化工专业英语翻译(全21单元)

发布时间：2018-01-17

化学工程与工艺专业英语课文翻译

Unit 1 Chemical Industry化学工业 ..................................................... - 2 - Unit 2 Research and Development研究和开发 .................................. - 7 - Unit 3 Typical Activities of Chemical Engineers化学工程师的例行工作 . -
13 - Unit 4 Sources of Chemicals化学资源 .............................................. - 19 - Unit 5 Basic Chemicals基本化学品 ................................................... - 24 - Unit 6 Chlor-Alkali and Related Processes氯碱及其相关过程 .......... - 26 - Unit 7 Ammonia, Nitric Acid and Urea氯、硝酸和尿素 ................... - 31 - Unit 8 Petroleum Processing石油加工 ............................................. - 37 - Unit 9 Polymers 聚合物 .................................................................. - 41 - Unit 10 What Is Chemical Engineering?什么是化学工程学 .............. - 45 - Unit 11 Chemical and Process Thermodynamics化工热力学 ........... - 52 - Unit 12 What do we mean by transport phenomena ?如何定义传递现象 ....................................................................................................... - 57 - Unit 13 Unit Operations in Chemical Engineering化学工程中的单元操作 ....................................................................................................... - 61 - Unit14 Distillation蒸馏 ..................................................................... - 65 - Unit 15 Solvent Extraction, Leaching and Adsorption溶剂萃取，浸取和吸附 ................................................................................................... - 71 -
Unit 16 Evaporation, Crystallization and Drying蒸发、结晶和干燥 . - 76 - Unit 17 Chemical Reaction Engineering化学反应工程 ..................... - 82 - Unit18 Chemical Engineering Modeling化工建模 ............................ - 88 - Unit 19 Introduction to Process Design过程设计简介 ..................... - 92 - Unit 20 Material Science and Chemical Engineer材料科学和化学工程 .. -
97 - Unit 21 Chemical Industry and Environment化学工业与环境 ....... - 103 -


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Unit 1 Chemical Industry化学工业
1．
化学工业的起源
尽管化学品的使用可以追溯到古代文明时代，我们所谓的现代化学工业的发展却是非常近代（才开始的）。可以认为它起源于工业革命其间，大约在1800年，并发展成为为其它工业部门提供化学原料的产业。比如制肥皂所用的碱，棉布生产所用的漂白粉，玻璃制造业所用的硅及Na2CO3. 我们会注意到所有这些都是无机物。有机化学工业的开始是在十九世纪六十年代以William Henry Perkin 发现第一种合成染料—苯胺紫并加以开发利用为标志的。20世纪初，德国花费大量资金用于实用化学方面的重点研究，到1914年，德国的化学工业在世界化学产品市场上占有75%的份额。这要归因于新染料的发现以及硫酸的接触法生产和氨的哈伯生产工艺的发展。而后者需要较大的技术突破使得化学反应第一次可以在非常高的压力条件下进行。这方面所取得的成绩对德国很有帮助。特别是由于1914年第一次世界大仗的爆发，对以氮为基础的化合物的需求飞速增长。这种深刻的改变一直持续到战后（1918-1939）。
1940年以来，化学工业一直以引人注目的速度飞速发展。尽管这种发展的速度近年来已大大减慢。化学工业的发展由于1950年以来石油化学领域的研究和开发大部分在有机化学方面取得。石油化工在60年代和70年代的迅猛发展主要是由于人们对于合成高聚物如聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚脂和环氧树脂的需求巨大增加。
今天的化学工业已经是制造业中有着许多分支的部门，并且在制- 2 - / 110


造业中起着核心的作用。它生产了数千种不同的化学产品，而人们通常只接触到终端产品或消费品。这些产品被购买是因为他们具有某些性质适合（人们）的一些特别的用途，例如，用于盆的不粘涂层或一种杀虫剂。这些化学产品归根到底是由于它们能产生的作用而被购买的。 2．
化学工业的定义
在本世纪初，要定义什么是化学工业是不太困难的，因为那时所生产的化学品是很有限的，而且是非常清楚的化学品，例如，烧碱，硫酸。然而现在有数千种化学产品被生产，从一些原料物质像用于制备许多的半成品的石油，到可以直接作为消费品或很容易转化为消费品的商品。困难在于如何决定在一些特殊的生产过程中哪一个环节不再属于化学工业的活动范畴。举一个特殊的例子来描述一下这种困境。乳剂漆含有聚氯乙烯/聚醋酸乙烯。显然，氯乙烯（或醋酸乙烯）的合成以及聚合是化学活动。然而，如果这种漆，包括高聚物，它的配制和混合是由一家制造配料的跨国化学公司完成的话，那它仍然是属于化学工业呢还是应当归属于装饰工业中去呢？
因此，很明显，由于化学工业经营的种类很多并在很多领域与其它工业有密切的联系，所以不能对它下一个简单的定义。相反的每一个收集和出版制造工业统计数据的官方机构都会对如何界定哪一类操作为化学工业有自己的定义。当比较来自不同途径的统计资料时，记住这点是很重要的。 3．
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对化学工业的需要

化学工业涉及到原材料的转化，如石油 首先转化为化学中间体，然后转化为数量众多的其它化学产品。这些产品再被用来生产消费品，这些消费品可以使我们的生活更为舒适或者作药物维持人类的健康或生命。在生产过程的每一个阶段，都有价值加到产品上面，只要这些附加的价值超过原材料和加工成本之和，这个加工就产生了利润。而这正是化学工业要达到的目的。
在这样的一本教科书中提出：“我们需要化学工业吗？”这样一个问题是不是有点奇怪呢？然而，先回答下面几个问题将给我们提供一些信息：（1）化学工业的活动范围，（2）化学工业对我们日常生活的影响，（3）社会对化学工业的需求有多大。在回答这些问题的时候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。
(1食物。化学工业对粮食生产所做的巨大贡献至少有三个方面。第一，提供大量可以获得的肥料以补充由于密集耕作被农作物生长时所带走的营养成分。（主要是氮、磷和钾）。第二，生产农作物保护产品，如杀虫剂，它可以显著减少害虫所消耗的粮食数量。第三，生产兽药保护家禽免遭疾病或其它感染的侵害。
（2）健康。我们都很了解化学工业中制药这一块在维护我们的身体健康甚至延长寿命方面所做出的巨大贡献，例如，用抗生素治疗细菌感染，用β-抗血栓降低血压。
衣物。在传统的衣服面料上，现代合成纤维性质的改善也是非常- 4 - / 110


