化工专业英语课文翻译

发布时间:2020-06-28



Unit 5 Basic Chemicals
基本化学品

我们将化学工业部门分成两类,生产量较大的部门和产量较低的部门。在产量高的部门中,各种化学品的年产量达上万吨至几十万吨。结果这样所用的工厂专门生产某一个单个产品。这些工厂的连续方式进行操作,自动化程度高(计算机控制)归类于产量高的部门有硫酸,含磷化合物,含氮化合物,氯碱及其相关化合物,加上石油化学品和商品聚合物(如聚乙烯)(生产部门)。除商品聚合物外,其它的均为重要的中间体,或基本化学品。这些基本化学品是其他许多化学品的生产原料,其他许多基本化学品的需求量很大。

相反,产量低的部门主要从事精细化学品的生产。单个化学品的年产量只有几十吨到几千吨。然而,与高产量的产品相比,这些产品单位重量具有很高的价值。通常,精细化斜坡的生产与间歇方式操作在工厂中,而且这些工厂常进行多种产品的生产。低产量生产部门生产农用化学品,染料,药品和特种聚合物(如聚醚醚酮)

基础化学品在化学工业中得不到支持,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。2-1表示在1993 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 HS 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。

技术的进步不会停止,我们将日益重视无污染的工厂和过程。厂家将在效率上展开竞争。那些能以最低的成本生产最高质量产品的厂家将繁荣昌盛。这需要厂家在技术改进方面保持投资。基本化学品的合成有用的中间体的新颖方法将不断被人们发现。

在基本化学品工业中,仍然还有许多工作有待去做。

Unit 8 Petroleum Processing

P79 Para.2
The processes used include various cracking units (which make small molecules from large ones, polymerization, reforming, hydrocracking, hydrotreating, isomerization, severe processing known as coking, and
literally dozens of other processes designed to alter boiling point and molecular geometry.
,聚合、重整、加氢裂解、加氢处理、翻译:所用工艺包括各种裂解单元操作(可以把大分子变成小分子)
异构化、像焦化这种苛刻的工艺和很多旨在改变沸点和分子几何形态的其它很多工艺。

1. Constituents of Petroleum Para.1
No one constituent exists in large quantity in any crude. 翻译:没有一种组分在原油中大量存在。 Para.3
These branched chain materials perform better in internal-combustion engines than n-paraffins and hence are
considered more desirable.
翻译:这些支链物在内燃发动机里的使用性能比直链的好,因此认为它们更理想。
P80

Lesser Components
Para.2
With the general adoption of catalytic cracking and finishing processes, it was discovered that the occurrence of
metals present only in traces (Fe,Mo,Na,Ni,V,etc. was troublesome as they are strong catalyst poisons. 翻译:随着普遍接受了催化裂化和后处理工艺,发现金属只是痕量存在也很麻烦,因为它们是很强的使催化剂中毒的物质。 2. Products of Refining Para.6
Dealkylation of a selected reformate stream using chromate-aluminum carbide catalyst gives a product which is
purified to be purer than that formed form coal tar.
翻译:用铬酸铝碳化催化剂的选择性重整产品的烷基化产生的产品经提纯后的纯度比用煤焦油的高。

Reading Material 8:

Coal-Conversion Processes P86 Line 4



The nature of the organic species present depends on the degree of biochemical change of the original plant material,
on the historic pressures and temperatures after the initial biochemical degradation, and on the finely divided mineral
matter deposited either at the same time as the plant material or later.
翻译:存在的有机样的性质和最初植物的生物化学变化程度有关,和初始生化降解后那个历史时期的压力和温度有关,和很细的沉积矿物质有关(它们同时或在其后沉积)
和很细的同时或随后沉积的矿物质有关。 P87
Coal Processing to Synthetic Fuels and Other Products Low Temperature Carbonization.
Lower temperature carbonization of lump coal at ca 700 primarily used for production of solid smokeless
fuel, gives a quantitatively and qualitatively different yield of solid, liquid, and gaseous products than does the high
temperature processes.
翻译:低温干馏块煤基本在大约700℃用来生产固体无烟燃料,产生的固液气产品的性质和量都不同于高温工艺。 P88 Liquefaction
For the resulting liquids to be suitable chemical feedstocks the H:C ratio must be improved in favor of more
hydrogen. Clearly this can be achieved in two wayseither by adding hydrogen or by removing carbon.
翻译:对于最终适合作化学原料的液体,H:C的比例需提高氢占的量。显然要提高氢占的量有两种途径——增加氢或去除碳。

Surface Gasification technology Line 3
In the United States, the purpose of a number of programs has shifted from production of a substitute natural gas
(methane to electric power generation through the integrated gasification-combined-cycle (IGCC plants.
翻译:在美国,很多工作的目的通过联合气化循环工厂已从取代天然气到发电。 Line 5
The interest in this use of coal results from the low emission levels that can be achieved and the potential for higher power generation efficiency.
翻译:使用煤的兴趣来自可取得较低的发热水平和潜在的高效发电率。 P89

Para.1 Line 1
in situ: 就地,原地,现场 Para.2 Line 5
calorific value: 热值 Para.4 Line 4
Because many coal seams are also aquifers there is a considerable amount of water intrusion, which leads to steam
generation at the expense of the reaction energy.
翻译:因许多煤层有水层,所以有许多水侵入,会导致蒸汽的产生要以(损失)反应能为代价。 Line 5
As a result the rate of air or oxygen passage through the injection wells and seam is adjusted to maintain a low level
of moisture in the product gas.
翻译:因此通过调节注入井和矿层中空气或氧气的速度来保持生产出的气体水含量较低。


