化学工程与工艺专业英语

化学工程与工艺专业英语化工系陈中胜1Unit10WhatIsChemicalEngineering?第十单元什么是化学工程？广义上，工程可以定义为某一特殊工业所用的技术和设备的科学描述。例如机械工程指的是，机械制造所用的技术和设备（的描述）。机械工程主要是以机械力为基础，机械力用于改变工作物质的外表或物理性质，而其化学性质不变。化学工程以高度复杂的化学或物化现象为基础，包括原料的化学处理过程。因此，化学工程是工程的一个分支学科，主要研究工业化学过程中工厂和机械的设计、制造和操作。首先，化学工程是以化学为基础的，例如，物理化学、化工热力学以及化工动力学。然而，尽管如此，它不只是简单地复制这些学科的研究结果，而是将这些研究结果应用于大众化学品的处理。化学的任务的目标是，去寻找操作最经济的用途，去设计最合适该操作的商业设备和辅助设备。因此，化学工程，如果没有与经济学、物理学、数学、控制论、应用机械学和其他技术科学的紧密联系，就难以想象。在早期（或者在化学工程发展初期），化学工程主要是一门描述性的学科。许多有关化学工程较早的书籍和手册都是当时商业生产过程的百科全书。科学和工业方面的进步使得化学品生产的数量剧增。例如，如今石油可以生产大约八万种化学品。一方面（是由于）化学过程的扩展，另一方面（是由于）化学和技术学科的进步，使得化学工业为化学处理打下了理论基础成为可能。随着化学过程工业的进步，新的资料（data）、新的关系以及新的法则增加到化学工程的内容，许多分支学科有它们自己的理由从化学工程学科的主流中分离出来，如过程和工厂设计、自动化、化学过程模拟和建模等等。1．（化学工程的）总的历史轮廓（outline）综观历史，化学工程是同化学过程工业是分不开的。在其发展初期，随着早期化学贸易到来时所形成的化学工程，纯粹是应用化学描述性的分支。在欧洲，基本化学产品制造似乎开始于15世纪，那时成立了小型的特殊的商业部以生产酸、碱、盐和一些有机化合物。因为在英国十九世纪的所有的学术化学家强调优先研究纯粹化学而不是应用化学，所以他们的那些成为化学家的学生只不过是一些定性和定量的分析人员。在19世纪80年代以前，德国的化学公司也是如此，这些化学公司还是满足于留住那些在大学里从事研究的学术顾问以及化学工程与工艺专业英语化工系陈中胜2那些偶尔为生产制造革新提供资料的学术顾问。然而，到了19世纪80年代，产业革命家开始注意到，学术顾问的实验室制备和合成的规模放大和实验室研究的活动大不相同。可能是因为那些在极其复杂的工业中从事于蒸汽机和泵维修工作的机械工程师，似乎最能理解所涉及到的过程，因此他们开始将放大的问题及其解决方法视为化学方程。头和手的学术两方法逐渐消失。？单元操作在英国，于1881年有人试图将新的化学工业协会命名为“化学工程协会”，但该提议遭到了拒绝。另一方面，来自工业部门的不断增长的压力所引起的结果是，技术研究机构（technicalinstitution）的(curricula)课程开始反映了对化学工程师的需要而不是对有能力的（analysts）分析人员的需要。现有工业过程的简单描述再也不能满足要求。相反，（人们）期望着，(generic：类的，属的)类似于各种具体的工业过程能得到分析，这样为热力学前景的引入（introduction），以及关于动力学、溶液和相的新物理化学的开设留有了很大的余力。在这一转换过程中的一个关键人物是GeorgeDavis，他是化学顾问，是化学工业协会的首任秘书。在1887年，Davis当时是曼彻斯特技术学校的讲师，他对化学工程做了一系列的讲座，把化学工程定义为“机械和工厂应用于大规模化学活动”的研究。（化学工程）这门课程主要以大规模的工业操作（如干燥、粉碎、蒸馏、发酵、蒸发和结晶）为中心，作为课程的一种模式逐渐得到了认可，不但在英国，而且在国外也是如此。尽管在美国早在1888年麻省理工学院的LewisNorton(pioneer)开设了（开创地设置）了一门戴维斯类型的课程，但是在英国化学工程的第一门成熟的课程直到1909年才引入。