《化學工程與工藝專業(yè)英語》翻譯

1、Unit 1 Chemical Industry 化學工業(yè)1 化學工業(yè)的起源盡管化學品的使用可以追溯到古代文明時代，我們所謂的現(xiàn)代化學工業(yè)的發(fā)展卻是非常近代（才開始的）?？梢哉J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)部門提供化學原料的產(chǎn)業(yè)。比如制肥皂所用的堿，棉布生產(chǎn)所用的漂白粉，玻璃制造業(yè)所用的硅及Na2CO3. 我們會注意到所有這些都是無機物。有機化學工業(yè)的開始是在十九世紀六十年代以William Henry Perkin 發(fā)現(xiàn)第一種合成染料苯胺紫并加以開發(fā)利用為標志的。20世紀初，德國花費大量資金用于實用化學方面的重點研究，到1914年，德國的化學工業(yè)在世界化學產(chǎn)品

2、市場上占有75%的份額。這要歸因于新染料的發(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突破使得化學反應第一次可以在非常高的壓力條件下進行。這方面所取得的成績對德國很有幫助。特別是由于1914年第一次世界大仗的爆發(fā)，對以氮為基礎的化合物的需求飛速增長。這種深刻的改變一直持續(xù)到戰(zhàn)后（1918-1939）。1940年以來，化學工業(yè)一直以引人注目的速度飛速發(fā)展。盡管這種發(fā)展的速度近年來已大大減慢?；瘜W工業(yè)的發(fā)展由于1950年以來石油化學領域的研究和開發(fā)大部分在有機化學方面取得。石油化工在60年代和70年代的迅猛發(fā)展主要是由于人們對于合成高聚物如聚乙烯、聚丙烯、尼龍、聚脂和環(huán)氧

3、樹脂的需求巨大增加。今天的化學工業(yè)已經(jīng)是制造業(yè)中有著許多分支的部門，并且在制造業(yè)中起著核心的作用。它生產(chǎn)了數(shù)千種不同的化學產(chǎn)品，而人們通常只接觸到終端產(chǎn)品或消費品。這些產(chǎn)品被購買是因為他們具有某些性質適合（人們）的一些特別的用途，例如，用于盆的不粘涂層或一種殺蟲劑。這些化學產(chǎn)品歸根到底是由于它們能產(chǎn)生的作用而被購買的?；瘜W工業(yè)的定義在本世紀初，要定義什么是化學工業(yè)是不太困難的，因為那時所生產(chǎn)的化學品是很有限的，而且是非常清楚的化學品，例如，燒堿，硫酸。然而現(xiàn)在有數(shù)千種化學產(chǎn)品被生產(chǎn)，從一些原料物質像用于制備許多的半成品的石油，到可以直接作為消費品或很容易轉化為消費品的商品。困難在于如何決定在一

4、些特殊的生產(chǎn)過程中哪一個環(huán)節(jié)不再屬于化學工業(yè)的活動范疇。舉一個特殊的例子來描述一下這種困境。乳劑漆含有聚氯乙烯/聚醋酸乙烯。顯然，氯乙烯（或醋酸乙烯）的合成以及聚合是化學活動。然而，如果這種漆，包括高聚物，它的配制和混合是由一家制造配料的跨國化學公司完成的話，那它仍然是屬于化學工業(yè)呢還是應當歸屬于裝飾工業(yè)中去呢？因此，很明顯，由于化學工業(yè)經(jīng)營的種類很多并在很多領域與其它工業(yè)有密切的聯(lián)系，所以不能對它下一個簡單的定義。相反的每一個收集和出版制造工業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)的官方機構都會對如何屆定哪一類操作為化學工業(yè)有自己的定義。當比較來自不同途徑的統(tǒng)計資料時，記住這點是很重要的。對化學工業(yè)的需要化學工業(yè)涉及到原

5、材料的轉化，如石油 首先轉化為化學中間體，然后轉化為數(shù)量眾多的其它化學產(chǎn)品。這些產(chǎn)品再被用來生產(chǎn)消費品，這些消費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。在生產(chǎn)過程的每一個階段，都有價值加到產(chǎn)品上面，只要這些附加的價值超過原材料和加工成本之和，這個加工就產(chǎn)生了利潤。而這正是化學工業(yè)要達到的目的。在這樣的一本教科書中提出：“我們需要化學工業(yè)嗎？”這樣一個問題是不是有點奇怪呢？然而，先回答下面幾個問題將給我們提供一些信息：（1）化學工業(yè)的活動范圍，（2）化學工業(yè)對我們日常生活的影響，（3）社會對化學工業(yè)的需求有多大。在回答這些問題的時候我們的思路將要考慮化學工業(yè)在滿足和改善我們的主

6、要需求方面所做的貢獻。是些什么需求呢？很顯然，食物和健康是放在第一位的。其它我們要考慮的按順序是衣物、住所、休閑和旅行。 (1)食物?；瘜W工業(yè)對糧食生產(chǎn)所做的巨大貢獻至少有三個方面。第一，提供大量可以獲得的肥料以補充由于密集耕作被農作物生長時所帶走的營養(yǎng)成分。（主要是氮、磷和鉀）。第二，生產(chǎn)農作物保護產(chǎn)品，如殺蟲劑，它可以顯著減少害蟲所消耗的糧食數(shù)量。第三，生產(chǎn)獸藥保護家禽免遭疾病或其它感染的侵害。（2）健康。我們都很了解化學工業(yè)中制藥這一塊在維護我們的身體健康甚至延長壽命方面所做出的巨大貢獻，例如，用抗生素治療細菌感染，用-抗血栓降低血壓。衣物。在傳統(tǒng)的衣服面料上，現(xiàn)代合成纖維性質的改善也是

