2022年化学工程与工艺专业英语翻译

1、Unit 1 Chemical Industry化学工业化学工业的来源尽管化学品的使用可以追溯到古代文明时代，我们所谓的现代化学工业的发展却是非常近代（才开始的）。可以觉得它来源于工业革命其间，大概在18，并发展成为为其他工业部门提供化学原料的产业。例如制肥皂所用的碱，棉布生产所用的漂白粉，玻璃制造业所用的硅及Na2CO3. 我们会注意到所有这些都是无机物。有机化学工业的开始是在十九世纪六十年代以William Henry Perkin 发现第一种合成染料苯胺紫并加以开发运用为标志的。20世纪初，德国耗费大量资金用于实用化学方面的重点研究，到19，德国的化学工业在世界化学产品市场上占有75%的

2、份额。这要归因于新染料的发现以及硫酸的接触法生产和氨的哈伯生产工艺的发展。而后者需要较大的技术突破使得化学反映第一次可以在非常高的压力条件下进行。这方面所获得的成绩对德国很有协助。特别是由于19第一次世界大仗的爆发，对以氮为基本的化合物的需求飞速增长。这种深刻的变化始终持续到战后（1918-1939）。1940年以来，化学工业始终以引人注目的速度飞速发展。尽管这种发展的速度近年来已大大减慢。化学工业的发展由于1950年以来石油化学领域的研究和开发大部分在有机化学方面获得。石油化工在60年代和70年代的迅猛发展重要是由于人们对于合成高聚物如聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚脂和环氧树脂的需求巨大增长。今天

3、的化学工业已经是制造业中有着许多分支的部门，并且在制造业中起着核心的作用。它生产了数千种不同的化学产品，而人们一般只接触到终端产品或消费品。这些产品被购买是由于她们具有某些性质适合（人们）的某些特别的用途，例如，用于盆的不粘涂层或一种杀虫剂。这些化学产品归根究竟是由于它们能产生的作用而被购买的。化学工业的定义在本世纪初，要定义什么是化学工业是不太困难的，由于那时所生产的化学品是很有限的，并且是非常清晰的化学品，例如，烧碱，硫酸。然而目前有数千种化学产品被生产，从某些原料物质像用于制备许多的半成品的石油，到可以直接作为消费品或很容易转化为消费品的商品。困难在于如何决定在某些特殊的生产过程中哪一种

4、环节不再属于化学工业的活动范畴。举一种特殊的例子来描述一下这种困境。乳剂漆具有聚氯乙烯/聚醋酸乙烯。显然，氯乙烯（或醋酸乙烯）的合成以及聚合是化学活动。然而，如果这种漆，涉及高聚物，它的配制和混合是由一家制造配料的跨国化学公司完毕的话，那它仍然是属于化学工业呢还是应当归属于装饰工业中去呢？因此，很明显，由于化学工业经营的种类诸多并在诸多领域与其他工业有密切的联系，因此不能对它下一种简朴的定义。相反的每一种收集和出版制造工业记录数据的官方机构都会对如何届定哪一类操作为化学工业有自己的定义。当比较来自不同途径的记录资料时，记住这点是很重要的。对化学工业的需要化学工业波及到原材料的转化，如石油 一方

5、面转化为化学中间体，然后转化为数量众多的其他化学产品。这些产品再被用来生产消费品，这些消费品可以使我们的生活更为舒服或者作药物维持人类的健康或生命。在生产过程的每一种阶段，均有价值加到产品上面，只要这些附加的价值超过原材料和加工成本之和，这个加工就产生了利润。而这正是化学工业要达到的目的。在这样的一本教科书中提出：“我们需要化学工业吗？”这样一种问题是不是有点奇怪呢？然而，先回答下面几种问题将给我们提供某些信息：（1）化学工业的活动范畴，（2）化学工业对我们平常生活的影响，（3）社会对化学工业的需求有多大。在回答这些问题的时候我们的思路将要考虑化学工业在满足和改善我们的重要需求方面所做的奉献。

6、是些什么需求呢？很显然，食物和健康是放在第一位的。其他我们要考虑的按顺序是衣物、住所、休闲和旅行。 (1)食物。化学工业对粮食生产所做的巨大奉献至少有三个方面。第一，提供大量可以获得的肥料以补充由于密集耕作被农作物生长时所带走的营养成分。（重要是氮、磷和钾）。第二，生产农作物保护产品，如杀虫剂，它可以明显减少害虫所消耗的粮食数量。第三，生产兽药保护家禽免遭疾病或其他感染的侵害。（2）健康。我们都很理解化学工业中制药这一块在维护我们的身体健康甚至延长寿命方面所做出的巨大奉献，例如，用抗生素治疗细菌感染，用-抗血栓减少血压。衣物。在老式的衣服面料上，现代合成纤维性质的改善也是非常明显的。用聚脂如涤

7、纶或聚酰胺如尼龙所制作的T恤、上衣、衬衫抗皱、可机洗，晒干自挺或免烫，也比天然面料便宜。与此同步，现代合成染料开发和染色技术的改善使得时装设计师们有大量的色彩可以运用。的确她们几乎运用了可见光谱中所有的色调和色素。事实上如果某种颜色没有现成的，只要这种产品确有市场，就可以很容易地通过对既有的色彩进行构造调节而获得。这一领域中另某些重要进展是不褪色，即在洗涤衣物时染料不会被洗掉。（4）住所，休闲和旅游。讲到住所方面现代合成高聚物的奉献是巨大的。塑料正在取代像木材一类的老式建筑材料，由于它们更轻，免维护（即它们可以抵御风化，不需油漆）。另某些高聚物，例如，脲甲醛和聚脲，是非常重要的绝缘材料可以减少

