石蠟油、環(huán)烷烴、尿素

巖漿循環(huán)結(jié)晶器大顆粒晶體的生產(chǎn)、生產(chǎn)量大銨和其它無(wú)機(jī)鹽、氯化鈉和氯化鉀 液體循環(huán)結(jié)晶器生產(chǎn)均勻的晶體（其尺寸小于巖漿）、生產(chǎn)量大 石膏、無(wú)機(jī)鹽、硝酸鈉和硝酸鉀、硝酸銀 3．干燥

干燥是用蒸發(fā)方法除去水和其它的揮發(fā)性液體。大部分在其生產(chǎn)時(shí)需要干燥。選擇干燥設(shè)備的最主要的考慮因素是進(jìn)料的本質(zhì)及其濃度。干燥是能源密集型的過(guò)程，利用熱干燥來(lái)除去液體的費(fèi)用較利用機(jī)械技術(shù)的費(fèi)用要高得多。

除了幾種特殊的應(yīng)用之外，熱的空氣在工業(yè)干燥器中用作加熱和傳質(zhì)介質(zhì)?？諝饪芍苯佑盟萌剂希ㄊ?、天然氣和煤）的燃燒產(chǎn)物加熱，或者間接加熱，通常通過(guò)蒸汽加熱的翅片管 管道加熱。

用于化學(xué)過(guò)程工業(yè)中的干燥器基本類型有：

板式干燥器 間歇板式干燥器用于干燥少量的固體，所適用的物料范圍廣。欲干燥的物料位于固體底板上，在固體底板上吹入熱空氣，欲干燥的物料位于穿了孔的底板上，熱空氣流經(jīng)該底板。間歇干燥器勞動(dòng)力要求高，但在干燥條件和產(chǎn)物存貨可以得到很好的控制。板式干燥器適合于干燥有價(jià)值的產(chǎn)物（品）。

帶式干燥器（連續(xù)循環(huán)帶式干燥器）該類型的干燥器，固體產(chǎn)物在一個(gè)很長(zhǎng)的穿孔的傳送帶上，熱空氣強(qiáng)制地流過(guò)該傳送帶。傳送帶被罩在一長(zhǎng)的矩形箱內(nèi)，該箱分成幾個(gè)區(qū)域，以致能控制干燥氣體的流型和溫度。固體干燥器和干燥空氣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)可以是并流的，或者更多的是對(duì)流。

該類型的干燥器只適合于那些形成帶式結(jié)晶的床層的物料，可實(shí)現(xiàn)較高的干燥速率，質(zhì)量控制容易，熱效率高，以蒸汽加熱，干燥每1 kg 蒸發(fā)水需要用蒸汽低于1.5 kg。該類型的干燥器的缺點(diǎn)為，由于機(jī)械傳送帶、維護(hù)費(fèi)用高，所以首次（最初的）費(fèi)用高。

旋轉(zhuǎn)式干燥器 在旋轉(zhuǎn)式干燥器中，固體物質(zhì)沿著一旋轉(zhuǎn)的傾斜的圓柱的內(nèi)部進(jìn)行輸送，通過(guò)直接與流經(jīng)圓柱的熱空氣而加熱、干燥。有時(shí)，圓柱間接加熱。

旋轉(zhuǎn)干燥器適合于干燥自由流動(dòng)的粒狀的物質(zhì)，適合用于產(chǎn)量高的連續(xù)操作；熱效率高，投資費(fèi)用和勞力費(fèi)用相對(duì)較低。該類型干燥器的一些缺點(diǎn)為：停留時(shí)間不統(tǒng)一，產(chǎn)生灰塵，噪聲程度較大。

流化床干燥器 在該類型的干燥器中，干燥氣以足夠的速率通過(guò)固體床層，以使床層保持在流化狀態(tài)，該流化狀態(tài)可提高很大傳熱和干燥速率。流化床干燥器適合于粒狀大小范圍，為1～3ｍｍ的粒狀和晶體狀物質(zhì)。該干燥器可設(shè)計(jì)為連續(xù)操作和間歇操作。流化床干燥器的主要優(yōu)點(diǎn)：熱傳遞快且均勻、干燥時(shí)間短、干燥條件能很好控制、占地面積的要求低。與其它類型的干燥器相比，需要的動(dòng)力高。

氣流干燥器 也稱flash 干燥器它們的操作原理與噴霧式干燥器相似。欲干燥的產(chǎn)品由

一個(gè)合適的進(jìn)料器分散于向上流動(dòng)的加熱氣的蒸汽中。該設(shè)備起著氣流傳送設(shè)備和干燥器的作用。接觸時(shí)間短，（該因素）限制了要干燥的物料顆粒的大小。氣流干燥器適合于那些顆粒太小而不能在流化床干燥器中干燥的物料。該類型的干燥劑的熱效率一般較低。

噴霧式干燥器 噴霧式干燥器一般適合用于液體和稀的淤泥進(jìn)料，但是可通過(guò)設(shè)計(jì)以處理任何能用泵輸送的物料。放置于垂直的圓柱形容器的要干燥的物料，在一噴嘴中或在一圓盤(pán)狀的原子化器中原子化。熱的空氣在容器中向上流（在有些設(shè)計(jì)中向下流）、輸送以及干燥液滴。液體從液滴的表面上快速汽化，同時(shí)形成有空隙的多孔的顆粒。干燥過(guò)的顆粒在旋風(fēng)（cyclone）分離器中或在袋狀過(guò)濾器中加以除去。

噴霧式干燥器的主要優(yōu)點(diǎn)是：接觸時(shí)間短，這使它適合于干燥熱敏性物質(zhì)；能很好地控制產(chǎn)物顆粒尺度、體相密度。因?yàn)檫M(jìn)料中固體濃度低，所以加熱的要求高。

旋轉(zhuǎn)鼓式干燥器

鼓式干燥器適合用于液體和稀淤泥進(jìn)料。當(dāng)欲干燥的物料會(huì)的加熱表面形成一薄膜，不是熱敏性物料時(shí)，鼓式干燥器可以替代噴霧式干燥器（另一種選擇）。

Unit 17 Chemical Reaction Engineering

第十七單元化學(xué)反應(yīng)工程

每一種工業(yè)化的化工過(guò)程的目的都是通過(guò)一系列的處理步驟從各種原料經(jīng)濟(jì)性地生成所需的產(chǎn)品。圖3－5 表示一種典型的過(guò)程。為了使原料處于能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的形式，原料要經(jīng)過(guò)許多物理處理步驟，然后，通過(guò)反應(yīng)器。為了得到最終的所需的產(chǎn)品，反應(yīng)的產(chǎn)物必須經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的物理處理，如分離、純化等。

用于物理處理步驟的設(shè)備的設(shè)計(jì)在單元操作中研究，這里我們關(guān)心的是過(guò)程的化學(xué)處理步驟。經(jīng)濟(jì)上，化學(xué)處理步驟是不重要的裝置，如一簡(jiǎn)單的混合槽。然而，化學(xué)處理步驟通常是整個(gè)過(guò)程的核心，在經(jīng)濟(jì)方面可使過(guò)程發(fā)生或停止的因素。

反應(yīng)器的設(shè)計(jì)不是例行公事，對(duì)于某一過(guò)程可以提出許多其它的設(shè)計(jì)。為了尋求最佳的設(shè)計(jì)，必須減少的費(fèi)用不僅僅是反應(yīng)器費(fèi)用。一種設(shè)計(jì)可以是反應(yīng)器費(fèi)用低，但離開(kāi)該裝置的物料可以是該情況：物料的處理費(fèi)用比其它設(shè)計(jì)費(fèi)用高得多。所以全過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性必須要考慮。

反應(yīng)器的設(shè)計(jì)要運(yùn)用各種領(lǐng)域（熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)、傳質(zhì)、傳熱以及經(jīng)濟(jì)學(xué)）的信息、知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)?；瘜W(xué)反應(yīng)工程是這些所有的因素的綜合，其目的是精確地設(shè)計(jì)化學(xué)反應(yīng)器。

化學(xué)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)可能是化學(xué)工程師的獨(dú)特（unique）的一種活動(dòng)，這可能較其它方面更能證明化學(xué)工程作為工程學(xué)科的獨(dú)特的分支的存在。

在化學(xué)反應(yīng)器設(shè)計(jì)時(shí)，必須要回答兩個(gè)問(wèn)題：（1）我們期望發(fā)生什么變化？（2）變化發(fā)生有多快？。

第一個(gè)問(wèn)題關(guān)于熱力學(xué)，而第二個(gè)問(wèn)題是關(guān)于各種速率過(guò)程— — 化學(xué)動(dòng)力學(xué)、傳熱，等等。把這些過(guò)程綜合起來(lái)以及要確定這些過(guò)程是如何關(guān)聯(lián)的，是相當(dāng)難的問(wèn)題（事情）。因此我們必須從簡(jiǎn)單的情況開(kāi)始，利用考慮其它的因素來(lái)增長(zhǎng)（幫助）我們的分析，直到我們能處理更困難的問(wèn)題。

1、熱力學(xué)

熱力學(xué)給出了設(shè)計(jì)所需的兩條重要的信息：反應(yīng)釋放（或吸收）的熱量以及反應(yīng)的最大的可能程度。

化學(xué)反應(yīng)總是伴隨著熱量的釋放或吸收，對(duì)于一合適的設(shè)計(jì)，熱量的大小必須要知道，如 反應(yīng)： 正，吸熱反應(yīng) aA→ rR＋sS △Hr 負(fù)，放熱反應(yīng)

在反應(yīng)前后，對(duì)體系在同一溫度、壓力下進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)a 摩爾的A 消失生成r 摩爾的R和s 摩爾的S 時(shí)，在T 溫度下的反應(yīng)熱為環(huán)境傳給該反應(yīng)體系的熱量。若知道反應(yīng)熱或是通熱化學(xué)數(shù)據(jù)對(duì)反應(yīng)熱進(jìn)行估計(jì)，那么可以計(jì)算反應(yīng)過(guò)程的熱效應(yīng)。

熱力學(xué)中，也可以從反應(yīng)物料的標(biāo)準(zhǔn)自由能來(lái)計(jì)算平衡常數(shù)K。如果知道了平衡常數(shù)，那么可以估計(jì)反應(yīng)物的最大的可得的收率。

2、化學(xué)動(dòng)力學(xué)

在合適的條件下，進(jìn)料可以轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌牟煌奈镔|(zhì)，這些物質(zhì)可構(gòu)成不同的化學(xué)種類。如果該過(guò)程只是通過(guò)組成的原子的重排和重新分配的發(fā)生來(lái)形成新的分子，那么我們說(shuō)發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)?；瘜W(xué)是與這些反應(yīng)的研究有關(guān)，研究反應(yīng)的形式和機(jī)理，研究所涉及到的物理和能量變化以及產(chǎn)品的生成速率。

最后提起的感興趣的領(lǐng)域是化學(xué)動(dòng)力學(xué)，化學(xué)動(dòng)力學(xué)是我們首先所關(guān)注的。化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究的是影響反應(yīng)速率的因素，測(cè)定反應(yīng)速率以及對(duì)得到的數(shù)值的提出解釋。對(duì)于化學(xué)工程師來(lái)說(shuō)，如果他要滿意地設(shè)計(jì)影響工業(yè)規(guī)模的反應(yīng)的設(shè)備，那么他必須知道一個(gè)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)。當(dāng)然，如果該反應(yīng)如此快以致該體系基本上處于平衡，那么可大大簡(jiǎn)化設(shè)備的設(shè)計(jì)。不需要?jiǎng)恿W(xué)信息，熱力學(xué)信息就足夠了。

3、均相反應(yīng)和多相反應(yīng)

均相反應(yīng)是這樣的反應(yīng)：在該反應(yīng)中，反應(yīng)物、產(chǎn)物和所用的催化劑形成一個(gè)連續(xù)相：氣相或液相。均相的氣相反應(yīng)器總是連續(xù)操作，而均勻的液相反應(yīng)器可以間歇操作或連續(xù)操作。管式反應(yīng)器通常用于均相的氣相反應(yīng)，例如，在石油組分熱裂解以生成乙烯過(guò)程中，以及二氯甲烷熱分解生成氯乙烯中。管式和攪拌釜式反應(yīng)器均可用于均相的液相反應(yīng)。

在多相反應(yīng)中，存在兩相或多相，反應(yīng)器的設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題是提高相間的質(zhì)量傳遞?？赡艿南嗟慕M合有：

（1）液－液兩相不互溶的液相；反應(yīng)有用混合酸對(duì)甲苯或苯的硝化反應(yīng)、乳狀液的聚合反應(yīng)。（2）液－固兩相一種或多種液相對(duì)一種固體相接觸，該固體或是反應(yīng)物或是催化劑。（3）液－固－氣三相此時(shí)，固體通常為催化劑，如在氨的氫解反應(yīng)中，用固在活性 炭上的漿狀鉑（Pt）作為催化劑。

（4）氣－固兩相在這種情況下，固體可以參與反應(yīng)或用作催化劑，例如：吹氣爐中鐵礦的還原反應(yīng)以及固體燃料的燃燒，在這些例子中固體為反應(yīng)物。

（5）氣－液相在這種情況下，液體參與反應(yīng)或用作催化劑。

4、反應(yīng)器的幾何構(gòu)型（類型）

用于那些已經(jīng)成熟的過(guò)程的反應(yīng)器的設(shè)計(jì)通常較為復(fù)雜，這些設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的開(kāi)發(fā)（或發(fā)展）以滿足該過(guò)程的要求，而且該反應(yīng)器的設(shè)計(jì)獨(dú)特。然而，可方便地將反應(yīng)器的設(shè)計(jì)分成以下幾類。

攪拌釜式反應(yīng)器

攪拌釜式反應(yīng)器由帶有機(jī)械攪拌器和冷卻外套或線圈的釜組成，可以是間歇反應(yīng)器或連續(xù)反應(yīng)器。幾個(gè)反應(yīng)器可以串聯(lián)使用。

可以認(rèn)為攪拌釜式反應(yīng)器是基本的化學(xué)反應(yīng)器，其模型建立常見(jiàn)的大規(guī)模實(shí)驗(yàn)室燒瓶的基礎(chǔ)之上。反應(yīng)釜的尺寸從幾升到幾千升不等。它們用于均相和多相的液－液和液－氣反應(yīng)；以及用于那些涉及到有細(xì)小的懸浮固體的反應(yīng)，懸浮固體由攪拌得以保持。因?yàn)閿嚢璧某潭扔稍O(shè)計(jì)師（者）的控制，所以攪拌釜式反應(yīng)特別適合于那些需要良好的傳質(zhì)或傳熱的反應(yīng)。