显著的。用聚脂如涤纶或聚酰胺如尼龙所制作的T恤、上衣、衬衫抗皱、可机洗，晒干自挺或免烫，也比天然面料便宜。
与此同时，现代合成染料开发和染色技术的改善使得时装设计师们有大量的色彩可以利用。的确他们几乎利用了可见光谱中所有的色调和色素。事实上如果某种颜色没有现成的，只要这种产品确有市场，就可以很容易地通过对现有的色彩进行结构调整而获得。
这一领域中另一些重要进展是不褪色，即在洗涤衣物时染料不会被洗掉。
（4）住所，休闲和旅游。讲到住所方面现代合成高聚物的贡献是巨大的。塑料正在取代像木材一类的传统建筑材料，因为它们更轻，免维护（即它们可以抵抗风化，不需油漆）。另一些高聚物，比如，脲甲醛和聚脲，是非常重要的绝缘材料可以减少热量损失因而减少能量损耗。
塑料和高聚物的应用对休闲活动有很重要的影响，从体育跑道的全天候人造篷顶，足球和网球的经纬线，到球拍的尼龙线还有高尔夫球的元件，还有制造足球的合成材料。
多年来化学工业对旅游方面所作的贡献也有很大的提高。一些添加剂如抗氧化剂的开发和发动机油粘度指数改进使汽车日产维修期限从3000英里延长到6000英里再到12000英里。研发工作还改进了润滑油和油脂的性能，并得到了更好的刹车油。塑料和高聚物对整个汽车业的贡献的比例是惊人的，源于这些材料—挡板，轮胎，坐垫和涂层等等—超过40%。
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很显然简单地看一下化学工业在满足我们的主要需求方面所做的贡献就可以知道，没有化工产品人类社会的生活将会多么困难。事实上，一个国家的发展水平可以通过其化学工业的生产水平和精细程度来加以判断。 4．
化学工业的研究和开发。
发达国家化学工业飞速发展的一个重要原因就是它在研究和开发方面的投入和投资。通常是销售收入的5%，而研究密集型分支如制药，投入则加倍。要强调这里我们所提出的百分数不是指利润而是指销售收入，也就是说全部回收的钱，其中包括要付出原材料费，企业管理费，员工工资等等。过去这笔巨大的投资支付得很好，使得许多有用的和有价值的产品被投放市场，包括一些合成高聚物如尼龙和聚脂，药品和杀虫剂。尽管近年来进入市场的新产品大为减少，而且在衰退时期研究部门通常是最先被裁减的部门，在研究和开发方面的投资仍然保持在较高的水平。
化学工业是高技术工业，它需要利用电子学和工程学的最新成果。计算机被广泛应用，从化工厂的自动控制，到新化合物结构的分子模拟，再到实验室分析仪器的控制。
一个制造厂的生产量很不一样，精细化工领域每年只有几吨，而巨型企业如化肥厂和石油化工厂有可能高达500,000吨。后者需要巨大的资金投入，因为一个这样规模的工厂要花费2亿5千万美元，再加上自动控制设备的普遍应用，就不难解释为什么化工厂是资金密集型企业而不是劳动力密集型企业。
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大部分化学公司是真正的跨国公司，他们在世界上的许多国家进行销售和开发市场，他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。
1.基础研究和应用研究
在工业上进行研究和开发最主要的原因是经济利益方面，是为了加强公司的地位，提高公司的利润。R&D的目的是做出并提供信息和知识以减低不确定性，解决问题，以及向管理层提供更好的数据以便他们能据此做出决定。特别的项目涵盖很大的活动范围和时间范围，从几个月到20年。
我们可以在后面的段落里举出大量的R&D活动。但是如果我们举出的点子来源于研究院而不是工业化学家的头脑，这就是基础的或- 7 - / 110


探索性的研究
基础研究通常与大学研究联系在一起，它可能是由于对其内在的兴趣而进行研究并且这种研究能够拓宽知识范围，但在现实世界中的直接应用可能性是很小的。请注意，这种以事物自身所固有的内在的优点在提出和解决问题方面提供了极有价值的训练，比如，在指导下完成研究工作的学生所接受的研究方法学（的训练）。而且，从这些工作中产生的“有用的副产品”随后也能带来可观的使用价值。因此，物理学家宣称要不是量子理论的研究和发展我们可能仍然没有计算机和核能量。不管怎样，举一个特殊的化学方面的例子吧，在各个领域如烃的氧化方面所做的广泛的研究将为一些特殊的领域如环己烯氧化生成尼龙中间产物提供有用的信息。
通过合成可以生产出一些新的、更特殊的试剂以控制特殊的官能团转换，即发展合成方法或完成一些具有生物活性的新分子的合成。尽管前者显然属于基础性研究而后者则包括基础研究和实用性研究两部分。所谓“实用性”习惯上是指与在工业实验室完成的研究联系在一起的，因为它更具目的性，它是商业行为驱动的结果。
然而，请注意。近几年有很大的变化，大学研究机构正越来越多地转向工业界寻求研究经费，其结果就是他们的研究工作越来越多地是致力于实用研究。即使这样，学院工作的重点通常还是在于研究而不是开发。
2．工业研究和开发的类型
通常在生产中完成的实用型的或有目的性的研究和开发可以分- 8 - / 110


为好几类，我们对此加以简述。它们是：（1）产品开发；（2）工艺开发；（3）工艺改进；（4）应用开发；每一类下还有许多分支。我们.对每一类举一个典型的例子来加以说明。在化学工业的不同部门内每类的工作重点有很大的不同。
(1产品开发。产品开发不仅包括一种新药的发明和生产，还包括，比如说，给一种汽车发动机提供更长时效的抗氧化添加剂。这种开发的产品已经使（发动机）的服务期限在最近的十年中从3000英里提高到6000、9000现在已提高到12000英里。请注意，大部分的买家所需要的是化工产品能创造出来的效果，亦即某种特殊的用途。Tdflon，或称聚四氟乙烯（PTFE）被购买是因为它能使炒菜锅、盆表面不粘，易于清洗。
（2）工艺开发。工业开发不仅包括为一种全新的产品设计一套制造工艺，还包括为现有的产品设计新的工艺或方案。而要进行后者时可能源于下面的一个或几个原因：新技术的利用、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。
Penicillin能预防战争中因伤口感染引发的败血症，因而在第二次世界大战（1939-1945）中，penicillin的需求量非常大，需要大量生产。而在那时，penicillin只能用在瓶装牛奶表面发酵的方法小量的生产。英国和美国投入了巨大的人力物力联合进行研制和开发，对生产- 9 - / 110


流程做出了两个重大的改进。首先用一个不同的菌株—黄霉菌代替普通的青霉，它的产量要比后者高得多。第二个重大的流程开发是引进了深层发酵过程。只要在培养液中持续通入大量纯化空气，发酵就能在所有部位进行。这使生产能力大大地增加，达到现代容量超过5000升的不锈钢发酵器。而在第一次世界大战中，死于伤口感染的士兵比直接死于战场上的人还要多。注意到这一点不能不让我们心存感激。
对一个新产品进行开发要考虑产品生产的规模、产生的副产品以及分离/回收，产品所要求的纯度。在开发阶段利用中试车间（最大容量可达100升）获得的数据设计实际的制造厂是非常宝贵的，例如石油化工或氨的生产。要先建立一个中试车间，运转并测试流程以获得更多的数据。他们需要测试产品的性质，如杀虫剂，或进行消费评估，如一种新的聚合物。
注意，副产品对于化学过程的经济效益也有很大的影响。酚的生产就是一个有代表性的例子。早期的方法，苯磺酸方法，由于它的副产品亚硫酸钠需求枯竭而变的过时。亚硫酸钠需回收和废置成为生产过程附加的费用，增加了生产酚的成本。相反，异丙基苯方法，在经济效益方面优于所有其他方法就在于市场对于它的副产品丙酮的迫切需求。丙酮的销售所得降低了酚的生产成本。
对一个新产品进行工艺开发的一个重要部分是通过设计把废品减到最低，或尽可能地防止可能的污染，这样做带来的经济利益和对环境的益处是显而易见的。
最后要注意，工业开发需要包括化学家、化学工程师、电子和机- 10 - / 110


械工程师这样一支庞大队伍的协同合作才能取得成功。
（3）工艺改进。工艺改进与正在进行的工艺有关。它可能出现了某个问题使生产停止。在这种情形下，就面临着很大的压力要尽快地解决问题以便生产重新开始，因为故障期耗费资财。
然而，更为常见的，工艺改进是为了提高生产过程的利润。这可以通过很多途径实现。例如通过优化流程提高产量，引进新的催化剂提高效能，或降低生产过程所需要的能量。可说明后者的一个例子是在生产氨的过程中涡轮压缩机的引进。这使生产氨的成本（主要是电）从每吨6.66美元下降到0.56美元。通过工艺的改善提高产品质量也会为产品打开新的市场。
然而，近年来，最重要的工艺改进行为主要是减少生产过程对环境的影响，亦即防止生产过程所引起的污染。很明显，有两个相关连的因素推动这样做。第一，公众对化学产品的安全性及其对环境所产生影响的关注以及由此而制订出来的法律；第二，生产者必须花钱对废物进行处理以便它能安全地清除，比如说，排放到河水中。显然这是生产过程的又一笔费用，它将增加所生产化学产品的成本。通过减少废物数量提高效益其潜能是不言而喻的。
然而，请注意，对于一个已经建好并正在运行的工厂来说，只能做一些有限的改变来达到上述目的。因此，上面所提到的减少废品的重要性应在新公厂的设计阶段加以考虑。近年来另一个当务之急是保护能源及降低能源消耗。
（4）应用开发。显然发掘一个产品新的用处或新的用途能拓宽- 11 - / 110