1915年，AlthurD.Little，在一个关于麻省理工学院规划的报告中，将化学工程当作是“单元操作”的研究，这种观点囊括了20世纪化学工程学科的显著特征。Davis提法成功的原因显而易见：该说法避免了揭露由专利或技术所有者的沉默（reticence）所保护的具体化工过程的机密，在过去这些因素严重地阻止了制造商去资助（training）培训的学术项目。Davis利用将化学工业转变为可以独立研究的（separate）分离现象而克服了这一困难，同时他也在大学的中试工厂或技术大学车间的进行研究工作。实际上Davis运用了工业顾问的职业道德/规矩，借以把实践经验传播于各车间和各个过程间，这种方式不会泄密那些对一指定工厂的利润作出贡献的秘密或具体知识。这种方传播式的秘密或具体的知识单元操作二概念认为，任何化工制造过程都能分解为相同的操作，如粉碎、干燥、煅烧和电解，等等。这样，例如松节油制造的某个具体方面的学术上理论研究，可以用蒸馏的普通研究可以来替代，蒸馏是许多其它工业中常见的一种过程。单元操作概念的定量形式大概于出现于1920年，那时正值该国（指美国）第一次汽油危机。化学工程师定性表征单元操作（如蒸馏）的能力考虑到了第一个现代石油精炼厂的理性设计。在石油工业中化学工程师这一职业第一次兴旺开始了。（或者开始第一次成为紧俏的职业。）在单元操作（intensive密集）快速发展的这一个时期中，化学工程分析的其他传统工具开始被采用或得到了广泛的开发，这些工具包括过程的物料和能量平衡的研究以及多组分体糸基化学工程与工艺专业英语化工系陈中胜3础热力学的研究。化学工程师在帮助美国及其盟军赢得二战发挥了关键作用。他们开发了天然橡胶资源的人造橡胶的合成路线，天然橡胶资源在战争早期已经落于日本的手中。他们提供了建立原子弹所必要的“U-235”，通过一步法将u-235生产过程从实验室生产放大到曾经所建立的最大的工业化工厂。他们对优化青霉素的生产方面的帮助很大，青霉素生产挽救了成千上万的受伤士兵的生命。工程学科的运动（movement）化学工程师不满足于过程设备名性能的经验描述，他们开始从更加基础的观点重新研究单元操作。发生于单元操作中的现象可以由分子运动来解释。这些运动的定量机械模型得到了开发，并用于分析现有的设备。过程和反应器的数学模型得到了开发并应用于资本密集型的美国工业，例如商品石油化学品。在工程科学运动发展的同时，伴随着以目前形式存在的核心化学工程课程的进化。核心课程的发展快于其它的工程学科发展，化学工程师在解决复杂问题时有信心将其它学科知识结合起来，核心课程正是造成他们有信心的原因。核心课程在一些基础科学包括数学、物理和化学中提供知识背景。在从事以化学工程为中心课题的严格研究时，这些背景知识是有必要的，这些背景包括：多组分体系热力学和动力学传递现象单元操作反应工程过程设计和控制以及工厂设计和系统工程这方面知识的锻炼使化学工程在许多交叉学科的领域里成为主要的贡献者（作出了主要的贡献），这些交叉学科包括：催化胶体科学和技术、燃烧、电化学工程以及聚合物科学和技术。2．化学工程的基本趋势要将来的几年内，智力的进步，技术（technologic）的挑战以及经济的驱动力这三方面的交汇（共同作用），将会形成化学工程学科是什么以及化学工程从事什么方面的工作的一种新的模式。化学工程所关注的（焦点），一直是改变物料的物理状态和化学组成的工业过程。化学工程师从事（engagein）过程的合成、设计、放大测试、操作、控制及其优化。他们所研究的问题的规模和复杂程度的传统水平用专用名词“中等尺度”来表示，中等规模的实例包括单个过程（单元操作）的反应器和设备以及生产工厂中各单元操作的组合。未来的中等尺度研究，由微观尺度和极端复杂体系的宏观尺度将不断得到补充。化学工程与工艺专业英语化工系陈中胜4末来的化学工程师，与其他任何的工程分支学科相比，将综合更广泛的研究规模。