當(dāng)反應(yīng)器以連續(xù)操作時(shí)，反應(yīng)器中的組成不變，與產(chǎn)品流中的組成相同。因此，除了快速反應(yīng)外，這將限制一步反應(yīng)所能得到的轉(zhuǎn)化率。

攪拌的動(dòng)力要求取決于所需的攪拌程度，其范圍為：從適中混合的0.2 KW/ms 到劇烈混合時(shí)的2 KW /ms。

管式反應(yīng)器

管式反應(yīng)器通常用于氣相反應(yīng)，但也適用于一些液相反應(yīng)。

如果需要傳熱速率高，那么可用直徑小的管子以增加表面積與體積的比率。幾根管子可并聯(lián)排列，以相似排列連接于多種或固定每于一外殼和管式加熱器上以形成管板。對(duì)于高溫反應(yīng)，這些管子可排列在一爐子之中。

填料床反應(yīng)器 有兩種類型的填料床反應(yīng)器：一類以固體是反應(yīng)物，另一類以固體是催化劑。在萃取濕法冶金工業(yè)中，可找到第一類反應(yīng)器許多例子。

化學(xué)過(guò)程工業(yè)的設(shè)計(jì)者，通常關(guān)注的是第二類反應(yīng)器：催化反應(yīng)器。工業(yè)上的填料床催化反應(yīng)器尺寸范圍：小到直徑為厘米長(zhǎng)小試管，大到直徑很大的填料床。填料床反應(yīng)器用于氣體和氣－液兩相反應(yīng)。在直徑很大的填料床上傳熱速率慢，需要很大的傳熱速率的場(chǎng)所，應(yīng)該考慮流化床反應(yīng)器。

流化床反應(yīng)器 流化床的基本特征為，固體物質(zhì)通過(guò)反應(yīng)流體的向上流動(dòng)而維護(hù)懸浮狀態(tài)，這有助于提高傳質(zhì)和傳熱速率、混合均勻。該固體物質(zhì)可以是催化劑；流化燃燒過(guò)程中的一種反應(yīng)物或是為了提高傳熱而加入的惰性粉末。與固定床相比，盡管流化床的主要優(yōu)點(diǎn)（勢(shì)）在于傳熱速率較高，但是在那些必須要輸送大量的固體時(shí)，流化床作為反應(yīng)過(guò)程一部分很有用，如用于催化劑從一個(gè)容器轉(zhuǎn)移到另一個(gè)容器而再生的場(chǎng)所。

流化床只用于尺度相對(duì)較?。?0um）的顆粒和氣體。

近年來(lái)，在流化床反應(yīng)器方面作了大量的研究和開(kāi)發(fā)工作，但是直徑很大的反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和放大仍然是不穩(wěn)定的過(guò)程，設(shè)計(jì)的方法主要是經(jīng)驗(yàn)（方法）。

間歇或連續(xù)操作（處理）

在間歇操作中，所有的試劑在開(kāi)始時(shí)同時(shí)加入；反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，組成隨著時(shí)間的改變，當(dāng)達(dá)到所需的轉(zhuǎn)化率時(shí)，停止反應(yīng)，取出產(chǎn)物。間歇過(guò)程適合于小量（規(guī)模）的生產(chǎn)，以及適合于在同一設(shè)備生產(chǎn)不同的產(chǎn)品或不同種級(jí)別產(chǎn)品的過(guò)程，如，生產(chǎn)顏料、染料和聚合物。

在連續(xù)的過(guò)程中，反應(yīng)物連續(xù)不斷地加入到反應(yīng)器中以及產(chǎn)物連續(xù)不斷地取出。反應(yīng)器在穩(wěn)態(tài)條件下進(jìn)行操作，通常連續(xù)生產(chǎn)較間歇生產(chǎn)的生產(chǎn)費(fèi)用要低，但是缺少間歇生產(chǎn)的彈性。大規(guī)模的生產(chǎn)常常選擇連續(xù)反應(yīng)器。那些不適合間歇操作和連續(xù)操作的定義的操作常叫做半連續(xù)或半間歇操作。在半間歇反應(yīng)器中，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，可以加入某些反應(yīng)物或取出某些反應(yīng)產(chǎn)物。半連續(xù)的過(guò)程是那些為了某一目的而定期中斷的過(guò)程，如為了催化劑的再生。

第18單元

化工建模

在閱讀本單元之前，試著回答下面的問(wèn)題： 在化工中建模和經(jīng)驗(yàn)方法的主要特征是什么？ 你能列舉出一個(gè)結(jié)合建模和模擬方法的一些優(yōu)點(diǎn)嗎？ 你能指出建模過(guò)程的主要階段嗎？ 你知道在過(guò)程控制中有多少基本概念嗎？

與描述化學(xué)過(guò)程現(xiàn)象純粹的經(jīng)驗(yàn)方法相比，建模方法試圖用已建立好的理論描述性能。當(dāng)用數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述時(shí)，這些理論描述了過(guò)程的工作模型。在執(zhí)行一個(gè)建模設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者需要考慮過(guò)程所有重要參數(shù)的特性、它們對(duì)過(guò)程的影響以及每個(gè)參數(shù)如何能夠用定量的公式定義，也就是說(shuō)，模擬者必須確定重要的變量和它們各自的作用，實(shí)際上可能對(duì)整個(gè)過(guò)程有強(qiáng)烈的相互影響。這樣，既然必須嚴(yán)格地評(píng)估所有相關(guān)的理論，這個(gè)模型的作用就是為了對(duì)過(guò)程進(jìn)行更好的理解。而且，用數(shù)學(xué)方程表達(dá)理論的工作也是促進(jìn)基本概念用明顯的公式表達(dá)的一個(gè)非常積極的因素。

一旦公式化，模型可以求解，利用該模型預(yù)測(cè)的行為可以與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比較。性能上的任何差別然后可以用來(lái)進(jìn)一步重新定義或精修模型，直至獲得好的一致性。模型一旦建立，它以合理的置信度被用來(lái)預(yù)測(cè)在不同的過(guò)程條件下的性能，用于過(guò)程設(shè)計(jì)、優(yōu)化和控制。當(dāng)然，為了建立或檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?，需要輸入工廠或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)。但是相比經(jīng)驗(yàn)方法，所需的數(shù)據(jù)量大大減少了.模擬和經(jīng)驗(yàn)方法的比較列在下面。

經(jīng)驗(yàn)方法.測(cè)定所有工廠操作條件下的生產(chǎn)率，建立相關(guān)聯(lián)系。

優(yōu)點(diǎn)：需要較少的思考。

缺點(diǎn)：需要許多實(shí)驗(yàn)。

模擬方法.建立模型，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)確定模型的參數(shù)。把實(shí)驗(yàn)測(cè)量和模型進(jìn)行比較。采用模型進(jìn)行理性設(shè)計(jì)、控制和優(yōu)化。

優(yōu)點(diǎn)：需要較少的實(shí)驗(yàn)，獲得更重要的信息。

缺點(diǎn)：開(kāi)發(fā)模型需要時(shí)間 1.建模方法的一般性質(zhì)（通用特性）

在開(kāi)發(fā)任何模型時(shí)一個(gè)重要的階段是建立合適的質(zhì)量和能量平衡方程。還必須加上能夠代表體系性能變化、相平衡和應(yīng)用控制的合適的化學(xué)反應(yīng)速率、傳熱和傳質(zhì)速率動(dòng)力學(xué)方程。這些關(guān)系式組合起來(lái)為定量描述過(guò)程提供了一個(gè)基礎(chǔ)，并構(gòu)成了基本的數(shù)學(xué)模型。得到的模型從包括一個(gè)相對(duì)少的方程的簡(jiǎn)單情況到非常復(fù)雜的模型。然而，模型越復(fù)雜，找到增加參數(shù)值的困難越大。因此，建模的一個(gè)技巧是獲得能夠代表實(shí)際過(guò)程的可能的最簡(jiǎn)單的模型。

過(guò)程模型的一個(gè)基本的應(yīng)用是通過(guò)對(duì)重要的過(guò)程變量設(shè)置數(shù)值，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而表征該過(guò)程。該模型也可以用合適的數(shù)學(xué)數(shù)據(jù)值和模擬預(yù)測(cè)進(jìn)行求解，并與實(shí)際的結(jié)果相比較。這個(gè)過(guò)程被稱為模擬，即證實(shí)模型以及合適的參數(shù)值是正確的。然而，模擬也可以預(yù)測(cè)的方式用于測(cè)試變化條件下的可能行為，并進(jìn)行過(guò)優(yōu)化，獲得高級(jí)的控制策略。

應(yīng)用模型和模擬組合方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）模型增進(jìn)理解.在構(gòu)建數(shù)學(xué)模型時(shí)，模擬者需要詳細(xì)地考慮復(fù)雜的因果順序以及涉及到過(guò)程中的復(fù)雜的相互關(guān)系。把模型預(yù)測(cè)和實(shí)際行為進(jìn)行比較通常可以促進(jìn)對(duì)過(guò)程的進(jìn)一步理解，簡(jiǎn)言之，就是不得不考慮模型可能出錯(cuò)的方式。

（2）模型幫助實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì).實(shí)驗(yàn)以模型進(jìn)行適當(dāng)測(cè)試的方式設(shè)計(jì)是很重要的。通常模型本身將表明需要某些特定參數(shù)，否則它們可能被忽略。相反地，對(duì)模型的靈敏性測(cè)試可能表明某些參數(shù)可能是可忽略的，因此在模型中可以被忽略。

（3）模型可預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)與控制.一旦模型被建立，模型能夠預(yù)測(cè)不同過(guò)程條件下，在實(shí)驗(yàn)上難于達(dá)到的性能。模型也可用于相對(duì)復(fù)雜的控制系統(tǒng)，通?？梢孕纬煽刂扑惴ǖ囊粋€(gè)整體部分?；跀?shù)學(xué)和知識(shí)的模型可以用于設(shè)計(jì)和優(yōu)化新的過(guò)程。

（4）模型可用于培訓(xùn)和教學(xué).反應(yīng)器操作的許多重要的方面可以用簡(jiǎn)單的模型模擬。這包括過(guò)程的開(kāi)始、關(guān)閉、進(jìn)料策略、動(dòng)力學(xué)測(cè)試、熱效應(yīng)和控制。這些效應(yīng)可以用計(jì)算機(jī)容易地演示，但是在實(shí)際中進(jìn)行演示通常是困難和昂貴的。

（5）模型可以用于過(guò)程優(yōu)化.優(yōu)化通常涉及到兩個(gè)或多個(gè)變量的影響，其中一個(gè)通常直接與利潤(rùn)相聯(lián)系，而另一個(gè)與費(fèi)用相聯(lián)系。2.一般的建模程序

建模的一個(gè)更重要的特點(diǎn)是為了在模型預(yù)測(cè)結(jié)果和真實(shí)工廠數(shù)據(jù)之間獲得一致，需要對(duì)基本理論（物理模型）和數(shù)學(xué)方程進(jìn)行頻繁鑒定，使其能夠代表物理模型，即數(shù)學(xué)模型。如圖4-1所示，顯示了模擬過(guò)程中的幾個(gè)相關(guān)階段。

（1）第一包括對(duì)問(wèn)題、研究目標(biāo)和對(duì)象進(jìn)行適當(dāng)?shù)亩x。所有相關(guān)的理論必須結(jié)合實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估，可能需要開(kāi)發(fā)、考察可選的物理模型。

（2）可用的理論然后必須用數(shù)學(xué)術(shù)語(yǔ)公式化。大多數(shù)反應(yīng)器操作包括許多不同的變量（反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度、溫度、反應(yīng)物消耗的速率、產(chǎn)品形成和熱量產(chǎn)生），許多變量隨時(shí)間發(fā)生變化（間歇、半間歇操作）。由于這些原因，數(shù)學(xué)模型將通常由許多微分方程構(gòu)成。

（3）已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一個(gè)模型，然后必須求解這些方程?；は到y(tǒng)的數(shù)學(xué)模型通常非常復(fù)雜，是高度非線性的，因此不能獲得其分析解。因此必須使用數(shù)值求解方法。

數(shù)值模擬語(yǔ)言主要基于使用數(shù)值積分方法，可特別用于同時(shí)存在微分方程組的求解過(guò)程。

現(xiàn)在可提供許多快速有效的數(shù)值積分規(guī)則，以至許多數(shù)值模擬語(yǔ)言能夠替代積分程序。在該語(yǔ)言結(jié)構(gòu)中的分類算法能夠編寫(xiě)非常簡(jiǎn)單的程序，幾乎與初始構(gòu)建基本模型方程的方式一一對(duì)應(yīng)。得到的模擬程序非常容易理解和編寫(xiě)。另一個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)是便于輸出結(jié)果，是一些可以用非常簡(jiǎn)單的程序命令獲得的表格和圖形方式。

（4）計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)的有效性必須進(jìn)行檢驗(yàn)，步驟（1）到（3）通常將需要間隔一段時(shí)間進(jìn)行修正。結(jié)果的有效性取決于理論的正確選擇（物理和數(shù)學(xué)模型）、正確識(shí)別模型參數(shù)的能力和數(shù)值求解方法的準(zhǔn)確性。

在許多情況中，我們不能完全理解系統(tǒng)，這樣留下了很多不確定性。相關(guān)的理論也可能非常難于應(yīng)用。然后在這些情況下，通常需要作簡(jiǎn)化假設(shè)，接下來(lái)可以去掉或優(yōu)化這些假設(shè)，并獲得較好的接受。這些都必須注意和判斷以便于模型不要變得過(guò)于復(fù)雜、不要用不可測(cè)量的參數(shù)定義。通常缺少一致性可能是由于參數(shù)值的選擇不正確，可能甚至得到與模擬過(guò)程中觀察到的非常相反的變化趨勢(shì)。很明顯，這些模型響應(yīng)的參數(shù)是非常敏感的，需要非常小心的選擇或確定。

應(yīng)該注意的是：由于有時(shí)數(shù)據(jù)與過(guò)程只是定性一致可能足夠了，模型不必與數(shù)據(jù)有精確的一致。

Unit 19 過(guò)程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

在閱讀本單元之前，試著回答如下問(wèn)題： 可持續(xù)工業(yè)活動(dòng)的含義？ 化學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)怎么開(kāi)始？