7、非常顯著的。用聚脂如滌綸或聚酰胺如尼龍所制作的T恤、上衣、襯衫抗皺、可機洗，曬干自挺或免燙，也比天然面料便宜。與此同時，現(xiàn)代合成染料開發(fā)和染色技術的改善使得時裝設計師們有大量的色彩可以利用。的確他們幾乎利用了可見光譜中所有的色調和色素。事實上如果某種顏色沒有現(xiàn)成的，只要這種產(chǎn)品確有市場，就可以很容易地通過對現(xiàn)有的色彩進行結構調整而獲得。這一領域中另一些重要進展是不褪色，即在洗滌衣物時染料不會被洗掉。（4）住所，休閑和旅游。講到住所方面現(xiàn)代合成高聚物的貢獻是巨大的。塑料正在取代像木材一類的傳統(tǒng)建筑材料，因為它們更輕，免維護（即它們可以抵抗風化，不需油漆）。另一些高聚物，比如，脲甲醛和聚脲，是非常

8、重要的絕緣材料可以減少熱量損失因而減少能量損耗。塑料和高聚物的應用對休閑活動有很重要的影響，從體育跑道的全天候人造篷頂，足球和網(wǎng)球的經(jīng)緯線，到球拍的尼龍線還有高爾夫球的元件，還有制造足球的合成材料。多年來化學工業(yè)對旅游方面所作的貢獻也有很大的提高。一些添加劑如抗氧化劑的開發(fā)和發(fā)動機油粘度指數(shù)改進使汽車日產(chǎn)維修期限從3000英里延長到6000英里再到12000英里。研發(fā)工作還改進了潤滑油和油脂的性能，并得到了更好的剎車油。塑料和高聚物對整個汽車業(yè)的貢獻的比例是驚人的，源于這些材料擋板，輪胎，坐墊和涂層等等超過40%。很顯然簡單地看一下化學工業(yè)在滿足我們的主要需求方面所做的貢獻就可以知道，沒有化工

9、產(chǎn)品人類社會的生活將會多么困難。事實上，一個國家的發(fā)展水平可以通過其化學工業(yè)的生產(chǎn)水平和精細程度來加以判斷。化學工業(yè)的研究和開發(fā)。發(fā)達國家化學工業(yè)飛速發(fā)展的一個重要原因就是它在研究和開發(fā)方面的投入和投資。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。要強調這里我們所提出的百分數(shù)不是指利潤而是指銷售收入，也就是說全部回收的錢，其中包括要付出原材料費，企業(yè)管理費，員工工資等等。過去這筆巨大的投資支付得很好，使得許多有用的和有價值的產(chǎn)品被投放市場，包括一些合成高聚物如尼龍和聚脂，藥品和殺蟲劑。盡管近年來進入市場的新產(chǎn)品大為減少，而且在衰退時期研究部門通常是最先被裁減的部門，在研究和開發(fā)方

10、面的投資仍然保持在較高的水平?；瘜W工業(yè)是高技術工業(yè)，它需要利用電子學和工程學的最新成果。計算機被廣泛應用，從化工廠的自動控制，到新化合物結構的分子模擬，再到實驗室分析儀器的控制。一個制造廠的生產(chǎn)量很不一樣，精細化工領域每年只有幾噸，而巨型企業(yè)如化肥廠和石油化工廠有可能高達500,000噸。后者需要巨大的資金投入，因為一個這樣規(guī)模的工廠要花費2億5千萬美元，再加上自動控制設備的普遍應用，就不難解釋為什么化工廠是資金密集型企業(yè)而不是勞動力密集型企業(yè)。大部分化學公司是真正的跨國公司，他們在世界上的許多國家進行銷售和開發(fā)市場，他們在許多國家都有制造廠。這種國際間的合作理念，或全球一體化，是化學工業(yè)中發(fā)

11、展的趨勢。大公司通過在別的國家建造制造廠或者是收購已有的工廠進行擴張。Unit 4 Sources of chemicals化學物質的來源化學物質的數(shù)量多得驚人，其差異很大：所知道的化學物質的數(shù)量就達上千萬種。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，相形見絀。含碳化合物的數(shù)量之大是耦合的結果：即相對較強的碳碳共價鍵的碳原子長鏈和異構體的形成。大部分這些化合物只是滿足實驗室好奇心或學術興趣。然而，其他剩余的達幾千種，是商業(yè)和實踐興趣。因此，可以預料到這些化學物質的來源很廣。雖然對無機化學品如此，但是奇怪的是，大多數(shù)有機化學品來源于一種資源，即原油（石油）。1. 無機化學品因為“無機化學

12、品”這個詞（術語）涉及到（cover，包括、涵蓋）的是除碳以外所有元素構成的化合物。其來源的多樣性并不很大（見表1-1）。一些較重要的來源是金屬礦（包括重要的金屬鐵和鋁）以及鹽和海水（用于生產(chǎn)氯、鈉、氫氧化鈉和碳酸鈉）。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。因此，如果要得到單個元素（也就是金屬），那么提取過程除了純物理的分離方法以外，還必須涉及到化學處理（過程）。金屬礦或無機礦很少以純物質的形式存在，因此，處理過程的第一步通常是：（將無機礦中）從不要的固體如粘土或沙石中分離出來。固體篩分后經(jīng)壓碎和研磨，利用顆粒尺寸差異可以完成一些物理分離。下一步驟則取決于所需礦物的本質