Unit 13 Unit Operations in Chemical Engineering
化学工程中的单元操作 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 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 1)流体流动流体流动所涉及到的是确定任何流体的从一位 置到另一位置的流动或输送的原理。 2)传热该单元操作涉及到(deal with)原理为:支配热量 和能量从一位置到另一位置的积累和传递。 3)蒸发这是传热中的一种特例,涉及到的是在溶液中挥发 性溶剂从不挥发性的溶质(如盐或其他任何物质)的挥发。 4)干燥在该操作中,挥发性的液体(通常是水)从固体物 质中除去。 5)蒸馏蒸馏是这样一个操作:因为液体混合物的蒸汽压强 的差别,利用沸腾可将其中的各组分加以分离。 6)吸收在该操作中,一种气流经过一种液体处理后,其中 一种组分得以除去。 7 膜分离该操作涉及到液体或气体中的一种溶质通过半 透膜向另一种流中的扩散。 8)液-液萃取在该操作中,(液体)溶液中的一种溶质通过 与该溶液相对不互溶的另一种液体溶剂相接触而加以分离。 9)液-固浸取在该操作所涉及的是,用一种液体处理一种 细小可分固体,该液体能溶解这种固体,从而除去该固体中所含的溶. 质。 10 结晶结晶涉及到的是,通过沉降方法将溶液中的溶质 (如一种盐)从该溶液中加以分离。 11)机械物理分离这些分离方法包括,利用物理方法分离固 体、液体、或气体。这些物理方法,如过滤、沉降、粒分,通常归为 分离单元操作。 许多单元操作有着相同的基本原理、基本原则或机理。例如,扩 散机理或质量传递发生于干燥、吸收、蒸馏和结晶中,传热存在于干燥、蒸馏、蒸发等等。 2. 基本概念 因为单元操作是工程学的一个分支,所以它们同时建立在科学研 究和实验的基础之上。在设计那些能够制造、能组合、能操作、能维 修的设备时,必须要将理论和实践结合起来。下面四个概念是基本的 basic,形成了所有操作的计算的基础。 物料衡算 如果物质既没有被创造又没有被消灭,除了在操作中物质停留和 积累以外,那么进入某一操作的所有物料的总质量与离开该操作的所 有物料的总质量相等。应用该原理,可以计算出化学反应的收率或工 程操作的得率。 在连续操作中,操作中通常没有物料的积累,物料平衡简单地由 所有的进入的物料和所有的离开的物料组成,这种方式与会计所用方 法相同。结果必须要达到平衡。 只要(as long as)该反应是化学反应,而且不消灭或创造原子,
那么将原子作为物料平衡的基础是正确的,而且常常非常方便。可以 整个工厂或某一单元的任何一部分进行物料衡算,这取决于所研究的 问题。 能量恒算 相似地,要确定操作一操作所需的能量或维持所需的操作条件时, 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。

Unit 14 Distillation

第十四单元 蒸馏




利用生成两个或更多的共存区域(它们在温度、压强,组成和/或相态有差别),分离操作 实现了它们的分离目标。混合物中欲分离的各种分子以独特的方式在由这些共存区域提供的环 境中反应。结果,随着体系向平衡移动,每个区域各种分子有着不同的浓度,这样便可将物种 进行分离。

叫做蒸馏的分离操作,利用的是共存区中温度和压强基本相同的气相和液相。各种装置(如 乱堆填料或归整填料和塔板)用来引起两相亲密接触。塔板一个接一个堆积,被包围在一个圆 柱型的壳中形成塔,通常,圆柱壳中的压板和支板间有填料。

1. 连续蒸馏

()。由于气相与液相间 introduce进料(原料),即要被分离为多种成分的物料,在沿着塔壳上的一个位置或多位置引入重力的差异,液体从蒸馏塔往下流动,像瀑布一样从一塔板 流向另一塔板,而气体向上流动,结果在每一塔板上与液体相接触。

到达塔底的液体,在已经加热过的再沸器中部分汽化以提供蒸汽,这些蒸汽被送回蒸馏塔 中。塔底液体的剩余部分以塔底产物加以回收。到达塔顶的气体在塔顶冷凝器中,经冷却、压 缩成为液体。部分液体以回流的形式重新返回蒸馏塔中,以提供液体溢流。塔顶气流剩余部分 以蒸馏物或塔顶产物的形式加以回收。

蒸馏塔中这种整体的流动方式,使得蒸流和液体流在蒸馏塔中所有塔板上对流接触。在给 定的塔板上,气相和液相达到一定程度的热、压强以及组成平衡,其平衡的程度取决于接触塔 板的效率。