在一個(gè)過(guò)程設(shè)計(jì)中包含哪些過(guò)程文件？ 你能解釋一下成功擴(kuò)大規(guī)模的概念嗎？

化工的目的并不是為了制備化合物，而是為了賺錢(qián)。但是，可持續(xù)工業(yè)活動(dòng)必須保證工業(yè)生產(chǎn)和生活良好的生態(tài)性，而利潤(rùn)則作為可持續(xù)工業(yè)活動(dòng)的重要一部分。也就是說(shuō)化工過(guò)程的廢物必須達(dá)到實(shí)際和經(jīng)濟(jì)上的最小化。由于廢物處理過(guò)程很大程度上并不是為了解決這個(gè)問(wèn)題，而是簡(jiǎn)單地把廢物從一個(gè)地方挪到另外一個(gè)地方，因此，這些依賴的廢物處理方法通常并不適當(dāng)?？沙掷m(xù)工業(yè)生產(chǎn)還意味著能源消耗也必須達(dá)到實(shí)際和經(jīng)濟(jì)上的最小化。并且不論是對(duì)操作人還是社會(huì)來(lái)說(shuō)，化工都不能表現(xiàn)出明顯的短期或者長(zhǎng)期危險(xiǎn)。

當(dāng)進(jìn)行一個(gè)化學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)一個(gè)化工過(guò)程來(lái)說(shuō)，有一個(gè)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)層次是很有作用的。首先進(jìn)行反應(yīng)器的設(shè)計(jì)。反應(yīng)器的設(shè)計(jì)支配著分離和循環(huán)過(guò)程。反應(yīng)器設(shè)計(jì)和分離過(guò)程共同支配著熱交換網(wǎng)絡(luò)的加熱和冷卻職責(zé)。它們并不能通過(guò)熱回收滿足，表明需要其他一些外部的設(shè)備。該體系的洋蔥狀層結(jié)構(gòu)示意圖如圖4.3所示。

根據(jù)這個(gè)體系，在設(shè)計(jì)的最后階段，經(jīng)常要考慮的是安全、健康和環(huán)境。對(duì)于純粹由設(shè)計(jì)過(guò)程原因引起的早期決定經(jīng)常導(dǎo)致安全、健康和環(huán)境問(wèn)題，并且還需要復(fù)雜的解決辦法，因此這個(gè)方法留下了很多需要解決的問(wèn)題。隨著設(shè)計(jì)進(jìn)行，這個(gè)也最好考慮一下。

需要使用有毒材料，或者用量較少，或者在惰性材料中稀釋時(shí)，這樣的設(shè)計(jì)過(guò)程必須安全，并且不需要復(fù)雜的安全系統(tǒng)。廢棄物較少的系統(tǒng)將不需要復(fù)雜的處理系統(tǒng)。隨著設(shè)計(jì)進(jìn)行和每一層設(shè)計(jì)過(guò)程增加，這些都必須考慮到。1.體系

（1）反應(yīng)器的選擇。通常設(shè)計(jì)過(guò)程最首要的就是要確定反應(yīng)器類型和操作條件。在選擇反應(yīng)器時(shí)，最重要的是原材料的效率（考慮材料結(jié)構(gòu)、安全等）。整個(gè)過(guò)程中，原材料費(fèi)用也是最重要的。任何原材料的無(wú)效使用都可能造成廢物蒸汽，從而變成環(huán)境問(wèn)題。

反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和流程圖的剩余部分密切相關(guān)。因此，隨著設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行，必須回到反應(yīng)器對(duì)照一下。（2）分離器的選擇。對(duì)于非均相混合物來(lái)說(shuō)，需要通過(guò)分離過(guò)程才能達(dá)到相分離的目的。在任何均相分離進(jìn)行之前，這樣的分離過(guò)程必須進(jìn)行。相分離一般比較簡(jiǎn)單，需要在首先進(jìn)行。

蒸餾是目前分離均相液體混合物最常用的方法。在設(shè)計(jì)早期階段，為了優(yōu)化壓力、回流比、或者蒸餾時(shí)的進(jìn)料條件，不需要很多嘗試。一旦隨后考慮整個(gè)過(guò)程的熱量時(shí)，最優(yōu)值將會(huì)發(fā)生變化。

分離低分子量物質(zhì)時(shí)，另一個(gè)常用來(lái)代替蒸餾的方法是吸收。液體流速、溫度和壓力是需要設(shè)置的重要變量，在這個(gè)階段也沒(méi)有必要嘗試去計(jì)算出最優(yōu)值。

（3）反應(yīng)-分離系統(tǒng)的合成。很多化工過(guò)程中，物質(zhì)的循環(huán)是一個(gè)重要特征。在反應(yīng)器設(shè)計(jì)中，過(guò)量反應(yīng)物、稀釋劑或加熱載體的使用對(duì)流程圖中的循環(huán)結(jié)構(gòu)具有很重要的影響。有時(shí)不需要的副產(chǎn)品進(jìn)行循環(huán)可以在源頭阻止其形成。

（4）蒸餾排序。除非有限制條件能夠嚴(yán)格阻止熱量聚集，簡(jiǎn)單蒸餾塔的排序能按照如下兩步進(jìn)行：（i）最好是確定少的非集成順序；（ii）研究熱量集成。在許多情況下，沒(méi)有必要同時(shí)解決這些問(wèn)題。與簡(jiǎn)單的塔器排序相比，復(fù)雜的塔器安排可以提供很大的節(jié)約能量的潛力。

（5）熱交換網(wǎng)絡(luò)和使用目標(biāo)。已經(jīng)建立洋蔥模型的兩個(gè)內(nèi)部層次（反應(yīng)-分離和循環(huán)）之后，物質(zhì)和能量平衡就知道了。這就需要根據(jù)熱回收問(wèn)題對(duì)冷熱蒸汽進(jìn)行定義了。

能量目標(biāo)可以直接通過(guò)物質(zhì)和能量守恒進(jìn)行計(jì)算。為了獲得能量費(fèi)用，沒(méi)有必要設(shè)計(jì)一個(gè)熱交換網(wǎng)絡(luò)。另一個(gè)情況可以通過(guò)把熱和能量方程聯(lián)立，通過(guò)重要的復(fù)雜的曲線可以方便快速獲得。

總的熱交換面積、操作單元數(shù)量、管板熱交換器的板數(shù)也必須進(jìn)行設(shè)定。考慮混合材料的構(gòu)造，壓力等級(jí)和設(shè)備類型，這樣可以確立總的資本費(fèi)用。進(jìn)而在設(shè)計(jì)做出之前，可以對(duì)能量和資本消耗進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)。

一旦這個(gè)設(shè)計(jì)確定好了前兩個(gè)層面之后（即反應(yīng)器和分離器），那么該設(shè)計(jì)總的費(fèi)用（反應(yīng)器、分離器、熱交換器和設(shè)備）就是總的反應(yīng)器和分離器的總費(fèi)用（精確估計(jì)）加上熱交換網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的總費(fèi)用。

（6）經(jīng)濟(jì)權(quán)衡。反應(yīng)器和其他部分的相關(guān)性非常重要。反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率是很重要的一個(gè)優(yōu)化變量，因?yàn)樗苋菀淄ㄟ^(guò)整個(gè)過(guò)程來(lái)影響大多數(shù)操作。并且，當(dāng)循環(huán)過(guò)程中存在惰性物質(zhì)時(shí)，惰性物質(zhì)的濃度則是另一個(gè)重要的優(yōu)化變量，同樣也對(duì)整個(gè)操作過(guò)程造成影響。

進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，必須考慮熱交換網(wǎng)絡(luò)的能量和資本費(fèi)用目標(biāo)。由于反應(yīng)器轉(zhuǎn)化率和循環(huán)惰性物質(zhì)濃度的變化改變了過(guò)程的物質(zhì)和能量平衡，并改變了熱回收問(wèn)題，因此，這是進(jìn)行這些優(yōu)化過(guò)程的唯一的實(shí)際方法。實(shí)際上，物質(zhì)和能量守恒中的每一個(gè)變化，需要一個(gè)不同的熱交換網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。為每一套反應(yīng)器轉(zhuǎn)化率和循環(huán)惰性物質(zhì)濃度的變化提供一個(gè)新的熱交換網(wǎng)絡(luò)是不現(xiàn)實(shí)的。另一方面，相比之下熱交換網(wǎng)絡(luò)的能量和資本費(fèi)用目標(biāo)更容易產(chǎn)生。

（7）廢水處理 在考慮安全和健康的同時(shí)，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中的廢棄物最少化也是應(yīng)該考慮和強(qiáng)調(diào)的。但是，不可避免地，也會(huì)有一些廢棄物。在設(shè)計(jì)完成前，廢棄物的處理（處置）也必須考慮。如果廢棄物的處理特別有問(wèn)題的話，這就可能需要一些基本設(shè)計(jì)變化去減少或改變廢棄物的本質(zhì)。

（8）為改善熱整合而改變工藝。過(guò)程廢棄物最少化后，通過(guò)直接改變?cè)O(shè)計(jì)過(guò)程，在能量目標(biāo)允許減少的條件下，能量費(fèi)用和效用浪費(fèi)必須進(jìn)一步減少。

在這個(gè)階段，蒸餾塔的順序也必須重新改動(dòng)，并考慮引入復(fù)雜結(jié)構(gòu)的可能性。初步分餾塔（有無(wú)熱電偶）也可以用來(lái)替代直接或間接蒸餾塔。作為選擇，直接蒸餾塔也可以被側(cè)線精餾塔替代，而間接蒸餾塔被側(cè)線汽提塔替代。

（9）熱交換網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) 已經(jīng)開(kāi)發(fā)了上述相關(guān)內(nèi)容之后，物質(zhì)和能量平衡已經(jīng)固定。對(duì)熱交換網(wǎng)絡(luò)有貢獻(xiàn)的冷熱蒸汽就需要進(jìn)行定義了。剩下的工作就是設(shè)計(jì)熱交換網(wǎng)絡(luò)。

夾點(diǎn)設(shè)計(jì)方法是一個(gè)逐步方法，隨著設(shè)計(jì)進(jìn)行，設(shè)計(jì)師可以進(jìn)行操作。對(duì)于很多復(fù)雜的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，尤其是那些有很多限制條件的，譬如混合設(shè)備等，則應(yīng)該使用基于可縮小最優(yōu)化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。2.最終設(shè)計(jì)和計(jì)劃文件（項(xiàng)目文檔）

盡管設(shè)計(jì)順序遵循圖1所示的洋蔥模式，但是設(shè)計(jì)很少僅通過(guò)單一途徑獲得成功的結(jié)果。經(jīng)常在兩個(gè)方向反復(fù)進(jìn)行。

內(nèi)部層面獲得的決定是在不完整信息的基礎(chǔ)上獲得的。當(dāng)更多圖片出現(xiàn)時(shí)，在外部層面上將會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)增加更多細(xì)節(jié)。然后需要重新決定，即回到內(nèi)部層面等。

當(dāng)流程圖嚴(yán)格定義時(shí)，詳細(xì)過(guò)程（管道和儀表圖）和設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)才能進(jìn)行。之后增加控制系統(tǒng)，并進(jìn)行危險(xiǎn)程度和可操作性研究。

化學(xué)工程的設(shè)計(jì)和工程學(xué)需要許多專家的共同合作。有效的合作取決于有效的溝通。并且所有的設(shè)計(jì)單位都要有正式的處理項(xiàng)目信息和文件的相關(guān)程序。項(xiàng)目文檔包括：（1）設(shè)計(jì)小組和政府部門(mén)、設(shè)備供應(yīng)商、現(xiàn)場(chǎng)人員、客戶保持聯(lián)系。（2）計(jì)算單：設(shè)計(jì)計(jì)算、成本計(jì)算和計(jì)算機(jī)打印輸出。（3）繪圖：流程圖、管道和儀表圖、布局圖、總設(shè)計(jì)圖、設(shè)備細(xì)節(jié)、管道圖、建筑圖和設(shè)計(jì)圖。（4）特殊設(shè)備圖：比如熱交換器和泵。（5）購(gòu)買順序：報(bào)價(jià)和發(fā)貨。

為了交叉引用、文件歸檔和數(shù)據(jù)檢索，所有的文件必須分配一個(gè)代碼。3.過(guò)程手冊(cè)

過(guò)程設(shè)計(jì)組經(jīng)常需要準(zhǔn)備過(guò)程手冊(cè)用于描述過(guò)程和設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。結(jié)合流程圖，他們?yōu)檫^(guò)程提供了一個(gè)完整的技術(shù)描述。

操作手冊(cè)對(duì)過(guò)程和設(shè)備的操作提供了詳細(xì)的指導(dǎo)說(shuō)明。這些一般都是操作公司個(gè)人制作的。但是也可能作為合同包的一部分為經(jīng)驗(yàn)較少的客戶提供。操作手冊(cè)也能為操作者提供指導(dǎo)并進(jìn)行培訓(xùn)，并用于制作正式工廠的操作指導(dǎo)。

第二十單元 材料科學(xué)和化學(xué)工程

幾年以前，誰(shuí)會(huì)想到一架飛機(jī)可以繞地球航行而中途不需要著陸或添加燃料？而在1986年新型的飛機(jī)航海者就做到了這一點(diǎn)。航海者具備長(zhǎng)途飛行能力的秘密就在于幾年前還沒(méi)有出現(xiàn)的先進(jìn)的材料。其機(jī)身大部分是由強(qiáng)度大、質(zhì)量輕的聚合纖維用耐久的、高強(qiáng)度的粘合劑組裝而成的。而發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油是合成的多組分液體，可維持很長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的潤(rùn)滑性。這些特殊材料具有科學(xué)家和工程師們?yōu)闈M足現(xiàn)代社會(huì)的需求所發(fā)明的先進(jìn)技術(shù)。

如運(yùn)輸、通訊、電子、能量轉(zhuǎn)換這些工業(yè)的未來(lái)多依賴新的、先進(jìn)的材料以及生產(chǎn)中所需要的加工技術(shù)。近年來(lái)，在我們了解了如何把一些特殊的具有高性能的物質(zhì)融入原材料，并且怎樣最好地在復(fù)雜設(shè)計(jì)中使用這些材料后，這方面已有了很大的發(fā)展。