8、热量损失因而减少能量损耗。塑料和高聚物的应用对休闲活动有很重要的影响，从体育跑道的全天候人造篷顶，足球和网球的经纬线，到球拍的尼龙线尚有高尔夫球的元件，尚有制造足球的合成材料。近年来化学工业对旅游方面所作的奉献也有很大的提高。某些添加剂如抗氧化剂的开发和发动机油粘度指数改善使汽车日产维修期限从3000英里延长到6000英里再到1英里。研发工作还改善了润滑油和油脂的性能，并得到了更好的刹车油。塑料和高聚物对整个汽车业的奉献的比例是惊人的，源于这些材料挡板，轮胎，坐垫和涂层等等超过40%。很显然简朴地看一下化学工业在满足我们的重要需求方面所做的奉献就可以懂得，没有化工产品人类社会的生活将会多么困难

9、。事实上，一种国家的发展水平可以通过其化学工业的生产水平和精细限度来加以判断。化学工业的研究和开发。发达国家化学工业飞速发展的一种重要因素就是它在研究和开发方面的投入和投资。一般是销售收入的5%，而研究密集型分支如制药，投入则加倍。要强调这里我们所提出的百分数不是指利润而是指销售收入，也就是说所有回收的钱，其中涉及要付出原材料费，公司管理费，员工工资等等。过去这笔巨大的投资支付得较好，使得许多有用的和有价值的产品被投放市场，涉及某些合成高聚物如尼龙和聚脂，药物和杀虫剂。尽管近年来进入市场的新产品大为减少，并且在衰退时期研究部门一般是最先被裁减的部门，在研究和开发方面的投资仍然保持在较高的水平。

10、化学工业是高技术工业，它需要运用电子学和工程学的最新成果。计算机被广泛应用，从化工厂的自动控制，到新化合物构造的分子模拟，再到实验室分析仪器的控制。一种制造厂的生产量很不同样，精细化工领域每年只有几吨，而巨型公司如化肥厂和石油化工厂有也许高达500,000吨。后者需要巨大的资金投入，由于一种这样规模的工厂要耗费2亿5千万美元，再加上自动控制设备的普遍应用，就不难解释为什么化工厂是资金密集型公司而不是劳动力密集型公司。大部分化学公司是真正的跨国公司，她们在世界上的许多国家进行销售和开发市场，她们在许多国家均有制造厂。这种国际间的合伙理念，或全球一体化，是化学工业中发展的趋势。大公司通过在别的国家

11、建造制造厂或者是收购已有的工厂进行扩张。Unit 2 Research and Development研究和开发研究和开发，或一般所称R&D是制造业各个部门都要进行的一项活动。我们立即可以看到，它的内容变化很大。我们一方面理解或先感觉一下这个词的含义。尽管研究和开发的定义总是分得不很清晰，并且有许多重叠的部分，我们还是要试着把它们辨别开来。简朴说来，研究是产生新思想和新知识的活动，而开发则是把这些思想贯彻到实践中得到新工艺和新产品的行为。可以用一种例子来描述这一点，预测一种有特殊生物活性的分子构造并合成它可以当作是研究而测试它并把它发展到可以作为一种新药推向市场这一阶段则看作开发部分。基本研究

12、和应用研究在工业上进行研究和开发最重要的因素是经济利益方面，是为了加强公司的地位，提高公司的利润。R&D的目的是做出并提供信息和知识以减低不拟定性，解决问题，以及向管理层提供更好的数据以便她们能据此做出决定。特别的项目涵盖很大的活动范畴和时间范畴，从几种月到。我们可以在背面的段落里举出大量的R&D活动。但是如果我们举出的点子来源于研究院而不是工业化学家的头脑，这就是基本的或摸索性的研究基本研究一般与大学研究联系在一起，它也许是由于对其内在的爱好而进行研究并且这种研究可以拓宽知识范畴，但在现实世界中的直接应用也许性是很小的。请注意，这种以内就在提出和解决问题方面提供了极有价值的训练，例如，在指引

13、下完毕研究工作的学生所接受的研究措施学（的训练）。并且，从这些工作中产生的“有用的副产品”随后也能带来可观的使用价值。因此，物理学家宣称要不是量子理论的研究和发展我们也许仍然没有计算机和核能量。不管如何，举一种特殊的化学方面的例子吧，在各个领域如烃的氧化方面所做的广泛的研究将为某些特殊的领域如环己烯氧化生成尼龙中间产物提供有用的信息。通过合成可以生产出某些新的、更特殊的试剂以控制特殊的官能团转换，即发展合成措施或完毕某些具有生物活性的新分子的合成。尽管前者显然属于基本性研究而后者则涉及基本研究和实用性研究两部分。所谓“实用性”习惯上是指与在工业实验室完毕的研究联系在一起的，由于它更具目的性，它

14、是商业行为驱动的成果。然而，请注意。近几年有很大的变化，大学研究机构正越来越多地转向工业界谋求研究经费，其成果就是她们的研究工作越来越多地是致力于实用研究。虽然这样，学院工作的重点一般还是在于研究而不是开发。2工业研究和开发的类型一般在生产中完毕的实用型的或有目的性的研究和开发可以分为好几类，我们对此加以简述。它们是：（1）产品开发；（2）工艺开发；（3）工艺改善；（4）应用开发；每一类下尚有许多分支。我们.对每一类举一种典型的例子来加以阐明。在化学工业的不同部门内每类的工作重点有很大的不同。 (1)产品开发。产品开发不仅涉及一种新药的发明和生产，还涉及，例如说，给一种汽车发动机提供更长时效的

15、抗氧化添加剂。这种开发的产品已经使（发动机）的服务期限在近来的十年中从3000英里提高到6000、9000目前已提高到1英里。请注意，大部分的买家所需要的是化工产品能发明出来的效果，亦即某种特殊的用途。Tdflon，或称聚四氟乙烯（PTFE）被购买是由于它能使炒菜锅、盆表面不粘，易于清洗。（2）工艺开发。工业开发不仅涉及为一种全新的产品设计一套制造工艺，还涉及为既有的产品设计新的工艺或方案。而要进行后者时也许源于下面的一种或几种因素：新技术的运用、原材料的获得或价格发生了变化。氯乙烯单聚物的制造就是这样的一种例子。它的制造措施随着经济、技术和原材料的变化变化了好几次。另一种刺激因素是需求的明显

