化学工程和工艺专业英语Unit

1、.第二十一单元 化学工业与环境我们怎样才能减少生产的废物的量？我们怎样才能通过改变已用原料和产品的使用线路得到可循环的程序？所有这些问题必须通过未来几年的认真研究才能得到解答，因为我们要力求维持文明与自然的平衡。1. 大气化学燃煤发电厂和一些自然过程都会对平流层释放硫化物，在平流层硫化物氧化生成硫酸颗粒，硫酸颗粒会反射掉一部分进来的可见太阳辐射。在对流层，化石燃料燃烧产生的氮氧化物和很多有机分子一起在阳光的影响下会产生城市烟雾。我们所熟知的合成橡胶的结构单元，挥发性碳氢化合物异戊二烯，自然条件下森林也会产生。含氯氟烃，或者我们更熟悉的CFCs，在汽车空调和家用冰箱中是惰性的，但是在中平流层受紫

2、外辐射作用便会分解，并对地球平流层中的臭氧层产生破坏作用。平流层臭氧的全球平均大气浓度仅为千万分之三，但是，通过吸收具有潜在危害的短波太阳紫外辐射，它扮演了保护所有生命体发展的关键性角色。在过去的20年中，公众的注意力都集中在人类导致大气变化的行为上，这些变化包括：酸雨、平流层臭氧耗减、温室效应和大气层越来越强的氧化能力。我们知道人类几代人的活动已经影响了附近的环境，但是我们慢慢地才发现这些影响比如酸雨从区域性范围发展到洲际范围。伴随着臭氧耗减的问题和全球变暖引发的忧虑，现在我们真正地进入了一个全球变化的时代，但是基础科学事实至今还未完全建立。2. 生命周期分析从原材料的提取到加工、生产、运输

3、、消费、处理或回收，产品生命周期的每个阶段都会对环境产生影响。技术和化学科学在每个阶段都受到挑战。为最小化环境影响所进行的产品和工艺流程的重新设计需要一个产品的新的哲学思想和化学变化的理解的不同水平。环境友好型的产品需要可重复使用的、可循环再用的或可生物降解的新型的原材料；材料的属性由它的的化学组成和结构决定。为了最少化废物和有污染的副产品，必须建立新型化工工艺体系。改进的化学分离技术被需要用来提高效率并去除残留污染物，相应地就需要新的化学处理方法以将它们转化为无害的。像放射性元素和有毒重金属这样的污染物，不能轻而易举地将其转化为无害材料，而必须被固定在惰性材料中，以使它们安全地掩藏。最后，早

4、期的剩余污染和环境意识弱的时代需要改进的化学和生物补救技术。化学变化的知识也能帮助我们发现以前不为人知的环境问题。通过大气化学的基础研究，CFCs对臭氧层造成的威胁被正确预期，并最终促成了国际协议的制定以逐步淘汰这些不同的有用的化学制品的生产，以支持具备同等功能的但是与环境更协调的可供选择物的使用。另一方面，南极上空臭氧空洞的出现对科学家来说是一个意外，并且随后只被探索到在严寒的南极平流层中发生在硝酸晶体表面的先前不为人知的氯反应。因此提高我们对自然界中的化学过程的理解是极其重要的，不管它们发生在淡水、盐水、土壤、地下环境还是大气。3. 环境影响最小的生产废弃化学制品排入空气、水或土地，不仅会

5、对环境产生直接影响，而且会构成对自然资源的潜在浪费。早期，为减少化学过程对环境的影响所做的努力倾向于集中在，当有害材料被排入环境之前，从工厂的废物流中去除有害材料。但是这个方法只解决了一半问题；对于一个理想的化工工艺，在一开始就不会有有害副产物形成。任何排放至少应该像最初进入工厂的空气和水一样洁净，这样的工艺就是“环境友好”的。不利健康的影响所引发的越来越大的忧虑使得工业生产中具有潜在危险的化学制品的使用的淘汰或减少成为优先。最好的行动方针是寻找有同样作用但不那么危险的替代化学制品。如果危险化学制品的替代物找不到，那么一个有希望的可供选择的策略就是开发一个可就地生产且只生产当时所需量的工序。革

6、新的新化学提供了更加高效地使用能量和原材料的环境友好的工艺流程。催化作用最近的发展，比如有，允许化学方应在更低温度和压力下进行。这个变化相应地减少了工序中能量的需求并简化了处理设施建造材料的选择工作。新型催化剂也正被用于避免不想得到的副产品的生产。4. 发电厂排放物的控制以煤、油、天然气为燃料的发电设施促成了一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物和多种其他不想得到的副产品如灰尘和痕量汞的排放。为了达到国家或地方的标准，迅速增加的一大批技术可用来减少不想得到的物种的排放。化学家和化学工程师为目前的工艺水平做出了重要贡献，并且催化科学在定义前沿方面扮演了决定性的角色。同时控制多于一种的污染物是最近先进的催