材料科學(xué)和工程的革命為化學(xué)工程師帶來(lái)了機(jī)會(huì)，也帶來(lái)了挑戰(zhàn)?；瘜W(xué)工程師憑借他們?cè)诨瘜W(xué)、物理和數(shù)學(xué)方面的知識(shí)基礎(chǔ)以及他們對(duì)傳輸現(xiàn)象、動(dòng)力學(xué)、反應(yīng)工程和過(guò)程設(shè)計(jì)的了解，能夠創(chuàng)造性地解決現(xiàn)代材料技術(shù)中的問(wèn)題。

但是他們一定要擯棄掉傳統(tǒng)職業(yè)理念中“考慮大的”這個(gè)習(xí)慣，要有效地投入現(xiàn)代材料科學(xué)和工程中必須要學(xué)會(huì)“從小處思考”。在制造現(xiàn)代先進(jìn)材料時(shí)的關(guān)鍵現(xiàn)象是發(fā)生在分子級(jí)和微觀的水平。如果化學(xué)工程師要為這些新材料設(shè)計(jì)新產(chǎn)品和工藝就必須了解并且學(xué)會(huì)控制這些現(xiàn)象。在下面選擇介紹的幾種材料領(lǐng)域里我們將敘述這種困難的挑戰(zhàn)。1．聚合物

現(xiàn)代聚合物科學(xué)的時(shí)代屬于化學(xué)工程師。這些年來(lái)，聚合物化學(xué)家創(chuàng)造了大量的高分子和聚合物。然而了解這些高分子是怎樣被合成并加工以最大限度地具備理論性質(zhì)仍然是研究的前沿領(lǐng)域。

一直到最近才開(kāi)發(fā)了現(xiàn)代儀器幫助我們了解高分子之間、高分子與固體粒子、有機(jī)和無(wú)機(jī)纖維與其它界面之間的相互作用。化學(xué)工程師正使用這些工具探索高分子的微型動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，他們利用從這些技術(shù)中獲得的知識(shí)，正在處理高分子間的反應(yīng)以開(kāi)發(fā)先進(jìn)的工藝并制造新的材料。

通過(guò)化學(xué)加工控制材料微型結(jié)構(gòu)的能力可用現(xiàn)代高強(qiáng)度聚合纖維進(jìn)行描述。一些聚合纖維的強(qiáng)度-質(zhì)量比比鋼鐵高一個(gè)數(shù)量級(jí)。它的自由取向是由所選擇的加工條件以及芳香族聚酰胺的高度剛性的線性分子結(jié)構(gòu)所決定的。在紡絲時(shí)，液相中的定向部分是圍繞纖維軸方向排列而使得纖維具有高強(qiáng)度和高硬度，各向異性的紡絲纖維的概念則在新聚合物如聚苯并噻唑、聚乙烯的溶解和熔融方面都有了延伸。超高強(qiáng)度的聚乙烯纖維是通過(guò)凍膠紡絲的方法制備的。同樣的，控制聚合物的分子取向以生產(chǎn)高強(qiáng)度產(chǎn)品也可以通過(guò)其它的工藝途徑，如在極其精確的條件下進(jìn)行纖維拉伸而完成。

除了這些可以得到具有特別高性能的材料的加工過(guò)程，化學(xué)工程師們還設(shè)計(jì)一些新的工藝過(guò)程以生產(chǎn)低成本的聚合物。2．聚合復(fù)合材料

復(fù)合材料包括在一個(gè)聚合物母體上嵌入或粘合上高強(qiáng)度或高模數(shù)纖維。這些纖維可能是短的、長(zhǎng)的或連續(xù)的。它們可能是隨意取向的而使復(fù)合材料在所有方向上都具有較大的強(qiáng)度或硬度，也可能沿某個(gè)特殊方向取向而使復(fù)合材料的高性能優(yōu)先沿著某個(gè)軸線表現(xiàn)出來(lái)。后者是根據(jù)一向微結(jié)構(gòu)加固的原理，通過(guò)不連貫的、拉伸支撐電纜線或電纜條達(dá)到目的。

要得到在多個(gè)方向上具有優(yōu)良性能的材料，可以通過(guò)改變角度粘結(jié)各向異性的復(fù)合片得到合成板。另一方面，兩向強(qiáng)化的材料可以通過(guò)把高性能的纖維編織成一個(gè)平面，面上有足夠的粘結(jié)力而使加固結(jié)構(gòu)表現(xiàn)得就像聯(lián)結(jié)起來(lái)的網(wǎng)或桁架。

你可以想象，化學(xué)工程師和紡織工程師之間的學(xué)術(shù)合作將有利于選擇經(jīng)線、緯線和高強(qiáng)度纖維的編織方法，以得到高選擇性能分布的桁架型的復(fù)合材料。

第一代聚合合成材料（如玻璃纖維）使用熱固性環(huán)氧樹(shù)脂聚合物。它是用任意取向的短玻璃纖維進(jìn)行強(qiáng)化的。環(huán)氧樹(shù)脂填充在一個(gè)模型中被塑化成永久的形狀而得到輕質(zhì)的、強(qiáng)度適當(dāng)?shù)哪Ｖ扑苣z。

現(xiàn)代復(fù)合材料是用手工把編織好的玻璃纖維放到模具或預(yù)型件中，然后用樹(shù)脂灌注，固化成型后制得的。這些復(fù)合材料最先是使用在某些型號(hào)的軍用飛機(jī)上。因?yàn)楸容^輕的機(jī)身使飛行巡航范圍增大。今天，飛機(jī)和航空飛船的大部分部件都是這樣制造的，而且汽車也正在加入到這個(gè)行列?，F(xiàn)代復(fù)合材料正被應(yīng)用于小汽車和載重卡車的車身面板、車棚、后行李箱蓋、管道、驅(qū)動(dòng)軸和燃料罐。

在這些應(yīng)用中，復(fù)合材料表現(xiàn)出比金屬更好的強(qiáng)度-質(zhì)量比和更優(yōu)良的抗腐蝕性。例如，一種聚合復(fù)合材料制成的汽車車棚比用鋁質(zhì)的輕一點(diǎn)，比鋼鐵的輕兩倍，但這種方法所需能量比鋼鐵的低一點(diǎn)，比鋁的低20%。模塑和刀具加工的成本也比較低，使模型的改變可以更快而適應(yīng)新設(shè)計(jì)的要求。

這些復(fù)合材料表現(xiàn)出來(lái)的機(jī)械強(qiáng)度主要是由強(qiáng)化玻璃纖維決定的，盡管結(jié)構(gòu)缺陷會(huì)使強(qiáng)度減弱。工程學(xué)研究正提供重要的信息說(shuō)明材料結(jié)構(gòu)是如何受到玻璃樹(shù)脂的界面性質(zhì)、構(gòu)造空隙和類似缺陷的影響以及這些微缺陷是如何擴(kuò)散產(chǎn)生構(gòu)造裂縫的。這些復(fù)合材料以及從對(duì)它們的研究中獲得的信息使人類進(jìn)入到生產(chǎn)第二代聚合復(fù)合材料的階段，即以高強(qiáng)度纖維如芳香族聚酰胺為基礎(chǔ)的復(fù)合材料。3．現(xiàn)代陶瓷

對(duì)大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，“陶瓷”這個(gè)詞會(huì)讓人聯(lián)想到瓷器、陶器、磚、瓦這些東西。現(xiàn)代陶瓷以它們的組成、加工過(guò)程和微細(xì)結(jié)構(gòu)區(qū)別于這些傳統(tǒng)的陶瓷。例如：

·傳統(tǒng)的陶瓷是用天然的原料如粘土或硅石制成的?，F(xiàn)代陶瓷則要求非常純的人造原料如碳化硅、氮化硅、氧化鋯或氧化鋁，可能還要滲入一些復(fù)雜的添加劑來(lái)產(chǎn)生特殊的微結(jié)構(gòu)。

傳統(tǒng)陶瓷是先在陶工輪上或粉漿澆注成型，然后在窯里燒結(jié)定型?，F(xiàn)代陶瓷是用更為復(fù)雜的工藝過(guò)程如高溫靜壓成型法來(lái)定型的。

·傳統(tǒng)陶瓷的微結(jié)構(gòu)容易形成在光學(xué)顯微鏡下就可以看見(jiàn)的裂痕。而現(xiàn)代陶瓷的微結(jié)構(gòu)則要均勻得多，一般要在5萬(wàn)倍或更大倍數(shù)的電子顯微鏡下才能檢查出瑕疵來(lái)。

現(xiàn)代陶瓷的應(yīng)用范圍更為廣泛。在很多情況下，現(xiàn)代陶瓷并未直接成為最終產(chǎn)品，而是組合在一些復(fù)雜的系統(tǒng)中成為優(yōu)良性能的關(guān)鍵部分?，F(xiàn)代陶瓷的商業(yè)應(yīng)用可以在切削工具、發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴、渦輪和渦輪增壓器的元件、太空艙的瓦面、儲(chǔ)藏原子和化學(xué)廢物的圓柱體、氣體和石油鉆探閥、電動(dòng)極板和防護(hù)罩以及腐蝕性液體中的電極等等方面看見(jiàn)。4．陶瓷合成材料

像聚合復(fù)合材料一樣，陶瓷復(fù)合材料也包括在連續(xù)的基質(zhì)上嵌入高強(qiáng)度或高模數(shù)的纖維。纖維可以是碳化硅或氧化鋁以“晶須”的形式出現(xiàn)，然后生長(zhǎng)為單個(gè)晶體。這與同樣的物質(zhì)直接嵌入在大塊陶瓷上相比較所產(chǎn)生裂紋較少。陶瓷復(fù)合體上的纖維可以阻礙裂紋的擴(kuò)散。正在生長(zhǎng)的裂紋會(huì)向纖維處偏移或使纖維脫離基質(zhì)。這兩個(gè)過(guò)程都要吸收能量，從而減慢了裂紋的擴(kuò)散。

陶瓷復(fù)合材料的強(qiáng)度、硬度和韌性主要取決于強(qiáng)化纖維，但是基質(zhì)也會(huì)對(duì)這些性質(zhì)產(chǎn)生影響。復(fù)合材料的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能受基質(zhì)傳導(dǎo)系數(shù)的影響很大。纖維和基質(zhì)之間的相互作用對(duì)復(fù)合材料機(jī)械性能的影響也很大，并可通過(guò)纖維表面纖維和基質(zhì)間的化學(xué)兼容性進(jìn)行調(diào)整，這兩種物質(zhì)粘合在一起的前提就是基質(zhì)以流體形態(tài)存在時(shí)能潤(rùn)濕纖維。兩種組分間形成了化學(xué)鍵。

與現(xiàn)代陶瓷的產(chǎn)生一樣，化學(xué)反應(yīng)在陶瓷復(fù)合材料的加工制造中也充當(dāng)了關(guān)鍵的角色。這些復(fù)合材料要求無(wú)瑕疵的陶瓷纖維、纖維和母體間有最適當(dāng)?shù)淖饔昧?，這才能在使用中展現(xiàn)所預(yù)想的機(jī)械性能。在實(shí)際的制造過(guò)程中設(shè)計(jì)這樣的化學(xué)反應(yīng)要求化學(xué)工程師具備專業(yè)的知識(shí)。5.復(fù)合液體

最后一類重要的復(fù)合材料是復(fù)合液體。復(fù)合液體是高結(jié)構(gòu)液體，以懸浮液、表面活性劑、液晶相或其它大分子與固體微?；蛞旱谓M成。許多復(fù)合液體對(duì)現(xiàn)代工業(yè)和社會(huì)都是必不可少的，因?yàn)樗鼈儽憩F(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)對(duì)一些特殊用途是非常重要的。

這些用途包括潤(rùn)滑劑、水力牽引液體以及油田鉆井泥漿，油漆、涂料和粘合劑也可能是合成液體。確實(shí)，在任何情況下，如果好的液體狀態(tài)對(duì)某種傳遞和反應(yīng)是重要的，那么合成液體就是有價(jià)值的。

化學(xué)工程師長(zhǎng)期涉足材料科學(xué)和工程學(xué)研究工作。隨著新材料的開(kāi)發(fā)，其性質(zhì)越來(lái)越依賴微結(jié)構(gòu)和加工過(guò)程，研究程度也將深入?；瘜W(xué)工程師將探索微結(jié)構(gòu)的本質(zhì)—它是如何在材料中形成的，哪些因素可以用來(lái)控制它。他們將采用新的方式把傳統(tǒng)的分離開(kāi)來(lái)的材料合成和材料加工融合起來(lái)。他們還將用新方法解決構(gòu)造的問(wèn)題，修復(fù)復(fù)雜的材料系統(tǒng)。

Unit 21 Chemical Industry and Environment

化學(xué)工業(yè)與環(huán)境

我們?cè)鯓硬拍軠p少產(chǎn)生廢物的數(shù)量？我們?cè)鯓硬拍苁箯U棄物質(zhì)和商品納入循環(huán)使用的程序？所有這些問(wèn)題必須要在未來(lái)的幾年里通過(guò)仔細(xì)的研究得到解決，這樣我們才能保持文明與自然的平衡。1．大氣化學(xué)

燃煤發(fā)電廠像一些自然過(guò)程一樣，也會(huì)釋放硫化合物到大氣層中，在那里氧化作用產(chǎn)生硫酸顆粒能反射入射進(jìn)來(lái)的可見(jiàn)太陽(yáng)輻射。在對(duì)流層，化石燃料燃燒所產(chǎn)生的氮氧化物在陽(yáng)光的影響下與許多有機(jī)物分子結(jié)合產(chǎn)生都市煙霧。揮發(fā)的碳?xì)浠衔锂愇於?，也就是眾所周知的合成橡膠的結(jié)構(gòu)單元，可以在森林中天然產(chǎn)生含氯氟烴。我們所熟悉的CFCs，在汽車空調(diào)和家用冰箱里是惰性的，但在中平流層內(nèi)在紫外線的照射下回發(fā)生分解從而對(duì)地球大氣臭氧層造成破壞，全球大氣層中臭氧的平均濃度只有3ppm，但它對(duì)所有生命體的生長(zhǎng)發(fā)育都起了關(guān)鍵的保護(hù)作用，因?yàn)槭撬樟颂?yáng)光線中有害的短波紫外輻射。

在過(guò)去的二十年中，公眾的注意力集中在人類對(duì)大氣層的改變：酸雨、平流層臭氧空洞、溫室現(xiàn)象，以及大氣的氧化能力增強(qiáng)，前幾代人已經(jīng)知道，人類的活動(dòng)會(huì)對(duì)鄰近的環(huán)境造成影響，但意識(shí)到像酸雨這樣的效應(yīng)將由局部擴(kuò)展到洲際范圍則是慢慢發(fā)現(xiàn)的。隨著臭氧空洞問(wèn)題的出現(xiàn)，考慮到對(duì)全球的威脅，我們已真正進(jìn)入到全球話改變的時(shí)代，但是基本的科學(xué)論據(jù)還沒(méi)有完全建立。2．生命周期分析