16、增长。因而销售量对生产流程的经济效益有很大影响。Penicillin初期的制造就为此提供了一种较好的例子。Penicillin能避免战争中因伤口感染引起的败血症，因而在第二次世界大战（1939-1945）中，penicillin的需求量非常大，需要大量生产。而在那时，penicillin只能用在瓶装牛奶表面发酵的措施小量的生产。英国和美国投入了巨大的人力物力联合进行研制和开发，对生产流程做出了两个重大的改善。一方面用一种不同的菌株黄霉菌替代一般的青霉，它的产量要比后者高得多。第二个重大的流程开发是引进了深层发酵过程。只要在培养液中持续通入大量纯化空气，发酵就能在所有部位进行。这使生产能力大大地

17、增长，达到现代容量超过5000升的不锈钢发酵器。而在第一次世界大战中，死于伤口感染的士兵比直接死于战场上的人还要多。注意到这一点不能不让我们心存感谢。对一种新产品进行开发要考虑产品生产的规模、产生的副产品以及分离/回收，产品所规定的纯度。在开发阶段运用中试车间（最大容量可达100升）获得的数据设计实际的制造厂是非常珍贵的，例如石油化工或氨的生产。要先建立一种中试车间，运转并测试流程以获得更多的数据。她们需要测试产品的性质，如杀虫剂，或进行消费评估，如一种新的聚合物。注意，副产品对于化学过程的经济效益也有很大的影响。酚的生产就是一种有代表性的例子。初期的措施，苯磺酸措施，由于它的副产品亚硫酸钠需

18、求枯竭而变的过时。亚硫酸钠需回收和废置成为生产过程附加的费用，增长了生产酚的成本。相反，异丙基苯措施，在经济效益方面优于所有其她措施就在于市场对于它的副产品丙酮的迫切需求。丙酮的销售所得减少了酚的生产成本。对一种新产品进行工艺开发的一种重要部分是通过设计把废品减到最低，或尽量地避免也许的污染，这样做带来的经济利益和对环境的益处是显而易见的。最后要注意，工业开发需要涉及化学家、化学工程师、电子和机械工程师这样一支庞大队伍的协同合伙才干获得成功。（3）工艺改善。工艺改善与正在进行的工艺有关。它也许浮现了某个问题使生产停止。在这种情形下，就面临着很大的压力要尽快地解决问题以便生产重新开始，由于故障期

19、耗费资财。然而，更为常用的，工艺改善是为了提高生产过程的利润。这可以通过诸多途径实现。例如通过优化流程提高产量，引进新的催化剂提高效能，或减少生产过程所需要的能量。可阐明后者的一种例子是在生产氨的过程中涡轮压缩机的引进。这使生产氨的成本（重要是电）从每吨6.66美元下降到0.56美元。通过工艺的改善提高产品质量也会为产品打开新的市场。然而，近年来，最重要的工艺改善行为重要是减少生产过程对环境的影响，亦即避免生产过程所引起的污染。很明显，有两个有关连的因素推动这样做。第一，公众对化学产品的安全性及其对环境所产生影响的关注以及由此而制定出来的法律；第二，生产者必须花钱对废物进行解决以便它能安全地清

20、除，例如说，排放到河水中。显然这是生产过程的又一笔费用，它将增长所生产化学产品的成本。通过减少废物数量提高效益其潜能是不言而喻的。然而，请注意，对于一种已经建好并正在运营的工厂来说，只能做某些有限的变化来达到上述目的。因此，上面所提到的减少废品的重要性应在新公厂的设计阶段加以考虑。近年来另一种当务之急是保护能源及减少能源消耗。（4）应用开发。显然发掘一种产品新的用处或新的用途能拓宽它的获利渠道。这不仅能发明更多的收入，并且由于产量的增长使单元生产成本减少，从而使利润提高。举例来说，PVC初期是用来制造唱片和塑料雨衣的，后来的用途扩展到塑料薄膜，特别是工程上所使用的管子和排水槽。我们已经强调了化

21、学产品是由于它们的效果，或特殊的用途、用处而得以售出这个事实。这就意味着化工产品公司的技术销售代表与顾客之间应有密切的联系。对顾客的技术支持水平往往是赢得销售的一种重要的因素。进行研究和开发的化学家们为这些应用开发提供了协助。CH3CH3F的制造就是一种例子。它最开始是用来做含氟氯烃的替代物作冷冻剂的。然而近来发现它还可以用作从植物中萃取出来的天然物质的溶解剂。当它作为制冷剂被制造时，固然没有估计到这一点，但它显然也是应用开发的一种例子。3化工行业中研究与开发活动的变化化学工业的不同部门所进行的R&D的性质与数量均有很大的变化。与大规模生产的基本化工产品有关的部门中，化学产品和技术变化都很慢，

22、由于流程已很成熟。R&D经费支出属于化工行业中低的一端，并且大部分的费用是用于过程改善和废水解决。无机方面的例子有氨、肥料和氯碱的生产，有机方面的如乙烯等某些基本石油化学的中间产物。不同样规模生产的是药物和除草剂。人们付出了巨大而持续的努力以合成能产生所但愿的、特殊的生物作用的新分子。一家公司每年也许要合成10,000新化合物以供筛选。可以想象某些医药公司其每年的R&D经费支出高达100亿美元。换句话说，她们把超过14%的销售收入投入在R&D上。Unit 3 Typical Activities of Chemical Engineers化学工程师的例行工作化学工程师典型的角色是把化学家在实验

23、室里的发现拿来并发展成为能赚钱的、商业规模的化学过程。化学家用少量的反映物在试管和派式氧弹中反映相应得到少量的生成物，所进行的一般是间歇性的恒温下的实验，反映物放在很小的置于恒温水槽的容器中，加点催化剂，反映继续进行，随时间推移，反映物被消耗，并有生成物产生，产物在合适的间歇时间获得。与之相比，化学工程师一般面对的是数量多得多的物质和庞大的（昂贵的）设备。反映器可以容纳1000 到10,000加仑甚至更多。蒸馏塔有100英尺多高，直径10到30英尺。化工厂一种单元流程的投资也许超过1亿美元。在把化学家研制的小型反映器及分离系统“放大”到很大的商业化车间时，一般需要化学工程师的参与。为了彻底理解