较轻组分(沸点低的组分)倾向于在气相中浓缩,而较重组分(沸点高的组分)倾向于在 液相中浓缩。这样造成的结果的气相,同时随着液相(从蒸馏塔自上)向下流动时,形成 是,随着气相从蒸馏塔自下向上流动时,形成了轻组分更加富集.
重组分更加富集的液相。在蒸馏出 物和塔底产物间所实现的总分离主要决定于组分间的相对挥发度、接触塔板的数目以及液相流 速与气相流速间的比率。

rectifying 部分常称为蒸馏段如果进料(原料)在蒸馏塔的壳上的一个位置引入,那么该蒸馏塔分成上下两部分:上

()。这种说 stripping sectionsection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,而下半部分常称为提馏段() 沿着蒸馏塔的长度方向上某些位置加以回收。sidestream 两种最终产物以外,一种产物即 侧线馏分 平衡级概念 在实际的蒸馏塔中,能量与质量传递过程太复杂而不能以任何直接的形式容易地建立模型中。这种困难可以用()加以回避,在平衡 equilibrium-stage model平衡级模型级模型中,离开平衡级的气相和液相彼此间达到完全平衡,在一定压()的温度和关联其浓度。由平衡级(而不是实际的塔板)组成的假设 stream力下热力学关系式也可用 确定平衡气流的蒸()可将理论平衡级的数目 tray efficiency馏塔用于完成实际蒸馏塔的分离。利用塔板效率可以转化为大量的实际塔板,塔板效率描述的是:实际接触塔板的性能重复平衡级性能的程度。

利用平衡级概念可将蒸馏塔的设计分成三个主要的步骤:1)整理预计平衡相组成所需的 热力学数据和方法。2)计算要实现某一具体分离所需要平衡级数目,或者在给定平衡级数目 下,计算欲实现的分离。3)平衡级的数目转化为等数目的实际接触塔板或填料高度,以及确 定蒸馏塔的直径。




所有的分离操作都需要以热或功的形式进行能量输入。在常见的蒸馏操作中,分离物质所 需的能量,在塔底的再沸器中以热量的形式输入,在蒸馏塔的底部处的温度最高。同样,热量 从塔顶处的冷凝器中移走,此处的温度最低。这通常(引起)需要大量的能量输入,(引起) 总热力学效率低。随着近来能量费用的剧增,正在开发出一些复杂的蒸馏操作,这些复()较低。馏操作能提供较高的热力学效率和能量输入要求 requirement杂的蒸

相关的分离操作 刚刚所介绍的简单的和复杂的整流操作有两个共同点:1)两者都提 供精馏段和提留段,以致能实现挥发度较接近的两组分的分离;2)分离操作仅受能量的输入 和输出的影响,而不受任何质量分离剂(如在液-液萃取剂中)分离到的加入的影响。有时, 在图 3-2 的所示的分离操作的类型中,选择一个的单级或多级气-液分离操作,对某一具体的 分离任务来说可能较蒸馏更合适。 2. 间歇蒸馏

间歇蒸馏,是将一具体量的液体分离成产物的过程,广泛应用于实验室中和适用于多种混 合物分离的小的生产单元。当进料中有 N 种组成时,一个间歇蒸馏塔可以满足要求,(若 用连续蒸馏,则)需要 N-1 种简单的连续蒸馏塔(才能满足要求)

3-2 与蒸馏相关的分离操作

间歇蒸馏器的特征是许多装置较大。要分离的物料中固体含量可能很高,或者物料含有能
塞住或污染连续装置的焦油()分离的固体,使之在过程结 keep束时得以方便分离。 或树脂。利用间歇单元可保持

简单的间歇蒸馏 间歇蒸馏器最简单的形式包括一个热的容器(锅或沸腾器),一个冷凝 器和一个或多个接受槽。不需要塔板或填料。原料加入到容器内,使之沸腾。蒸汽经冷凝,在 接收器收集。不需要回流。有时,控制蒸发的速度以防进料 蒸馏。 Rayleigh 重,但其他控制可以忽略不计。该过程常常称为 暴沸,以及避免使冷凝器的负荷太

该简单间歇蒸馏只提供一块分离理论塔板。其应用常常局限于产品需要另外分离的初步工作中,此时易挥发组分在进一步处理()不重要的分离中。 similar之前,绝大部分易挥发组分必须通过间歇蒸馏加以除去, 或者是用于含有精馏的间歇蒸馏 为了得到较窄组成范围的产品,常利用含有精馏的间歇蒸馏器, 该间歇蒸馏器由一个釜(或再沸器)、一个精馏塔和一个冷凝器(用部分冷凝气体(馏出物) 作为回流液)以及一个或多个接收器组成。为了使回流液在或接近蒸馏塔温度返回,以使之为 回流液量真正显示和改善蒸馏塔的操作,要控制馏出液的温度。该蒸馏塔也可以在高压或真空 下操作,此时,必须要用适当的装置以得到所需的压力。除了蒸馏釜的设计之外,间歇蒸馏各 部分设备的设计方法,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, 那么应该检查该设备以适合每一种混合物。因为蒸馏塔中的组成随着蒸馏的进行而改变,因此, 要在一种混合物的多种位置检验该设计。蒸馏釜的设计是以间歇操作的规模和所需的蒸发速率 为基础的。

(),一部分塔policy在操作时,一批量的液体加入蒸馏釜中,该体系达到总回流下的稳定状态。根据已确定的
回流方法顶冷凝液不断得到回收。当操作条件改变时,通过改变接收器可 得到多种馏分。整个蒸馏塔是富含组分部分。随着时间的进()的蒸馏会停 的组分浓度越来越小,当所收集的馏出液达到所需的平均组成时,馏分cut行,蒸馏的物料的组成中较易挥发止。

间歇蒸馏的过程可以用几种方式加以控制:

