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 时间:2015-12-10 05:20:35 贡献者:や快乐无限┈

导读:化学工程与工艺专业英语课文翻译Unit 1 Chemical Industry化学工业我们的思路将要考虑化学工业在满足和改善我们的主要需求方面所做的贡献。是些什么需求呢?很显然,食物和健康是放在第一位

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化学工程与工艺专业英语课文翻译

Unit 1 Chemical Industry化学工业

我们的思路将要考虑化学工业在满足和改善我们的主要需求方面所做的贡献。

是些什么需求呢?很显然,食物和健康是放在第一位的。

其它我们要考虑的按顺序是衣物、住所、休闲和旅行。

们在许多国家都有制造厂。

这种国际间的合作理念,或全球一体化,是化学工业中发展的趋势。

大公司通过在别的国家建造制造厂或者是收购已有的工厂进行扩张。

【返回目录】Unit 2 Research and Development研究和开发研究和开发,或通常所称R&D是制造业各个部门都要进行的一项活动。

我们马上可以看到,它的内容变化很大。

我们首先了解或先感觉一下这个词的含义。

尽管研究和开发的定义总是分得不很清楚,而且有许多重叠的部分,我们还是要试着把它们区分开来。

简单说来,研究是产生新思想和新知识的活动,而开发则是把这些思想贯彻到实践中得到新工艺和新产品的行为。

可以用一个例子来描述这一点,预测一个有特殊生物活性的分子结构并合成它可以看成是研究而测试它并把它发展到可以作为一种新药推向市场这一阶段则看作开发部分。

利用、原材料的获得或价格发生了变化。

氯乙烯单聚物的制造就是这样的一个例子。

它的制造方法随着经济、技术和原材料的变化改变了好几次。

另一个刺激因素是需求的显著增加。

因而销售量对生产流程的经济效益有很大影响。

Penicillin早期的制造就为此提供了一个很好的例子。

我们已经强调了化学产品是由于它们的效果,或特殊的用途、用处而得以售出这个事实。

这就意味着化工产品公司的技术销售代表与顾客之间应有密切的联系。

对顾客的技术支持水平往往是赢得销售的一个重要的因素。

进行研究和开发的化学家们为这些应用开发提供了帮助。

CH3CH3F的制造就是一个例子。

它最开始是用来做含氟氯烃的替代物作冷冻剂的。

然而近来发现它还可以用作从植物中萃取出来的天然物质的溶解剂。

当它作为制冷剂被制造时,固然没有预计到这一点,但它显然也是应用开发的一个例子。

试”流程所使用的反应器容量为5加仑,蒸馏塔直径为3英寸。

开发通常是化学流程商业化的一部分。

因为“放大”规模是一个非常困难的问题。

直接从试管研制跳到在10.000加仑反应器里生产是非常棘手的有时甚至是危险的工作。

一些(在实验室研究阶段)根本不明显的未加以考虑的细微问题,如混合不均匀,温度梯度辐射状升高,热交换面积逐渐降低以及热交换速度下降等(在后一阶段变得影响很大)。

启动阶段需要几天或几个月,根据设计所涉及工艺技术的新颖、流程的复杂程度以及工程的质量而定。

中间经常会遇到要求设备完善的问题。

这是耗时耗财的阶段:仅仅每天从车间出来的废品会高达数千美金。

确实,曾经有些车间因为没有预计到的问题如控制、腐蚀、杂质或因为经济方面的问题而从来没有运转过。

包括、涵盖)的是除碳以外所有元素构成的化合物。

其来源的多样性并不很大(见表1-1)。

一些较重要的来源是金属矿(包括重要的金属铁和铝)以及盐和海水(用于生产氯、钠、氢氧化钠和碳酸钠)。

在这些情况下,至少两种不同的元素化合以一种稳定的化合物在一起。

因此,如果要得到单个元素(也就是金属),那么提取过程除了纯物理的分离方法以外,还必

用单细胞的微生物(一般有酵母菌、真菌、细菌或霉菌)生产特殊化学品。

有些发酵农家已用了上千年。

最著名的例子为,谷物发酵生产含酒精的饮料。

直到1950 年,该方法才成为生产脂肪族有机化学品的最普遍的途径。

因为生产的乙醇脱水生成乙烯,而乙烯是合成大量脂肪族化合物的关键中间体。

尽管用此方法生产的化学品有所减少,但是用这种方法生产汽车燃料方面存在大量的兴趣。

反映在发酵过程的缺点可分为两方面(1)原料(2)发酵过程。

因为植物茎杆是一种农业原料,其生产和收割均为劳动力密集型的过程,所以相比之,它的原料费用高于原油的费用。

同时,物料的运输更困难,费用更高。

与石化处理过程相比,发酵过程的主要缺点是:其一,时间通常要好几天,相比有些催化石油反应只要几秒;其二,所得的产物通常是以稀的水溶液(浓度<10%)存在,因此,分离和纯化费用较高。