13、及其特征。例如，鐵礦常在磁分離器利用他們的磁性加以分離。泡沫浮選是另一種廣泛應用的分離技術。在該技術中，所需要的礦物，以細小顆粒形式存在，借助被水溶液潤濕能力的差異而與其他礦物加以分離。常加入表面活性劑（抗?jié)櫇駝?，這些典型的分子，一頭為非極性部分（如長碳氫鏈），另一頭為極性部分（如-NH2）。該極性基團與礦物相吸，形成不牢固的鍵；而碳氫基團與水相斥而阻止礦物被潤濕，因而礦物能浮選。相反，其他固體物質很容易被潤濕而沉在水溶液中。攪拌溶液或液體中鼓泡以產(chǎn)生泡沫能大大促進表面活性劑包裹的礦物的漂浮，這些礦物從容器中溢出到收集容器中，在收集容器，礦物得到回收。顯然，該過程成功的關鍵在于，為所處理礦物

14、選擇一種高選擇的特定的表面活性劑。2 有機化合物相比于無機化學品來自于眾多不同的資源（這一點我們已經(jīng)明白了），商業(yè)上的一些重要的有機化合物基本上來源單一。如今，所有有機化合物的99%以上，可以通過石化工藝過程從原油（石油）和天然氣得到。這是一種有趣的情形 該情形一直在改變，而且將來也會變化，因為從技術上講，相同的化學品可以從其他原料得到。尤其是脂肪族化合物，可以通過由碳水化合物的發(fā)酵所得的乙醇加以生產(chǎn)，另一方面，芳香族化合物可以從煤焦油中分離得到。煤焦油是煤炭化工過程的副產(chǎn)物。動植物油脂，是為數(shù)不多的脂肪族化合物的特定的資源，這些脂肪族化合物包括長鏈脂肪酸（如正十八酸）和長鏈醇（如正十二烷醇）

15、?；剂希词?、天然氣和煤）的形成要花上百萬年，一旦用掉就不能被替換，因此，它們稱之為不可再生的資源。這與來自于植物的碳水化合物恰恰相反，碳水化合物能夠較快被更新。一種較為普遍應用的資源為蔗糖 一旦作物被收割和土地被清理，又可以種植和收割新的作物，通常少于一年。因此，碳氫化合物可稱為可再生資源。據(jù)估計，植物原料（干重）的總的年產(chǎn)量為1*1011 噸?；剂咸烊粴?、原油和煤，主要用作為能源，而不是作為有機化合物的資源。例如，各種石油分餾物的氣體，用于家用烹調和取暖、用作為汽車用的汽油、加熱建筑物重燃油，或用于在工業(yè)處理以產(chǎn)生的蒸汽。通常，一桶原油的8%用于化學品的生產(chǎn)。下列數(shù)據(jù)可以說明，為

16、什么化學工業(yè)在原油的使用方面與燃料或能源消耗的工業(yè)展開著競爭。顯然，若我們愿意使用可代替化石燃料的其他能源，那么這些可替代能源可以利用的，同時，我們自信地預料到在不久的將來，可以用上其他的可替代能源。因此，有必要要去保存寶貴的石油供應以用于化學品的生產(chǎn)。“處理石油的最后一件事情是將之燃燒”該說法是有根據(jù)的。注意到這件事很有趣且有益的：早在1894 年門捷列夫（發(fā)現(xiàn)元素周期表之俄國科學家）就向當局報道，“石油是太寶貴的資源而不能將之燃燒掉，應該將之以化學品資源加以保存。來自于碳水化合物（植物莖桿）的有機化學物質，職務的主要成分是碳水化合物，碳水化合物組成職務的結構。它們?yōu)槎嗵牵ㄈ缋w維素和淀粉），

17、大量的淀粉存在于食物（如谷類、大米和馬鈴薯）之中，纖維素是組成細胞壁的主要物質，因而廣泛存在，可以從木材、棉花等中得到。因此，來自于碳水化合物的化學品的潛力是相當大的，而且該原料可再生。從碳水化合物得到化學物質的主要途徑是通過發(fā)酵過程。然而發(fā)酵過程不能利用多糖（如維素和淀粉），因此，淀粉必須先收到酸性或酶水解反應生成更簡單的糖類（單糖或二糖（如蔗糖），這些較為簡單的糖是發(fā)酵過程中的）合適的起始原料。發(fā)酵過程是利用單細胞的微生物（一般有酵母菌、真菌、細菌或霉菌）生產(chǎn)特殊化學品。有些發(fā)酵農家已用了上千年。最著名的例子為，谷物發(fā)酵生產(chǎn)含酒精的飲料。直到1950 年，該方法才成為生產(chǎn)脂肪族有機化學品的

18、最普遍的途徑。因為生產(chǎn)的乙醇脫水生成乙烯，而乙烯是合成大量脂肪族化合物的關鍵中間體。盡管用此方法生產(chǎn)的化學品有所減少，但是用這種方法生產(chǎn)汽車燃料方面存在大量的興趣。反映在發(fā)酵過程的缺點可分為兩方面（1）原料（2）發(fā)酵過程。因為植物莖桿是一種農業(yè)原料，其生產(chǎn)和收割均為勞動力密集型的過程，所以相比之，它的原料費用高于原油的費用。同時，物料的運輸更困難，費用更高。與石化處理過程相比，發(fā)酵過程的主要缺點是：其一，時間通常要好幾天，相比有些催化石油反應只要幾秒；其二，所得的產(chǎn)物通常是以稀的水溶液（濃度<10%）存在，因此，分離和純化費用較高。因為微生物是活的體系，過程的條件幾乎不容許改變。為了增加