()(保持)回流比不变,改变塔顶组成。将回流(比)确定在一定值,在运转时回流(比)
保持在该值不变。因为蒸1馏釜中液体的组成不断改变,馏出液的瞬时组成也改变。蒸馏一直进 行到蒸馏液的平均组成达到所需的值为止。在二元组分情况下,塔顶产物转移到另一个接收器 中,同时直到剩余的釜液满足所需的要求时,回收中间馏分。中间馏分常常加入到下一批物料 中。对于多组分混合物来说,在产物馏分间要取出两种或更多的中间馏分。




()(保持)塔顶组成不变,而改变回流比。在双组合体系中,如果要保持塔顶组成不变, 2那么返回蒸馏塔的回流量,再运转过程中必须是不断增加。随着时间进行,蒸馏釜中较轻组分 不断减少。最后,达到这种情况:回流比达到非常高的值。然后,改变接收器,减小回流比, 像以前一样取出中间馏分。该技术也能扩展到用于多组分的混合物。

()其它的控制方法。一种循环方法可用来设置蒸馏塔的操作方式。该装置在达到平衡 3以前都以全回流进行操作。()取出,之后, total draw-off短时间里,馏出物以放水的形式蒸馏塔又重新回到全回流操作。在蒸馏过程中不断重复这种循环。另一种可能是:为了在最短 时间内实现所需的分离而优化回流比。复杂的操作可能包括侧线馏分的回收、提供中间冷凝器、 加料至塔板,以周期性加料至蒸馏釜中。

Unit 15 Solvent Extrction,Leaching and Adsorption

第十五单元 溶剂萃取、浸取和吸附

1.溶剂萃取(液-液萃取)

体混合物组分间的分离叫做 用一种溶剂处理液体混合物,在该溶剂之中,一种或多种所需的组分能优先溶解,这种液. -液萃取。其他的叫法有(或者称作)液体萃取或溶剂萃取。

-液萃取设备的普遍的分类及其它们的主要特征和工业应用如表 3-1 所示:

3-1 -液萃取器的特点及其工业应用 萃取器的类型

一般的特点



非搅拌塔 投资费用低 操作和维护费低构造简单 可处理腐竹性物质

石油化工 化学

混合澄清器 高塔板效率 可处理溶剂比例宽 容量(生产量)大 灵活性好放大可靠 可处理高粘度液体

石油化工 化学 肥料 冶金

脉冲塔 等板高度低 内无移动部分 可实现多极操作 核工


回旋搅拌塔 容量(生产量)适当 等板高度适度可实现多极操作 建设费用不高 操作和维护费用低

石油化工 冶金 制药 肥料

往复板式萃取器 产量高 等板高度低 应用广以及灵活性大 构造简单 能处理含悬浮固体的液体 能处理有乳化趋势的混合物

制药石油化工 冶金 化学

离心萃取器 对不稳定的物料接触时间短 所需的空间小 能处理易乳化的物料能处理液体密度差别较小的系统

制药核工业石油化

应用领

在该操作中,如果液体混合物原料与溶剂不完全互溶,那么必须满足它们至少是部分互溶。本质上,涉及到三步: 1将原料混合物与溶质充分接触,

两相间的分离,以及 2(.

3 从每一相中除去溶剂和回收溶剂。

该技术的一些重要应用包括:从含煤油的燃料油中分离芳香族化合物以提高燃烧质量;从 烯烃和环烷烃中分离芳香族化合物以改善润滑油的温度-粘度特征。例如:萃取分离可用在石 油化工业中,从催化生成的重整产品得到相对较纯的化合物,如:苯、甲苯和二苯;可用于无 水醋酸的生产;可用于从煤焦碳液体萃取苯酚;可用于青毒素的纯化。萃取的重要特征是溶质 的选择性本质,因为萃取中组分的分离是基于溶解度的差异,而不是基于蒸馏中的挥发性的差 异。

()(在加入的 在单级间歇操作中,溶剂和溶液经混合,然后分成余两相:萃取相溶剂中含有所需的溶质)和萃extract()(与溶剂的溶解度差的溶液)。借此,简单的混 raffinate合和分离发生于同一容器中。这种平衡可以方便地三角形上余相(等边或是直角三角形)表示。各 组分间的平衡可以用活度系数的关系式(如准化学活度系数或非随机两液体模型)表示。在理 论上,这些关系式只包括那些从二元混合物测量所得到的参数,但实际上,这样所得的准确性 较差,因此,一些多组分平衡测量也用于获得参数。获得这些等式的参数很复杂,需要使用电 脑。

我们应该要知道,成功的萃取过程不应该只用萃取单元的性能加以评价,而是应该用整个 工厂所实现的回收效果的评估加以评价。当估计的投资费用以及冶金处理所用的有机溶剂费用 较高时,必须要同时考虑工厂中用于分离的混合和分离两部分。

用于萃取和浸取的设备,必须要能使两相充分接触以使两相间的溶质充分传递,同时能够
使两相完全分离。用连续的
对流级可以实现以最小量的溶剂达到最高的分离程度。在这种操作 中,进料进入第一级,而最终的萃取相在第一级离开,新鲜溶剂进入最后一级,而最终萃取相 在最后一级离开。 2.浸取