因为微生物是活的体系,过程的条件几乎不容许改变。

为了增加反应速度,即使相对于小的温升,独有可能会导致微生物的死亡和发酵过程终止。

另一方面,发酵方法的独特优点是,其选择性高,一些结构复杂而很难以合成或者需要多步合成的化合物,通过发酵很容易制得。

著名的实例有多种多样的抗生素的生产。

如青霉素,头孢菌素和链霉素。

如果也基因工程中快速发展的过程中大量的实际问题得到解决,那么发酵方面的兴趣存在很大的兴趣。

在基因工程中。

微生物(如细菌)能定制地生产成所需的化学品。

然而,因为发酵反应速度慢和产物分离费用高,在不久的将来要实现用发酵方法生产大众化学品(即需求量极大的化学品如依稀,笨。

)看来是不可能。

支持,它们不那么引人注意(如药品),有时候利润不很高。

其利润来自于经济盛衰时难以预测的周期。

这些基本化学品不被公众注意到和直接使用,因此其重要性常得不到理解。

即使在化学工业中,其重要性也得不到足够的重视。

然而,如果没有这些基本化学品,其他工业就不复存在。

基本化学品处于原料(及那些从地下通过采矿、开采或用泵抽出来的物质)和最终产品的中间位置。

基本化学品的一个显著的特征就是它们的生产规模,每一种(基本化学品)的生产规模都相当大。

图2-1表示在1993 年美国市场上的25 中化学品。

(为了使我们了解化学品的分类与生产量有关。

)通常,基本化学品生产于那些年产量上万吨的工厂。

年产量10 万吨的工厂每小时要生产1.25 吨。

基本化学品的另一显著重要的特征是其价格。

大多数价格相当便宜。

基本化学品工业所作的工作(或任务)是找到经济的途径将原来转变为有用的中间体。

生产厂家要对它们的产品收取较高的价格几乎没有余地,因此,那些最低费用生产产品的厂家可能获得的利润最高。

这就意味着,厂家就必须不断准备寻求新的,更经济的生产和转变原料的方法。

许多基本化学品为石油精炼的产物,而部分基本化学品工业----硫、氮、磷和氯碱工业是把除C 和H、S外的元素转变为化学品。

总之,这些产品和石化工业的基本产物两者结合起来可生产无数重要的化学物质,这些重要的化学物质可作为其余化学工业的原料。

基本化学工业现在面临着其历史上中最大的挑战之一,该工业中的产品消费部门---农业以停止增长。

同时大大减小了对肥料的需求。

西方的农场主生产了大多的食物,政府减小了对农业部门的津贴,结果导致了更少的土地用于耕种和所需的肥料减少。

过量肥料的流失而引起的环境的关注也减少了对肥料的需求。

诸如含氯化合物之类的产品,已收到了来自环境学家的压力。