19、反應速度，即使相對于小的溫升，獨有可能會導致微生物的死亡和發(fā)酵過程終止。另一方面，發(fā)酵方法的獨特優(yōu)點是，其選擇性高，一些結構復雜而很難以合成或者需要多步合成的化合物，通過發(fā)酵很容易制得。著名的實例有多種多樣的抗生素的生產(chǎn)。如青霉素，頭孢菌素和鏈霉素。如果也基因工程中快速發(fā)展的過程中大量的實際問題得到解決，那么發(fā)酵方面的興趣存在很大的興趣。在基因工程中。微生物（如細菌）能定制地生產(chǎn)成所需的化學品。然而，因為發(fā)酵反應速度慢和產(chǎn)物分離費用高，在不久的將來要實現(xiàn)用發(fā)酵方法生產(chǎn)大眾化學品（即需求量極大的化學品如依稀，笨。）看來是不可能。來自于動植物油和脂肪的有機化學品，動植物油脂（常指類肪）是由甘油脂組

20、成，甘油酯為三羥基醇，甘油（丙烷-1，2，3-三醇，丙三醇）。有多種不同的種植物油資源，較為普通的有，大豆，谷物，棕樹核，油菜籽，橄欖油，動物脂肪和巨鯨。這些油類可通過溶劑萃取分離得到。有相當大的部分，烹調油脂的形式用食品工業(yè)中，用于生產(chǎn)黃油，人選黃油和其他食品（如冰激凌）。這些食品的烷基對人的健康的影響，尤其對血液中的膽固醇的影響，存在著爭議。血液中的高膽固醇的含量會引起高血壓和心臟病。目前的觀點似乎贊成高含量不飽和的基因在降低膽固醇的水平和降低心臟?。òl(fā)病率）危險是有利的。這引起如下趨勢。不用烹調脂類和普通黃油或人造黃油（這些物質中飽和烷基含量豐富），而轉向用烹調油和不飽和烷基的含量高的人

21、造黃油。類脂屬于脂類（物質），用于生產(chǎn)化學物質時，以水解反應開始，雖然水解反應可以用酸或堿催化，但堿催化效果更好，因為堿催化反應不可逆。堿性條件下的水解反應叫做皂化反應。注意到這樣事實很重要 皂化反應，水解反應（脂肪分解）一級氫解反應不會利用單一甘油酯（或甲基醇，實際上，所用植物油是各種甘油酯的混合物，因此（水解）產(chǎn)物也是混合物，需要分離。Unit 5 Basic Chemicals基本化學品我們將化學工業(yè)部門分成兩類，生產(chǎn)量較大的部門和產(chǎn)量較低的部門。在產(chǎn)量高的部門中，各種化學品的年產(chǎn)量達上萬噸至幾十萬噸。結果這樣所用的工廠專門生產(chǎn)某一個單個產(chǎn)品。這些工廠的連續(xù)方式進行操作，自動化程度高（計

22、算機控制）歸類于產(chǎn)量高的部門有硫酸，含磷化合物，含氮化合物，氯堿及其相關化合物，加上石油化學品和商品聚合物（如聚乙烯）（生產(chǎn)部門）。除商品聚合物外，其它的均為重要的中間體，或基本化學品。這些基本化學品是其他許多化學品的生產(chǎn)原料，其他許多基本化學品的需求量很大。相反，產(chǎn)量低的部門主要從事精細化學品的生產(chǎn)。單個化學品的年產(chǎn)量只有幾十噸到幾千噸。然而，與高產(chǎn)量的產(chǎn)品相比，這些產(chǎn)品單位重量具有很高的價值。通常，精細化斜坡的生產(chǎn)與間歇方式操作在工廠中，而且這些工廠常進行多種產(chǎn)品的生產(chǎn)。低產(chǎn)量生產(chǎn)部門生產(chǎn)農用化學品，染料，藥品和特種聚合物（如聚醚醚酮）?；A化學品在化學工業(yè)中得不到支持，它們不那么引人注意

23、（如藥品），有時候利潤不很高。其利潤來自于經(jīng)濟盛衰時難以預測的周期。這些基本化學品不被公眾注意到和直接使用，因此其重要性常得不到理解。即使在化學工業(yè)中，其重要性也得不到足夠的重視。然而，如果沒有這些基本化學品，其他工業(yè)就不復存在?；净瘜W品處于原料（及那些從地下通過采礦、開采或用泵抽出來的物質）和最終產(chǎn)品的中間位置?；净瘜W品的一個顯著的特征就是它們的生產(chǎn)規(guī)模，每一種（基本化學品）的生產(chǎn)規(guī)模都相當大。圖2-1表示在1993 年美國市場上的25 中化學品。（為了使我們了解化學品的分類與生產(chǎn)量有關。）通常，基本化學品生產(chǎn)于那些年產(chǎn)量上萬噸的工廠。年產(chǎn)量10 萬噸的工廠每小時要生產(chǎn)1.25 噸?；?/p>

24、化學品的另一顯著重要的特征是其價格。大多數(shù)價格相當便宜?；净瘜W品工業(yè)所作的工作（或任務）是找到經(jīng)濟的途徑將原來轉變?yōu)橛杏玫闹虚g體。生產(chǎn)廠家要對它們的產(chǎn)品收取較高的價格幾乎沒有余地，因此，那些最低費用生產(chǎn)產(chǎn)品的廠家可能獲得的利潤最高。這就意味著，廠家就必須不斷準備尋求新的，更經(jīng)濟的生產(chǎn)和轉變原料的方法。許多基本化學品為石油精煉的產(chǎn)物，而部分基本化學品工業(yè)-硫、氮、磷和氯堿工業(yè)是把除C 和H、S 外的元素轉變?yōu)榛瘜W品?？傊?，這些產(chǎn)品和石化工業(yè)的基本產(chǎn)物兩者結合起來可生產(chǎn)無數(shù)重要的化學物質，這些重要的化學物質可作為其余化學工業(yè)的原料?；净瘜W工業(yè)現(xiàn)在面臨著其歷史上中最大的挑戰(zhàn)之一，該工業(yè)中的產(chǎn)品消