24、过程中的化学反映，化学工程师必须与化学家密切合伙以保证能得到所需要的反映的动力学性质和物理性质参数以进行设计、运转和优选流程。这就是为什么化工课程要涉及那么多的化学类课程的因素。化学工程师还必须与机械、电子、土木建筑和冶金工程师密切协作以设计和操作工厂的机械设备反映器、槽、蒸馏塔、热互换器、泵、压缩机、控制器和仪器设备等等。在这张设备单上尚有一大类是管子。化工厂最典型的特性之一就是数目庞大的管道贯穿所有生产间。可以毫不夸张地说，在许多车间均有几百英里长的管道。这些管道输入和输出车间的反映物质进行传递，同步还可携带有用的东西（水蒸气、冷却水、空气、氧、冷却剂）进入操作单元。要把实验室研究商业化，

25、化学工程师要参与进行开发、设计、建筑、操作、销售和研究工作。各个公司用来表达这些工作的名词不完全同样，但万变不离其宗。让我们简朴地把每个工作描述一下。应当强调的是，我们所讨论的工作是“典型的”和“典型的”，但并不意味着化学工程师只能做这些事。化学工程师在数学、化学和物理学方面均有较好的知识基本，因此，她或她可以并且的确适应工业、政府部门、大专院校等非常广泛的职业规定。1. 开发开发工作是从实验室规模向商业化规模转化所必需的中间阶段。开发阶段所波及的“中试”流程所使用的反映器容量为5加仑，蒸馏塔直径为3英寸。开发一般是化学流程商业化的一部分。由于“放大”规模是一种非常困难的问题。直接从试管研制跳

26、到在10.000加仑反映器里生产是非常棘手的有时甚至是危险的工作。某些（在实验室研究阶段）主线不明显的未加以考虑的细微问题，如混合不均匀，温度梯度辐射状升高，热互换面积逐渐减少以及热互换速度下降等（在后一阶段变得影响很大）。化学工程师与化学家和其她某些工程师协作对中师车间进行设计、安装和运营，设计方面涉及拟定设备的尺寸、构造、制造所用的材料。一般中师车间的设计是有很大的变通性的，以便能对多种状况和构造进行评估。中试车间一旦开始运转，就能获得性能数据和选定最佳数值以便从经济学角度对流程进行评价。对生产过程的每一种阶段也许获得的利润进行评估。如果成果显示投入的资金不能有足够的回报，这项筹划将被停止

27、。中师车间还提供了评价设备制造材料、测量措施、流程控制技术的机会。中试车间的这些实验数据对于工业装置设计的改善能提供有用的协助。设计根据在实验室和中试车间获得的经验和数据，一组工程师集中起来设计工业化的车间。化学工程师的职责就是具体阐明所有过程中的流速和条件，设备类型和尺寸，制造材料，流程构造，控制系统，环保系统以及其他有关技术参数。这是一种责任重大的工作。设计阶段是大把金钱花进去的时候。一种常规的化工流程也许需要五千万到一亿美元的资金投入，有许多的事情要做。化学工程师是做出诸多决定的人之一。当你身处其位时，你会对自己曾经努力学习而能运用自己的措施和智慧解决这些问题感到欣慰。设计阶段的产物是诸

28、多图纸：（1）工艺流程图。是显示所有设备的图纸。要标出所有的流线和规定的条件（流速、温度、压力、构造、粘度、密度等）。（2）管道及设备图。标明所有设备（涉及尺寸、喷嘴位置和材料）、所有管道（涉及大小、控制阀、控制器）以及所有安全系统（涉及安全阀、安全膜位置和大小、火舌管、安全操作规则）。（3）仪器设备阐明书。具体阐明所有设备精确的空间尺度、操作参数、构造材料、耐腐蚀性、操作温度和压力、最大和最小流速以及诸如此类等等。这些规格阐明书应交给中标的设备制造厂以进行设备生产。建造当设备制造把设备的所有部分都做好了后来，这些东西要运到工厂所在地（有时这是后勤部门颇具挑战性的任务，特别对象运送分馏塔这样大

29、型的船只来说）。建造阶段要把所有的部件装配成完整的工厂，一方面要做的就是在地面打洞并倾入混凝土，为大型设备及建筑物打下基本（例如控制室、流程分析实验室、维修车间）。完毕了第一步，就开始安装设备的重要部分以及钢铁上层建筑。要装配热互换器、泵、压缩机、管道、测量元件、自动控制阀。控制系统的线路和管道连接在控制室和操作间之间。电线、开关、变换器需装备在马达上以驱动泵和压缩机。生产设备安装完毕后，化学工程师的职责就是检查它们与否连接完好，每部分与否正常工作。对大部分工程师来说这一般是一种令人激动、享有成功的时候。你将看到自己的创意由图纸变为现实。钢铁和混凝土替代了示意图和表格。建筑是许多人近年辛苦的成

30、果。你终于站到了发射台上，工厂将要起飞还是最后失败。揭晓的那一刻即将到来。测试阶段一旦完毕，“运转阶段”就开始了。启动是工厂的首项任务，是令人兴奋的时刻和日夜不断的工作。这是化学工程师最佳的学习机会之一。目前你可以理解你的构思和计算究竟有些什么好。参与中试车间和设计工作的工程师一般也是启动队伍中的人员。启动阶段需要几天或几种月，根据设计所波及工艺技术的新颖、流程的复杂限度以及工程的质量而定。中间常常会遇到规定设备完善的问题。这是耗时耗财的阶段：仅仅每天从车间出来的废品会高达数千美金。的确，曾经有些车间由于没有估计到的问题如控制、腐蚀、杂质或由于经济方面的问题而历来没有运转过。在启动阶段，工程师