它的获利渠道。这不仅能创造更多的收入，而且由于产量的增加使单元生产成本降低，从而使利润提高。举例来说，PVC早期是用来制造唱片和塑料雨衣的，后来的用途扩展到塑料薄膜，特别是工程上所使用的管子和排水槽。
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。
3．化工行业中研究与开发活动的变化
化学工业的不同部门所进行的R&D的性质与数量都有很大的变化。与大规模生产的基础化工产品有关的部门中，化学产品和技术变化都很慢，因为流程已很成熟。R&D经费支出属于化工行业中低的一端，而且大部分的费用是用于过程改进和废水处理。无机方面的例子有氨、肥料和氯碱的生产，有机方面的如乙烯等一些基础石油化学的中间产物。
不一样规模生产的是药品和除草剂。人们付出了巨大而持续的努力以合成能产生所希望的、特殊的生物作用的新分子。一家公司每年可能要合成10,000新化合物以供筛选。可以想象一些医药公司其每- 12 - / 110


年的R&D经费支出高达100亿美元。换句话说，他们把超过14%的销售收入投入在R&D上。【返回目录】
Unit 3 Typical Activities of Chemical Engineers化学工程师的例行工作
化学工程师经典的角色是把化学家在实验室里的发现拿来并发展成为能赚钱的、商业规模的化学过程。化学家用少量的反应物在试管和派式氧弹中反应相应得到少量的生成物，所进行的通常是间歇性的恒温下的实验，反应物放在很小的置于恒温水槽的容器中，加点催化剂，反应继续进行，随时间推移，反应物被消耗，并有生成物产生，产物在合适的间歇时间获得。
与之相比，化学工程师通常面对的是数量多得多的物质和庞大的（昂贵的）设备。反应器可以容纳1000 到10,000加仑甚至更多。蒸馏塔有100英尺多高，直径10到30英尺。化工厂一个单元流程的投资可能超过1亿美元。
在把化学家研制的小型反应器及分离系统“放大”到很大的商业化车间时，通常需要化学工程师的参与。为了彻底了解过程中的化学反应，化学工程师必须与化学家密切合作以确保能得到所需要的反应的动力学性质和物理性质参数以进行设计、运转和优选流程。这就是为什么化工课程要包括那么多的化学类课程的原因。
化学工程师还必须与机械、电子、土木建筑和冶金工程师密切协作以设计和操作工厂的机械设备—反应器、槽、蒸馏塔、热交换器、泵、压缩机、控制器和仪器设备等等。在这张设备单上还有一大类是管子。化工厂最典型的特征之一就是数目庞大的管道贯穿所有生产间。- 13 - / 110


可以毫不夸张地说，在许多车间都有几百英里长的管道。这些管道输入和输出车间的反应物质进行传递，同时还可携带有用的东西（水蒸气、冷却水、空气、氧、冷却剂）进入操作单元。
要把实验室研究商业化，化学工程师要参与进行开发、设计、建筑、操作、销售和研究工作。各个公司用来表示这些工作的名词不完全一样，但万变不离其宗。让我们简单地把每个工作描述一下。应该强调的是，我们所讨论的工作是“典型的”和“经典的”，但并不意味着化学工程师只能做这些事。化学工程师在数学、化学和物理学方面都有很好的知识基础，因此，他或她能够而且确实适应工业、政府部门、大专院校等非常广泛的职业要求。
1. 开发
开发工作是从实验室规模向商业化规模转化所必需的中间阶段。开发阶段所涉及的“中试”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）。
化学工程师与化学家和其他一些工程师协作对中师车间进行设计、安装和运行，设计方面包括确定设备的尺寸、结构、制造所用的材料。通常中师车间的设计是有很大的变通性的，以便能对各种情况- 14 - / 110


和构造进行评估。
中试车间一旦开始运转，就能获得性能数据和选定最佳数值以便从经济学角度对流程进行评价。对生产过程的每一个阶段可能获得的利润进行评定。如果结果显示投入的资金不能有足够的回报，这项计划将被停止。
中师车间还提供了评价设备制造材料、测量方法、流程控制技术的机会。中试车间的这些实验数据对于工业装置设计的改善能提供有用的帮助。
2.设计
根据在实验室和中试车间获得的经验和数据，一组工程师集中起来设计工业化的车间。化学工程师的职责就是详细说明所有过程中的流速和条件，设备类型和尺寸，制造材料，流程构造，控制系统，环境保护系统以及其它相关技术参数。这是一个责任重大的工作。
设计阶段是大把金钱花进去的时候。一个常规的化工流程可能需要五千万到一亿美元的资金投入，有许多的事情要做。化学工程师是做出很多决定的人之一。当你身处其位时，你会对自己曾经努力学习而能运用自己的方法和智慧处理这些问题感到欣慰。
设计阶段的产物是很多图纸：
（1）工艺流程图。是显示所有设备的图纸。要标出所有的流线和规定的条件（流速、温度、压力、构造、粘度、密度等）。
（2）管道及设备图。标明所有设备（包括尺寸、喷嘴位置和材料）、所有管道（包括大小、控制阀、控制器）以及所有安全系统（包- 15 - / 110


括安全阀、安全膜位置和大小、火舌管、安全操作规则）。
（3）仪器设备说明书。详细说明所有设备准确的空间尺度、操作参数、构造材料、耐腐蚀性、操作温度和压力、最大和最小流速以及诸如此类等等。这些规格说明书应交给中标的设备制造厂以进行设备生产。
3.建造
当设备制造把设备的所有部分都做好了以后，这些东西要运到工厂所在地（有时这是后勤部门颇具挑战性的任务，尤其对象运输分馏塔这样大型的船只来说）。建造阶段要把所有的部件装配成完整的工厂，首先要做的就是在地面打洞并倾入混凝土，为大型设备及建筑物打下基础（比如控制室、流程分析实验室、维修车间）。
完成了第一步，就开始安装设备的主要部分以及钢铁上层建筑。要装配热交换器、泵、压缩机、管道、测量元件、自动控制阀。控制系统的线路和管道连接在控制室和操作间之间。电线、开关、变换器需装备在马达上以驱动泵和压缩机。生产设备安装完毕后，化学工程师的职责就是检查它们是否连接完好，每部分是否正常工作。
对大部分工程师来说这通常是一个令人激动、享受成功的时候。你将看到自己的创意由图纸变为现实。钢铁和混凝土代替了示意图和表格。建筑是许多人多年辛劳的结果。你终于站到了发射台上，工厂将要起飞还是最后失败。揭晓的那一刻即将到来。
测试阶段一旦完成，“运转阶段”就开始了。启动是工厂的首项任务，是令人兴奋的时刻和日夜不停的工作。这是化学工程师最好的- 16 - / 110


学习机会之一。现在你可以了解你的构思和计算究竟有些什么好。参与中试车间和设计工作的工程师通常也是启动队伍中的人员。
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。
在启动阶段，工程师们通常需轮流值班。在很短的时间里有很多的东西需要学习。一旦车间按照设定程序成功运转，它就转变为产品的常规生产或制造部门。
4.制造
化学工程师在制造阶段占据中心的位置。车间技术服务部门负责车间有效而安全地运转的技术方面。他们进行生产量和性能测试以找出设备的瓶颈在哪，然后设计一些修正或附加的东西以解决这些瓶颈。
化学工程师研究一些方法节省能源，降低原材料消耗、减少不合要求的需进行处理的产品的生产，以降低生产成本。他们还研究一些提高产品质量、减少空气和水中环境污染的措施。
除了提供技术服务外，许多工程师还负责生产监督。这些监督保证工厂日常生产的各个方面正常进行。包括管理换班工作的操作工，满足质量要求，按期按量发出产品，生产并保持设备备件的存储量，为车间设备维修，保证安全规则被遵守，避免过多排出废物污染环境，并且做工厂对当地社会的代言人。
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5.技术销售
许多化学工程师发现在技术销售中充满了刺激性的、有利可图的机会。与其它的销售业务一样，这项业务包括拜访客户，推荐一些特别的商品以满足客户的需要，并确保订单能顺利完成。销售工程师是公司的代表，必须十分清楚公司的产品生产情况。销售工程师的销售能力极大地影响公司的发展和利润。
许多化工产品的市场开发需要制造化工产品公司的工程师与使用化工产品公司的工程师密切合作。这种合作所采取的方式可以是对如何使用一种化学产品提出建议，或者是生产出一种新的化学产品以解决客户的某个特殊的困难。
当销售工程师碰到他自己没有把握解决的问题时，他或她必须要请教专家。有时销售工程师还需组织来自不同公司的研究人员共同努力来解决某个问题。
6.研究
化学工程师能从事多种类型的研究工作。他们与化学家联合开发新的或革新的产品。他们探索新的和改良的工程技术（比如更好的计算机程序以模拟化工工艺，更好的实验室分析方法分析有代表性的化学产品，新型的反应和分离系统。）他们研究改进的传感器以进行物理性质的在线检测，他们还研究单个流程结构和设备。
研究工程师可能是在实验室或办公桌前钻研难题。他们通常是一组科学家或工程师中的一员。了解生产流程以及通常流程所使用的设备使化学工程师能在研究工作中做出突出的贡献。化学工程师的日常- 18 - / 110