浸取是利用一种溶剂从另一种固体中提取可溶性的成分。该操作或是用于产生有用物质的 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例及其在固体中的分布、固体的本质和微粒的尺度所决定。如果溶质在固体中均匀分布,那么近表面的物质先溶解,形成了固体残渣的多孔性结构。

在溶剂到达离表面更远的溶质之前,它必须要渗透过外层表面,因此该过程逐渐变得困难,提 取速度会下降。如果溶质在固体中所占的分量很高,那么多孔性结构会立即破坏,以形成不溶 性残渣的细小沉淀物,溶剂到达溶质不会受到阻碍。一般地,该过程可分三步进行讨论:第一 步,当溶质溶解在溶剂中时溶质相的变化;第二步,溶质通过固体孔中的溶剂扩散到(固体)

()中。尽管 颗粒的外边;第三步,溶质从与颗粒接触的溶剂中转移到溶液的体相第一步过程发生如此快以致可忽bulk phase略其对速率的影响,但是这三步均会影响限制提取速率。

有时,可溶性物质分布在一种物质中独立的小洞穴中,溶剂不渗透到洞穴中,如金分散于 岩石中。此时,要粉碎该物质,使可溶性的物质能够接触到溶剂。如果该固体为多孔性结构, 那么提取速率相对较慢,因为细胞壁会产生附加阻力。从甜菜中提取糖时,细胞壁在阻碍那些 我们不要的、分子量较大的的组分的提取起着重要作用,因此,应该把甜菜制成长条带状,以 使相对少的细胞受到损坏。在从种子中提取油时,溶质本身为液体,因此可以向溶剂扩散。 3.吸附

尽管吸附用于一种物化过程已有相当长的时间,但是发展成为现在的一种重要的分离过程 只是近三十年的事。在吸附过程中,分子在两相重新分布,在这两相中,一相为固体而另一相 为一种流体(流体或气体)

不象吸收,溶质分子从气体的体相中扩散至液相的主体,而在吸附中,分子从流体的体相 扩散至固体吸附剂的表面,形成一种不同的吸附相。

一般地,气体吸附剂可以用于除去气体混合物中的痕量组分。常见的例子有:干燥气体以 防腐蚀、凝结,或防止一些不需要的副反应。因为项目多样性,如电子设备、陶瓷素烧胚和小 袋吸附剂会包在包装袋中以保持其相对湿度较低。在使用()损失。经过过吸附剂填料床的空气会影响incidental挥发性的溶剂过程中,有必要防止随 通风空气带走溶剂而造成的偶然吸附剂 的回收。

从液相中除去痕量的组分吸附同样有效,可以回收这种痕量的组分或是简单除去有毒物质 的工业废水。

吸附的任何一种潜在的应用,必须要考虑到其它的分离操作,尤其是蒸馏、吸收和液体的 萃取。每一种分离操作(过程)都是利用了欲分离组分的性质的某种差异。蒸馏中这种差异是 挥发度;在吸收中为溶解度;在萃取中为分配系数。吸附分离则取决于一种组分较另一种组分 更容易被吸附。合适操作的选择也取决于回收分离过的组分的难易程度。

利用蒸馏分离正烷烃和异烷烃,因组分间相对挥发度较低,所以需要级数很多。然而,使 用一种选择性的吸附剂可能是经济的,该吸附剂是基于平均分子直径的微小的差异的来分离组 分的。正戊烷和异戊烷的平均分子直径分别为 0.489 nm

()时,较小的分子扩散至吸附剂的表面而滞留(在exposed 的吸附剂与该气体混合物接触tobe 0.558nm。当孔径为

0.5nm
其表面),而较大的分子排除在外。在该过程的另一步骤中,减小总压或升温可使滞留的分子得以 吸附。

所有的吸附过程都有一(大)特点:对要处理的被吸附物质而言,吸附剂的(吸附)能力 是有限的。经常,吸附剂必须能从该过程中加以回收和再生,即(吸附剂)恢复到原来的条件。 由于该原因,在早期的工业应用过程中,吸附装置与蒸馏塔相比较,更难与连续操作结合的一 起。而且,很难批量生产具有同一吸附性质的吸附剂。商业吸附器的设计及其操作必须要有足 够的弹性以解决这些变量。

()导致了吸附器不能 这些因素和在吸附的早期应用中相当慢的热产成为工厂设计师中的普遍选thermal regeneration择。既然可以利用范围更大的吸附剂,对一具体的应用都有特制的 吸附剂,这一局面已经得到改变,尤其是随着更快的热量再生的其它方法成为可能。

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 象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

2
/kg400.000m 附剂总表面的平均值为
Unit 16 Evaporation, Crystallization and Drying

第十六单元 蒸发、结晶和干燥 1.蒸发

蒸发器是利用加热来浓缩溶液,或是利用热把溶解的固体从饱和溶液沉淀析出以对之回 收。蒸发器是有着特殊规定的再沸器,以用于分离气液两相,或当固体物质沉淀或结晶析出时, 用于除去该固体物质。在一些应用中,尤其当提供足够的干舷时,简单的釜式再沸器就足够了。 管式的蒸发器或是水平的或是垂直的,或长或短;液体可位于管内或管外,循环可以是自然循 环或是以泵或推进器驱动的强制性循环。