31、们一般需轮流值班。在很短的时间里有诸多的东西需要学习。一旦车间按照设定程序成功运转，它就转变为产品的常规生产或制造部门。制造化学工程师在制造阶段占据中心的位置。车间技术服务部门负责车间有效而安全地运转的技术方面。她们进行生产量和性能测试以找出设备的瓶颈在哪，然后设计某些修正或附加的东西以解决这些瓶颈。化学工程师研究某些措施节省能源，减少原材料消耗、减少不合规定的需进行解决的产品的生产，以减少生产成本。她们还研究某些提高产品质量、减少空气和水中环境污染的措施。除了提供技术服务外，许多工程师还负责生产监督。这些监督保证工厂平常生产的各个方面正常进行。涉及管理换班工作的操作工，满足质量规定，按期按量

32、发出产品，生产并保持设备备件的存储量，为车间设备维修，保证安全规则被遵守，避免过多排出废物污染环境，并且做工厂对本地社会的代言人。技术销售许多化学工程师发目前技术销售中布满了刺激性的、有利可图的机会。与其他的销售业务同样，这项业务涉及拜访客户，推荐某些特别的商品以满足客户的需要，并保证订单能顺利完毕。销售工程师是公司的代表，必须十分清晰公司的产品生产状况。销售工程师的销售能力极大地影响公司的发展和利润。许多化工产品的市场开发需要制造化工产品公司的工程师与使用化工产品公司的工程师密切合伙。这种合伙所采用的方式可以是对如何使用一种化学产品提出建议，或者是生产出一种新的化学产品以解决客户的某个特殊的

33、困难。当销售工程师遇到她自己没有把握解决的问题时，她或她必须要请教专家。有时销售工程师还需组织来自不同公司的研究人员共同努力来解决某个问题。研究化学工程师能从事多种类型的研究工作。她们与化学家联合开发新的或革新的产品。她们摸索新的和改良的工程技术（例如更好的计算机程序以模拟化工工艺，更好的实验室分析措施分析有代表性的化学产品，新型的反映和分离系统。）她们研究改善的传感器以进行物理性质的在线检测，她们还研究单个流程构造和设备。研究工程师也许是在实验室或办公桌前钻研难题。她们一般是一组科学家或工程师中的一员。理解生产流程以及一般流程所使用的设备使化学工程师能在研究工作中做出突出的奉献。化学工程师的

34、平常工作有时颇似那些化学家和物理学家。Unit 4 Sources of chemicals化学物质的来源化学物质的数量多得惊人，其差别很大：所懂得的化学物质的数量就达上千万种。如此的数量与理论上也许形成的含碳化合物的数量相比，相形见绌。含碳化合物的数量之大是耦合的成果：即相对较强的碳碳共价键的碳原子长链和异构体的形成。大部分这些化合物只是满足实验室好奇心或学术爱好。然而，其她剩余的达几千种，是商业和实践爱好。因此，可以预料到这些化学物质的来源很广。虽然对无机化学品如此，但是奇怪的是，大多数有机化学品来源于一种资源，即原油（石油）。1. 无机化学品Table1-1 无机化学品的重要来源由于“无

35、机化学品”这个词（术语）波及到（cover，涉及、涵盖）的是除碳以外所有元素构成的化合物。其来源的多样性并不很大（见表1-1）。某些较重要的来源是金属矿（涉及重要的金属铁和铝）以及盐和海水（用于生产氯、钠、氢氧化钠和碳酸钠）。在这些状况下，至少两种不同的元素化合以一种稳定的化合物在一起。因此，如果要得到单个元素（也就是金属），那么提取过程除了纯物理的分离措施以外，还必须波及到化学解决（过程）。金属矿或无机矿很少以纯物质的形式存在，因此，解决过程的第一步一般是：（将无机矿中）从不要的固体如粘土或沙石中分离出来。固体筛分后经压碎和研磨，运用颗粒尺寸差别可以完毕某些物理分离。下一环节则取决于所需矿物

36、的本质及其特性。例如，铁矿常在磁分离器运用她们的磁性加以分离。泡沫浮选是另一种广泛应用的分离技术。在该技术中，所需要的矿物，以细小颗粒形式存在，借助被水溶液润湿能力的差别而与其她矿物加以分离。常加入表面活性剂（抗润湿剂），这些典型的分子，一头为非极性部分（如长碳氢链），另一头为极性部分（如-NH2）。该极性基团与矿物相吸，形成不牢固的键；而碳氢基团与水相斥而制止矿物被润湿，因而矿物能浮选。相反，其她固体物质很容易被润湿而沉在水溶液中。搅拌溶液或液体中鼓泡以产生泡沫能大大增进表面活性剂包裹的矿物的漂浮，这些矿物沉着器中溢出到收集容器中，在收集容器，矿物得到回收。显然，该过程成功的核心在于，为所解

37、决矿物选择一种高选择的特定的表面活性剂。2 有机化合物相比于无机化学品来自于众多不同的资源（这一点我们已经明白了），商业上的某些重要的有机化合物基本上来源单一。如今，所有有机化合物的99%以上，可以通过石化工艺过程从原油（石油）和天然气得到。这是一种有趣的情形 该情形始终在变化，并且将来也会变化，由于从技术上讲，相似的化学品可以从其她原料得到。特别是脂肪族化合物，可以通过由碳水化合物的发酵所得的乙醇加以生产，另一方面，芳香族化合物可以从煤焦油中分离得到。煤焦油是煤炭化工过程的副产物。动植物油脂，是为数不多的脂肪族化合物的特定的资源，这些脂肪族化合物涉及长链脂肪酸（如正十八酸）和长链醇（如正十二

38、烷醇）。化石燃料（即石油、天然气和煤）的形成要花上百万年，一旦用掉就不能被替代，因此，它们称之为不可再生的资源。这与来自于植物的碳水化合物恰恰相反，碳水化合物可以较快被更新。一种较为普遍应用的资源为蔗糖 一旦作物被收割和土地被清理，又可以种植和收割新的作物，一般少于一年。因此，碳氢化合物可称为可再生资源。据估计，植物原料（干重）的总的年产量为1*1011 吨。化石燃料天然气、原油和煤，重要用作为能源，而不是作为有机化合物的资源。例如，多种石油分馏物的气体，用于家用烹调和取暖、用作为汽车用的汽油、加热建筑物重燃油，或用于在工业解决以产生的蒸汽。一般，一桶原油的8%用于化学品的生产。下列数据可以阐