7、化剂或吸收剂技术的目标。比如，催化技术允许在燃气涡轮排气时，一氧化碳被氧化且氮氧化物被化学处理。其他研究努力旨在，利用单一吸收剂且没有大量废品产生，从废气中同时去除硫和氮氧化物的中试装置的评估。5. 环境友好型产品对产品在环境中的宿命的加深的了解促使科学家去设计“更加绿色”的产品。早期一个有重大意义的例子来自于20世纪40年代和20世纪50年代的洗涤剂工业，基于被称为支链烷基苯磺酸盐的合成表面活性剂的新产品被引进。这些洗涤剂有更高的清洁性能，但是随后发现它们在污水中会使溪河布满泡沫。这个问题被探知是由支链烷基苯磺酸盐造成的；不像以前使用的肥皂，它们在传统的污水处理厂中不足以被微生物降解。广泛的

8、了解合适生化过程的研究努力使得化学家能够设计和合成另一新种类的表面活性剂直链烷基苯磺酸盐。这些新复合物和传统肥皂中所含的脂肪酸之间分子结构的类似性使得微生物能够分解这个新配方，并且，这些新复合物与支链烷基苯磺酸盐的类似性使得它有杰出的洗涤剂表现。新型生物化学也正在帮助农民减少农药的使用。比如，棉株被基因改良使得它们能抵抗棉铃虫的侵害。将单个基因从自然存在的细菌中移入棉株，使得棉株能够产生通常由细菌产生的蛋白质。当棉铃虫开始啃食棉株的时候，这种蛋白质就会通过扰乱棉铃虫的消化过程杀死它。6. 回收利用跟废物处理有关联的越来越多的问题使人们认识到对于供应有限的原材料，回收利用可显著增加所获利益。金属

9、和大多数纸的回收利用在技术上是直截了当的，并且这些材料在全世界的很多地区都被回收利用。塑料制品的回收利用出现了更大的技术挑战。甚至，在把它们从其他类型的废物中分离出来后，还要将不同的塑料材料彼此分离。尽管那样，多种类型的塑料的不同化学属性将需要多种回收工序的发展。通过简单的熔化和浇铸，或者将其溶解在合适溶剂中然后再将它们转变为新的塑料材料，一些塑料制品可得到回收利用。其他材料需要更加复杂的处理，比如将大的高聚物分子分解为较小的子单元，随后便可作为新的高聚物的结构单元。实际上，通过这条路线回收软饮料瓶的重要程序现在正在使用。成功发展所需回收技术需要化学家和化学工程师的大量研究。在某些情况下，还需

10、要合成分子结构全新的高聚物，以使其在回收工序中更易控制。7. 减少废物的分离和转化操作将那些需要特殊处理的废物组分从那些可以通过一般方法回收或处理的废物中分离需要新的工序。这些工序的发展需要广泛的研究，以获得对所涉及化学现象的基础了解。含金属废酸废物。几个工业过程可产生大量酸性废物溶液。这种废物可被分离为清洁的水、可再用的酸吗？并且金属沉淀物可被还原吗？这些过程能够保护环境，并且它们的费用跟处理费用和罚款有的一比。工业废物处理。使用热催化或光催化工序，工业废水中的有危险的有机成分可被彻底消除。一条有希望的研究线路是在高温、高压下使用超临界水。在这些条件下，水呈现非常不同的化学和物理属性。它可溶

11、解很多在正常条件下几乎是惰性的材料，并使其发生反应。高放射性核废料。如果需储存的核废料的量和复杂性可被大大减低，那么就会实现大量节省；这种减少需要将放射性组分从与核废料共存的大量其他材料中经济地分离。危险化学废弃物可能被单独处理。核废料的处理将需要许多年的重要研究和开发工作。膜技术。涉及半透膜的分离提供了相当大的希望。这些膜通常就是一个高聚物层，一些物质不能透过但是其他的却可透过。这些膜被用来净化水，溶解的盐被留下并得到清洁的饮用水。膜分离技术也可用于工业废水的净化。膜分离也适用于气体，并且正被用于天然气中小组分的回收，通过去除二氧化碳的方法可提高天然气的热值，它还可用于空气中氮的回收。膜发展的研究挑战包括化学上和物理上更有弹性，生产成本更低，提供更好的分离性能以减少加工成本。生物技术。科学家已经向自然界寻求帮助以彻底处理有毒物质。一些土壤、水和沉积物中的微生物可以多种多样的有机化学制品为食；几十年来它们被用于传统废物处理系统。通过精心地为它们的生存设定最理想的物理、化学和营养条件，研究员现在正在尝试将这些有天赋的微生物诱导至一个