自然循环型的蒸发器是最常见的。强制循环型循环器非常适合于处理粘性或腐蚀性的物 料,但是购置和维修的费用高。在长管式垂直设计中,由于蒸发,液体处于在环流或膜流中, 相应地,该蒸发器称之为升膜式蒸发器。在降膜式蒸发器,液体分布于蒸发器的顶部,然后以 流体的形式向下流。静压头可忽略,()是汽流的摩擦力,传热效 little more than果较好。由于接触时间短以及两相分离完全,降膜压降只不过式蒸发适合于热敏性物料。

长管式蒸发器(或是自然循环或是强制循环)用得最广泛。管的直径范围从 1963 mm 长度 1230 ft。排管式蒸发器管长 35 ft,它的中央降压管的面积与该管的横截面积相等。 有时,排管式蒸发器中的循环以推进器来驱动。在某些类型的蒸发器中,固体直到它们达到所 需的尺度时才开始循环。

在蒸发器的设计和操作时,热经济是一个主要考虑因素。因为离开的蒸汽的潜热没有被利 用而是(),所以单效蒸发器浪费能量。然而,利用多效蒸发器可以回收和再次利 discard用大部分潜热。 丢弃

已经开发了各种各式的蒸发器以用于特殊工业中的特殊应用。蒸发器的设计可分成如下基 本类型:




直接加热蒸发器 该类型的蒸发器包括盐池和浸泡燃烧装置。浸泡燃烧蒸发器可应用 于那些由燃烧产物引起的溶液污染可接受的场所。

长管蒸发器 在该类型蒸发器中,液体以薄膜的形式在长的垂直的热的蒸发管中流动, 既可用降膜式蒸发器又可用升膜式蒸发器,处理能力大,适合于低粘度的溶液。强制循环蒸发器 在强制循环蒸发器中,液体由泵输送到蒸发管中,适用于那些会污 染传热表面的物料,以及适用于蒸发器发生结晶的场所。

搅拌式薄膜蒸发器 在这种蒸发器的设计中,利用机械方法(手段)将一薄层溶液撒到加热表面上。刮薄式蒸发器用于高粘度的物料和固体产物。

短管式蒸发器 也称排管式蒸发器,用于制糖工业中。 蒸发器的选择.

对于某一特殊应用,最适合的蒸发器类型的选择取决于下列因素:1)所需的处理量

2)进料的粘度以及蒸发过程中粘度的增加

3)所需的产物的本质:固体、淤泥或浓溶液

4)产物的热敏性

5)物料是否会产生污染

6)溶液是否会起泡

7)是否可用直接加热

辅助设备 对于真空条件下操作的蒸发器,需要冷凝器和真空泵;对于水溶液,则需利 用蒸汽喷射器和喷射式冷凝器。喷射式冷凝器是直接冷凝器,在该冷凝器中,蒸汽是利用冷却 水喷射直接而冷却。 2.结晶

结晶用于固体的产生、纯化及其回收。结晶的产物有着好看的外表,流动性能好,易处理, 易包装。该操作的应用范围广:从特种化学品(如药物)的小规模生产,到产品以吨数生产(如 糖、常见盐类和肥料)生产(都可以使用该操作)

结晶的设备可用于所得到液体过程和现象的方法加以分类,也可用用于悬浮增长晶体的方 法加以分()。有四类基本的结晶器: supersaturation槽式结晶器、类。可以通过冷却或蒸发得到过饱和现象刮膜式结晶器、晶浆循环结晶器、以及母液循环式结晶器。

3-2 总结了这些主要类型的结晶器的典型应用 (译成为主动句较好)


结晶器的类型 典型的用

槽式结晶器 间歇操作、规模生产小 脂肪酸、物油、

刮膜式结晶器 有机化合物、用于有污染问题 的场所,粘性的物料

氯苯、有机酸、烃、蜡油、环烷烃、 尿素

岩浆循环结晶器 大颗粒晶体的生产、生产量大 铵和其它无机盐、化钠和氯化钾

液体循环结晶器 生产均匀的晶体(其尺寸小于 、生产量大岩浆)
石膏、无机盐、酸钠和硝酸钾、硝酸

3.干燥

干燥是用蒸发方法除去水和其它的挥发性液体。大部分在其生产时需要干燥。选择干燥设 备的最主要的考虑因素是进料的本质及其浓度。干燥是能源密集型的过程,利用热干燥来除去 液体的费用较利用机械技术的费用要高得多。

除了几种特殊的应用之外,热的空气在工业干燥器中用作加热和传质介质。空气可直接用 所用燃料(石油、天然气和煤)的燃烧产物加热,或者间接加热,通常通过蒸汽加热的翅片管 管道加热。

用于化学过程工业中的干燥器基本类型有:




板式干燥器 间歇板式干燥器用于干燥少量的固体,所适用的物料范围广。欲干燥的 物料位于固体底板上,在固体底板上吹入热空气,欲干燥的物料位于穿了孔的底板上,热空气 流经该底板。间歇干燥器劳动力要求高,但在干燥条件和产物存货可以得到很好的控制。板式 干燥器适合于干燥有价值的产物(品)

带式干燥器(连续循环带式干燥器) 该类型的干燥器,固体产物在一个很长的穿孔 的传送带上,热空气强制地流过该传送带。传送带被罩在一长的矩形箱内,该箱分成几个区域, 以致能控制干燥气体的流型和温度。固体干燥器和干燥空气的相对运动可以是并流的,或者更 多的是对流。