39、明，为什么化学工业在原油的使用方面与燃料或能源消耗的工业展开着竞争。显然，若我们乐意使用可替代化石燃料的其她能源，那么这些可替代能源可以运用的，同步，我们自信地预料到在不久的将来，可以用上其她的可替代能源。因此，有必要要去保存珍贵的石油供应以用于化学品的生产。“解决石油的最后一件事情是将之燃烧”该说法是有根据的。注意到这件事很有趣且有益的：早在1894 年门捷列夫（发现元素周期表之俄国科学家）就向当局报道，“石油是太珍贵的资源而不能将之燃烧掉，应当将之以化学品资源加以保存。”来自于碳水化合物（植物茎杆）的有机化学物质，职务的重要成分是碳水化合物，碳水化合物构成职务的构造。它们为多糖（如纤维素和

40、淀粉），大量的淀粉存在于食物（如谷类、大米和马铃薯）之中，纤维素是构成细胞壁的重要物质，因而广泛存在，可以从木材、棉花等中得到。因此，来自于碳水化合物的化学品的潜力是相称大的，并且该原料可再生。从碳水化合物得到化学物质的重要途径是通过发酵过程。然而发酵过程不能运用多糖（如维素和淀粉），因此，淀粉必须先收到酸性或酶水解反映生成更简朴的糖类（单糖或二糖（如蔗糖），这些较为简朴的糖是发酵过程中的）合适的起始原料。发酵过程是运用单细胞的微生物（一般有酵母菌、真菌、细菌或霉菌）生产特殊化学品。有些发酵农家已用了上千年。最出名的例子为，谷物发酵生产含酒精的饮料。直到1950 年，该措施才成为生产脂肪族有机

41、化学品的最普遍的途径。由于生产的乙醇脱水生成乙烯，而乙烯是合成大量脂肪族化合物的核心中间体。尽管用此措施生产的化学品有所减少，但是用这种措施生产汽车燃料方面存在大量的爱好。反映在发酵过程的缺陷可分为两方面（1）原料（2）发酵过程。由于植物茎杆是一种农业原料，其生产和收割均为劳动力密集型的过程，因此相比之，它的原料费用高于原油的费用。同步，物料的运送更困难，费用更高。与石化解决过程相比，发酵过程的重要缺陷是：其一，时间一般要好几天，相比有些催化石油反映只要几秒；其二，所得的产物一般是以稀的水溶液（浓度 CaO+ CO2一般的，石灰石通过粉碎加入倾斜旋转窑的较高品位，在此发生热分解反映，生石灰在另

42、一端回收。然而，一般生石灰用于进一步反映而分离，而加入其他化合物，与生石灰在窑的较低口处生成最低产品。例如，加入铝矿、铁矿和沙石可生成硅酸盐水泥。纯碱的生产，一般要向生石灰加入焦炭，焦炭燃烧生成纯碱所需的CO2，熟石灰由生石灰和水的反映制造，较生石灰更加以便。大概40%的石灰工业的产品用于钢铁制造业。在钢铁制造业中，纯碱用来与铁矿石中难溶解的硅酸盐反映，生成流态矿渣，矿渣漂浮于表面上，很容易从液态金属中分离，叫少量但重要的石灰工业的产品用于化学品的制造，污染控制和水解决。从石灰石得到的最重要的化学茶品是纯碱。2. 纯碱索尔维工艺，该工艺发现于1965 年由ES 优化：工艺是以当含氮的盐溶液经来

43、自于石灰窑中焦炭燃烧产物CO2 碳酸盐反映时，NaHCO3 沉淀析出为基本。NaHCO3 通过滤、干燥、煅烧生成CaCO3。过滤后NH4Cl溶液和熟石灰反映后（溶液体呈碱性）。蒸馏出NH3 在该过程中循环运用，生成物CaCl2 是废弃物或副产物。对于某一简朴的基本产物来说，索尔维法看起来十分复杂。该反映的基本原理是，以NaCl2 和CaCO3为原料生成产物CaCl2 和Na2CO3.然而发生于原料和产物之间的反映并不明显，需要运用NH3 和Ca(OH)2作为中间化合物。该过程的基本原理为：运用精确的控制组分（特别是NH3 和NaCl）的浓度，NaHCO3 可以从含NaCl、CO2 和NH3 的

44、溶液里沉淀析出。该过程的核心是控制溶液的酸碱强度和结晶的速度，该工艺的基本路线如下，NH3 气于氨气吸取器中吸取于事先经纯化的海水中，纯化的海水以减小Ca+、Mg+离子的量。（Ca+、Mg+在生产过程中易产生沉淀而阻塞管道）。含NaCl 和NH4HCO3 的溶液经吸取了CO2 的吸取塔(CO2 气体量塔底向上流) 开始时形成(NH4)2CO3 然后再生成NH4HCO3。在工厂的下面环节中，Nacl 和NH4HCO3 经复分解反映生成NaHCO3（以沉淀形式形成）和NH4Cl。过滤将固体NaHCO3 从溶液中分离。将NaHCO3 送至旋转干燥器，在该干燥器中，NaHCO3 失去水和CO2后生成疏

45、松的晶体块（即轻质纯碱）它的重要成分为Na2CO3 蓬松的晶体块很轻，是由于NaHCO3 失去CO2后，留下诸多空隙，而保存本来的晶体形状。一般要得到密度更大的物质很以便，加入水（水能引起咦密度较大的形式重结晶）进一步干燥即可实现。值得争议的是，上述的化学知识与否为该过程的较好的描述，但这些只是肯定有助于理解过程。想要对此过程有具体的理解，必须要熟悉该组分体系中有关溶度积的诸多知识。需要懂得的重要知识是，该体系是复杂体系，为了使该过程高效操作，需要对该过程每部分小心控制。该过程的一种缺陷是：产生的CaCl2 的量很大，其产生量比所需量大得多。因此，大部分CaCl2 只是简朴的倒掉（CaCl2