根据《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔白皮书》,一些产品将受到禁止。

而其它的物质,可以受得住环境学家的压力。

基本化学品工业再也不会依靠在需求量方面的长期增长。

为了实现更好的规模经济和某一特殊产品更好的市场地位,厂家相互交换工厂(车间),该工业注重不断合并联合。

这使从事某一工业的人员减少,使该工业达到更好的供需平衡和更好的利润。

基本化学品工业正逐渐转向为其他化学工业服务,而越来越小地为农业服务。

基本化学品受到的压力是许多大规模过程引起的(觉察得到的)较大的环境污染。

尽管许多大厂家的生产效率较高,但是该工业要实现最好的环境标准还有很长的路要走。

增加重复利用的驱动力和理想化的无排放的工厂,是影响接下来十年该工业发展的主要因素。

接用于下一步反应。

石灰石通常在大型露天石矿中开采,许多采石矿也进行原料的一些处理。

肥皂和纺织品,以及在多种化学过程中作为一种十分重要的原料。

所有的电解有着共同之处,盐的电解生成Cl2 和NaOH。

大多数生产过程是电解(盐的)水溶液,但是有些重要的工厂,电解熔融盐生成Cl2 和液态钠。

这些电解熔融盐的过程可用于重要液态Na 的工业生产。

虽然石油添加剂厂家多种多样,设会出现液态钠的其他用途,但是他的主要是用于生产四烷基铅的石油添加剂。

实质上用于水溶液电解过程有三种不同的电解槽:水银槽、隔板槽和膜电解槽。

膜电解槽只是用于此案在化工厂中新的生产过程,但是还存在着大量的旧生产过程,尽管说阴曹涉及到对环境的影响,但是许多生产厂家上位法此案膜片电解槽代替水印电解槽的经济性。

由Harber、Nerst、Bosh 在德国于一战前开发出来的。

N2 +3H2≒2 NH3原则上,H2 和N2 间的反应很容易进行,该反应是放热反应,低温时平衡向右移动。

所不幸的是,自然界赋予的N2 一个很强的叁键,这使得N2 分子不易受热力学因素的影响。

用科学术语来说,该分子是动力学惰性的。

因此,要使该反应以一定的速度进行,需要相当苛刻的反应条件。

实际上,“固定”(意思相互矛盾,“有用的反应活性”)氦的一种主要来源是闪电过程,闪电时生产大量的热量,把N2 和O2转化为N2O.在化工厂中要得到可观的NH3 的转化率,我们有必要使用催化剂。

Harber 发现的催化剂(这使他获得诺贝尔奖)是一些廉价的含铁的化合物。

即使有该催化剂,这反应也需要很高压力(早期高达600 个大气压)和高温(大约4000C)因为四个气体分子转化为两个气体分子,所以增加压力使平衡向右(正方向)移动。