產(chǎn)品生命循環(huán)周期的每一個(gè)階段都會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響。從原材料的提取，到加工、制造和運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程，最后到被消耗和丟棄或回收，每一個(gè)階段都對(duì)工藝學(xué)和化學(xué)提出了挑戰(zhàn)。重新設(shè)計(jì)產(chǎn)品和過(guò)程以減少對(duì)環(huán)境的影響需要新的生產(chǎn)原理和在不同的水平層面上理解化學(xué)變化，對(duì)環(huán)境友善的產(chǎn)品要求有新的原料，它們應(yīng)是可再使用的，可循環(huán)的，或者可生物降解的。物質(zhì)的性質(zhì)是由其化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)決定的，要減少?gòu)U品和有污染的副產(chǎn)品，就要開(kāi)發(fā)新的化學(xué)工藝線路，已開(kāi)發(fā)的化學(xué)分離技術(shù)需要有效地提高以分離出剩余的污染物，這反過(guò)來(lái)又要求新的化學(xué)處理方法使它們變得無(wú)害。而諸如放射性元素和那些不容易轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)的重金屬污染物則需要把它們固定為惰性物質(zhì)以便能安全地儲(chǔ)放。還有最后一點(diǎn)，早期的污染殘留物，對(duì)環(huán)境污染程度尚未很意識(shí)到的一些物質(zhì)要求進(jìn)一步用化學(xué)和生物的修復(fù)技術(shù)進(jìn)行處理。

了解化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理可以幫助我們發(fā)現(xiàn)以前不知道的環(huán)境問(wèn)題，CFCs對(duì)臭氧層造成的威脅能夠正確地預(yù)防要得益于大氣化學(xué)的基礎(chǔ)研究。由此導(dǎo)致了國(guó)際上一致同意逐步取消這些產(chǎn)品的生產(chǎn)。而代之以作用相同但對(duì)環(huán)境更為友善的其它產(chǎn)品。另一方面，南極上空臭氧空洞的出現(xiàn)使科學(xué)家們大為震驚，隨后才發(fā)現(xiàn)了以前所不了解的南極寒冷的平流層內(nèi)硝酸晶

體表面所發(fā)生的氯原子的反應(yīng)。這對(duì)我們進(jìn)一步了解自然界中所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程是非常重要的。不管這些反應(yīng)是發(fā)生在淡水中，海水中，土壤里，地下環(huán)境或是大氣中

3．對(duì)環(huán)境影響最小的生產(chǎn)

把廢物排放到空氣、水或土壤中不僅對(duì)環(huán)境造成了直接的影響，還是對(duì)自然資源的一個(gè)潛在的浪費(fèi)。早期減少化學(xué)過(guò)程對(duì)環(huán)境影響的工作主要集中在工廠廢氣排放如環(huán)境之前有害物質(zhì)的分離，但這種思路只考慮了問(wèn)題的一半。因?yàn)橐粋€(gè)理想的化學(xué)過(guò)程，也就是沒(méi)有有害的副產(chǎn)品產(chǎn)生的過(guò)程應(yīng)在一開(kāi)始就建立好，任何排放物至少應(yīng)像進(jìn)入到工廠內(nèi)的空氣和水一樣干凈。這樣的過(guò)程才可以稱是“與環(huán)境友善的”。

對(duì)健康有害影響的關(guān)注逐漸升級(jí)，人們首先考慮到如何消除或減少工業(yè)過(guò)程中所用有害化學(xué)物質(zhì)的數(shù)量。最好的方法是尋找替代的化學(xué)產(chǎn)品，它們能起到一樣的作用但毒害性較小。如果不能尋找到一種有毒化學(xué)物質(zhì)的替代品，那么比較好的戰(zhàn)略思想是開(kāi)發(fā)一種就地生產(chǎn)的工藝，而且只生產(chǎn)當(dāng)時(shí)所需要的那么多的數(shù)量。

革新的化學(xué)方法已開(kāi)始設(shè)計(jì)對(duì)環(huán)境合理的工藝過(guò)程，以便更為有效的使用能量和原材料。例如，催化劑方面的近期進(jìn)展使化學(xué)反應(yīng)可以在較低的溫度和壓力下進(jìn)行。反過(guò)來(lái)，這種改變又減少了這些過(guò)程的能量需求，簡(jiǎn)化了制造加工設(shè)備對(duì)構(gòu)成材料的選擇，新的催化劑還用于避免生產(chǎn)不希望的副產(chǎn)品 4.發(fā)電廠排放物的控制

通過(guò)燃煤、燃油和燃燒天然氣產(chǎn)生能量的設(shè)備都會(huì)排放出一氧化碳、碳?xì)浠衔铩⒌趸镆约霸S多其它不受歡迎的副產(chǎn)物如灰塵和痕量的汞?，F(xiàn)在可以采用一系列不斷發(fā)展的技術(shù)來(lái)減少不希望有的物質(zhì)的排放以適應(yīng)國(guó)家和地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)的要求?；瘜W(xué)家和化學(xué)工程師對(duì)工業(yè)水平的進(jìn)步做出了巨大的貢獻(xiàn)。而催化科學(xué)為開(kāi)辟這些前沿領(lǐng)域正在扮演重要的角色。

同時(shí)控制多種污染物是近年來(lái)開(kāi)發(fā)先進(jìn)的催化劑或吸附劑技術(shù)的目的。例如，催化方法可以使汽車尾氣中CO氧化的同時(shí)，還原氮的氧化物。另一些研究工作則定位于在中試階段通過(guò)一種吸附劑的作用同時(shí)去除煙道氣中的硫和氮氧化物，而不會(huì)產(chǎn)生大量的廢物。5.Environmentally Friendly Products 2． 對(duì)環(huán)境友善的產(chǎn)品

對(duì)產(chǎn)品在環(huán)境中的變化越來(lái)越了解使得科學(xué)家們開(kāi)始設(shè)計(jì)“綠色”產(chǎn)品。一個(gè)重要的例子來(lái)自1940-1950s的洗滌劑工業(yè)。當(dāng)時(shí)以支鏈烷基苯磺酸鹽為表面活性劑的新產(chǎn)品被引入。這些洗滌劑洗滌效率更高。但其后發(fā)現(xiàn)這些物質(zhì)殘留在廢水中在河面上形成泡沫。問(wèn)題追溯到這些支鏈的烷基苯磺酸鹽：它不像以前人們所使用的肥皂。它不能被傳統(tǒng)污水處理廠的細(xì)菌所有效地生物降解。經(jīng)過(guò)深入的研究工作了解了生物化學(xué)過(guò)程使化學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)和合成了另一類新型的表面活性劑，為直鏈烷基苯磺酸鹽。這些新的化合物與傳統(tǒng)肥皂中的脂肪酸有相似的分子結(jié)構(gòu)，因而微生物可以降解這些組分，而它與支鏈烷基苯磺酸鹽的相似性又使其具有卓越的洗滌性能。

新的生物化學(xué)也正在幫助農(nóng)民減少使用殺蟲(chóng)劑.例如,棉作物可以通過(guò)改變基因而具備對(duì)棉螟蛉的抵抗力.天然存在的細(xì)菌中一個(gè)基因當(dāng)被轉(zhuǎn)移到棉作物中時(shí),能夠祖師作物產(chǎn)生一種原來(lái)有細(xì)菌產(chǎn)生的蛋白質(zhì).當(dāng)螟蛉蟲(chóng)開(kāi)始吃作物時(shí),這種蛋白質(zhì)通過(guò)切斷螟蛉的消化過(guò)程從而殺死害蟲(chóng).6.處理

越來(lái)越多的環(huán)境問(wèn)題與廢物的排放有關(guān),而一些原材料又存在供給有限的問(wèn)題.這二者的聯(lián)系引起了人們對(duì)處理這一課題越來(lái)越大的興趣.金屬和大多數(shù)紙張的處理從技術(shù)上來(lái)說(shuō)是簡(jiǎn)單的,這些物質(zhì)在世界很多地方都已普遍進(jìn)行了處理.塑料的處理則面臨著較大的技術(shù)方面的挑戰(zhàn).即使把它們與其它類型的廢品分離開(kāi)來(lái)以后，不同種類的塑料還需要再彼此分離。即使如此，不同類型的塑料具有不同的化學(xué)性質(zhì)，因而也需要開(kāi)發(fā)不同的處理工藝

一些塑料可以通過(guò)簡(jiǎn)單地熔化注塑或用合適的溶劑進(jìn)行分解再重新塑造成新塑料的方法進(jìn)行處理。比如，把大的聚合物分子裂解成較小的亞單元,再以此作為新聚合物的結(jié)構(gòu)單元。確實(shí)，用這種方法處理軟塑料瓶的計(jì)劃正在進(jìn)行中。

化學(xué)家和化學(xué)工程師們所做的大量的研究工作需要被成功地開(kāi)發(fā)為所需要的處理技術(shù)。有時(shí)，也需要開(kāi)發(fā)一些全新的聚合材料.它們具有更容易進(jìn)行處理的分子結(jié)構(gòu).7.通過(guò)分離和轉(zhuǎn)換減少?gòu)U物量

把一些需要進(jìn)行特殊處理的成分從那些可用常規(guī)方法處理或處置的廢物中分離出來(lái)需要新的工藝過(guò)程。而開(kāi)發(fā)這些過(guò)程則需要深入研究以從根本上了解所涉及的化學(xué)現(xiàn)象.含金屬離子的酸性廢水.一些工業(yè)過(guò)程產(chǎn)生了大量的酸性廢水.這些廢水可以分離成干凈的水、可再利用的酸、以及可從中提取出可回收金屬的淤渣嗎？這樣的處理過(guò)程既可以保護(hù)環(huán)境，所需費(fèi)用又與處置廢水所需成本及罰款相差無(wú)幾。

工業(yè)廢水處理。工業(yè)廢水中的有害有機(jī)物能被熱催化或光催化的過(guò)程破壞。一項(xiàng)前景很好的研究工作是利用高溫高壓下的超臨界水。在這種條件下，水表現(xiàn)出截然不同的物理和化學(xué)性質(zhì)，它可以溶解并有助于那些在常態(tài)下的水中幾乎是惰性的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。

高輻射的核廢料。如果需要儲(chǔ)藏的核廢料其數(shù)量和組成能夠顯著地減少，就可以節(jié)省一大筆的費(fèi)用。這種減少需要用經(jīng)濟(jì)的方法把放射性成分與大量其它與核廢料共存的物質(zhì)分離開(kāi)來(lái)，這樣有害的化學(xué)廢料就可以分別地進(jìn)行處置，核廢料的處置仍將需要今后許多年進(jìn)行大量的研究和開(kāi)發(fā)工作。

膜技術(shù)。應(yīng)用半滲透性薄膜進(jìn)行分離大有希望獲得成功。這些膜通常是片狀聚合物。能夠讓一些化學(xué)物質(zhì)通過(guò)而不讓另一些物質(zhì)通過(guò)。這些膜常用來(lái)純化水，阻擋住一些溶解的鹽類提供干凈的飲用水。膜分離技術(shù)也用來(lái)提純制造廠出來(lái)的廢水。膜分離還可以用在氣體方面，用來(lái)回收天然氣中的微量組分。通過(guò)清除CO提高天然氣的熱值，以及從空氣中得到氮?dú)狻Ｑ芯恐械碾y點(diǎn)包括開(kāi)發(fā)化學(xué)和物理學(xué)方面更有彈性的膜。這樣可以使制造費(fèi)用不那么貴，并且可以提供更好的分離效率以降低分離成本。

生物技術(shù)?？茖W(xué)家們已經(jīng)向自然界尋求幫助戰(zhàn)勝有毒物質(zhì)。土壤、水和沉積物中的一些微生物能以許多有機(jī)化學(xué)物質(zhì)為食。數(shù)十年來(lái)它們一直被用于傳統(tǒng)的水處理系統(tǒng)。研究者們正通過(guò)仔細(xì)測(cè)量微生物生存的最佳物理、化學(xué)和營(yíng)養(yǎng)條件致力于處理強(qiáng)度更高的對(duì)象。他們的工作可能導(dǎo)致設(shè)計(jì)和生產(chǎn)新一代生物廢水處理設(shè)備。近年來(lái)的一個(gè)很大的進(jìn)展是生物反應(yīng)器內(nèi)微生物的固定。即把微生物固定在反應(yīng)器內(nèi)降解廢物。這種固定可以允許有更高的流速。傳統(tǒng)反應(yīng)器內(nèi)流速過(guò)高會(huì)沖走微生物。新的多孔載體的使用也使每個(gè)反應(yīng)器中微生物的數(shù)量明顯提高。

第四篇：《化學(xué)工程與工藝專業(yè)英語(yǔ)》課文翻譯

Unit1化學(xué)工業(yè)的研究和開(kāi)發(fā)

One of the main發(fā)達(dá)國(guó)家化學(xué)工業(yè)飛速發(fā)展的一個(gè)重要原因就是它在研究和開(kāi)發(fā)方面的投入commitment和投資investment。通常是銷售收入的5%，而研究密集型分支如制藥，投入則加倍。要強(qiáng)調(diào)這里我們所提出的百分?jǐn)?shù)不是指利潤(rùn)而是指銷售收入，也就是說(shuō)全部回收的錢(qián)，其中包括要付出原材料費(fèi)，企業(yè)管理費(fèi)，員工工資等等。過(guò)去這筆巨大的投資支付得很好，使得許多有用的和有價(jià)值的產(chǎn)品被投放市場(chǎng)，包括一些合成高聚物如尼龍和聚脂，藥品和殺蟲(chóng)劑。盡管近年來(lái)進(jìn)入市場(chǎng)的新產(chǎn)品大為減少，而且在衰退時(shí)期研究部門(mén)通常是最先被裁減的部門(mén)，在研究和開(kāi)發(fā)方面的投資仍然保持在較高的水平。

化學(xué)工業(yè)technology industry是高技術(shù)工業(yè)，它需要利用電子學(xué)和工程學(xué)的最新成果。計(jì)算機(jī)被廣泛應(yīng)用，從化工廠的自動(dòng)控制automatic control，到新化合物結(jié)構(gòu)的分子模擬，再到實(shí)驗(yàn)室分析儀器的控制。