该类型的干燥器只适合于那些形成带式结晶的床层的物料,可实现较高的干燥速率,质量 控制容易,热效率高,以蒸汽加热,干燥每 1 kg 蒸发水需要用蒸汽低于 1.5 kg。该类型的干燥 器的缺点为,由于机械传送带、维护费用高,所以首次(最初的)费用高。

旋转式干燥器 在旋转式干燥器中,固体物质沿着一旋转的倾斜的圆柱的内部进行输 送,通过直接与流经圆柱的热空气而加热、干燥。有时,圆柱间接加热。

旋转干燥器适合于干燥自由流动的粒状的物质,适合用于产量高的连续操作;热效率高, 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。

流化床干燥器 在该类型的干燥器中,干燥气以足够的速率通过固体床层,以使床层 保持在流化状态,该流化状态可提高很大传热和干燥速率。流化床干燥器适合于粒状大小范围 13mm的粒状和晶体状物质。该干燥器可设计为连续操作和间歇操作。流化床干燥器的 主要优点:热传递快且均匀、干燥时间短、干燥条件能很好控制、占地面积的要求低。与其它 类型的干燥器相比,需要的动力高。

气流干燥器 也称 flash 干燥器 它们的操作原理与喷雾式干燥器相似。欲干燥的产品由 一个合适的进料器分散于向上流动的加热气的蒸汽中。该设备起着气流传送设备和干燥器的作 用。接触时间短,(该因素)限制了要干燥的物料颗粒的大小。气流干燥器适合于那些颗粒太小而不能在流化床干燥器中干燥的物料。该类型的干燥剂的热效率一般较低。 喷雾式干燥器 喷雾式干燥器一般适合用于液体和稀的淤泥进料,但是可通过设计以 处理任何能用泵盘状的原子化器中原子化。 输送的物料。放置于垂直的圆柱形容器的要干燥的物料,在一喷嘴中或在一圆.
热的空气在容器中向上流(在有些设计中向下流)、输送以及干燥 液滴。液体从液滴的表面上快速汽化,同时形成有空隙的多孔的颗粒。干燥过的颗粒在旋风 cyclone)分离器中或在袋状过滤器中加以除去。

喷雾式干燥器的主要优点是:接触时间短,这使它适合于干燥热敏性物质;能很好地控制 产物颗粒尺度、体相密度。因为进料中固体浓度低,所以加热的要求高。

旋转鼓式干燥器 鼓式干燥器适合用于液体和稀淤泥进料。当欲干燥的物料会的加热 表面形成一薄膜,不是热敏性物料时,鼓式干燥器可以替代喷雾式干燥器(另一种选择) Unit 17 Chemical Reaction Engineering

第十七单元 化学反应工程

每一种工业化的化工过程的目的都是通过一系列的处理步骤从各种原料经济性地生成所 需的产undergo)许表示一种
典型的过程。为了使原料处于能发生化学反应的形式,原料要经 过品。图 35
多物理处理步骤,然后,通过反应器。为了得到最终的所需的产品,反应的 产物必须经过进一步的物理处理,如分离、纯化等。

用于物理处理步骤的设备的设计在单元操作中研究,这里我们关心的是过程的化学处理步 骤。经济上,化学处理步骤是不重要的装置,如一简单的混合槽。然而,化学处理步骤通常是 整个过程的核心,在经济方面可使过程发生或停止的因素。

(),对于某一过程可以提出许多其它的设计。为了寻 反应器的设计不是例行公事求最佳的routine设计,必须减少的费用不仅仅是反应器费用。一种设计可以是反应器费用低,但离开 该装置的物料可以是该情况:物料的处理费用比其它设计费用高得多。所以全过程的经济性必 须要考虑。

反应器的设计要运用各种领域(热力学、化学动力学、流体力学、传质、传热以及经济学) 的信息、(),其目的是精确地 synthesis设计化学反应器。知识和经验。化学反应工程是这些所有的因素的综合

化学反应器的设计可能是化学工程师的独特(unique)的一种活动,这可能较其它方面更 能证明化学工程作为工程学科的独特的分支的存在。

在化学反应器设计时,必须要回答两个问题:

1 我们期望发生什么变化?

2 变化发生有多快?。

第一个问题关于热力学,而第二个问题是关于各种速率过程— 化学动力学、传热,等等。 把这必须从简单的情 因此我们些过程综合起来以及要确定这些过程是如何关联的,是相当难的问题(事情) 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。

1、热力学

热力学给出了设计所需的两条重要的信息:反应释放(或吸收)的热量以及反应的最大的可能程度。 化学反应总是伴随着热量的释放或吸收,对于一合适的设计,热量的大小必须要知道,如 反应:

正,吸热反应




aA rRsS Hr


负,放热反应

s r 摩尔的 R 和在反应前后,对体系在同一温度、压力下进行测量,当 a 摩尔的 A 消失生成热化学数据对反温度下的反应热为环境传给该反应体系的热量。若知道反应热或是通 S 时,在 T 尔的