然而,尽管高温使反应速度加快,但是高温使平衡向右移动,因此,所选的条件必须要折中的能以合理的速率得到令人满意的转化率。

条件的准确选择将取决于其他的经济因素和催化剂的具体情况。

因为资本和能耗费用越发重要,当代的工厂已经趋向于比早期工厂在更低的压力和更高的温度(循环使用未转化的物料)下进行操作。

氮的生物固定也使用了一种催化剂,该催化剂镶在较大的蛋白质分子中含有钼和铁,其详细结构直到1992 年才被化学家弄清楚,该催化剂的详细作用机理尚未清楚。

原料。

该过程需要以下几种原料(进料)的能源、N2 和H2。

N2 很容易从空气中提取,但是H2 的来源很成问题。

以前,H2 来源于通过煤的焦化反应,煤用作蒸汽重整的原料(主要是C 的来源),在蒸汽重整过程中,水蒸气与C 反应生成H2、CO 和CO2。

如今,以天然气(主要是甲烷)代替,尽管也使用来自石油的烃类物质。

通常,制NH3 的工厂包括与NH3 生产相连接的H2 生产车间。

在重整反应之前,含硫化合物必须从烃的原料中除去,因为它们既能污染重整催化剂又能污染Harber催化剂。

第一除硫步骤需要钴-铜催化剂。

该催化剂能将所有的含硫化合物氢化生成H2S,H2S 能与ZnO 反应(ZnS 和H2O)加以除去。

主要的重整反应中,下列甲烷反应最为典型(甲烷的反应发生于约7500C.含镍催化剂上)CH4 + H2O→CO + 3H2 (合成气)CH2 + 2H2O→CO2 + 4H2其他烃经历类似反应。

在次级重整器中,空气注入温度11000C 的气流,除了发生其他反应外,空气中的O2 与H2 反应生成H2O,结果剩下不会污染的O2 的混合物,该混合物中O2 与H2 的比接近理想比3:1.然而,下一步反应必须通过下列转化反应将更多的CO 转变为H2 和CO2 。

CO+ H2O→CO2 + H2为使其尽可能完全的转化,此反应应该在较低温度下以两步进行(一步是在4000C 用铁为催化剂,另一步是在2000C 下用催化剂)。

下一步中, CO2 必须从气体混合物中除去。

除去CO2 可以用该酸性气体与碱性溶液(如KOH 和(或)单乙醇胺或二乙醇胺反应得以实现。

不是用于进一步应用的含氨化合物的生产,而是用于生产肥料(如尿素,硝酸铵和磷酸铵)。

肥料消耗了所生产氨的80%。

例如:在1991 年美国消费的由氨得来的产物如下:其中大部分用作肥料(数量以百万吨计)尿素(4.2 百万吨)硫酸铵(二百二十万吨),硝酸铵(二百六十万吨),磷酸氢二铵(一千三百五十万吨)。

氨的化学应用各式各样,尽管在制备纯碱的索维尔工艺中氨气得到回收而没出现于最终产品中,但是该过程需要使用氨气,很多过程直接吸收氨气,这些过程包括氰化物和芳香族含氮化合物(如吡啶)的生产。

许多聚合物(如尼龙和丙烯酸类聚合物)中的氮可以追溯到氨,通常通过睛或氰(HCN)大多数的其他过称(工艺)以氨制的硝酸或硝酸盐作氮源,硝酸铵,用作含氮的肥料,它的另一种主要用途用作大众化炸药。

该高压反应可实现将60%的CO2 转化为氨基甲酸酯,生成的混合物输入低压分解器使之转化为尿素,未反应的物料被输回该工艺中高压步骤的开始阶段,这样做可以大大提高车间的总效率,第二阶段所得的溶液可直接用作液态含氮肥料或经浓缩生产纯度为99%固体尿素,尿素的用途尿素的含氮量高使之成为另一种有利氮肥,尿素占氮肥市场的绝大部分,其他的用途也很重要,但是只占所生产品尿素的10%左右。

尿素的最大的另一用途是用于树脂(甲醛二聚氰酰胺和尿素甲醛)例如这些树脂用作胶合板粘结剂和弗莱卡的表面。

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0.1%的二甲苯。

苯可以通过环己烷的脱氢,环己烷的取代,甲基环戊烷的芳构化,以及甲基苯的去甲基化制得。

(iii)骨架上是否有支链存在

太合指标的聚合物提高级别。

1.简要的历史轮廓

工程学运动。

由于不满意对工艺设备运行的经验描述,化学工程师开始从更基础的角度再审视单元操作。

发生在单元操作中的现象可以分解到分子运动水平。

这些运动的定量机械模型被建立并用于分析已有的仪器设备。

过程和放应器的数学模型也被建立并被应用于资金密集型的美国工业如石油化学工业。

Unit 11 Chemical and Process Thermodynamics化工热力学在投入大量的时间和精力去研究一个学科时,有理由去问一下以下两个问题:该学科是什么?(研究)它有何用途?关于热力学,虽然第二个问题更容易回答,但回答第一个问题有必要对该学科较深入的理解。

