化学工程与工艺专业英语Unit10.doc

第十单元 什么是化学工程在更广泛的意义上，工程学可能被定义为用于特定工业的技术和设备的一种科学介绍。比如，机械工程就是关于用以制造机械的技术和设备的介绍。它主要是基于机械力，机械力只改变被加工材料的外观和/或物理属性，而不改变材料的化学属性。化学工程围绕原料的化学加工，并以高复杂度的化学和物理化学现象为基础。因此，化学工程是工程学的一个分支，它与工业化学过程中设备和机器的设计、生产和操作的研究有关。化学工程首先以化学科学为基础，如物理化学、化学热力学和化学动力学。然而，这样做并不是简单地复制它们的研究结果，而是将它们应用于大量的化学加工。将化学工程独立于化学而作为一门纯科学的主要目的是寻找最经济的操作路线并设计最合适的商业设备和辅助设备。因此，如果化学工程不与经济学、物理学、数学、控制论、应用力学和其他技术科学密切联系，那么它将是不可想象的。在它的发展早期，化学工程主要是一门记述科学。化学工程的很多早期的课本和手册是当时所知道的商业化生产工艺的百科全书。科学和工业的进步为它带来了化工生产数量的可观增长。今天，比如石油，它已是大约80000种化学制品的生产所需的原材料。化学加工工业的扩大和化学科学、技术科学的进步两方面的因素使得为化学加工奠定理论基础成为可能。），随着化学加工工业的稳步前进，新数据、新关系和新归纳被加进化学工程的内容。因为自身的因素，很多分支从化学工程的主干中被分离出去，比如工艺流程和设备的设计、自动化操作、化工过程模拟和建模等。1. 简洁的历史梗概根据历史事实，化学工程是不可从化学加工工程中分离出来的。在它的发展早期，随着早期化工贸易的出现，已形成的化学工程纯粹是应用化学中的一个描述性部分。当小型专业化经营首先建立，并带来酸、碱、盐、药物制剂和一些有机化合物的生产，欧洲的基础化学制品的生产在15世纪开始出现。19世纪，英国理论化学家的所有言语都是敦促理论化学的研究应优先于应用化学，他们那些成为实验化学家的学生和定性与定量分析家没有差别。19世纪80年代前，事实上，德国化学公司都满意于雇佣那些追求在大学内进行研究的学术顾问，他们偶尔也会为生产革新提供原料。然而，到了19世纪80年代，工业家开始看到顾问的实验室制备的增加，并意识到合成跟实验室研究是明显不同的活动。他们开始将这个尺寸问题和它的解决方法归为“化学工程”原因可能是在复杂度不断增大的工业界里，被介绍去那里维护蒸汽机和泵的机械工程师似乎是最能够理解涉及的工序的合适的人。头和手的学术两分法慢慢消亡。单元操作。1881年，在英国有一次尝试，将新的化工学会命名为“化学工程师学会”，但是这个建议最终被驳回了。另一方面，由于来自工业领域的不断增大的压力，技术机构的课程最终开始反映出他们对化学工程师的需求，而不是有能力的分析家。现存工业生产方法的纯粹描述已不再令人满意。反而，我们所期望的是适用于各种具体工业的工艺流程能够得到分析，因此我们为热力学观点和涉及动力学、解决方法和相的新物理化学的引进提供了空间。促成这次转变的关键人物是化工顾问乔治戴维斯（18501907），他是化学工业协会的首任秘书。1887年，作为曼切斯特工学院的一名讲师，戴维斯发表了一系列有关化学工程的讲学，这些内容被他定义为有关“机器和设备在化学作用的利用中的大规模运用”的研究。围绕大规模工业操作中涉及的设备类型的课程，比如干燥、碰撞、蒸馏、发酵、汽化和结晶，不仅在英国，而且在国外，慢慢地被认为是这一课程的一个模式。在英国，化学工程学方面的第一个完全成熟的课程直到1909年才被引入；尽管美国麻省理工学院的刘易斯诺顿（18551893）早在1888年就开拓了一个戴维斯型课程。1915年，在麻省理工学院的一项课程报告中，亚瑟 D.利特尔提到将它作为单元操作的研究，并且简洁地概述了20世纪化学工程的与众不同的特点。戴维斯运动成功的原因非常明显：它避免了泄露受专利保护或所有者有所保留的关于具体化工工艺的秘密，在过去，这些因素严重阻碍了制造商对训练的学术课程的支持。戴维斯克服了这一困难，通过将化学工业转变为“可被独立研究的独立的现象”，实际上，这些独立的现象可在大学或专科学校车间的中试装置中被试验。