Individual manufacturing一個(gè)制造廠的生產(chǎn)量很不一樣，精細(xì)化工領(lǐng)域每年只有幾噸，而巨型企業(yè)如化肥廠和石油化工廠有可能高達(dá)500,000噸。后者需要巨大的資金投入，因?yàn)橐粋€(gè)這樣規(guī)模的工廠要花費(fèi)2億5千萬(wàn)美元，再加上自動(dòng)控制設(shè)備的普遍應(yīng)用，就不難解釋為什么化工廠是資金密集型企業(yè)而不是勞動(dòng)力密集型企業(yè)。

The major大部分化學(xué)公司是真正的跨國(guó)公司multinational，他們?cè)谑澜缟系脑S多國(guó)家進(jìn)行銷售和開(kāi)發(fā)市場(chǎng)，他們?cè)谠S多國(guó)家都有制造廠。這種國(guó)際間的合作理念，或全球一體化，是化學(xué)工業(yè)中發(fā)展的趨勢(shì)。大公司通過(guò)在別的國(guó)家建造制造廠或者是收購(gòu)已有的工廠進(jìn)行擴(kuò)張。Unit 2工業(yè)研究和開(kāi)發(fā)的類型

The applied通常在生產(chǎn)中完成的實(shí)用型的或有目的性的研究和開(kāi)發(fā)可以分為好幾類，我們對(duì)此加以簡(jiǎn)述。它們是：（1）產(chǎn)品開(kāi)發(fā)；（2）工藝開(kāi)發(fā)；（3）工藝改進(jìn)；（4）應(yīng)用開(kāi)發(fā)；每一類下還有許多分支。我們對(duì)每一類舉一個(gè)典型的例子來(lái)加以說(shuō)明。在化學(xué)工業(yè)的不同部門(mén)內(nèi)每類的工作重點(diǎn)有很大的不同。

(1)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。product development產(chǎn)品開(kāi)發(fā)不僅包括一種新藥的發(fā)明和生產(chǎn)，還包括，比如說(shuō)，給一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)提供更長(zhǎng)時(shí)效的抗氧化添加劑。這種開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品已經(jīng)使（發(fā)動(dòng)機(jī)）的服務(wù)期限在最近的十年中從3000英里提高到6000、9000現(xiàn)在已提高到12000英里。請(qǐng)注意，大部分的買家所需要的是化工產(chǎn)品能創(chuàng)造出來(lái)的效果，亦即某種特殊的用途。，或稱聚四氟乙烯（）被購(gòu)買是因?yàn)樗苁钩床隋?、盆表面不粘，易于清洗?/p>

（3）process improvement工藝改進(jìn)。工藝改進(jìn)與正在進(jìn)行的工藝有關(guān)。它可能出現(xiàn)了某個(gè)問(wèn)題使生產(chǎn)停止。在這種情形下，就面臨著很大的壓力要盡快地解決問(wèn)題以便生產(chǎn)重新開(kāi)始，因?yàn)楣收掀诤馁M(fèi)資財(cái)。

然而，更為常見(jiàn)的commonly，工藝改進(jìn)是為了提高生產(chǎn)過(guò)程的利潤(rùn)。這可以通過(guò)很多途徑實(shí)現(xiàn)。例如通過(guò)優(yōu)化流程提高產(chǎn)量，引進(jìn)新的催化劑提高效能，或降低生產(chǎn)過(guò)程所需要的能量?？烧f(shuō)明后者的一個(gè)例子是在生產(chǎn)氨的過(guò)程中渦輪壓縮機(jī)的引進(jìn)。這使生產(chǎn)氨的成本（主要是電）從每噸6.66美元下降到0.56美元。通過(guò)工藝的改善提高產(chǎn)品質(zhì)量也會(huì)為產(chǎn)品打開(kāi)新的市場(chǎng)。

然而，近年來(lái)in rencent years，最重要的工藝改進(jìn)行為主要是減少生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境的影響，亦即防止生產(chǎn)過(guò)程所引起的污染。很明顯，有兩個(gè)相關(guān)連的因素推動(dòng)這樣做。第一，公眾對(duì)化學(xué)產(chǎn)品的安全性及其對(duì)環(huán)境所產(chǎn)生影響的關(guān)注以及由此而制訂出來(lái)的法律；第二，生產(chǎn)者必須花錢(qián)對(duì)廢物進(jìn)行處理以便它能安全地清除，比如說(shuō)，排放到河水中。顯然這是生產(chǎn)過(guò)程的又一筆費(fèi)用，它將增加所生產(chǎn)化學(xué)產(chǎn)品的成本。通過(guò)減少?gòu)U物數(shù)量提高效益其潛能是不言而喻的。

然而，請(qǐng)注意note，with a plant對(duì)于一個(gè)已經(jīng)建好并正在運(yùn)行的工廠來(lái)說(shuō)，只能做一些有限的改變來(lái)達(dá)到上述目的。因此，上面所提到的減少?gòu)U品的重要性應(yīng)在新公廠的設(shè)計(jì)階段加以考慮。近年來(lái)另一個(gè)當(dāng)務(wù)之急是保護(hù)能源及降低能源消耗。

（4）application development應(yīng)用開(kāi)發(fā)。顯然發(fā)掘一個(gè)產(chǎn)品新的用處或新的用途能拓寬它的獲利渠道。這不僅能創(chuàng)造更多的收入，而且由于產(chǎn)量的增加使單元生產(chǎn)成本降低，從而使利潤(rùn)提高。舉例來(lái)說(shuō)，早期是用來(lái)制造唱片和塑料雨衣的，后來(lái)的用途擴(kuò)展到塑料薄膜，特別是工程上所使用的管子和排水槽。

我們已經(jīng)強(qiáng)調(diào)emphasis了化學(xué)產(chǎn)品是由于它們的效果，或特殊的用途、用處而得以售出這個(gè)事實(shí)。這就意味著化工產(chǎn)品公司的技術(shù)銷售代表與顧客之間應(yīng)有密切的聯(lián)系。對(duì)顧客的技術(shù)支持水平往往是贏得銷售的一個(gè)重要的因素。進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)的化學(xué)家們?yōu)檫@些應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供了幫助。33的制造就是一個(gè)例子。它最開(kāi)始是用來(lái)做含氟氯烴的替代物作冷凍劑的。然而近來(lái)發(fā)現(xiàn)它還可以用作從植物中萃取出來(lái)的天然物質(zhì)的溶解劑。當(dāng)它作為制冷劑被制造時(shí)，固然沒(méi)有預(yù)計(jì)到這一點(diǎn)，但它顯然也是應(yīng)用開(kāi)發(fā)的一個(gè)例子

（2）工藝開(kāi)發(fā)process development。工藝開(kāi)發(fā)不僅包括為一種全新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)一套制造工藝，還包括為現(xiàn)有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)新的工藝或方案。而要進(jìn)行后者時(shí)可能源于下面的一個(gè)或幾個(gè)原因：新技術(shù)的利用、原材料的獲得或價(jià)格發(fā)生了變化。氯乙烯單聚物的制造就是這樣的一個(gè)例子。它的制造方法隨著經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和原材料的變化改變了好幾次。另一個(gè)刺激因素是需求的顯著增加。因而銷售量對(duì)生產(chǎn)流程的經(jīng)濟(jì)效益有很大影響。早期的制造就為此提供了一個(gè)很好的例子。

The ability of能預(yù)防戰(zhàn)爭(zhēng)中因傷口感染引發(fā)的敗血癥，因而在第二次世界大戰(zhàn)（1939-1945）中，pencillin的需求量非常大，需要大量生產(chǎn)。而在那時(shí)，只能用在瓶裝牛奶表面發(fā)酵的方法小量的生產(chǎn)。英國(guó)和美國(guó)投入了巨大的人力物力聯(lián)合進(jìn)行研制和開(kāi)發(fā)，對(duì)生產(chǎn)流程做出了兩個(gè)重大的改進(jìn)。首先用一個(gè)不同的菌株—黃霉菌代替普通的青霉，它的產(chǎn)量要比后者高得多。第二個(gè)重大的流程開(kāi)發(fā)是引進(jìn)了深層發(fā)酵過(guò)程。只要在培養(yǎng)液中持續(xù)通入大量純化空氣，發(fā)酵就能在所有部位進(jìn)行。這使生產(chǎn)能力大大地增加，達(dá)到現(xiàn)代容量超過(guò)5000升的不銹鋼發(fā)酵器。而在第一次世界大戰(zhàn)中，死于傷口感染的士兵比直接死于戰(zhàn)場(chǎng)上的人還要多。注意到這一點(diǎn)不能不讓我們心存感激。

Process development for a new product對(duì)一個(gè)新產(chǎn)品進(jìn)行開(kāi)發(fā)要考慮產(chǎn)品生產(chǎn)的規(guī)模、產(chǎn)生的副產(chǎn)品以及分離/回收，產(chǎn)品所要求的純度。在開(kāi)發(fā)階段利用中試車間（最大容量可達(dá)100升）獲得的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)實(shí)際的制造廠是非常寶貴的，例如石油化工或氨的生產(chǎn)。要先建立一個(gè)中試車間，運(yùn)轉(zhuǎn)并測(cè)試流程以獲得更多的數(shù)據(jù)。他們需要測(cè)試產(chǎn)品的性質(zhì)，如殺蟲(chóng)劑，或進(jìn)行消費(fèi)評(píng)估，如一種新的聚合物。

Note that by-products注意，副產(chǎn)品對(duì)于化學(xué)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)效益也有很大的影響。酚的生產(chǎn)就是一個(gè)有代表性的例子。早期的方法，苯磺酸方法，由于它的副產(chǎn)品亞硫酸鈉需求枯竭而變的過(guò)時(shí)。亞硫酸鈉需回收和廢置成為生產(chǎn)過(guò)程附加的費(fèi)用，增加了生產(chǎn)酚的成本。相反，異丙基苯方法，在經(jīng)濟(jì)效益方面優(yōu)于所有其他方法就在于市場(chǎng)對(duì)于它的副產(chǎn)品丙酮的迫切需求。丙酮的銷售所得降低了酚的生產(chǎn)成本。

A major part對(duì)一個(gè)新產(chǎn)品進(jìn)行工藝開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要部分是通過(guò)設(shè)計(jì)把廢品減到最低，或盡可能地防止可能的污染，這樣做帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)利益和對(duì)環(huán)境的益處是顯而易見(jiàn)的。

Finally it should be noted that最后要注意，工業(yè)開(kāi)發(fā)需要包括化學(xué)家、化學(xué)工程師、電子和機(jī)械工程師這樣一支龐大隊(duì)伍的協(xié)同合作才能取得成功。

。Unit3設(shè)計(jì)

Based on the experience and data根據(jù)在實(shí)驗(yàn)室和中試車間獲得的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，一組工程師集中起來(lái)設(shè)計(jì)工業(yè)化的車間?；瘜W(xué)工程師的職責(zé)就是詳細(xì)說(shuō)明所有過(guò)程中的流速和條件，設(shè)備類型和尺寸，制造材料，流程構(gòu)造，控制系統(tǒng)，環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)以及其它相關(guān)技術(shù)參數(shù)。這是一個(gè)責(zé)任重大的工作。

The design stage 設(shè)計(jì)階段是大把金錢(qián)花進(jìn)去的時(shí)候。一個(gè)常規(guī)的化工流程可能需要五千萬(wàn)到一億美元的資金投入，有許多的事情要做?；瘜W(xué)工程師是做出很多決定的人之一。當(dāng)你身處其位時(shí)，你會(huì)對(duì)自己曾經(jīng)努力學(xué)習(xí)而能運(yùn)用自己的方法和智慧處理這些問(wèn)題感到欣慰。

設(shè)計(jì)階段design stage的產(chǎn)物是很多圖紙：

（1）工藝流程圖flow sheets。是顯示所有設(shè)備的圖紙。要標(biāo)出所有的流線和規(guī)定的條件（流速、溫度、壓力、構(gòu)造、粘度、密度等）。

（2）管道及設(shè)備圖piping and instrumentation。標(biāo)明drawings所有設(shè)備（包括尺寸、噴嘴位置和材料）、所有管道（包括大小、控制閥、控制器）以及所有安全系統(tǒng)（包括安全閥、安全膜位置和大小、火舌管、安全操作規(guī)則）。

（3）儀器設(shè)備說(shuō)明書(shū)equipmen specification sheets。詳細(xì)說(shuō)明所有設(shè)備準(zhǔn)確的空間尺度、操作參數(shù)、構(gòu)造材料、耐腐蝕性、操作溫度和壓力、最大和最小流速以及諸如此類等等。這些規(guī)格說(shuō)明書(shū)應(yīng)交給中標(biāo)的設(shè)備制造廠以進(jìn)行設(shè)備生產(chǎn)。

3.建造construction

After the equipment manufactures當(dāng)設(shè)備制造把設(shè)備的所有部分都做好了以后，這些東西要運(yùn)到工廠所在地（有時(shí)這是后勤部門(mén)頗具挑戰(zhàn)性的任務(wù)，尤其對(duì)象運(yùn)輸分餾塔這樣大型的船只來(lái)說(shuō)）。建造階段要把所有的部件裝配成完整的工廠，首先要做的就是在地面打洞并傾入混凝土，為大型設(shè)備及建筑物打下基礎(chǔ)（比如控制室、流程分析實(shí)驗(yàn)室、維修車間）。

完成了第一步initial activities，就開(kāi)始安裝設(shè)備的主要部分以及鋼鐵上層建筑。要裝配熱交換器、泵、壓縮機(jī)、管道、測(cè)量元件、自動(dòng)控制閥?？刂葡到y(tǒng)的線路和管道連接在控制室和操作間之間。電線、開(kāi)關(guān)、變換器需裝備在馬達(dá)上以驅(qū)動(dòng)泵和壓縮機(jī)。生產(chǎn)設(shè)備安裝完畢后，化學(xué)工程師的職責(zé)就是檢查它們是否連接完好，每部分是否正常工作。

對(duì)大部分工程師來(lái)說(shuō)這通常是一個(gè)令人激動(dòng)exciting、享受rewarding成功的時(shí)候。你將看到自己的創(chuàng)意由圖紙變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。鋼鐵和混凝土代替了示意圖和表格。建筑是許多人多年辛勞的結(jié)果。你終于站到了發(fā)射臺(tái)上，工廠將要起飛還是最后失敗。揭曉的那一刻即將到來(lái)。

