大学化工专业英语Lesson-4

1ChemicalReactionEngineering化学反应工程Everyindustrialchemicalprocessisdesignedtoproduceeconomicallyadesiredproductfromavarietyofstartingmaterialsthroughasuccessionoftreatmentsteps.每一个工业化学过程的目的是从不同的原材料，经过一系列的处理步骤生产经济所需的产品。Fig.4-1showsatypicalsituation.图4-1展示了一个典型的情况。Therawmaterialsundergoanumberofphysicaltreatmentstepstoputthemintheforminwhichtheycanbereactedchemically.原料进行了一些物理处理的步骤，使它们能够发生化学反应。Theythenpassthroughthereactor.然后让他们通过反应器。Theproductsofthereactionmustthenundergofurtherphysicaltreatment——separations,purifications,etc.——forthefinaldesiredproducttobeobtained.产物要经历进一步的物理处理——分离，净化提纯等等——以获得期望的最终产品。Designofequipmentforthephysicaltreatmentstepsisstudiedintheunitoperations.物理处理步骤设备的设计在单元操作中研究。Hereweareconcernedwiththechemicaltreatmentstepofaprocess.在这里我们关心的是一个过程的化学处理步骤。Economicallythismaybeaninconsequentialunit,sayasimplemixingtank.2从经济的角度说，这可能是个不重要的单元，比如说一个简单的混合槽。Moreoftenthannot,however,thechemicaltreatmentstepistheheartoftheprocess,thethingthatmakesorbreakstheprocesseconomically.然而通常，化学处理步骤是一个过程的核心，它决定这个过程经济的成败。Designofthereactorisnoroutinematter,andmanyalternativescanbeproposedforaprocess.反应器的设计不是普通的事，对于一个过程有许多可供选择的建议。Insearchingfortheoptimumitisnotjustthecostofreactorthatmustbeminimized.寻找最佳的条件，不仅是反应器成本的最小化。Onedesignmayhavelowreactorcost,butthematerialsleavingtheunitmaybesuchthattheirtreatmentrequiresmuchhighercostthanalternativedesign.一个设计可能使反应器的成本较低，但材料离开装置可能比其他的设计需要更高的处理费。Hence,theeconomicsoftheover-allprocessmustbeconsidered.因此，必须要考虑整个过程的经济。Reactordesignusesinformation,knowledge,andexperiencefromavarietyofareasthermodynamics,chemicalkinetics,fluidmechanics,heattransfer,masstransfer,andeconomics.反应器的设计使用了各个领域的信息，知识和经验，比如热力学，化学动力学，流体力学，传热，传质，和经济学。3Chemicalreactionengineeringis,thesynthesisofallthesefactorswiththeaimofproperlydesigningachemicalreactor.化学反应工程，是这些因素的综合学科，旨在设计出合适的化学反应器。Thedesignofchemicalreactorsisprobablytheoneactivitywhichisuniquetochemicalengineering,anditisprobablythisfunctionmorethananythingelsewhichjustifiestheexistenceofchemicalengineeringasadistinctbranchofengineering.化学反应器的设计对于化学工程而言可能是一个独特的活动，它的这个功能可能比任何东西都更能证明化学工程作为一个独特的分支工程的存在。Inchemicalreactordesigntherearetwoquestionswhichmustbeanswered:（1）Whatchangecanweexpecttooccur？（2）Howfastwilltheytakeplace？化学反应器的设计有两个必须回答的问题：（1）我们预期发生什么变化？（2）它们发生的有多快？Thefirstquestionconcernsthermodynamics,thesecondthevariousrateprocesses--chemicalkinetics,heattransfer,etc.第一个问题涉及热力学，第二个问题涉及各种速率过程——化学动力学，传热等。Puttingthesealltogetherandtryingtodeterminehowtheseprocessesareinterrelatedcanbeanextremelydifficultproblem;hencewestartwiththesimplestofsituationsandbuildupouranalysisbyconsideringadditionalfactorsuntilweareabletohandlethemoredifficultproblems.4把这些放在一起，试图确定这些过程是怎样相关联的，是一个非常困难的问题；因此，我们从最简单的情况着手，考虑附加因素，建立我们的分析，直到我们能处理更难的问题。1.Thermodynamics1.热力学Thermodynamicsgivestwoimportantpiecesofinformationneededindesign,theheatliberatedorabsorbedduringreactionandthemaximumpossibleextentofreaction.热力学给出设计中需要的两条重要的信息，反应放出和吸收的热量与最大可能的反应进度。2Chemicalreactionsareinvariablyaccompaniedbytheliberationorabsorptionofheat,themagnitudeofwhichmustbeknownforproperdesign.ConsiderthereactionaA→rR+sS,ΔHrpositive,endothermic;negative,exothermic化学反应总是伴随着热量的释放或吸收，为了合理的设计，必须知道它的大小，考虑下面的反应：aA→rR+sS,ΔHr,正值，吸热；负值，放热。TheheatofreactionattemperatureTistheheattransferredfromsurroundingstothereactingsystemwhenamolesofAdisappeartoformrmolesofRandsmolesofS,withthesystemmeasuredatthesametemperatureandpressurebeforeandafterreaction.温度为T时，amol的A消失生成了rmol的R和smol的S，反应的热量是环境传递给反应体系的，这是在反应前后相同的温度和压力下对体系测量的结果。5Withheatsofreactionknownorestimablefromthermochemicaldata,themagnitudeoftheheateffectsduringreactioncanbecalculated.从热化学数据中可以得到或估算反应的热量，反应中产生的热量大小可以计算。ThermodynamicsalsoallowscalculationoftheequilibriumconstantKfromthestandardfreeenergiesofthereactingmaterials.热力学也可以从反应物的标准自由能来计算平衡常数。Withtheequilibriumconstantknown,theexpectedmaximumattainableyieldoftheproductsofreactioncanbeestimated.由于平衡常数已知，可以估算出反应中可以得到的预期产品的最大产量。2.ChemicalKinetics2.化学动力学Underappropriateconditionsfeedmaterialsmaybetransformedintonewanddifferentmaterialswhichconstitutedifferentchemicalspecies.适当的条件下，供给的材料可能转变为新的不同的材料，形成不同的化学物质。Ifthisoccursonlybyrearrangementorredistributionoftheconstituentatomstoformnewmolecules,wesaythatachemicalreactionhasoccurred.如果发生这种情况只是由于构成原子的重排或再分配，形成新的分子，我们就说一个化学反应已经发生了。Chemistryisconcernedwiththestudyofsuchreactions.化学关注的是这种反应的研究。6Itstudiesthemodeandmechanismofreactions,thephysicalandenergychangesinvolvedandtherateofformationofproduces.它研究反应的模式和机制，反应中涉及的物质和能量的变化，及产品形成的速率。Itisthelast-mentionedareaofinterest,chemicalkinetics,whichisofprimaryconcerntous.这是最后提到的，我们感兴趣并且主要关心的领域，化学动力学。Chemicalkineticssearchesforthefactorsthatinfluencetherateofreaction.化学动力学寻找影响反应速率的因素。Itmeasuresthisrateandproposesexplanationsforthevaluesfound.化学动力学测量反应速率，并提出对已有数值的解释。Forthechemicalengineerthekineticsofareactionmustbeknownifheistosatisfactorilydesignequipmenttoeffectthesereactionsonatechnicalscale.对于化学工程师，如果他想设计出令人满意的设备在技术规模完成这些反应，就必须知道一个反应的动力学。Ofcourse,ifthereactionisrapidenoughsothatthesystemisessentiallyatequilibrium,desig