25、費部門-農業(yè)以停止增長。同時大大減小了對肥料的需求。西方的農場主生產(chǎn)了大多的食物，政府減小了對農業(yè)部門的津貼，結果導致了更少的土地用于耕種和所需的肥料減少。過量肥料的流失而引起的環(huán)境的關注也減少了對肥料的需求。諸如含氯化合物之類的產(chǎn)品，已收到了來自環(huán)境學家的壓力。根據(jù)關于消耗臭氧層物質的蒙特利爾白皮書，一些產(chǎn)品將受到禁止。而其它的物質，可以受得住環(huán)境學家的壓力?；净瘜W品工業(yè)再也不會依靠在需求量方面的長期增長。為了實現(xiàn)更好的規(guī)模經(jīng)濟和某一特殊產(chǎn)品更好的市場地位，廠家相互交換工廠（車間），該工業(yè)注重不斷合并聯(lián)合。這使從事某一工業(yè)的人員減少，使該工業(yè)達到更好的供需平衡和更好的利潤?；净瘜W品工業(yè)正

26、逐漸轉向為其他化學工業(yè)服務，而越來越小地為農業(yè)服務?；净瘜W品受到的壓力是許多大規(guī)模過程引起的（覺察得到的）較大的環(huán)境污染。盡管許多大廠家的生產(chǎn)效率較高，但是該工業(yè)要實現(xiàn)最好的環(huán)境標準還有很長的路要走。增加重復利用的驅動力和理想化的無排放的工廠，是影響接下來十年該工業(yè)發(fā)展的主要因素。技術的進步不會停止，我們將日益重視無污染的工廠和過程。廠家將在效率上展開競爭。那些能以最低的成本生產(chǎn)最高質量產(chǎn)品的廠家將繁榮昌盛。這需要廠家在技術改進方面保持投資?；净瘜W品的合成有用的中間體的新穎方法將不斷被人們發(fā)現(xiàn)。在基本化學品工業(yè)中，仍然還有許多工作有待去做。Unit 8 Petroleum Processi

27、ng石油加工石油是有機物幾千年自然變化生成的，在地下聚集很大的數(shù)量，石油被人類發(fā)現(xiàn)和使用。它用來滿足人們的需要，石油是成千上萬有機物組成的混合物，通過改變精煉和加工的方式生產(chǎn)不同的燃料。石油化工產(chǎn)品通過化學反應生產(chǎn)純的化學物質。現(xiàn)代工業(yè)是連續(xù)的操作過程。首先，管式加熱器加熱原油，通過沸點分離這些物質，和間歇蒸餾得到的物質相似。但是這種分離方法更好。使用的程序包括分裂，聚合，加氫裂化，加氫處理，異構化，焦化處理。很多化學過程被設計用來改變沸點和分子結構。The composition of petroleum 石油的組成原油是由幾千種不同的化學物質組成，包括氣體、液體、固體以及甲烷，瀝青，大多數(shù)

28、成分是烴類，但也含有氮，硫磺，氧化物。沒有一種成分是在原油中大量存在的。正鏈烷烴：這類物質占了含量比其他的多，許多直餾汽油主要成分是正鏈烷烴。他們的抗震性能差異構烷烴：含有支鏈的烷烴有更好的抗震性能，因此，被人廣泛使用。它們由催化重整，烷基化，異構化制備。它在原油中含量少。烯烴：原油中不存在烯烴，但是加工過程中可以產(chǎn)生，例如裂化。這種分子結構不穩(wěn)定，但它能改變汽油的抗爆性，雖然他的抗爆性能比異構的差，在儲罐內容易催化裂化，這是我們所不希望的。我們可以利用這個反應的附加反應制成其他的石化產(chǎn)品。例如，乙烯、丙烯、丁烯，裂化汽油后產(chǎn)生大量這類物質。Cricoids compounds 環(huán)狀化合物環(huán)烷

29、烴：這類物質與萘類相似，它們有相同的化學式，例如烯烴，但是沒有烯烴那么不穩(wěn)定和易于反應，因為他們分子構造趨于飽和，像烷烴那樣不易反應。低分子量的這類物質是很好的燃料，高分子量的主要用做汽油和潤滑油。芳香烴：天然原油中此類物質比較少，他們的效果很好，他們有很高的抗震性、穩(wěn)定性等等。許多芳香族化合物通過精煉制備。例如笨、甲苯、乙苯和二甲苯。含量少的物質：人們認為硫磺不是理想物質。他有很強的氣味，他是有毒氣體，使用它之前要先除氣味。這種物質有很多缺點。目前，含氮化合物比含含硫化合物的問題少。原油分布很廣，每種都要不同的提煉過程，常用方法是蒸餾。根據(jù)殘余物來區(qū)分石蠟基、瀝青和混合基。純化合物沒有分離提

30、煉過程。低分子化合物單獨加工成石化產(chǎn)品。隨著市場變化，石化產(chǎn)品制造中使用材料不斷變化。如何低成本的生產(chǎn)成為一個問題。在早期，乙炔被廣泛應用，但是它難以制造和儲存，因此乙炔成為主要天然材料。乙炔目前被用于液化石油氣、石腦油、汽油、柴油、乙烷、丙烷和丁烷。煤很快將被探索。乙烯的數(shù)量很大在世界上，生產(chǎn)條件是精煉，一些機器有很大的生產(chǎn)能力，年產(chǎn)量7×108Kg。丙烯被生產(chǎn)的很少，大部分丙烯是乙烯裂化產(chǎn)生。在煉油廠，丙烯主要用于烷基化反應。芳烴是煤的一種成分，在1980年，他在煤種含量非常少，含有4%的笨，0.9%的甲苯，0.1%的二甲苯。苯可以通過環(huán)己烷的脫氫，環(huán)己烷的取代，甲基環(huán)戊烷的芳構