实际上，他运用了工业咨询工作的职业道德，当经验从一个工厂到另一个工厂，从一个工艺流程到另一个工艺流程，对于有助于给定工厂的收益的秘密的或具体的知识，绝不泄露。单元操作的概念认为任何化工生产过程可处理为一系列协调的操作，如粉碎、干燥、焙烧、电解等。因此，比如，松节油的具体方面的学术研究可被蒸馏这样的一般研究所代替，而蒸馏是很多其他工业所共有的工艺。单元操作概念的定量形式约在1920年出现了，对国家第一次汽油危机的缓解很及时。化学工程师定量描述单元操作，如蒸馏，的特性的能力可以决定第一个现代炼油厂的合理设计。在石油工业中，化学工程师雇用的第一次激增开始了。在单元操作的集约发展时期，化学工程分析的其他经典工具被引进或被广泛改进。它们包括过程中物质和能量守恒的研究和多组分系统基础热力学的研究。化学工程师在帮助美国和它的同盟国赢得第二次世界大战方面扮演了关键角色。他们研发合成橡胶的合成路线取代了先前在战争中被日本人侵占的天然橡胶的源头。他们提供制造原子弹所需的铀-235，并且在一个步骤中按比例放大了生产过程，使得实验室转变成了建立过的最大的工厂。并且他们在完善青霉素的生产方面很有帮助，而青霉素潜在地挽救了千千万万受伤士兵的生命。工程科学运动。化学工程师不满足于工艺设备性能的经验主义的描述，他们从一个更根本的观点来审查单元操作。单元操作中出现的现象被分解为几组分子事件。用于这些事件的定量机理模型被开发，并被用于现存设备的分析。工艺流程和反应器的数学模型被开发，并用于资本集约型的美国工业，比如日用化学制品。跟工程科学运动发展同步的是核心化学工程以目前形式所进行的演变。也许超过其他任何发展的作用，核心课程对化学工程师的自信力负有责任，这个自信力使得他们能够整合来自很多学科的解决复杂问题的知识。 这个核心课程提供了一些基础科学的背景，包括数学、物理学和化学。这个背景需要进行以化学工程为中心的课题的严密研究，包括：0 多组分热力学和动力学0 传输现象0 单元操作0 反应工程学0 过程设计和控制0 工厂设计和系统工程这项训练使得化学工程师能够成为许多跨学科领域的主要贡献者，包括催化作用、胶体科学和技术、氧化、电化学工程和高聚物科学和技术。2. 化学工程的基本走向在接下来几年，智力进步、技术挑战和经济驱动力将会塑造一个关于什么是化学工程和化学工程做什么的新的模式。化学工程的中心一直都是改变材料物理属性或化学组成的工业过程。化学工程师从事这些过程的合成、设计、测试放大、操作、控制和优化。他们需要解决的这些问题的尺寸和复杂性的传统水平可能会被称为中尺度。这个尺度的例子包括单一过程（单元操作）的反应器和设备与制造厂里单元操作的组合。未来中尺度方面的研究在尺寸方面会得到大大增补，微尺度和极复杂系统的尺寸大尺度。未来的化学工程师将整合比其他任何工程学分支更宽的尺度范围。比如，一些人可能会从事于建立环境的大尺度和氧化系统的中尺度与分子反应、分子输运的微尺度的联系。其他人可能会从事于建立综合式飞机的大尺度表现和生产机翼的中尺度化学反应器的联系，而反应器的设计可能会受复杂液体的微尺度动态研究的影响。因此，未来的化学工程师将在一个从微尺度到大尺度的连续范围上设想并严密地解决问题。他们将从其他学科为研究和实践带来新的工具和洞察力，这些学科有：分子生物学、化学、固态物理学、材料科学和电气工程学。在解决问题、产品与工艺流程设计以及生产方面，他们会更多地使用计算机、人工智能和专家系统。两个重要发展将是这个学科展现的画面的一部分。0 化学工程师将更多地卷入产品的设计工作，以作为工艺流程设计的互补。因为一件产品表现的特性跟它的加工方式有越来越大的关联，产品和工艺流程设计的传统区别将会模糊。在已建立的和新兴的工业中，有一个特别的挑战，那就是生产专有的、不同的适应于严格的表现规格的产品。当产品在市场被新的产品所替代时，这些产品因为迅速革新的需要而被定性。0 化学工程师将更频繁地参与到多学科研究工作。对于化学科学，尤其是工业，化学工程有着悠久历史的果实累累的跨学科的研究。它和分子科学这一宝贵资产有着强烈联系，这些科学包括化学、分子生物学、生物医