工作有时颇似那些化学家和物理学家。【返回目录】
Unit 4 Sources of Chemicals化学资源
大家知道的化学物质的数量就达上千万种。如此的数量与理论上可能形成的含碳化合物的数量相比，相形见绌。含碳化合物的数量之大是耦合的结果：即相对较强的碳碳共价键的碳原子长链和异构体的形成。大部分这些化合物只是满足实验室好奇心或学术兴趣。然而，其他剩余的达几千种，是商业和实践兴趣。因此，可以预料到这些化学物质的来源很广。虽然对无机化学品如此，但是奇怪的是，大多数有机化学品来源于一种资源，即原油（石油）。
1. 无机化学品
Table1-1 无机化学品的主要来源因为“无机化学品”这个词（术语）涉及到（cover，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
须涉及到化学处理（过程）。金属矿或无机矿很少以纯物质的形式存在，因此，处理过程的第一步通常是：（将无机矿中）从不要的固体如粘土或沙石中分离出来。固体筛分后经压碎和研磨，利用颗粒尺寸差异可以完成一些物理分离。下一步骤则取决于所需矿物的本质及其特征。例如，铁矿常在磁分离器利用他们的磁性加以分离。泡沫- 19 - / 110


浮选是另一种广泛应用的分离技术。在该技术中，所需要的矿物，以细小颗粒形式存在，借助被水溶液润湿能力的差异而与其他矿物加以分离。常加入表面活性剂（抗润湿剂），这些典型的分子，一头为非极性部分（如长碳氢链），另一头为极性部分（如-NH2）。该极性基团与矿物相吸，形成不牢固的键；而碳氢基团与水相斥而阻止矿物被润湿，因而矿物能浮选。相反，其他固体物质很容易被润湿而沉在水溶液中。搅拌溶液或液体中鼓泡以产生泡沫能大大促进表面活性剂包裹的矿物的漂浮，这些矿物从容器中溢出到收集容器中，在收集容器，矿物得到回收。显然，该过程成功的关键在于，为所处理矿物选择一种高选择的特定的表面活性剂。
2 有机化合物
相比于无机化学品来自于众多不同的资源（这一点我们已经明白了），商业上的一些重要的有机化合物基本上来源单一。如今，所有有机化合物的99%以上，可以通过石化工艺过程从原油（石油）和天然气得到。这是一种有趣的情形— — 该情形一直在改变，而且将来也会变化，因为从技术上讲，相同的化学品可以从其他原料得到。尤其是脂肪族化合物，可以通过由碳水化合物的发酵所得的乙醇加以生产，另一方面，芳香族化合物可以从煤焦油中分离得到。煤焦油是煤炭化工过程的副产物。动植物油脂，是为数不多的脂肪族化合物的特定的资源，这些脂肪族化合物包括长链脂肪酸（如正十八酸）和长链醇（如正十二烷醇）。化石燃料（即石油、天然气和煤）的形成要花上百万年，一旦用掉就不能被替换，因此，它们称之为不可再生的资- 20 - / 110


源。这与来自于植物的碳水化合物恰恰相反，碳水化合物能够较快被更新。一种较为普遍应用的资源为蔗糖— — 一旦作物被收割和土地被清理，又可以种植和收割新的作物，通常少于一年。因此，碳氢化合物可称为可再生资源。据估计，植物原料（干重）的总的年产量为1*1011 吨。化石燃料－天然气、原油和煤，主要用作为能源，而不是作为有机化合物的资源。例如，各种石油分馏物的气体，用于家用烹调和取暖、用作为汽车用的汽油、加热建筑物重燃油，或用于在工业处理以产生的蒸汽。通常，一桶原油的8%用于化学品的生产。下列数据可以说明，为什么化学工业在原油的使用方面与燃料或能源消耗的工业展开着竞争。显然，若我们愿意使用可代替化石燃料的其他能源，那么这些可替代能源可以利用的，同时，我们自信地预料到在不久的将来，可以用上其他的可替代能源。因此，有必要要去保存宝贵的石油供应以用于化学品的生产。“处理石油的最后一件事情是将之燃烧”该说法是有根据的。注意到这件事很有趣且有益的：早在1894 年门捷列夫（发现元素周期表之俄国科学家）就向当局报道，“石油是太宝贵的资源而不能将之燃烧掉，应该将之以化学品资源加以保存。”来自于碳水化合物（植物茎杆）的有机化学物质，职务的主要成分是碳水化合物，碳水化合物组成职务的结构。它们为多糖（如纤维素和淀粉），大量的淀粉存在于食物（如谷类、大米和马铃薯）之中，纤维素是组成细胞壁的主要物质，因而广泛存在，可以从木材、棉花等中得到。因此，来自于碳水化合物的化学品的潜力是相当大的，而且该原料可再生。从碳水化合物得到化学物质的主要途径是通过发- 21 - / 110


酵过程。然而发酵过程不能利用多糖（如维素和淀粉），因此，淀粉必须先收到酸性或酶水解反应生成更简单的糖类（单糖或二糖（如蔗糖），这些较为简单的糖是发酵过程中的）合适的起始原料。发酵过程是利用单细胞的微生物（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- 22 - / 110


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。
来自于动植物油和脂肪的有机化学品，动植物油脂（常指类肪）是由甘油脂组成，甘油酯为三羟基醇，甘油（丙烷-1，2，3-三醇，丙三醇）。有多种不同的种植物油资源，较为普通的有，大豆，谷物，棕树核，油菜籽，橄榄油，动物脂肪和巨鲸。这些油类可通过溶剂萃取分离得到。有相当大的部分，烹调油脂的形式用食品工业中，用于生产黄油，人选黄油和其他食品（如冰激凌）。这些食品的烷基对人的健康的影响，尤其对血液中的胆固醇的影响，存在着争议。血液中的高胆固醇的含量会引起高血压和心脏病。目前的观点似乎赞成高含量不饱和的基因在降低胆固醇的水平和降低心脏病（发病率）危险是有利的。这引起如下趋势。不用烹调脂类和普通黄油或人造黄油（这些物质中饱和烷基含量丰富），而转向用烹调油和不饱和烷基的含量高的人造黄油。
类脂属于脂类（物质），用于生产化学物质时，以水解反应开始，虽然水解反应可以用酸或碱催化，但碱催化效果更好，因为碱催化反应不可逆。碱性条件下的水解反应叫做皂化反应。
注意到这样事实很重要— 皂化反应，水解反应（脂肪分解）一级氢解反应不会利用单一甘油酯（或甲基醇，实际上，所用植物油是各种甘油酯的混合物，因此（水解）产物也是混合物，需要分离。【返- 23 - / 110


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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- 24 - / 110