31、化，以及甲基苯的去甲基化制得。萘在芳烴化合物中非常少。但是他們的需求量很大。輕餾分：航空煤油、車用汽油、石腦油，石油溶劑以及噴漆燃料一般都被認為是輕餾分。所有煉油廠都生產(chǎn)他們。汽油是最重要的生產(chǎn)產(chǎn)物。45%的煉油廠是以此為他們的最后加工產(chǎn)品。. 重質油：他們能都轉化為潤滑油，重油有許多用途，做蠟以及重油裂解成分。殘留物：包括瀝青、殘余燃料油，焦炭和凡士林。這些材料通過原油的精煉制備。他們用途廣泛，但是他們很難提取。石油衍生品是石化產(chǎn)品，用來生產(chǎn)化學品和天然氣。衍生品的產(chǎn)量是非常巨大的，大約有1000家化工廠都以此為他們的原材料。例如：焦炭、丁二烯、苯乙烯、乙烯、乙二烯、聚乙烯等。Process

32、ing and refining 加工和精煉精煉主要有分離過程和轉換過程，每個煉油廠的運作都沒有嚴格按照顯示，但所有煉油廠都將基本路線說明。分離過程：石油精煉操作過程簡單。但化學反應復雜，大多數(shù)操作涉及到蒸餾。原油蒸餾由熱交換器、爐、 分餾塔、冷凝器、冷卻器和助劑組成。轉換過程：70%的原油加工轉換受到正碳離子機理和自由基機理的影響。在催化劑存在下，溫度和壓力控制著反映類型，例如：裂解、聚合、烷基化、加氫、加氫裂解、異構化、重整和芳構化。Unit 10 What Is Chemical Engineering?什么是化學工程學廣義來講，工程學可以定義為對某種工業(yè)所用技術和設備的科學表達。例如，

33、機械工程學涉及的是制造機器的工業(yè)所用技術和設備。它優(yōu)先討論的是機械力，這種作用力可以改變所加工對象的外表或物理性質而不改變其化學性質?；瘜W工程學包括原材料的化學過程，以更為復雜的化學和物理化學現(xiàn)象為基礎。因此，化學工程學是工程學的一個分支，它涉及工業(yè)化化學過程中工廠和機器的設計、制造、和操作的研究。前述化學工程學都是以化學科學為基礎的，如物理化學，化學熱力學和化學動力學。然而這樣做的時候，它并不是僅僅簡單地照搬結論，而是要把這些知識運用于大批量生產(chǎn)的化學加工過程。把化學工程學與純化學區(qū)分開來的首要目的是“找到最經(jīng)濟的生產(chǎn)路線并設計商業(yè)化的設備和輔助設備盡可能地適應它?！币虼巳绻麤]有與經(jīng)濟學，物

34、理學，數(shù)學，控制論，應用機械以及其它技術的聯(lián)系就不能想象化學工程會是什么樣的。早期的化學工程學以描述性為主。許多早期的有關化學工程的教科書和手冊都是那個時候已知的商品生產(chǎn)過程的百科全書。科學和工業(yè)的發(fā)展使化學品的制造數(shù)量迅速增加。舉例來說，今天石油已經(jīng)成為八萬多種化學產(chǎn)品生產(chǎn)的原材料。一方面是化學加工工業(yè)擴張的要求，另一方面是化學和技術水平的發(fā)展為化學工藝建立理論基礎提供了可能。隨著化學加工工業(yè)的發(fā)展，新的數(shù)據(jù)，新的關系和新的綜論不斷添加到化學工程學的目錄中。然后又從主干上分出許多的分支，如工藝和工廠設計，自動化，化工工藝模擬和模型，等等。1 簡要的歷史輪廓從歷史上來說，化學工程學與化學加工工

35、業(yè)密不可分。在早期，化學工程學隨著早期化學產(chǎn)品交易的發(fā)展而出現(xiàn)，是應用化學的純描述性的分支。在歐洲，基礎化學產(chǎn)品的制造出現(xiàn)在15世紀。一些小的、專門的企業(yè)開始創(chuàng)立，生產(chǎn)酸、堿、鹽、藥物中間體和一些有機化合物。由于十九世紀英國的學院化學家強調純化學的研究高于應用化學，他們的要成為工業(yè)化學家的學生也只是定性和定量分析者。在19世紀80年代以前，德國的化學公司也是這樣。他們愿意聘請那些在大學里進行研究的人作顧問，這些人偶爾為制造的革新提供一些意見。然而到了80年代，工業(yè)家們開始認識到要把顧問們在實驗室的準備和合成工作進行放大是一個與實驗室研究截然不同的活動。他們開始把這個放大的問題以及解決的方法交給

36、“化學工程師”這可能是受到已經(jīng)進入工廠的機械工程師的表現(xiàn)的啟發(fā)。由于機械工程師熟悉所涉及的加工工藝，是維修日益復雜化的工業(yè)生產(chǎn)中的蒸氣機和高壓泵的最合適的人選。學院研究中頭和手兩分的現(xiàn)象逐漸消亡。單元操作。1881年英國曾經(jīng)準備把化學工業(yè)的一個新的協(xié)會命名為“化學工程師協(xié)會”，這個建議遭到了拒絕。另一方面，由于受到來自工業(yè)界日益加重的壓力，大學的課程開始體現(xiàn)出除了培養(yǎng)分析工作者還要培養(yǎng)化學工程師的要求。現(xiàn)在僅僅對現(xiàn)有工業(yè)過程進行描述已經(jīng)不夠了，需要對各種特殊工業(yè)進行工藝屬性的分析。這就為引入熱力學及動力學、溶液和相等物理化學新思想提供了空間。在這個轉變期，一位關鍵的人物是化學顧問George