46、毒性不大），如果能要该过程中的有的进料加以运用，那么该过程是有优势，例如，从该氯化物可产生HCl。纯碱的用途，有50%的纯碱销往玻璃制造业，由于穿件是玻璃制造过程中的重要原料。因此纯碱工业的财富与玻璃需求量息息有关。纯碱作为一种碱在许多化学过程中与NaOH 存在直接竞争。Na2SO3 是由纯碱和SiO2 在1200-1400反映衍生而来的另一类化学物质。硅酸是具有大表面积细小颗粒的Na2SO3，可用于催化剂、色谱之中， 洗涤剂和肥皂中作为部分磷酸盐的替代品。3. 生成Cl2/NaOH 的电解过程简介，在化学工业法杖是的各个时期，Cl2 和NaOH 两者的需求量均很大，但是不幸的是，对于电化学工

47、厂的操作人员来说，两者的需求量必总是相似。Cl2 可作为漂白粉或作为漂白粉的生产原料，水供应的消毒剂，以及作为塑料和溶解剂懂得的原料。苛性钠用于生产纯碱、肥皂和纺织品，以及在多种化学过程中作为一种十分重要的原料。所有的电解有着共同之处，盐的电解生成Cl2 和NaOH。大多数生产过程是电解（盐的）水溶液，但是有些重要的工厂，电解熔融盐生成Cl2 和液态钠。这些电解熔融盐的过程用用于重要液态Na 的工业。虽然石油添加剂厂家多种多样，设会浮现液态钠的其她用途，但是她的重要是用于生产四烷基铅石油添加剂。实质上用于水溶液电解过程有三种不同的电解槽：水银槽、隔板槽和膜电解槽。膜电解槽只是用于此案在化工厂中

48、新的生产过程，但是还存在着大量的旧生产过程，尽管说阴曹波及到对环境的影响，但是许多生产厂家上位法此案膜片电解槽替代水印电解槽的经济性。所有的电解反映都是以电子作为化学反映的试剂的观点为基本。设水电解过程的基本反映可写成下式：阳极2Cl 2e- Cl2 阴极2H2O + 2e H2 + 2OH总反映为2Na+ + 2Cl + 2H2O NaOH + Cl2 + H2该反映的自由能为正，因此，需要电驱使进行。像其她许多化学品工艺同样，尽管该反映看起来似乎极其简朴，但是有某些方面很复杂。一方面，该反映的产物必须分开，如果H2 和Cl2 容许混合在一起，它们会剧烈反映。H2 和Cl2 反映生成HOCl

49、 和氯化物（两者均会挥霍产物、生成副产物）。接着，HOCl 和次氯酸盐反映生成氯酸盐（ClO3-）、质子和更多的氯化物。OH 在阳极区反映生成能污染Cl2 的O2。所有的这些反映可减少效率和（或）引起分解困难或污染问题。因此，在产物销售之前，有必要对这些反映清理。理解多种用于电解过程的核心是多种类型的过程分离反映产物的方式。尽管不同的制造商所用的电解槽在细节方面有着多种变化，但是用于盐水的电解过程的电解槽基本可分为以上三类。4、Cl2 和NaOH 的用途NaOH 的用途之多，以致很难将它们以便地进行分类。最大的用途之一是用于造纸，造纸业中木材的解决需要强碱。有些国家造纸业中NaOH 的消耗占其

50、产量的20%，此外的20%用于无机化学品（如，次氯酸钠、漂白粉和消毒剂）的生产。多种有机合成约消耗此外的15%，氧化铝和肥皂的生产需要少量的NaOH。Cl2 广泛用于其他多种产品的生产。在全世界范畴内大概有1/4 的Cl2 用于生产氯乙烯（生产PVC 的单体）。1/4 至1/2 的Cl2 用于水的纯化。尽管由于有关消耗臭氧层物质的蒙特利议定书多种溶剂正在被逐渐裁减，但是仍有高达20%的氯气用于溶剂的生产（如甲基氯仿、三氯乙烯等）。全世界范畴内，大概10%的Cl2 用于无机含氯的化合物的生产。尽管Cl2 用于漂白木材浆是来自环境压力的另一种途径，但是在某些国家Cl2 的十分重要的用途是用于木材浆

51、的漂白。Unit 7 Ammonia, Nitric Acid and Urea氯、硝酸和尿素虽然N2 占我们呼吸的空气3/4 以上，但是氯气不容易用于进一步化学应用。对化学工业来说，N2 的生成有用化学品的生物转化反映难以实现，由于所有的工业技术人员的努力（或尝试）还没有找到该过程的简朴其她措施。在常压和室温条件下，豆类植物能从空气中吸入N2 将之转化为NH3 以及含NH4-的产物。尽管（化学工艺师）花了一百年的精力，要实现上述转化，化学工业仍然需要高温和上百个大气压的压力。直到Harber 过程的发明，所有的含N 化学品都来自于有生物活性的矿物资源。基本上，所生产的化学品中所有的N（元素）

52、都来自于Harber 法得来的NH3。NH3 的生产之大，（尽管由于氨分子较轻，生产的其他产品的量更大，但其生产的NH3 的分子数要多于其她任何化合物），以及该过程的能源是如此的密集，以致于据估计，在二十世纪八十年代NH3 的生产就消耗全世界能源供应的3%。1、Harber 法合成NH3引言所有的生产NH3 的措施基本都是以Harber 法为基本，稍稍加以变化，该过程是由Harber、Nerst、Bosh 在德国于一战前开发出来的。N2 +3H22 NH3原则上，H2 和N2 间的反映很容易进行，该反映是放热反映，低温时平衡向右移动。所不幸的是，自然界赋予的N2 一种很强的叁键，这使得N2 分

53、子不易受热力学因素的影响。用科学术语来说，该分子是动力学惰性的。因此，要使该反映以一定的速度进行，需要相称苛刻的反映条件。事实上，“固定”（意思互相矛盾，“有用的反映活性”）氦的一种重要来源是闪电过程，闪电时生产大量的热量，把N2 和O2转化为N2O.在化工厂中要得到可观的NH3 的转化率，我们有必要使用催化剂。Harber 发现的催化剂（这使她获得诺贝尔奖）是某些价廉的含铁的化合物。虽然有该催化剂，这反映也需要很高压力（初期高达600 个大气压）和高温（大概4000C）由于四个气体分子转化为两个气体分子，因此增长压力使平衡向右（正方向）移动。然而，尽管高温使反映速度加快，但是高温使平衡向右移