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- 25 - / 110


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。【返回目录】
Unit 6 Chlor-Alkali and Related Processes氯碱及其相关过程 纵观历史，大众化学品工业在氯碱及其相关过程之上。该部分通常包括氯气、苛性苏打（氢氧化钠）无水碳酸钠（以各种形式存在的碳酸钠的衍生物），以及以石灰为基础的产品。自从无水碳酸钠和氢氧化钠的各种制备工艺发现以来，两者在作为碱为主要原料方面相互竞争。电解过程的特殊经济性意味着不管对氯气和氢氧化钠这两种不同类型的产品的相对需求量如何，你只有以固定的比例同时制备氯气和氢氧化钠。这引起了氢氧化钠的价格的摇摆不定，从而使得纯碱作为一种碱或多或少有利。氯气苛性苏打和纯碱的生产都取决于廉价易得的原料供应，前者的生产需要廉价的海水和电力的供应，而纯碱的- 26 - / 110


生产需要海水、石灰和大量的能耗。纯碱厂只有在其原料不必要长距离的运输时才能赢利。这些原料供应利用是影响化工企业位置分布的一个重要因素。
1. 石灰为基础的产品
一种关键（重要）原料是石灰石。石灰石主要是由CaCO3 组成，高质量的石灰石可直接用于下一步反应。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。
从石灰石得到两种重要的产物：生石灰（CaO）和熟石灰水，生石灰是由石灰石根据该反应是热分解（1200-1500℃）制备得到。CaCO3 — —
> CaO+ CO2 一般的，石灰石经过粉碎加入倾斜旋转窑的较高端，在此发生热分解反应，生石灰在另一端回收。然而，通常生石灰用于进一步反应而分离，而加入其它化合物，与生石灰在窑的较低口处生成最低产品。例如，加入铝矿、铁矿和沙石可生成硅酸盐水泥。纯碱的生产，通常要向生石灰加入焦炭，焦炭燃烧生成纯碱所需的CO2，熟石灰由生石灰和水的反应制造，较生石灰更加方便。大约40%的石灰工业的产品用于钢铁制造业。在钢铁制造业中，纯碱用来与铁矿石中难溶解的硅酸盐反应，生成流态矿渣，矿渣漂浮于表面上，很容易从液态金属中分离，叫少量但重要的石灰工业的产品用于化学品的制造，污染控制和水处理。从石灰石得到的最重要的化学茶品是纯碱。
2. 纯碱
索尔维工艺，该工艺发现于1965 年由ES 优化：工艺是以当含- 27 - / 110


氮的盐溶液经来自于石灰窑中焦炭燃烧产物CO2 碳酸盐反应时，NaHCO3 沉淀析出为基础。NaHCO3 经过滤、干燥、煅烧生成CaCO3。过滤后NH4Cl溶液和熟石灰反应后（溶液体呈碱性）。蒸馏出NH3 在该过程中循环利用，生成物CaCl2 是废弃物或副产物。对于某一简单的基本产物来说，索尔维法看起来十分复杂。该反应的基本原理是，以NaCl2 和CaCO3为原料生成产物CaCl2 和Na2CO3.然而发生于原料和产物之间的反应并不明显，需要利用NH3 和Ca(OH2作为中间化合物。
该过程的基本原理为：利用准确的控制组分（尤其是NH3 和NaCl）的浓度，NaHCO3 能够从含NaCl、CO2 和NH3 的溶液里沉淀析出。该过程的关键是控制溶液的酸碱强度和结晶的速度，该工艺的基本路线如下，NH3 气于氨气吸收器中吸收于事先经纯化的海水中，纯化的海水以减小Ca+、Mg+离子的量。（Ca+、Mg+在生产过程中易产生沉淀而阻塞管道）。含NaCl 和NH4HCO3 的溶液经吸收了CO2 的吸收塔(CO2 气体量塔底向上流 开始时形成(NH42CO3 然后再生成NH4HCO3。在工厂的下面步骤中，Nacl 和NH4HCO3 经复分解反应生成NaHCO3（以沉淀形式形成）和NH4Cl。过滤将固体NaHCO3 从溶液中分离。将NaHCO3 送至旋转干燥器，在该干燥器中，NaHCO3 失去水和CO2后生成疏松的晶体块（即轻质纯碱）它的主要成分为Na2CO3 蓬松的晶体块很轻，是因为NaHCO3 失去CO2后，留下很多空隙，而保留原来的晶体形状。通常要得到密度更大的物质很方便，加入水（水能引起咦密度较大的形式重结晶）进一步干燥即可实现。- 28 - / 110


值得争议的是，上述的化学知识是否为该过程的很好的描述，但这些只是肯定有助于理解过程。想要对此过程有详细的理解，必须要熟悉该组分体系中关于溶度积的很多知识。需要知道的重要知识是，该体系是复杂体系，为了使该过程高效操作，需要对该过程每部分小心控制。该过程的一个缺点是：产生的CaCl2 的量很大，其产生量比所需量大得多。因此，大部分CaCl2 只是简单的倒掉（CaCl2 毒性不大），如果能要该过程中的有的进料加以利用，那么该过程是有优势，例如，从该氯化物可产生HCl。纯碱的用途，有50%的纯碱销往玻璃制造业，因为穿件是玻璃制造过程中的主要原料。因此纯碱工业的财富与玻璃需求量息息相关。纯碱作为一种碱在许多化学过程中与NaOH 存在直接竞争。Na2SO3 是由纯碱和SiO2 在1200-1400℃反应衍生而来的另一类化学物质。硅酸是具有大表面积细小颗粒的Na2SO3，可用于催化剂、色谱之中， 洗涤剂和肥皂中作为部分磷酸盐的替代品。
3. 生成Cl2/NaOH 的电解过程
简介，在化学工业发展的各个时期，Cl2 和NaOH 两者的需求量均很大，但是不幸的是，对于电化学工厂的操作人员来说，两者的需求量并不总是相同。Cl2 可作为漂白粉或作为漂白粉的生产原料，水供应的消毒剂，以及作为塑料和溶解剂的原料。苛性钠用于生产纯碱、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- 29 - / 110


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。
所有的电解反应都是以电子作为化学反应的试剂的观点为基础。设水电解过程的基本反应可写成下式：
阳极2Cl— — 2e-→ Cl2 阴极2H2O + 2e— → H2 + 2OH—
总反应为2Na+ + 2Cl— + 2H2O→
NaOH + Cl2 + H2 该反应的自由能为正，因此，需要电驱使进行。像其他许多化学品工艺一样，尽管该反应看起来似乎极其简单，但是有一些方面很复杂。首先，该反应的产物必须分开，如果H2 和Cl2 允许混合在一起，它们会剧烈反应。H2 和Cl2 反应生成HOCl 和氯化物（两者均会浪费产物、生成副产物）。接着，HOCl 和次氯酸盐反应生成氯酸盐（ClO3-）、质子和更多的氯化物。OH— 在阳极区反应生成能污染Cl2 的O2。所有的这些反应可降低效率和（或）引起分解困难或污染问题。因此，在产物销售之前，有必要对这些反应清理。理解各种用于电解过程的关键是各种类型的过程分离反应产物的方式。尽管不同的制造商所用的电解槽在细节方面有着多种改变，但是用于盐水的电解过程的电解槽基本可分为以上三类。
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4、Cl2 和NaOH 的用途
NaOH 的用途之多，以致很难将它们方便地进行分类。最大的用途之一是用于造纸，造纸业中木材的处理需要强碱。有些国家造纸业中NaOH 的消耗占其产量的20%，另外的20%用于无机化学品（如，次氯酸钠、漂白粉和消毒剂）的生产。各种有机合成约消耗另外的15%，氧化铝和肥皂的生产需要少量的NaOH。Cl2 广泛用于其它各种产品的生产。在全世界范围内大约有1/4 的Cl2 用于生产氯乙烯（生产PVC 的单体）。1/4 至1/2 的Cl2 用于水的纯化。尽管因为《关于消耗臭氧层物质的蒙特利议定书》多种溶剂正在被逐步淘汰，但是仍有高达20%的氯气用于溶剂的生产（如甲基氯仿、三氯乙烯等）。全世界范围内，大约10%的Cl2 用于无机含氯的化合物的生产。尽管Cl2 用于漂白木材浆是来自环境压力的另一种途径，但是在一些国家Cl2 的十分重要的用途是用于木材浆的漂白。【返回目录】
Unit 7 Ammonia, Nitric Acid and Urea氯、硝酸和尿素 虽然N2 占我们呼吸的空气3/4 以上，但是氯气不容易用于进一步化学应用。对化学工业来说，N2 的生成有用化学品的生物转化反应难以实现，因为所有的工业技术人员的努力（或尝试）还没有找到该过程的简单其他方法。在常压和室温条件下，豆类植物能从空气中吸入N2 将之转化为NH3 以及含NH4-的产物。尽管（化学工艺师）花了一百年的精力，要实现上述转化，化学工业仍然需要高温和上百个大气压的压力。直到Harber 过程的发明，所有的含N 化学品都来自于有生物活性的矿物资源。基本上，所生产的化学品中所有的N（元- 31 - / 110