37、Davis，化學工業(yè)協(xié)會的首任秘書。1887年Davis那時是Manchester?？茖W校的一名講師，做了一系列有關化學工程學的講座。他把化學工程學定義為對“大規(guī)?；瘜W生產(chǎn)中所應用的機器和工廠”的研究。這們課程包括了大規(guī)模工業(yè)化操作的工廠的各種類型，如干燥、破碎、蒸餾、發(fā)酵、蒸發(fā)和結晶。后來逐漸在別的地方而不僅僅在英國，而是國外，成為許多課程的雛形。英國直到1909年化學工程學才成為一門較為完善的課程，而在美國，MIT的Lewis Norton早在1888年就已率先開出了Davis型課程。1915年，Arthur D. little 在一份MIT的計劃書中，提出了“單元操作”這個概念，這幾乎為

38、二十世紀化學工程學的突出特點做了定性。Davis這一倡議的成功原因是很明顯的：它避免了泄露特殊化學過程中受專利權或某個擁有者的保留權所保護的秘密。過去這種泄露已經(jīng)嚴重限制了制造者對學院研究機構訓練計劃的支持。Davis把化學工業(yè)分解為“能獨立進行研究的單個的工序”從而克服了這個困難。并且在大學或?？茖W校的工廠里用中試車間進行了試驗。他采用了工業(yè)顧問公司的理念，經(jīng)驗傳遞從一個車間到另一個車間，從一個過程到另一個過程。這種方式不包含限于某個給定工廠的利潤的私人的或特殊的知識。單元操作的概念使每一個化學制造過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。例如，學校對松節(jié)油制造的特殊性質

39、的研究可以用蒸餾屬性研究來代替。這是一個對許多其它工業(yè)制造也很普通的工藝過程。單元操作概念的定量形式大概出現(xiàn)在1920年，剛好是在第一次全球石油危機出現(xiàn)的時候?；瘜W工程師能賦予單元操作定量特性的能力使得他們合理地設計了第一座現(xiàn)代煉油廠。石油工業(yè)第一次大量聘請化學工程師的繁榮時代開始了。在單元操作密集繁殖的時代，化學工程學另一些經(jīng)典的分析手段也開始被引入或廣泛發(fā)展。這包括過程中材料和能量平衡的研究以及多組分體系中基礎熱力學的研究。化學工程師在幫助美國及其盟國贏得第二次世界大戰(zhàn)的勝利中起了關鍵的作用。他們發(fā)展了合成橡膠的方法以代替在戰(zhàn)爭初期因日本的封鎖而失去來源的天然橡膠。他們提供了制造原子彈所需

40、要的鈾-235，把制造過程從實驗室研究一步放大到當時最大規(guī)模的工業(yè)化工廠，而他們在完善penicillin的生產(chǎn)工藝中也是功不可沒，它挽救了幾十萬受傷士兵的生命。工程學運動。由于不滿意對工藝設備運行的經(jīng)驗描述，化學工程師開始從更基礎的角度再審視單元操作。發(fā)生在單元操作中的現(xiàn)象可以分解到分子運動水平。這些運動的定量機械模型被建立并用于分析已有的儀器設備。過程和放應器的數(shù)學模型也被建立并被應用于資金密集型的美國工業(yè)如石油化學工業(yè)。與工程學同時發(fā)展的是現(xiàn)在的化學工程課程設置的變化。也許與其它發(fā)展相比較，核心課程為化學工程師運用綜合技能解決復雜問題更加提供了信心。The core curriculum

41、 provides a background in some of the basic sciences, including mathematics, physics, and chemistry. This background is needed to undertake a rigorous study of the topics central to chemical engineering, including:核心課程固定了一些基礎科學為背景，包括數(shù)學，物理，和化學。這些背景對于從事以化學工程為中心的課題的艱苦研究是必須的，包括：·Multicomponent ther

42、modynamics and kinetics,·Transport phenomena,·Unit operations,·Reaction engineering,·Process design and control, and·Plant design and systems engineering.·多組分體系熱力學及動力學·傳輸現(xiàn)象·單元操作·反應工程·過程設計和控制·工廠設計和系統(tǒng)工程This training has enabled chemical engineers

43、to become leading contributors to a number of interdisciplinary areas, including catalysis, colloid science and technology, combustion, electro-chemical engineering, and polymer science and technology.這種訓練使化學工程師們成為了在許多學科領域做出了突出貢獻的人，包括在催化學、膠體科學和技術、燃燒、電化學工程、以及聚合物科學和技術方面。1. Basic Trends In Chemical Eng

44、ineeringOver the next few years, a confluence of intellectual advances, technologic challenges, and economic driving forces will shape a new model of what chemical engineering is and what chemical engineering do.2. 化學工程學的基本發(fā)展趨勢 未來幾年里，科學的進步，技術的競爭以及經(jīng)濟的驅動力將為化學工程是什么以及化學工程能做什么打造一個新的模型。The focus of chemic

45、al engineering has always been industrial processes that change the physical state or chemical composition of materials. Chemical engineers engage in the synthesis, design, testing scale-up, operation, control and optimization of these processes. The traditional level of size and complexity at which

46、 they have worked on these problems might be termed the mesoscale. Examples of this scale include reactors and equipment for single processes (unit operations) and combinations of unit operations in manufacturing plants. Future research at the mesoscale will be increasingly supplemented by dimension