54、动，因此，所选的条件必须要折中的能以合理的速率得到令人满意的转化率。条件的精确选择将取决于其她的经济因素和催化剂的具体状况。由于资本和能耗费用越发重要，现代的工厂已经趋向于比初期工厂在更低的压力和更高的温度（循环使用未转化的物料）下进行操作。氮的生物固定也使用了一种催化剂，该催化剂镶在较大的蛋白质分子中具有钼和铁，其具体构造直到1992 年才被化学家弄清晰，该催化剂的具体作用机理尚未清晰。原料。该过程需要如下几种原料（进料）的能源、N2 和H2。N2 很容易从空气中提取，但是H2 的来源很成问题。此前，H2 来源于通过煤的焦化反映，煤用作蒸汽重整的原料（重要是C 的来源），在蒸汽重整过程中，水

55、蒸气与C 反映生成H2、CO 和CO2。如今，以天然气（重要是甲烷）替代，尽管也使用来自石油的烃类物质。一般，制NH3 的工厂涉及与NH3 生产相连接的H2 生产车间。在重整反映之前，含硫化合物必须从烃原料中除去，由于它们既能污染重整催化剂又能污染Harber催化剂。第一除硫环节需要钴-铜催化剂。该催化剂能将所有的含硫化合物氢化生成H2S，H2S 能与ZnO反映（ZnS 和H2O）加以除去。重要的重整反映中，下列甲烷反映最为典型（甲烷的反映发生于约7500C.含镍催化剂上）CH4 + H2O CO + 3H2 （合成气）CH2 + 2H2O CO2 + 4H2其她烃经历类似反映。在次级重整器中

56、，空气注入温度11000C 的气流，除了发生其她反映外，空气中的O2 与H2 反映生成H2O，成果剩余不会污染的O2 的混合物，该混合物中O2 与H2 的比接近抱负比3：1.然而，下一步反映必须通过下列转化反映将更多的CO 转变为H2 和CO2 。CO+ H2O CO2 + H2为使其尽量完全的转化，此反映应当在较低温度下以两步进行（一步是在4000C 用铁为催化剂，另一步是在C 下用催化剂）。下一步中，CO2 必须从气体混合物中除去。除去CO2 可以用该酸性气体与碱性溶液（如KOH 和（或）单乙醇胺或二乙醇胺反映得以实现。这一步中，任然存在CO（污染Harbor 催化剂）对H2-N2 混合物

57、导致很大污染，需要用另一步去将CO 得量减少至PPM 级，这一步称为甲烷化反映，波及到CO 和H2 反映生成甲烷（即某些重整反映的逆反映），该反映大概在325操作，用一种Ni 催化剂。合成气混合物准备用于Harbor 反映NH3 的生产多种不同氨厂的共同特性是合成通过加热，压缩，递往含成催化剂的反映器中，该基本反映方程式很简朴： N2 + 3H22NH3该工业要实现的事：反映速度和反映产率的结合要令人满意， 不同的时期和不同的经济环境下谋求不同的折中方案，初期的制氨厂热衷于高压反映（其目的是在单程反映器中提高产率）但是当今大多数氨厂采用在较低的压力，很低的单程转化率，同步为节能而选择较低温度。

58、为了保证反映器中的转化率最大，一般在当反映达到平衡时，冷却合成气，使用热互换器或者在反映器的合适位置注入冷却氨，可实现合成气的冷却，这样做的作用是：在反映在尽量接近平衡使其冷冻停止，由于此反映时放热反映（同步在较高温度下的平衡对氨的合成时不利的）所觉得了得到好的收率，可以用这种措施，对热量进行较好的控制。哈伯法的产物由氨和合成气混合物（构成）因此，下一步需要将两者进行分离以能循环运用合成气，这可以压缩氨气得以实现（氨气的挥发度较其她构成小得多，大概在 40沸腾）氨的用途氨的重要用途不是用于进一步应用的含氨化合物的生产，而是用于生产肥料（如尿素，硝酸铵和磷酸铵）。肥料消耗了所生产氨的80%。例如

59、：在1991 年美国消费的由氨得来的产物如下：其中大部分用作肥料（数量以百万吨计）尿素（4.2 百万吨）硫酸铵（二百二十万吨），硝酸铵（二百六十万吨），磷酸氢二铵（一千三百五十万吨）。氨的化学应用各式各样，尽管在制备纯碱的索维尔工艺中氨气得到回收而没浮现于最后产品中，但是该过程需要使用氨气，诸多过程直接吸取氨气，这些过程涉及氰化物和芳香族含氮化合物（如吡啶）的生产。许多聚合物（如尼龙和丙烯酸类聚合物）中的氮可以追溯到氨，一般通过睛或氰（HCN）大多数的其她过称（工艺）以氨制的硝酸或硝酸盐作氮源，硝酸铵，用作含氮的肥料，它的另一种重要用途用作大众化炸药。2 硝酸硝酸的生产化学工业制造其她原料时，

60、所用的大部分氮元素不是以氨的形式直接运用，而是先将氨转化为硝酸，硝酸的生产大概消耗所生产的氨的20%氨生成硝酸的转化反映是一种三步过程： 1 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O2 2NO +O2 2NO23 3NO2+H2O 2HNO3+NO第一种反映用铂（事实上是铂铑金属网）催化，该催化反映可以再实验室上用一根铂丝和浓氨水溶液观测到。初看起来，生成硝酸的总反映似乎很简朴，所不幸的事，实际过程比化学家和工程师所想的要糟的多，因此，存在许多复杂的因素。工业上，第一反映于含铂铑金属网的反映器中，在900 度左右进行，温度由该反映产生的热量得以维持，在该温度下，某些重要的副反映也进行得不久，