素）都来自于Harber 法得来的NH3。NH3 的生产之大，（尽管因为氨分子较轻，生产的其它产品的量更大，但其生产的NH3 的分子数要多于其他任何化合物），以及该过程的能源是如此的密集，以至于据估计，在二十世纪八十年代NH3 的生产就消耗全世界能源供应的3%。
1、Harber 法合成NH3 引言所有的生产NH3 的方法基本都是以Harber 法为基础，稍稍加以改变，该过程是由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- 32 - / 110


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，- 33 - / 110


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。
这一步中，仍然存在CO（污染Harbor 催化剂）对H2-N2 混合物造成很大污染，需要用另一步去将CO 的量降低至PPM 级，这一步称为甲烷化反应，涉及到CO 和H2 反应生成甲烷（即一些重整反应的逆反应），该反应大约在325℃操作，用一种Ni 催化剂。合成气混合物准备用于Harbor 反应NH3 的生产各种不同氨厂的共同特征是合成经过加热，压缩，和递往含催化剂的反应器中，该基本反应方程式很简单： N2 + 3H2≒2NH3该工业要实现的事：反应速度和反应产率的结合要令人满意， 不同的时期和不同的经济环境下谋求不同的折中方案，早期的制氨厂热衷于高压反应（其目的是在单程反应器中提高产率）但是当今大多数氨厂采用在较低的压力，很低的单程转化率，同时为节能而选择较低温度。为了确保反应器中的转化率最大，通常在当反应达到平衡时，冷却合成气，使用热交换器或者在反应器的合适位置注入冷却氨，可实现合成气的冷却，这样做的作用是：在反应在尽可能接近平衡时使其冷冻停止，因为此反应时放热反应（同时在较高温度下的平衡对氨的合成时不利的）所以为了得到好的收率，可以用这种方法，对热量进行很好的控制。哈伯法的产物由氨和合成气混合物（组成）因此，下一步需要将两者进行分离以能循环利用合成气，这可以压缩氨气得以实现（氨气的挥发度较其他组成小得多，大约在— 40℃沸腾）氨的用途氨的主要用途不是用于进一步应用的- 34 - / 110


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。
2 硝酸
硝酸的生产化学工业制造其他原料时，所用的大部分氮元素不是以氨的形式直接利用，而是先将氨转化为硝酸，硝酸的生产大约消耗所生产的氨的20%氨生成硝酸的转化反应是一个三步过程： 1 4NH3 + 5O2→ 4NO + 6H2O2 2NO +O2→ 2NO23 3NO2+H2O→ 2HNO3+NO第一个反应用铂（实际上是铂铑金属网）催化，该催化反应可以再实验室上用一根铂丝和浓氨水溶液观察到。初看起来，生成硝酸的总反应似乎很简单，所不幸的事，实际过程比化学家和工程师所想的要糟的多，因此，存在许多复杂的因素。工业上，第一反应于含铂铑金属网的反应器中，在900 度左右进行，温度由该反应产生的热量得以维持，在该温度下，一些重要的副反应也进行得很快，其一，氨和空气- 35 - / 110


混合物能被氧化生成氨气和水（如果反应器器壁的温度高，那么该反应趋向于在壁上进行，因此有必要特意将之冷却），其二，催化剂可促进第一反应的产物NO 的分解，生成氨气和氧气，因此重要的是尽可能快地将产物移出反应器，尽管这一做法与下列事实相矛盾：为使原料和催化剂得以反应，有必要保持原料与催化剂接触时间足够长。其三：反应产物NO 与氨反应生成氨气和水，因此重要的事，不让过多的暗器流过催化剂床层，否则，原料不可回收而浪费。利用精心设计的反应器，控制温度和通过反应器的流速可以实现这些矛盾要素的控制。通常该反应的实际接触时间约3×10-4 秒
第二步和第三步反应复杂性较小，但是，两者的反应速度很慢，尚未发现高效的催化剂，一般的，令氨气和NO 的混合物流经一系列的冷凝压缩器，在这些压缩器中发生部分氧化反应，低温对该反应有利。当混合气体流经大型泡罩吸收塔时，NO2 从该混合气体得以吸收，塔底为55%— 60%硝酸因为硝酸在68%时与水形成共沸物，所以不能用蒸馏法加工以浓缩，硝酸厂通常利用含98%的硫酸塔在其塔顶去生成90%硝酸，如有必要，利用硝酸镁对之进一步脱水可得到接近100%的硝酸硝酸的用途在所生产硝酸大约有65%与氨反应制造硝酸铵，80%的硝酸铵用于肥料，其余的用作炸药。硝酸的另一个主要作用是用于有机硝化反应，几乎所有的炸药最终都是来自硝酸（大部分为硝酸酯,如硝化甘油或为硝化芳香族化合物如三硝基甲苯）在合成重要的硝基或氨基芳香族中间体时（如苯胺）时，第一步为利用和硝酸的硝化反应。苯胺的合成，第一步为芳香族化合物的硝化，然而- 36 - / 110


将硝基还原为胺基。许多重要的染料和药物最终都是通过该反应得到，尽它们的需求量很小，聚氨酯塑料的制备时以芳香族异氰酸酯为基础，而芳香族异氰酸酯最终来自于硝化甲苯和苯，该用途大约要消耗5%— 10%的硝酸产量
3 尿素
尿素的生产，另一种重要的直接由氨大量生产的产物为尿素，大约有20%的氨用于尿素的生产，尿素是通过CO2 和NH3 的高压反应合成（一般为200— 400 个atm 和180℃— 210℃）该反应可分为两步：
1 CO2+2NH3-NH2CO-2NH+4 2 NH2CO-2NH+4-NH2CONH2+H2O 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。【返回目录】
Unit 8 Petroleum Processing石油加工
石油是有机物几千年自然变化生成的，在地下聚集很大的数量，- 37 - / 110


石油被人类发现和使用。它用来满足人们的需要，石油是成千上万有机物组成的混合物，通过改变精炼和加工的方式生产不同的燃料。石油化工产品通过化学反应生产纯的化学物质。
现代工业是连续的操作过程。首先，管式加热器加热原油，通过沸点分离这些物质，和间歇蒸馏得到的物质相似。但是这种分离方法更好。使用的程序包括分裂，聚合，加氢裂化，加氢处理，异构化，焦化处理。很多化学过程被设计用来改变沸点和分子结构。
石油的组成
原油是由几千种不同的化学物质组成，包括气体、液体、固体以及甲烷，沥青，大多数成分是烃类，但也含有氮，硫磺，氧化物。没有一种成分是在原油中大量存在的。
正链烷烃：这类物质占了含量比其他的多，许多直馏汽油主要成分是正链烷烃。他们的抗震性能差。
异构烷烃：含有支链的烷烃有更好的抗震性能，因此，被人广泛使用。它们由催化重整，烷基化，异构化制备。它在原油中含量少。
烯烃：原油中不存在烯烃，但是加工过程中可以产生，例如裂化。这种分子结构不稳定，但它能改变汽油的抗爆性，虽然他的抗爆性能比异构的差，在储罐内容易催化裂化，这是我们所不希望的。我们可以利用这个反应的附加反应制成其他的石化产品。例如，乙烯、丙烯、丁烯，裂化汽油后产生大量这类物质。
环状化合物
环烷烃：这类物质与萘类相似，它们有相同的化学式，例如烯烃，- 38 - / 110