47、sthe microscale and the dimensions of extremely complex systemsthe macroscale.化學工程學的焦點一直是改變物體的物理狀態(tài)或化學性質的工業(yè)過程。化學工程師致力于這些過程的合成、設計、測試放大、操作、控制和優(yōu)選。他們從事于解決的這些問題，傳統(tǒng)的規(guī)模水平和復雜程度可稱之為中等的，這種規(guī)模的例子包括有單個過程（單元操作）所使用的反應器和設備以及制造廠里單元操作的組合，未來的研究將在規(guī)模上逐漸進行補充。除了中等規(guī)模，還有微型的以及更為復雜的系統(tǒng)-巨型的規(guī)模。Chemical engineers of the future wil

48、l be integrating a wider range of scales than any other branch of engineering. For example, some may work to relate the macroscale of the environment to the mesoscale of combustion systems and the microscale of molecular reactions and transport. Other may work to relate the macroscale performance of

49、 a composite aircraft to the mesoscale chemical reactor in which the wing was formed, the design of the reactor perhaps having been influenced by studies of the microscale dynamics of complex liquids.未來的化學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。例如，有些人可能從事于了解大范圍的環(huán)境與中等規(guī)模的燃燒系統(tǒng)以及微型的分子水平的反應和傳遞之間的關系。另一些人則從事了解合成的飛機的

50、的性能與機翼所用化學反應器及反應器的設計和對此有影響的復雜流體動力學的研究工作。Thus, future chemical and engineers will conceive and rigorously solve problems on a continuum of scales ranging from microscale. They will bring new tools and insights to research and practice from other disciplines: molecular biology, chemistry, solid-state

51、physics, materials science, and electrical engineering. And they will make increasing use of computers, artificial intelligence, and expert system in problem solving, in product and process design, and in manufacturing.因此，未來的化學工程師們要準備好解決從微型的到巨型的規(guī)模范圍內出現(xiàn)的問題。他們要用來自其它學科的新的工具和理念來研究和實踐：分子生物學，化學，固體物理學，材料學和

52、電子工程學。他們還將越來越多地使用計算機、人工智能以及專家系統(tǒng)來解決問題，進行產(chǎn)品和過程設計，生產(chǎn)制造。Two important development will be part of this unfolding picture of the discipline.Chemical engineers will become more heavily involved in product design as a complement to process design. As the properties of a product in performance become increa

53、singly linked to the way in which it is processed, the traditional distinction between product and process design will become blurred. There will be a special design challenge in established and emerging industries that produce proprietary, differentiated products tailored to exacting performance sp

54、ecifications. These products are characterized by the need for rapid innovatory ad they are quickly superseded in the marketplace by newer products.在這個學科中還有兩個重要的發(fā)展是我們前面沒有提到的：化學工程師將越來越多地涉及到對過程設計進行補充的產(chǎn)品設計中。因為產(chǎn)品所表現(xiàn)出來的性能將逐漸與它被加工的途徑掛鉤。傳統(tǒng)概念上產(chǎn)品設計與過程設計之間的區(qū)別將變得模糊，不再那么明顯。在已有的和新興的工業(yè)中將出現(xiàn)一個特殊的設計競爭，那就是生產(chǎn)有專利權的、有特點

55、的產(chǎn)品以適應嚴格的性能指標。這些產(chǎn)品的特征是服從快速革新的需要，因而他們將在市場上很快地被更新的產(chǎn)品所取代。Chemical engineers will be frequent participants in multidisciplinary research efforts. Chemical engineering has a long history of fruitful interdisciplinary research with the chemical sciences, particularly industry. The position of chemical eng

56、ineering as the engineering discipline with the strongest tie to the molecular sciences is an asset, since such sciences as chemistry, molecular biology, biomedicine, and solid-state physics are providing the seeds for tomorrows technologies. Chemical engineering has a bright future as the “interfac

57、ial discipline”, that will bridge science and engineering in the multidisciplinary environments where these new technologies will be brought into being.化學工程師將經(jīng)常性地介入到多學科領域的研究工程?；瘜W工程師參與跨學科研究與化學科學、特種工業(yè)進行合作具有悠久的歷史。隨著工程學與分子科學最緊密地聯(lián)系在一起，化學工程學的地位也越來越崇高。因為如化學、分子生物學、生物醫(yī)學以及固體物理這樣的科學都是為明天的科學技術提供種子，作為“界面科學”，化學工程

58、學具有光明的未來，它將在多學科領域中搭建科學和工程學之間的橋梁，而在這里將出現(xiàn)新的工業(yè)技術。Unit 11 Chemical and Process Thermodynamics化工熱力學在投入大量的時間和精力去研究一個學科時，有理由去問一下以下兩個問題：該學科是什么？（研究）它有何用途？關于熱力學，雖然第二個問題更容易回答，但回答第一個問題有必要對該學科較深入的理解。（盡管）許多專家或學者贊同熱力學的簡單而準確的定義的觀點（看法）值得懷疑，但是還是有必要確定它的定義。然而，在討論熱力學的應用之后，就可以很容易完成其定義1熱力學的應用熱力學有兩個主要的應用，兩者對化學工程師都很重要。（1）與過程相聯(lián)系的熱效應和功效應的計算，以及從過程得到的最大功或驅動過程所需的最小功的計算。（2）描述處于平衡的系統(tǒng)的各變量之間的關系的確定。第一種應用由熱力學這個名詞可聯(lián)想到，熱力學表示運動中的熱。直接利用第一和第二定律可完成許多（熱效應和功效應的）計算。例如：計算壓縮氣體的功，對一個完整過程或某一過程單元的進行能量衡算，確定分離乙醇和水混合物所需的最小功，或者（