(尽管)许多专家或学者赞同热力学的简单而准确的定义的观点(看法)值得怀疑,但是还是有必要确定它的定义。

然而,在讨论热力学的应用之后,就可以很容易完成其定义

可以被确定用于定义和确定平衡的位能,并将之定量化。

位能也可以确定一个体系移动的方向以及体系达到的终态,但是不能提供有关到达终态所需要的时间的信息。

因此,时间不是热力学的变量,速度的研究已超出了热力学的范畴,或者除了体系接近平衡的极限以外,速率的研究属于热力学的范畴。

在这儿,速率的表达式应该在热力学上是连续的。

单元化工热力学4平衡(过程)倒过来,即如果有净熵的减少,那么所有的箭头也要反向,该过程被迫反向进行。

实质上,是熵增驱使该过程:是同一种驱动力使水向下流,热流从热物质流向冷物质,使玻璃打碎,金属腐蚀。

简而言之,所有事物都同它们周围的环境接近平衡。

第一定律,需要能量守恒,所有形式能量变化有着相同的重要性。

尽管所有过程都受第一定律权威性的影响,但是该定律不能区分能量的质量,也不能解释为什么观察不到自发发生的

传质和动量传递发生在许多工程设备中,如热交换器,压缩机,核化反应器,增湿器,空气冷却器,干燥器,分离器和吸收器。

这些传递过程也发生在人体内以及大气中污染物反应和扩散的一些复杂过程中。

如果工程师要知道工程设备中正在发生什么并要做出能达到经济性操作的决策,对主导这些传递过程的物理定律有一个认识很重要。

化学工程由不同顺序的步骤组成,这些步骤的原理与被操作的物料以及该特殊体系的其他特征无关。

在设计一个过程中,如果(研究)步骤得到认可,那么所用每一步骤可以分别进行研究。

有些步骤为化学反应,而其他步骤为物理变化。

化学工程的可变通性(versatility)源于将一个复杂过程的分解为单个的物理步骤(叫做单元操作)和化学反应的实践。

化学工程中单元操作的概念基于这种哲学观点:各种不同顺序的步骤可以减少为简单的操作或反应。

不管所处理的物料如何,这些简单的操作或反应基本原理(fundamentals)是相同的。

这一原理,在美国化学工业发展期间先驱者来说是明显的,首先由A.D.Lttle 于1915年明确提出:任何化学过程,不管所进行的规模如何,均可分解为(be resolved into)一系列的相同的单元操作,如:粉碎、混合、加热、烘烤、吸收、压缩、沉淀、结晶、过滤、溶解、电解等等。

这些基本单元操作(的数目)为数不多,任何特殊的过程中包含其中的几种。

化学工程的复杂性来自于条件(温度、压力等等)的多样性,在这些条件下,单元操作以不同的过程进行,同时其复杂性来自于限制条件,如由反应物质的物化特征所规定的结构材料和设备的设计。

最初列出的单元操作,引用的是上述的十二种操作,不是所有的操作都可视为单元操作。

从那时起,确定了其他单元操作,过去确定的速度适中,但是近来速度加快。

流体流动、传热、蒸馏、润湿、气体吸收、沉降、分粒、搅拌以及离心得到了认可。

近年来,对新技术的不断理解以及古老但很少使用的分离技术的采用,引起了分离、处理操作或生产过程步骤上的数量不断增加,在多种操作中,这些操作步骤在使用时不要大的改变。

