化学工程与工艺专业英语最全翻译(2)

要记住无论传热系数是怎么得来的设计热交换器的工作将基本上是一样 的。正因如此，传递现象的一些课程只强调传热系数的决定而把真正的设计步 骤留给单元操作中的一个课程。当然，能获得参数也就是设计中使用的传热系 数是事实，并正因此，一个传递现象课程可被视为一个工程课程或一个科学课 程。 实际上， 在设备设计中有一些情况下设计工程师可能直接使用传递现象的 方法和方程。一种情况就是设计可以被称为管道的管式反应器，如，前面所提 过的热交换器，在它里面的液相中发生着一个均相化学反应。流体以一定浓度 的反应物流进并以浓度降低的反应物和浓度增加的产物流出反应管。 如果反应是放热的，为了移除化学反应生成的热量反应器壁通常维持在一 个低的温度。 因此沿径向方向也就是说随离管道中心线距离的增大， 温度降低。 再者，因为反应速率随温度升高而增大，在温度高的中心处的反应速率高于温 度低的管壁处的反应速率。结果，反应产物将倾向于在中心线处积累而反应物 在靠近管壁处积累。因此，沿径向和横向浓度和温度都将改变。为了设计反应 器我们需要知道在任意给定的管长下产物的平均浓度。由于这个平均浓度是将 整个反应器内每个点的浓度平均起来得到的，实际上我们需要得到反应器内每8个点的浓度，也就是说，在每个径向和横向位置。

但是为了计算每个点的浓度 我们需要知道每个点处的反应速率，而为了计算每个点处的速率我们需要知道 温度和浓度！而且，为了计算温度我们也要知道每个点处的反应速率和速度。 我们将不得到所包含的方程，但显然有一组必须由精细繁琐的步骤解决的复杂 偏微分方程（通常在电脑上） 。我们不能通过用于单元操作课程中关于热交换 器的经验设计步骤来解决这样一个问题，应该是明显的。然而传递现象的理论 和数学步骤是必不可少的，除非一个人愿意花金钱和时间去建立规模不断扩大 的模范工厂并测出每一个工厂的产率。 即便最后的扩大规模是靠不住和不确 定的。 当然，并非今天所有的问题都能通过传递现象的方法解决。然而，随着电 脑科技的发展，越来越多的问题通过这些方法正被解决。如果工程学学生要得 到一个不过时的教育，他们必须通过理解传递现象的方法准备好去充分利用将 在未来形成的计算机计算。由于其极大的潜能及当前的实用性，在一个大学生 的在校学习生涯中，传递现象这门课程或许最终证明是最实用和有用的课程。 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。9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 resolvedinto）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，10（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化学工程与工艺专业英语答案， 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11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。121314151617181920212223242526Unit 20 Material Science and Chemical Engineering 材料科学和化学工程几年以前， 谁会想到一架飞机可以绕地球航行而中途不需要着陆或添加燃料？而在 1986 年新型的飞 机航海者就做到了这一点。航海者具备长途飞行能力的秘密就在于几年前还没有出现的先进的材料。其 机身大部分是由强度大、质量轻的聚合纤维用耐久的、高强度的粘合剂组装而成的。

而发动机润滑油是 合成的多组分液体，可维持很长时间连续运转的润滑性。这些特殊材料具有科学家和工程师们为满足现 代社会的需求所发明的先进技术。 如运输、通讯、电子、能量转换这些工业的未来多依赖新的、先进的材料以及生产中所需要的加工 技术。近年来，在我们了解了如何把一些特殊的具有高性能的物质融入原材料并且怎样最好地在复杂设 计中使用这些材料后，这方面已有了很大的发展。 材料科学和工程的革命为化学工程师带来了机会，也带来了挑战。化学工程师凭借他们在化学、物 理和数学方面的知识基础以及他们对传输现象、动力学、反应工程和过程设计的了解，能够创造性地解 决现代材料技术中的问题。但是他们一定要摈弃掉传统职业理念中“考虑大的”这个习惯，要有效地投 入现代材料科学和工程中必须要学会“从小处思考” 。在制造现代先进材料时的关键现象是发生在分子级 和微观的水平。如果化学工程师要为这些新材料设计新产品和工艺就必须了解并且学会控制这些现象。 在下面选择介绍的几种材料领域里我们将叙述这种困难的挑战。 1．聚合物 现代聚合物科学的时代属于化学工程师。这些年来，聚合物化学家创造了大量的高分子和聚合物。然 而了解这些高分子是怎样被合成并加工以最大限度地具备理论性质仍然是研究的前沿领域。

一直到最近 才开发了现代仪器帮助我们了解高分子之间、高分子与固体粒子、有机和无机纤维与其它界面之间的相 互作用。化学工程师正使用这些工具探索高分子的微型动力学现象，他们利用从这些技术中获得的知识， 正在处理高分子间的反应以开发先进的工艺并制造新的材料。 通过化学加工控制材料微型结构的能力可用现代高强度聚合纤维进行描述。一些聚合纤维的强度-质量 比比钢铁高一个数量级。它的自由取向是由所选择的加工条件以及芳香族聚酰胺的高度刚性的线性分子 结构所决定的。在纺丝时，液相中的定向部分是围绕纤维轴方向排列而使得纤维具有高强度和高硬度， 各向异性的纺丝纤维的概念则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。超高强 度的聚乙烯纤维是通过冻胶纺丝的方法制备的。同样的，控制聚合物的分子取向以生产高强度产品也可 以通过其它的工艺途径，如在极其精确的条件下进行纤维拉伸而完成。 除了这些可以得到具有特别高性能的材料的加工过程，化学工程师们还设计一些新的工艺过程以生产 低成本的聚合物。 2．聚合复合材料 复合材料包括在一个聚合物母体上嵌入或粘合上高强度或高模数纤维。这些纤维可能是短的、长的或 连续的。

它们可能是随意取向的而使复合材料在所有方向上都具有较大的强度或硬度，也可能沿某个特 殊方向取向而使复合材料的高性能优先沿着某个轴线表现出来。后者是根据一向微结构加固的原理，通 过不连贯的、拉伸支撑电缆线或电缆条达到目的。 要得到在多个方向上具有优良性能的材料，可以通过改变角度粘结各向异性的复合片得到合成板。另 一方面，两向强化的材料可以通过把高性能的纤维编织成一个平面，面上有足够的粘结力而使加固结构 表现得就像联结起来的网或桁架。你可以想象，化学工程师和纺织工程师之间的学术合作将有利于选择 经线、纬线和高强度纤维的编织方法，以得到高选择性能分布的桁架型的复合材料。 第一代聚合合成材料（如玻璃纤维）使用热固性环氧树脂聚合物。它是用任意取向的短玻璃纤维进行 强化的。环氧树脂填充在一个模型中被塑化成永久的形状而得到轻质的、强度适当的模制塑胶。 现代复合材料是用手工把编织好的玻璃纤维放到模具或预型件中，然后用树脂灌注，固化成型后制得 的。这些复合材料最先是使用在某些型号的军用飞机上。因为比较轻的机身使飞行巡航范围增大。今天，27飞机和航空飞船的大部分部件都是这样制造的，而且汽车也正在加入到这个行列。