測(cè)試check-out phase階段一旦完成，“運(yùn)轉(zhuǎn)階段”就開(kāi)始了。啟動(dòng)是工廠的首項(xiàng)任務(wù)，是令人興奮的時(shí)刻和日夜不停的工作。這是化學(xué)工程師最好的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)之一?，F(xiàn)在你可以了解你的構(gòu)思和計(jì)算究竟有些什么好。參與中試車間和設(shè)計(jì)工作的工程師通常也是啟動(dòng)隊(duì)伍中的人員。

啟動(dòng)the startup period can require階段需要幾天或幾個(gè)月，根據(jù)設(shè)計(jì)所涉及工藝技術(shù)的新穎、流程的復(fù)雜程度以及工程的質(zhì)量而定。中間經(jīng)常會(huì)遇到要求設(shè)備完善的問(wèn)題。這是耗時(shí)耗財(cái)?shù)碾A段：僅僅每天從車間出來(lái)的廢品會(huì)高達(dá)數(shù)千美金。確實(shí)，曾經(jīng)有些車間因?yàn)闆](méi)有預(yù)計(jì)到的問(wèn)題如控制、腐蝕、雜質(zhì)或因?yàn)榻?jīng)濟(jì)方面的問(wèn)題而從來(lái)沒(méi)有運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)。

The engineer 在啟動(dòng)階段during the startup period，工程師們通常需輪流值班。在很短的時(shí)間里有很多的東西需要學(xué)習(xí)。一旦車間按照設(shè)定程序成功運(yùn)轉(zhuǎn)，它就轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的常規(guī)生產(chǎn)或制造部門(mén)。Unit 4

由碳水化合物得到的有機(jī)化學(xué)產(chǎn)品（生物量）。

The main constituents of plants植物主要組成部分是碳水化合物，它包含了植物的主要成分。他們是像纖維素、淀粉之類的聚多糖。淀粉包括植物的結(jié)構(gòu)部分，大量出現(xiàn)在食物中如谷物、水稻和土豆，纖維素是植物細(xì)胞壁的主要成分。因此它很廣泛地存在并可以從木柴、棉花中獲得，所以它不但化學(xué)品資源很多而且是可再生的。

The majot route從生物質(zhì)到化學(xué)品主要路線是通過(guò)發(fā)酵過(guò)程完成的。然而這些發(fā)酵過(guò)程不能夠利用像纖維素淀粉這樣聚合多糖。因此后者必須先受到酸的或酶的水解生成單糖（單個(gè)或雙糖例如蔗糖）他們是合適的起始物料。

Fermentation processes utilize發(fā)酵過(guò)程是利用單細(xì)胞微生物：典型有酵母、真菌、細(xì)菌或者霉菌來(lái)生成特定化學(xué)品。在家用情況下某些發(fā)酵過(guò)程的使用已經(jīng)有了幾千年歷史了。最著名的例子

Unit 7

1haber合成氨方法

導(dǎo)言。制造NH3所有方法基本上都是habei方法微調(diào)版本這個(gè)方法是第一次世界大戰(zhàn)在德國(guó)的Nerst和Bosch發(fā)明的。N2+3H2=2NH3

在原理上講H2和N2反應(yīng)是簡(jiǎn)單的，這是放熱反應(yīng)，所以平衡點(diǎn)低溫時(shí)在反應(yīng)式的右方。不幸的是自然界給予N2很不容易打開(kāi)的很強(qiáng)的三鍵，使分子能夠嘲笑熱力學(xué)。在科學(xué)術(shù)語(yǔ)上講，N2在動(dòng)力學(xué)上是惰性的，使反應(yīng)以合理速度向前進(jìn)行必須有相當(dāng)苛刻的反應(yīng)條件。在自然界中固定氮（固氮意味著極為諷刺地“普遍反應(yīng)”）主要是閃電。在閃電過(guò)程中產(chǎn)生足夠大能量使N2和O2反應(yīng)生成N的氧化物。

在化工廠里要得到NH3的可觀的收率，我們需要催化劑。Haber發(fā)現(xiàn)就是許多含鐵的化合物是可行的催化劑，這為他贏得了諾貝爾獎(jiǎng)。即使有了這樣催化劑還要有極高壓力（早期合成NH3生產(chǎn)過(guò)程中要達(dá)到600個(gè)大氣壓）和溫度（可為400℃）。

壓力推動(dòng)平衡點(diǎn)向前移動(dòng)。因?yàn)?個(gè)原子氣體轉(zhuǎn)化為2個(gè)?？墒禽^高溫度可使平衡點(diǎn)向錯(cuò)誤方向移動(dòng)。盡管它們確實(shí)可以加快反應(yīng)，其選擇條件必須是一種折衷也就是在合理的速度下給出可接受的轉(zhuǎn)化率。相對(duì)于早起接近理想化工廠，精確的選擇條件須依據(jù)其他經(jīng)濟(jì)因素還取決于催化劑的細(xì)節(jié)，現(xiàn)代化工廠傾向于低壓高溫下工作（將沒(méi)轉(zhuǎn)化物料循環(huán)使用）。因?yàn)楣潭ㄙY產(chǎn)投資和能量消耗變得越來(lái)越重要。

生物學(xué)固氮也算用一種催化劑。這是種含有鉬（或釩）和鐵原子嵌在很大的蛋白質(zhì)分子里的催化劑。這種催化劑的詳細(xì)結(jié)構(gòu)直到1992年還困擾著化學(xué)家們。這種催化劑如何起作用的細(xì)節(jié)至今還是不知道。

原材料。Haber合成NH3過(guò)程需要幾種進(jìn)料：能量N2和H2。N2很容易從空氣中提取出來(lái)，但是H2來(lái)源是另外一個(gè)問(wèn)題。原先H2是從煤中獲得，通過(guò)蒸汽重整當(dāng)中以焦炭作為原材料（基本上是一種碳的資源）2.提取的蒸汽與碳反應(yīng)生成H2,CO,CO2?，F(xiàn)在用天然氣（主要是甲烷）代替，但是來(lái)自于原油其它碳?xì)浠衔镆部梢灾圃霩2。合成氨工廠總是包含產(chǎn)生H的裝置，它直接與合成NH3聯(lián)系在一起。

在重整反應(yīng)之前，含S化合物必須從含H化合物進(jìn)料中除掉。因?yàn)楹琒化合物會(huì)使重整催化劑和Haber催化劑中毒。第一個(gè)脫硫步驟包含一種鈷—鉬催化劑。這種催化劑能夠氫化所有含S化合物生成H2S。生成的H2S可與ZnO反應(yīng)出去（生成ZnS和

NH3的用途。NH3主要用途并不是為了生產(chǎn)含N化學(xué)品，以作為進(jìn)一步化學(xué)應(yīng)用而是用于化肥，例如尿素、NH4NO3、磷酸鹽。化肥消耗產(chǎn)生NH3的80%。例如，在1991年美國(guó)由NH3得到產(chǎn)品，是把谷物發(fā)酵成酒類飲料。一直到1950年代還是用糧食發(fā)酵這

種普遍生產(chǎn)途徑來(lái)生產(chǎn)脫脂肪族化學(xué)品。因?yàn)樗傻囊掖伎梢悦摎渖梢蚁?。乙烯是合成整個(gè)范圍內(nèi)脂肪族化合物的關(guān)鍵的中間產(chǎn)物。顯然用這種方法生產(chǎn)的化學(xué)品已經(jīng)下降了。但是用這種方法生產(chǎn)汽車燃料讓人很感興趣。

Disadvantages reflected這種發(fā)酵過(guò)程反映出來(lái)的缺點(diǎn)可分為兩個(gè)部分（1）原料（2）發(fā)酵過(guò)程。原材料費(fèi)用比原油費(fèi)用高，因?yàn)樯镔|(zhì)是一種農(nóng)業(yè)材料。因此相對(duì)照，它的生產(chǎn)和收割是非?；ㄙM(fèi)大量勞動(dòng)力的。而且農(nóng)作物作為一種固體物料運(yùn)輸很困難也很貴。發(fā)酵相對(duì)于石油化工主要缺點(diǎn)首先是發(fā)酵花費(fèi)的時(shí)間。發(fā)酵過(guò)程數(shù)量級(jí)通常是以天來(lái)計(jì)算而某些石油化工催化反應(yīng)僅僅只要幾秒鐘就完成了。第二個(gè)是，發(fā)酵過(guò)程的產(chǎn)品通常是稀釋的水溶液（<10%濃度）。它的分離和提純花費(fèi)就很高。微生物是一種生態(tài)系統(tǒng)，很小的變化在過(guò)程條件下是允許的。即便為了增加反應(yīng)速率，在溫度上一個(gè)相對(duì)小的增加可能導(dǎo)致微生物的死亡以及終止這個(gè)過(guò)程。

On the other hand另一方面，發(fā)酵方法也有特別好處，它們是非常有選擇行的。因?yàn)樗l(fā)酵生成的化學(xué)品在結(jié)構(gòu)上是很復(fù)雜的，要想合成它是極為困難的和//或者需要多步驟合成，但是用發(fā)酵就很容易制成。最明顯的例子是這種不同抗生素，例如，青霉素、頭孢霉素、鏈霉素。

Provided that the immense practical只要與基因工程快速發(fā)展領(lǐng)域相關(guān)聯(lián)的是巨大的實(shí)際問(wèn)題。在基因工程里，微生物如細(xì)菌是特制的來(lái)生產(chǎn)特定的化學(xué)品，這樣問(wèn)題就能夠被克服。那么人們對(duì)發(fā)酵方法的興趣將會(huì)非常大?？墒窃诓痪玫膶?lái)發(fā)酵方法看起來(lái)不像是生產(chǎn)大噸位化學(xué)品，就是需要量比較大的化學(xué)品例如乙烯和苯。這是因?yàn)榉磻?yīng)速度很慢而且十分巨大部分的分離花費(fèi)。Unit 6

石灰工藝大約40%的產(chǎn)量進(jìn)入鋼鐵制造業(yè)，在鋼鐵制造業(yè)中石灰產(chǎn)品用于存在于鐵礦石中耐熱的sio2反應(yīng)，生成流動(dòng)的渣浮在表面上，這樣就很容易與液態(tài)金屬分開(kāi)。少量但很重要的石灰石的用途用于化學(xué)產(chǎn)品的制造，污染控制和水處理。其中從石灰石中最重要產(chǎn)品是蘇打灰。

H2O）。

主要的重整反應(yīng)是典型的如下反應(yīng)（重整反應(yīng)是從鎳基為催化劑在150℃下面發(fā)生的）：

CH4+H2O→CO+3 H2CH4+2 H2O→CO2+4H2 其它碳?xì)浠衔镞M(jìn)行類似反應(yīng)。在第二步重整反應(yīng)里，把空氣注入1100℃蒸汽中。除此之外，還有其它的反應(yīng)發(fā)生，空氣中O2和H2反應(yīng)生成H2O。留下一種混合物，接近于理想化的3：1的H2與N2的反應(yīng)，且沒(méi)有氧化污染。然而進(jìn)一步反應(yīng)也是必須的，以便來(lái)將大部分CO轉(zhuǎn)化為H2和CO2通過(guò)變換反應(yīng)進(jìn)行：CO+H2O→CO2+H2

這個(gè)反應(yīng)是在低溫下進(jìn)行的，且有2個(gè)步驟（400℃下用鐵催化劑，200℃下用銅催化劑）來(lái)確保這個(gè)反應(yīng)盡可能的完全反應(yīng)。

下一步，CO2必須從混合氣體中除掉。要除掉CO2需通過(guò)將酸性氣體通入堿性溶液反應(yīng)，例如KOH和/或單乙醇銨。

到這個(gè)步驟為止，仍然有大多CO來(lái)污染氫氮混合物氣體（CO能使Haber催化劑中毒）需要另一個(gè)步驟，將CO量降低到ppm水平。此步驟稱為甲烷化，包含CO和H2生成CH4(與有些重整步驟相反)。這個(gè)反應(yīng)操作在大約325℃，還用一種鎳催化劑。

到現(xiàn)在合成氣體混合物已準(zhǔn)備好進(jìn)入Haber反應(yīng)。

NH3的生產(chǎn)：各種不同類型合成NH3工廠的共同特征是合成氣體混合物被加熱壓縮并被送到含有催化劑反應(yīng)的容器中。反應(yīng)基本方程式：N2+3H2〓2NH3

工業(yè)上通過(guò)合成NH3實(shí)現(xiàn)目標(biāo)是可以接受的反應(yīng)速度和反應(yīng)收率。在不同時(shí)期和經(jīng)濟(jì)環(huán)境中尋求不同方案的折衷方案。早期合成NH3工廠強(qiáng)調(diào)用高壓（來(lái)使得在一過(guò)性反應(yīng)器中使收率提高），但許多最為現(xiàn)代化工廠已經(jīng)接受在低壓下的低得多的單程收率，并且也選擇低溫來(lái)節(jié)省能量。為了確保在反應(yīng)器里面最高收率，當(dāng)反應(yīng)氣體達(dá)到平衡點(diǎn)時(shí)合成氣體被冷卻。可以通過(guò)使用熱交換器來(lái)降低反應(yīng)器溫度或者在合適處注入冷氣。這種做法的作用是為了冷卻反應(yīng)，從而盡可能接近平衡點(diǎn)。因?yàn)榉磻?yīng)是放熱反應(yīng)，（在比較高溫度下不利于NH3的合成）所以反應(yīng)熱量必須小心控制好來(lái)獲得好的收率。

Haber反應(yīng)出料是由NH3和混合氣體組成的，所以下一步是需要分開(kāi)兩者以便混合氣體也循環(huán)使用?；旌蠚獾姆蛛x通常通過(guò)冷凝NH3完成（NH3在-40℃時(shí)沸騰比其它化合物的揮發(fā)性小得多）。大部分為化肥（以百萬(wàn)噸計(jì)）：尿素（4.2）、（NH4）2SO4(2.2)、NH4NH3(2.6)、磷酸氫二銨（13.5）。

NH3化學(xué)用途多種多樣。蘇打灰生產(chǎn)過(guò)量要用到NH3，但是

他并不出現(xiàn)在最終產(chǎn)品而被循環(huán)使用。一個(gè)廣泛地過(guò)程直接用到NH3，包括氰化物，含有N的芳香類化合物，例如嘧啶的生產(chǎn)。許多聚合物中N(例如尼龍或者丙烯酸)可以追蹤到NH3。經(jīng)常通過(guò)腈或HCN。大部分其它過(guò)程用HNO3或鹽來(lái)作為N來(lái)源。NH4NO3作為一種富含N的肥料，也作為一種大包炸藥原料。