应热进行估计,那么可以计算反应过程的热效应。

么可以 热力学中,也可以从反应物料的标准自由能来计算平衡常数 K。如果知道了平衡常数,那 估计反应物的最大的可得的收率。

、化学动力学2

果该过在合适的条件下,进料可以转变为新的不同的物质,这些物质可构成不同的化学种类。如 学反应。化学是程只是通过组成的原子的重排和重新分配的发生来形成新的分子,那么我们说发生了化 变化以及产品的生成速率。与这些反应的研究有关,研究反应的形式和机理,研究所涉及到的物理和能量 究的是 最后提起的感兴趣的领域是化学动力学,化学动力学是我们首先所关注的。化学动力学研说,如果他要满 影响反应速率的因素,测定反应速率以及对得到的数值的提出解释。对于化学工程师来然,如果该反应如此快以 意地设计影响工业规模的反应的设备,那么他必须知道一个反应的动力学。当 致该体系基本上处于平衡,那么可大大简化设备的设计。不需要动力 学信息,热力学信息就足够了。 3、均相反应和多相反应

相或液相。 均相反应是这样的反应:在该反应中,反应物、产物和所用的催化剂形成一个连续相:气均相的气相反应器总是连续操作,而均匀的液相反应器可以间歇操作或连续操作。管式反应器通常用于均甲烷热分解生成氯乙烯中。管式和相的气相反应,例如,在石油组分热裂解以生成乙烯过程中,以及二氯 搅拌釜式反应器均可用于均相的液相反应。

的相的组 在多相反应中,存在两相或多相,反应器的设计的主要问题是提高相间的质量传递。可能 合有:

1)液-液两相 不互溶的液相;反应有用混合酸对甲苯或苯的硝化反应、乳状液的 聚合反应。 2)液-固两相 一种或多种液相对一种固体相接触,该固体或是反应物或是催化剂。

3)液-固-气三相 此时,固体通常为催化剂,如在氨的氢解反应中,用固在活性 炭上的浆状铂(Pt)作为催化剂。

(4 气-固两相 在这种情况下,固体可以参与反应或用作催化剂,例如:吹气炉中铁 矿的还原反应以及固体燃料的燃烧,在这些例子中固体为反应物。

5)气-液相 在这种情况下,液体参与反应或用作催化剂。

4、反应器的几何构型(类型)

用于那些已经成熟的过程的反应器的设计通常较为复杂,这些设计经过长时间的开发(或 发展)以满足该过程的要求,而且该反应器的设计独特。然而,可方便地将反应器的设计分成 以下几类。

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。

可以认为搅拌釜式反应器是基本的化学反应器,其模型建立常见的大规模实验室烧瓶的基 础之上。反应釜的尺寸从几升到几千升不等。它们用于均相和多相的液-液和液-气反应;以 及用于那些涉及到有细小的悬浮固体的反应,悬浮固体由搅拌得以保持。因为搅拌的程度由设 计师(者)的控制,所以搅拌釜式反应特别适合于那些需要良好的传质或传热的反应。

当反应器以连续操作时,反应器中的组成不变,与产品流中的组成相同。因此,除了快速反应外,这将限制一步反应所
能得到的转化率。

搅拌的动力要求取决于所需的搅拌程度,其范围为:从适中混合的 0.2 KW/ms 到剧烈混合时的 2 KW /ms

管式反应器 管式反应器通常用于气相反应,但也适用于一些液相反应。

联排列,如果需要传热速率高,那么可用直径小的管子以增加表面积与体积的比率。几根管子可并

这些管子可排列在 以相似排列连接于多种或固定每于一外壳和管式加热器上以形成管板。对于高温反应, 一炉子之中。 催化剂。在萃 填料床反应器有两种类型的填料床反应器:一类以固体是反应物,另一类以固体是 取湿法冶金工业中,可找到第一类反应器许多例子。

化学过程工业的设计者,通常关注的是第二类反应器:催化反应器。工业上的填料床催化 反应器尺寸范围:小到直径为厘米长小试管,大到直径很大的填料床。填料床反应器用于气体 和气-液两相反应。在直径很大的填料床上传热速率慢,需要很大的传热速率的场所,应该考 虑流化床反应器。

流化床反应器 流化床的基本特征为,固体物质通过反应流体的向上流动而维护悬浮 状态,这有助于提高传质和传热速率、混合均匀。该固体物质可以是催化剂;流化燃烧过程中 的一种反应物或是为了提高传热而加入的惰性粉末。与固定床相比,尽管流化床的主要优点 (势)在于传热速率较高,但是在那些必须要输送大量的固体时,流化床作为反应过程一部分 很有用,如用于催化剂从一个容器转移到另一个容器而再生的场所。

流化床只用于尺度相对较小(30um)的颗粒和气体。

近年来,在流化床反应器方面作了大量的研究和开发工作,但是直径很大的反应器的设计 和放大仍然是不稳定的过程,设计的方法主要是经验(方法)

间歇或连续操作(处理)

在间歇操作中,所有的试剂在开始时同时加入;反应进行时,组成随着时间的改变,当达 到所需的转化率时,停止反应,取出产物。间歇过程适合于小量(规模)的生产,以及适合于 在同一设备生产不同的产品或不同种级别产品的过程,如,生产颜料、染料和聚合物。

在连续的过程中,反应物连续不断地加入到反应器中以及产物连续不断地取出。反应器在 稳态条件下进行操作,通常连续生产较间歇生产的生产费用要低,但是缺少间歇生产的弹性。 大规模的生产常常选择连续反应器。那些不适合间歇操作和连续操作的定义的操作常叫做半连 续或半间歇操作。在半间歇反应器中,随着反应的进行,可以加入某些反应物或取出某些反应 产物。半连续的过程是那些为了某一目的而定期中断的过程,如为了催化剂的再生。


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