但是没有烯烃那么不稳定和易于反应，因为他们分子构造趋于饱和，像烷烃那样不易反应。低分子量的这类物质是很好的燃料，高分子量的主要用做汽油和润滑油。
芳香烃：天然原油中此类物质比较少，他们的效果很好，他们有很高的抗震性、稳定性等等。许多芳香族化合物通过精炼制备。例如笨、甲苯、乙苯和二甲苯。
含量少的物质：人们认为硫磺不是理想物质。他有很强的气味，他是有毒气体，使用它之前要先除气味。这种物质有很多缺点。目前，含氮化合物比含硫化合物的问题少。
原油分布很广，每种都要不同的提炼过程，常用方法是蒸馏。根据残余物来区分石蜡基、沥青和混合基。
纯化合物没有分离提炼过程。低分子化合物单独加工成石化产品。 随着市场变化，石化产品制造中使用材料不断变化。如何低成本的生产成为一个问题。在早期，乙炔被广泛应用，但是它难以制造和储存，因此乙炔成为主要天然材料。乙炔目前被用于液化石油气、石脑油、汽油、柴油、乙烷、丙烷和丁烷。煤将很快将被探索。
乙烯的数量很大在世界上，生产条件是精炼，一些机器有很大的生产能力，年产量7×108Kg。
丙烯被生产的很少，大部分丙烯是乙烯裂化产生。在炼油厂，丙烯主要用于烷基化反应。
芳烃是煤的一种成分，在1980年，他在煤种含量非常少，含有4%的笨，0.9%的甲苯，0.1%的二甲苯。苯可以通过环己烷的脱氢，- 39 - / 110


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。
萘在芳烃化合物中非常少。但是他们的需求量很大。
轻馏分：航空煤油、车用汽油、石脑油，石油溶剂以及喷漆燃料一般都被认为是轻馏分。所有炼油厂都生产他们。汽油是最重要的生产产物。45%的炼油厂是以此为他们的最后加工产品。
重质油：他们能都转化为润滑油，重油有许多用途，做蜡以及重油裂解成分。
残留物：包括沥青、残余燃料油，焦炭和凡士林。这些材料通过原油的精炼制备。他们用途广泛，但是他们很难提取。
石油衍生品是石化产品，用来生产化学品和天然气。衍生品的产量是非常巨大的，大约有1000家化工厂都以此为他们的原材料。例如：焦炭、丁二烯、苯乙烯、乙烯、乙二烯、聚乙烯等。
加工和精炼
精炼主要有分离过程和转换过程，每个炼油厂的运作都没有严格按照显示，但所有炼油厂都将基本路线说明。
分离过程：石油精炼操作过程简单。但化学反应复杂，大多数操作涉及到蒸馏。原油蒸馏由热交换器、炉、分馏塔、冷凝器、冷却器和助剂组成。
转换过程：70%的原油加工转换受到碳正离子机理和自由基机理的影响。在催化剂存在下，温度和压力控制着反映类型，例如：裂解、聚合、烷基化、加氢、加氢裂解、异构化、重整和芳构化。【返回目录】
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Unit 9 Polymers 聚合物
聚合物与我们的生活密切相关。他们是食物（淀粉，蛋白质）、衣物（丝绸，棉花，聚酯，尼龙）、建筑房屋（木纤维素，油漆）和我们身体（核酸，多糖，蛋白质）的主要成分。生物高聚物和合成聚合物之间没有差别。实际上许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，赛璐珞/电影胶片（硝酸纤维素），橡胶硫化，人造纤维（醋酸纤维素）。
聚合物是由单体单元通过共价键连接而成的。聚合物的定义是： 是—R—R—R—R—或者， 一般来说，—[R]n—结构的物质。R是一种双官能团的物质（或者二价自由基），而这两种官能团是不能分开单独存在的。
在这里n代表的是聚合度，DPn。这个定义不包括简单的有机和无机物质，比如，CH4, NaCl，同时也不包括像钻石，硅石和金属等材料，这些材料看起来具有聚合物的性质，但是能够蒸发成单体单元。
分子量（严格来说是相对分子质量）可以由单体（或重复单元）乘以n获得。于是，CH4或者NaCl的分子量分别为18或者58.5，而一个聚合物的分子量能大于100。当n的值较小时比如说2到20，这种物质叫做低聚物，通常这些低聚物可进一步聚合，成为高聚物。
由定义，1摩尔高聚物含有6×1023个高聚物分子，因此1克摩尔等于以克作单位的高聚物的分子量，理论上它可大于106克。但习惯上，通常1克摩尔指重复单元的分子量；这样1克摩尔聚乙烯 -(CH2n- 可认为是14克（末端基团可以忽略）。
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一个分子量为107的高聚物，若完全展开，其长度约1mm，直径约0.5nm.这相当于约两公里长的生的意大利面条。但是，实际上，在大多数高聚物中的链决不是完全展开的——一个任意的圈式结构被采用，占有约200nm直径的空间。因此看来像煮熟的意大利面条或蠕虫，这些高聚物链的转移由几个因素来决定，如：
(i温度
(ii骨架-C-C-C-链的化学组成;不管链是柔性的或是刚性的 (iii骨架上是否有支链存在 (iv共聚物链的引力
(v聚合物的分子量和分子量分布。
若上述因素已知，可以预测聚合物的几乎所有的性质，比如此聚合物是非晶的还是部分晶状；晶态的融化温度；聚合物是脆的还是韧性的；它的刚性，此聚合物是否溶于溶剂等。
聚合物的确能对它们制成的化学品产生影响，如塑料，纤维，胶卷，合成橡胶，粘合剂，涂料等，每一种用途都要求不同的聚合物特性。塑料的许多原始用途是不适当的，这就使人们认为塑料是“没什么价值的讨厌东西”，但是最近的产品责任法和对塑料优缺点的更深入的了解已经改变了这种状况。
经济，即制造聚合物的费用，具有头等的重要性。这已导致了把聚合物大致地分成日用品聚合物，工程聚合物，和高级聚合材料。
1 日用品聚合物 这方面例子有：
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低密度聚乙烯 高密度聚乙烯 线性低密度聚乙烯 聚乙烯 聚丙烯 聚氯乙烯 聚苯乙烯
其中每一种都以年产1千万吨的规模生产。价格<1500美元/吨。
2. 工程聚合物
这种材料在近十年来比任何聚合物的增长百分比都高，主要用于适中的温度和环境条件下作金属的替代品，或它们可能具有杰出的化学惰性和其它特性,如具有低摩擦系数的聚四氟乙烯。这些工程聚合物包括：
乙缩醛（聚甲醛） 尼龙（聚酰胺）
聚乙烯或聚丁烯对苯二酸酯 聚碳酸酯（双酚A）
聚苯氧化物（通常与苯乙烯混合） 价格为（3000美元 - 15000美元）/吨。 3. 高级聚合材料
此种材料有很好的温度稳定性,当用纤维增强后,即复合材料,它- 43 - / 110