例如，一些工程师在从事工作时，要将环境的宏观尺度与燃烧体系的中等尺度、分子反应和传递的微观尺度联系起来。其它的工程师工作要将合成的（composite）飞机的宏观性能与形成机翼的化学反应器的中等尺度联系起来，该反应器的设计可能受复杂（complex）液体的微观动力学研究的影响。因此，未来的化学工程师将能设计并严格地解决小到微观尺度大到宏观尺度范围问题。他们将从其它学科（分子生物学、化学、固态物理学、材料学和电气（electrical）工程中为研究和实践带来的新的研究工具和洞察力（insight）。同时，在解决问题时，在产品和过程设计以及生产过程中，他们越来越多地使用计算机、人工智能和专家系统。化学工程学科的蓝图包括两个重要的发展（development）。化学工程师将越来越更加积极参与作为过程设计补充的产品设计。随着产品的性能特征与其生产方式联系日益紧密，产品和过程设计的传统区别将变得模糊不清。在那些生产专有的（proprietary）、特异（differentiated）产品（专门用于严格的性能规格（specification））的已建好和即将兴起（emerging）的工业中，将存在着一种特殊的设计挑战。因为这些产品在市场上很快被较新的产品所代替，所以它们具有快速革新的特点。化学工程师将会经常参加多学科（multidisplinary/nterdisplinary）的研究活动。化学工程与化学学科，尤其是与工业间跨学科的研究硕果累累，历史悠久（意译）。因为如化学、分子生物、生物医学以及固态物理学之类的学科为将来的技术提供了希望，所以化学工程作为一门工程学科与分子科学的最紧密联系的地位是一种宝贵的财产。化学工程作为一门“界面学科”发展前途光明，它会架起多学科环境中的科学和技术的桥梁，在多学科环境中新技术将会产生。化学工程与工艺专业英语化工系陈中胜5Unit11ChemicalandProcessThermodynamics第十一单元化工热力学在投入大量的时间和精力去研究一个学科时，有理由去问一下以下两个问题：该学科是什么？（研究）它有何用途？关于热力学，虽然第二个问题更容易回答，但回答第一个问题有必要对该学科较深入的理解。（尽管）许多专家或学者赞同热力学的简单而准确的定义的观点（看法）值得怀疑，但是还是有必要确定它的定义。然而，在讨论热力学的应用之后，就可以很容易完成其定义1．热力学的应用热力学有两个主要的应用，两者对化学工程师都很重要。（1）与过程相联系的热效应和功效应的计算，以及从过程得到的最大功或驱动过程所需的最小功的计算。（2）描述处于平衡的系统的各变量之间的关系的确定。第一种应用由热力学这个名词可联想到，热力学表示运动中的热。直接利用第一和第二定律可完成许多（热效应和功效应的）计算。例如：计算压缩气体的功，对一个完整过程或某一过程单元的进行能量衡算，确定分离乙醇和水混合物所需的最小功，或者（evaluate）评估一个氨合成工厂的效率。热力学在特殊体系中的应用，引出了一些有用的函数的定义以及这些函数和其它变量（如压强、温度、体积和摩尔分数）关系网络的确定。实际上，在运用第一、第二定律时，除非用于评价必要的热力学函数变化已经存在，否则热力学的第一种应用不可能实现。通过已经建立的关系网络，从实验确定的数据可以计算函数变化。除此之外，某一体系中变量的关系网络，可让那些未知的或者那些难以从变量（这些变量容易得到或较易测量）中实验确定的变量得以计算。例如，一种液体的汽化热，可以通过测量几个温度的蒸汽压和几个温度下液相和汽相的密度得以计算；某一化学反应中任一温度下的可得的最大转化率，可以通过参与该反应的各物质的热量法测量加以计算。2.热力学的本质热力学定律有这经验的基础或实验基础，但是在描述其应用时，依赖实验测量显得很明显（standout突出）。因此，热力学广义上可以定义为：拓展我们实验所得的体系知识的一种手段（方法），或定义为：观察和关联一个体系的