第五篇：化學(xué)工程與工藝專業(yè)英語(yǔ)

1.Although the use of chemicals dates back to the ancient civilizations, the evolution of what we know as the modern chemical industry started much more recently.It may be considered to have begun during the Industrial Revolution, about 1800, and developed to provide chemicals roe use by other industries.盡管化學(xué)品的使用可以追溯到古代文明時(shí)代，我們所謂的現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的發(fā)展卻是非常近代（才開(kāi)始的）。可以認(rèn)為它起源于工業(yè)革命其間，大約在1800年，并發(fā)展成為為其它工業(yè)部門(mén)提供化學(xué)原料的產(chǎn)業(yè).2.At the start of the twentieth century the emphasis on research on the applied aspects of chemistry in Germany had paid off handsomely, and by 1914 had resulted in the German chemical industry having 75% of the world market in chemicals.This was based on the discovery of new dyestuffs plus the development of both the contact process for sulphuric acid and the Haber process for ammonia.The later required a major technological breakthrough that of being able to carry out chemical reactions under conditions of very high pressure for the first time.20世紀(jì)初，德國(guó)花費(fèi)大量資金用于實(shí)用化學(xué)方面的重點(diǎn)研究，到1914年，德國(guó)的化學(xué)工業(yè)在世界化學(xué)產(chǎn)品市場(chǎng)上占有75%的份額。這要?dú)w因于新染料的發(fā)現(xiàn)以及硫酸的接觸法生產(chǎn)和氨的哈伯生產(chǎn)工藝的發(fā)展。而后者需要較大的技術(shù)突破使得化學(xué)反應(yīng)第一次可以在非常高的壓力條件下進(jìn)行。

3.At present, however, many intermediates to products produced, from raw materials like crude oil through(in some cases)many intermediates to products which may be used directly as consumer goods, or readily converted into them.The difficulty cones in deciding at which point in this sequence the particular operation ceases to be part of the chemical industry’s sphere of activities.然而現(xiàn)在有數(shù)千種化學(xué)產(chǎn)品被生產(chǎn)，從一些原料物質(zhì)像用于制備許多的半成品的石油，到可以直接作為消費(fèi)品或很容易轉(zhuǎn)化為消費(fèi)品的商品。困難在于如何決定在一些特殊的生產(chǎn)過(guò)程中哪一個(gè)環(huán)節(jié)不再屬于化學(xué)工業(yè)的活動(dòng)范疇.4.The chemical industry is concerned with converting raw materials, such as crude oil, firstly into chemical intermediates and then into a tremendous variety of other chemicals.These are then used to produce consumer products, which make our lives more comfortable or, in some cases such as pharmaceutical produces, help to maintain our well-being or even life itself.化學(xué)工業(yè)涉及到原材料的轉(zhuǎn)化，如石油 首先轉(zhuǎn)化為化學(xué)中間體，然后轉(zhuǎn)化為數(shù)量眾多的其它化學(xué)產(chǎn)品。這些產(chǎn)品再被用來(lái)生產(chǎn)消費(fèi)品，這些消費(fèi)品可以使我們的生活更為舒適或者作藥物維持人類的健康或生命。

5.The improvement in properties of modern synthetic fibers over the traditional clothing materials has been quite remarkable.在傳統(tǒng)的衣服面料上，現(xiàn)代合成纖維性質(zhì)的改善也是非常顯著的。

6.In terms of shelter the contribution of modern synthetic polymers has been substantial.Plastics are tending to replace traditional building materials like wood because they are lighter, maintenance-free

講到住所方面現(xiàn)代合成高聚物的貢獻(xiàn)是巨大的。塑料正在取代像木材一類的傳統(tǒng)建筑材料，因?yàn)樗鼈兏p，免維護(hù)

7.The classical role of the chemical engineer is to take the discoveries made by the chemist in the laboratory and develop them into money--making, commercial-scale chemical processes.化學(xué)工程師經(jīng)典的角色是把化學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室里的發(fā)現(xiàn)拿來(lái)并發(fā)展成為能賺錢(qián)的商業(yè)規(guī)模的化學(xué)過(guò)程。1

8.The chemical industry is a very high technology industry which takes full advantage of the latest advances in electronics and engineering.Computers are very widely used for all sorts of applications, from automatic control of chemical plants, to molecular modeling of structures of new compounds, to the control of analytical instruments in the laboratory.化學(xué)工業(yè)是高技術(shù)工業(yè)，它需要利用電子學(xué)和工程學(xué)的最新成果。計(jì)算機(jī)被廣泛應(yīng)用，從化工廠的自動(dòng)控制，到新化合物結(jié)構(gòu)的分子模擬，再到實(shí)驗(yàn)室分析儀器的控制。

9.Once the pilot plant is operational, performance and optimization data can be obtained in order to evaluate the process from an economic point of view.The profitability is assessed at each stage of the development of the process.If it appears that not enough money will be made to justify the capital investment, the project will be stopped.中試車間一旦開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，就能獲得性能數(shù)據(jù)和選定最佳數(shù)值以便從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度對(duì)流程進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的每一個(gè)階段可能獲得的利潤(rùn)進(jìn)行評(píng)定。如果結(jié)果顯示投入的資金不能有足夠的回報(bào)，這項(xiàng)計(jì)劃將被停止。

10.Based on the experience and data obtained in the laboratory and the pilot plant, a team of engineers is assembled to design the commercial plant.The chemical engineer’s job is to specify all process flow rates and conditions, equipment types and sizes, materials of construction, process configurations, control systems, safety systems, environmental protection systems, and other relevant specifications.根據(jù)在實(shí)驗(yàn)室和中試車間獲得的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，一組工程師集中起來(lái)設(shè)計(jì)工業(yè)化的車間?；瘜W(xué)工程師的職責(zé)就是詳細(xì)說(shuō)明所有過(guò)程中的流速和條件，設(shè)備類型和尺寸，制造材料，流程構(gòu)造，控制系統(tǒng)，環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)以及其它相關(guān)技術(shù)參數(shù)。

11.The startup period can require a few days or a few moths, depending on the newness of the technology, the complexity of the process, and quality of the engineering that has gone into the design.Problems are frequently encountered that require equipment modifications.This is time consuming and expensive: just the lost production from a plant can amount to thousands of dollars per day.Indeed, there have been some plants that have never operated, because of unexpected problems with control, corrosion, or impurities, or because of economic problems.啟動(dòng)階段需要幾天或幾個(gè)月，根據(jù)設(shè)計(jì)所涉及工藝技術(shù)的新穎、流程的復(fù)雜程度以及工程的質(zhì)量而定。中間經(jīng)常會(huì)遇到要求設(shè)備完善的問(wèn)題。這是耗時(shí)耗財(cái)?shù)碾A段：僅僅每天從車間出來(lái)的廢品會(huì)高達(dá)數(shù)千美金。確實(shí)，曾經(jīng)有些車間因?yàn)闆](méi)有預(yù)計(jì)到的問(wèn)題如控制、腐蝕、雜質(zhì)或因?yàn)榻?jīng)濟(jì)方面的問(wèn)題而從來(lái)沒(méi)有運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)。

12.Chemical engineers study ways to reduce operating costs by saving energy, cutting raw material consumption, and reducing production of off-specification products that require reprocessing.They study ways to improve product quality and reduce environmental pollution of both air and water.化學(xué)工程師研究一些方法節(jié)省能源，降低原材料消耗、減少不合要求的需進(jìn)行處理的產(chǎn)品的生產(chǎn)，以降低生產(chǎn)成本。他們還研究一些提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少空氣和水中環(huán)境污染的措施。

13.The marketing of many chemicals requires a considerable amount of interaction between engineers in the company producing the chemical and engineers in the company using the chemical.This interaction can take the form of advising on how to use a chemical or developing a new chemical in order to solve a specific problem of a customer.許多化工產(chǎn)品的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)需要制造化工產(chǎn)品公司的工程師與使用化工產(chǎn)品公司的工程師密切合作。這種合作所采取的方式可以是對(duì)如何使用一種化學(xué)產(chǎn)品提出建議，或者是生產(chǎn)出一種新的化學(xué)產(chǎn)品以解決客戶的某個(gè)特殊的困難。

14.The number and diversity of chemical compounds is remarkable: over ten million are now known.Even this vase number pales into insignificance when compared to the number of carbon compounds which is theoretically possible.化學(xué)物質(zhì)的數(shù)量多得驚人，其差異很大：所知道的化學(xué)物質(zhì)的數(shù)量就達(dá)上千萬(wàn)種。如此的數(shù)量與理論上可能形成的含碳化合物的數(shù)量相比，相形見(jiàn)絀。

15.Since the term “inorganic chemical” covers compounds of all the elements other than carbon, the diversity of origins is not surprising.Some of the more important sources are metallic ores, and salt or brine.In all these cases at least two different elements are combine together chemically in the form of a stable compound.因?yàn)椤盁o(wú)機(jī)化學(xué)品”這個(gè)詞涉及到的是除碳以外所有元素構(gòu)成的化合物.其來(lái)源的多樣性并不很大。一些較重要的來(lái)源是金屬礦以及鹽和海水。在這些情況下，至少兩種不同的元素化合以一種穩(wěn)定的化合物在一起。

16.In contrast to inorganic chemicals which, as we have already seen,are derived pfom many different sources, the multitude of commercially important organic compounds are essentially derived from a single source.Nowadays in excess of 99% of all organic chemicals is obtained from crue oil and natural gas via petrochemical processes.相比于無(wú)機(jī)化學(xué)品來(lái)自于眾多不同的資源，商業(yè)上的一些重要的有機(jī)化合物基本上來(lái)源單一。如今，所有有機(jī)化合物的99%以上，可以通過(guò)石化工藝過(guò)程從原油和天然氣得到.17.The major route form biomass to chemicals is via fermentation processes.However these processes cannot utillize polysaccharides like cellulose and starch, and so the latter must first be subjected to acidic or enzymic hydrolysis to from the simpler sugars which are suitable starting materials.從碳水化合物得到化學(xué)物質(zhì)的主要途徑是通過(guò)發(fā)酵過(guò)程。然而發(fā)酵過(guò)程不能利用多糖，因此，淀粉必須先受到酸性或酶水解反應(yīng)，生成更簡(jiǎn)單的糖類，是合適的起始原料。

18.Being esters, the use of lipids for chemicals production starts with hydrolysis.Although this can be either acid-or alkali-catalyzed, the latter is preferred since it is an irreversiblereaction, and under these conditions the process is known as saponification.類脂屬于脂類（物質(zhì)），用于生產(chǎn)化學(xué)物質(zhì)時(shí)，以水解反應(yīng)開(kāi)始，雖然水解反應(yīng)可以用酸或堿催化，但堿催化效果更好，因?yàn)閴A催化反應(yīng)不可逆。堿性條件下的水解反應(yīng)叫做皂化反應(yīng)。

19.In effect he applied the ethics of industrial consultancy by which experience was transmitted “from plant to plant and from process to process in such a way which did not compromise the private or specific knowledge which contributed to a given plant’s profitability”.The concept of unit operations held that any chemical manufacturing process could be resolved into a coordinated series of operations such as pulverizing, drying, roasting, electrolyzing, and so on.他采用了工業(yè)顧問(wèn)公司的理念，經(jīng)驗(yàn)傳遞從一個(gè)車間到另一個(gè)車間，從一個(gè)過(guò)程到另一個(gè)過(guò)程。這種方式不包含限于某個(gè)給定工廠的利潤(rùn)的私人的或特殊的知識(shí)。單元操作的概念使每一個(gè)化學(xué)制造過(guò)程都能分解為一系列的操作步驟，如研末、干燥、烤干、電解等等。

20.Chemical engineers of the future will be integrating a wider range of scales than any other branch of engineering.未來(lái)的化學(xué)工程師將比任何其他分支的工程師在更為寬廣的規(guī)模范圍緊密協(xié)作

21.Thus, future chemical and engineers will conceive and rigorously solve problems on a continuum of scales ranging from microscale.因此，未來(lái)的化學(xué)工程師們要準(zhǔn)備好解決從微型的到巨型的規(guī)模范圍內(nèi)出現(xiàn)的問(wèn)題。

22.Chemical engineers will become more heavily involved in product design as a complement to process design.化學(xué)工程師將越來(lái)越多地涉及到對(duì)過(guò)程設(shè)計(jì)進(jìn)行補(bǔ)充的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。

23.Chemical engineers will be frequent participants in multidisciplinary research efforts.化學(xué)工程師將經(jīng)常性地介入到多學(xué)科領(lǐng)域的研究工程。

carbonate 碳酸鹽 spectrum 光譜 silica 二氧化硅epoxy 環(huán)氧樹(shù)脂 vinyl 乙烯基 acetate 醋酸鹽 pharmaceutical 藥物 polypropylene 聚丙烯 formaldehyde 甲醛 ammonium 銨基polyester 聚酯 the lion’s share 較大部分

reactant 反應(yīng)物 distillation 蒸餾 nozzle 噴嘴 compressor 壓縮機(jī) pilot-plant 中試裝置 specification 說(shuō)明書(shū) flow sheet 工藝流程圖

corrosion 腐蝕 sensor 傳感器 atrophy 退化，衰退 on-line 聯(lián)機(jī) commission 投產(chǎn)，交工式運(yùn)轉(zhuǎn) covalent 共價(jià)的 isomerism 同分異構(gòu)

froth flotation 泡沫浮選 borate 硼酸鹽（酯）fluoride 氟化物 amino 氨基的 hydrolysis 水解 nap h the ne 環(huán)烷烴 naphtha 揮發(fā)油

鈉 sodium 鉀 potassium 磷 phosphorus 氨 ammonia 聚合物 polymer 粘度 viscosity 聚乙烯 polyethylene 氯化物 chloride

烴 hydrocarbon 催化劑 catalyst 煉油廠 refinery 添加劑 additive 間歇的 batch 反應(yīng)器 reactor 放大 scale-up 熱交換器 heat exchanger

創(chuàng)新 innovation 術(shù)語(yǔ) terminology 閥 valve 梯度 gradient 組成 composition 雜質(zhì) impurity 模擬 simulate 氫氧化物 hydroxide 酯 ester 脂肪族的 aliphatic 不飽和的 unsaturated

芳香族的 aromatic 甲烷 methane 烯烴 olefin 烷烴 alkaneenzymic 酶 xylene 二甲苯