们的强度超过大部分同重量的金属.它们通常仅仅被少量地使用,常用在一个结构的关键部分.它们的价格可能高达150000美元 / 吨. 4. 聚合物的生产
每年生产的聚合物大约有1亿吨，其规模有年产24万吨的连续单一产品的聚丙烯装置，也有一批制备几公斤改性复合材料的小型装置。产量最高的有LDPE，HDPE，LLDPE，PP，PVC和PS。
生产聚合物时最重要的参数是质量控制参数和重现性参数。它们不同于简单的有机化合物，如丙酮的生产中通常只要简单蒸馏就能得到所需的纯度。按其最终用途，“同一种”聚合物也分为许多不同的级别，如不同的平均分子量，平均分子量分布，支链的大小，交联等，若考虑到共聚物，交替和嵌段,这些变量还会成倍增加。在聚合过程中许多性质已被固定，不能通过后处理来改变。有时也进行混合操作来获得所需的性质，或仅是为了把已形成的不太合指标的聚合物提高级别。
聚合过程由三个步骤组成：
(1单体制备。在此不作讨论，只是强调单体的纯度要求是最高的。所以，在逐步增长过程中的单功能杂质，基团清除剂，链转移杂质和链聚合催化剂毒物都是非常有影响的。
(2聚合。如上所述，高聚物的性质的一致性是绝对必要的，这不仅包括分子量等，也包括如聚合物颗粒的颜色，形状（如果高聚物没有造粒或者不是颗粒状的），残留催化剂，气味（尤其是应用到食物方面）等。
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聚合操作必须能适应下面的各项变化： （i）均相或非均相反应
（ii）在均相系统中，粘度上有大的增加，影响聚合反应动力学，传热和混合效果。
(iii大部分链增长聚合反应是放热的，每生产一吨聚合物放出几百千瓦的热；此热量必须除去。因为大部分聚合反应都是在恒温下进行。热量的除去是通过反应器器壁传热，反应器结构设计，添加冷却剂或利用单体或溶剂的蒸发潜热来实现的。
(iv分子量与分子量分布，聚合物中支链与交联的控制.聚合过程是分批，半分批还是连续操作会对这些方面产生影响。聚合过程停留时间分布情况，是窄的还是宽的，也决定了分子量和分子量分布。
作为一般的规律，一旦一个工艺被完善后，如果不是经济情况要求其改变的话就不再改变 — 例如，在不使用溶剂情况下所进行的气相聚合反应，这样就消除了溶剂的提纯，回收，失火危险等。
(3 聚合物回收。如果聚合反应不成块，就需要与溶剂分离。化学品再生的常规的办法如结晶，精馏，吸附等在此并不常用，因为聚合物具有象高粘度，在溶剂中溶解度低这样的性质而且具有粘附和不挥发性。不过，像非溶剂沉淀法后面接着离心分离，或乳液凝聚法或汽提法脱除溶剂等操作方法可被采用。从高聚物中脱去溶剂和未反应的单体的脱挥发组分操作可在挤压机中造粒时进行。【返回目录】
Unit 10 What Is Chemical Engineering?什么是化学工程学 广义来讲，工程学可以定义为对某种工业所用技术和设备的科学- 45 - / 110


表达。例如，机械工程学涉及的是制造机器的工业所用技术和设备。它优先讨论的是机械力，这种作用力可以改变所加工对象的外表或物理性质而不改变其化学性质。化学工程学包括原材料的化学过程，以更为复杂的化学和物理化学现象为基础。
因此，化学工程学是工程学的一个分支，它涉及工业化化学过程中工厂和机器的设计、制造、和操作的研究。
前述化学工程学都是以化学科学为基础的，如物理化学，化学热力学和化学动力学。然而这样做的时候，它并不是仅仅简单地照搬结论，而是要把这些知识运用于大批量生产的化学加工过程。把化学工程学与纯化学区分开来的首要目的是“找到最经济的生产路线并设计商业化的设备和辅助设备尽可能地适应它。”因此如果没有与经济学，物理学，数学，控制论，应用机械以及其它技术的联系就不能想象化学工程会是什么样的。
早期的化学工程学以描述性为主。许多早期的有关化学工程的教科书和手册都是那个时候已知的商品生产过程的百科全书。科学和工业的发展使化学品的制造数量迅速增加。举例来说，今天石油已经成为八万多种化学产品生产的原材料。一方面是化学加工工业扩张的要求，另一方面是化学和技术水平的发展为化学工艺建立理论基础提供了可能。
随着化学加工工业的发展，新的数据，新的关系和新的综论不断添加到化学工程学的目录中。然后又从主干上分出许多的分支，如工艺和工厂设计，自动化，化工工艺模拟和模型，等等。
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1． 简要的历史轮廓
从历史上来说，化学工程学与化学加工工业密不可分。在早期，化学工程学随着早期化学产品交易的发展而出现，是应用化学的纯描述性的分支。
在欧洲，基础化学产品的制造出现在15世纪。一些小的、专门的企业开始创立，生产酸、碱、盐、药物中间体和一些有机化合物。
由于十九世纪英国的学院化学家强调纯化学的研究高于应用化学，他们的要成为工业化学家的学生也只是定性和定量分析者。在19世纪80年代以前，德国的化学公司也是这样。他们愿意聘请那些在大学里进行研究的人作顾问，这些人偶尔为制造的革新提供一些意见。然而到了80年代，工业家们开始认识到要把顾问们在实验室的准备和合成工作进行放大是一个与实验室研究截然不同的活动。他们开始把这个放大的问题以及解决的方法交给“化学工程师”—这可能是受到已经进入工厂的机械工程师的表现的启发。由于机械工程师熟悉所涉及的加工工艺，是维修日益复杂化的工业生产中的蒸气机和高压泵的最合适的人选。学院研究中头和手两分的现象逐渐消亡。
单元操作。1881年英国曾经准备把化学工业的一个新的协会命名为“化学工程师协会”，这个建议遭到了拒绝。另一方面，由于受到来自工业界日益加重的压力，大学的课程开始体现出除了培养分析工作者还要培养化学工程师的要求。现在仅仅对现有工业过程进行描述已经不够了，需要对各种特殊工业进行工艺属性的分析。这就为引入热力学及动力学、溶液和相等物理化学新思想提供了空间。
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在这个转变期，一位关键的人物是化学顾问George Davis，化学工业协会的首任秘书。1887年Davis那时是Manchester专科学校的一名讲师，做了一系列有关化学工程学的讲座。他把化学工程学定义为对“大规模化学生产中所应用的机器和工厂”的研究。这们课程包括了大规模工业化操作的工厂的各种类型，如干燥、破碎、蒸馏、发酵、蒸发和结晶。后来逐渐在别的地方而不仅仅在英国，而是国外，成为许多课程的雏形。英国直到1909年化学工程学才成为一门较为完善的课程，而在美国，MIT的Lewis Norton早在1888年就已率先开出了Davis型课程。
1915年，Arthur D. little 在一份MIT的计划书中，提出了“单元操作”这个概念，这几乎为二十世纪化学工程学的突出特点做了定性。Davis这一倡议的成功原因是很明显的：它避免了泄露特殊化学过程中受专利权或某个拥有者的保留权所保护的秘密。过去这种泄露已经严重限制了制造者对学院研究机构训练计划的支持。Davis把化学工业分解为“能独立进行研究的单个的工序”从而克服了这个困难。并且在大学或专科学校的工厂里用中试车间进行了试验。
他采用了工业顾问公司的理念，经验传递从一个车间到另一个车间，从一个过程到另一个过程。这种方式不包含限于某个给定工厂的利润的私人的或特殊的知识。单元操作的概念使每一个化学制造过程都能分解为一系列的操作步骤，如研末、干燥、烤干、电解等等。例如，学校对松节油制造的特殊性质的研究可以用蒸馏属性研究来代替。这是一个对许多其它工业制造也很普通的工艺过程。单元操作概念的- 48 - / 110


定量形式大概出现在1920年，刚好是在第一次全球石油危机出现的时候。化学工程师能赋予单元操作定量特性的能力使得他们合理地设计了第一座现代炼油厂。石油工业第一次大量聘请化学工程师的繁荣时代开始了。
在单元操作密集繁殖的时代，化学工程学另一些经典的分析手段也开始被引入或广泛发展。这包括过程中材料和能量平衡的研究以及多组分体系中基础热力学的研究。
化学工程师在帮助美国及其盟国赢得第二次世界大战的胜利中起了关键的作用。他们发展了合成橡胶的方法以代替在战争初期因日本的封锁而失去来源的天然橡胶。他们提供了制造原子弹所需要的铀-235，把制造过程从实验室研究一步放大到当时最大规模的工业化工厂，而他们在完善penicillin的生产工艺中也是功不可没，它挽救了几十万受伤士兵的生命。
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。
与工程学同时发展的是现在的化学工程课程设置的变化。也许与其它发展相比较，核心课程为化学工程师运用综合技能解决复杂问题更加提供了信心。
核心课程固定了一些基础科学为背景，包括数学，物理，和化学。- 49 - / 110


化工专业英语翻译(全21单元)

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