这就是“单元操作”这个术语的基础,此基础为我们提供了一系列的技术。

1.单元操作的分类

条件时,可以对任何工厂或单元操作进行能量衡算。

该原理与物料衡算同样重要,使用方式相同。

重要的是记住,尽管能量可能会转换为另一种等量形式,但是要把各种形式的所有的能量包括在内。

理想接触(平衡级模型)无论(whenever)所处理的物料在具体条件(如温度、压强、化学组成或电势条件)下接触时间长短如何,这些物料都有接近一定的平衡条件的趋势,该平衡由具体的条件确定。

在多数情况下,达到平衡条件的速率如此之快或所需时间足够长,以致每一次接触都达到了平衡条件。

这样的接触可视为一种平衡或一种平衡接触。

理想接触数目的计算是理解这些单元操作时所需的重要的步骤,这些单元操作涉及到物料从一相到另一相的传递,如浸取、萃取、吸收和溶解。

操作速率(传递速率模型)在大多数操作中,要么是因为时间不够,要么是因为不需要平衡,因此达不到平衡,只要一达到平衡,就不会发生进一步变化,该过程就会停止,但是工程师们必须要使该过程继续进行。

由于这种原因,速率操作,例如能量传递速率、质量传递速率以及化学反应速率,是极其重要而有趣的。

在所有的情况中,速率和方向决定于位能的差异或驱动力。

速率通常可表示为,与除以阻力的压降成正比。

这种原理在电能中应用,与用于稳定或直流电流的欧姆定律相似。

用这种简单的概念解决传热或传质中的速率问题时,主要的困难是对阻力的估计,阻力一般是通过不同条件下许多传递速率的确定式(determination)的经验关联式加以计算。

速率直接地决定于压降,间接地决定于阻力的这种基本概念,可以运用到任一速率操作,尽管对于特殊情况的速率可以不同的方式用特殊的系数来表达。

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种说法在多口进料的蒸馏塔和某些塔中相当不确切,这些塔中除了两种最终产物以外,一种产物即侧线馏分(sidestream)沿着蒸馏塔的长度方向上某些位置加以回收。

遵循的原则都与设计连续装置的原则相同,但是如果要处理多种混合物,那么应该检查该设

的浓溶液,或是为了从已被污染了的可溶性的物质中除去一种不溶性的固体,如颜料。

提取中所用的方法,是由所含的可溶性组分的比倒及其在固体中的分布、固体的本质和微粒的尺度所决定。

当流体相中扩散的分子受来自邻近表面的力作用而滞留一段时间,吸附就发生了。

该表面表示在固体结构中显著的不连续性,固体表面的原子有(多余)残余的分子力,这种分子力不像在结构体相的分子力一样能被其周围的原子消除掉。

这些残余的作用力或范德华力对于所有表面都是常见的,一些固体可以用作吸附剂的唯一原因是:它们能够以多孔形式进行生产,形成大的内表面。

相比之下,即使当固体加以细分,外表面对整个吸附做出的贡献不大。

商业吸附剂总表面的平均值为400,000m2/kg。

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(4)产物的热敏性

投资费用和劳力费用相对较低。

该类型干燥器的一些缺点为:停留时间不统一,产生灰尘,噪声程度较大。

们必须从简单的情况开始,利用考虑其它的因素来增长(帮助)我们的分析,直到我们能处理更困难的问题。

搅拌釜式反应器。

搅拌釜式反应器由带有机械搅拌器和冷却外套或线圈的釜组成,可以是间歇反应器或连续反应器。

几个反应器可以串联使用。

烈的相互影响。

这样,既然必须严格地评估所有相关的理论,这个模型的作用就是为了对过程进行更好的理解。

而且,用数学方程表达理论的工作也是促进基本概念用明显的公式表达的一个非常积极的因素。

(1)第一包括对问题、研究目标和对象进行适当的定义。

所有相关的理论必须结合实际的经验进行评估,可能需要开发、考察可选的物理模型。

是最重要的。

任何原材料的无效使用都可能造成废物蒸汽,从而变成环境问题。

替代,而间接蒸馏塔被侧线汽提塔替代。

 
 

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