化工专业英语

Lesson4ChemicalReactionEngineering化学反应工程A1Everyindustrialchemicalprocessisdesignedtoproduceeconomicallyadesiredproductfromavarietyofstartingmaterialsthroughasuccessionoftreatmentsteps.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。2Fig.4-1showsatypicalsituation.图4-1展示了一个典型的情况。3Therawmaterialsundergoanumberofphysicaltreatmentstepstoputthemintheforminwhichtheycanbereactedchemically.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。4Theythenpassthroughthereactor.然后让他们通过反应器。5Theproductsofthereactionmustthenundergofurtherphysicaltreatment--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。B1Designofequipmentforthephysicaltreatmentstepsisstudiedintheunitoperations.物理处理步骤设备的设计在单元操作中研究。2Hereweareconcernedwiththechemicaltreatmentstepofaprocess.在这里我们关心的是一个过程的化学处理步骤。3Economicallythismaybeininconsequentialunit,sayasimplemixingtank.从经济的角度说，这可能是个不重要的单元，比如说一个简单的搅拌槽。4Moreoftenthannot,however,thechemicaltreatmentstepistheheartoftheprocess,thethingthatmakesorbreakstheprocesseconomical.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。C1Designofthereactorisnoroutinematter,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。2Insearchingfortheoptimumitisnotjustthecostofreactorthatmustbeminimized.寻找最佳的条件，不仅是反应器成本的最小化。3Onedesignmayhavelowreactorcost,butthematerialsleavingtheunitmaybesuchthattheirtreatmentrequiresmuchhighercostthanalternativedesigns.一个设计可能反应器的成本较低，但材料离开装置可能比其他的设计需要更高的处理费。4Hence,theeconomicsoftheover-allprocessmustbeconsidered.因此，必须要考虑整个过程的经济。D1Reactordesignusesinformation,knowledge,andexperiencefromavarietyofareasthermodynamics,chemicalkinetics,fluidmechanics,heattransfer,masstransfer,andeconomic.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。2Chemicalreactionengineeringis,thesynthesisofallthesefactorswiththeaimofproperlydesigningachemicalreactor.化学反应工程，是这些因素的综合学科，旨在设计出正确的化学反应器。E1Thedesignofchemicalreactorsisprobablytheoneactivitywhichisuniquetochemicalengineering,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。F1Inchemicalreactordesigntherearetwoquestionswhichmustbeanswered:Whatchangecanweexpecttooccur？(ii)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）他们发生的有多快？2Thefirstquestionconcernsthermodynamics,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。3Puttingthesealltogetherandtryingtodeterminehowtheseprocessesareinterrelatedcanbeanextremelydifficultproblem;hencewestartwiththesimplestofsituationsandbuildupouranalysisbyconsideringadditionalfactorsuntilwearcabletohandlethemoredifficultproblems.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。GThermodynamics热力学1Thermodynamicsgivestwoimportantpiecesofinformationneededindesign,theheatliberatedorabsorbedduringreactionandthemaximumpossibleextentofreaction.热力学给出设计中需要的两条重要的信息，在反应中会放出和吸收热量，而且最大值可能表示反应的程度。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,正反应，吸热；逆反应，放热。H1TheheatofreactionattemperatureTistheheattransferredfromsurroundingstothereactingsystemwhenamolesofAdisappeartoformrmolesofRandsmolesofS,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。2Withheatsofreactionknownorestimablefromthermochemicaldata,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。I1ThermodynamicsalsoallowscalculationoftheequilibriumconstantKfromthestandardfreeenergiesofthereactingmaterials.热力学也可以从反应物的标准自由能来计算平衡常数。2Withtheequilibriumconstantknown,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。JChemicalKinetics化学动力学1Underappropriateconditionsfeedmaterialsmaybetransformedintonewanddifferentmaterialswhichconstitutedifferentchemicalspecies.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。2Ifthisoccursonlybyrearrangementorredistributionoftheconstituentatomstoformnewmolecules,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。3Chemistryisconcernedwiththestudyofsuchreactions.化学关注的是这种反应的研究。4Itstudiesthemodeandmechanismofreactions,thephysicalandenergychangesinvolvedandtherateofformationofproduces.用于高温反应，管可能布置在炉子里。UPackedbedreactors填充床反应器1Therearetwobasictypesofpacked-bedreactor:thoseinwhichthesolidisareactant,andthoseinwhichthesolidisacatalyst.填充床反应器有两种基本类型：一种是固体是反应物，一种是固体是催化剂。2Manyexamplesofthefirsttypecanbefoundintheextractivemetallurgicalindustries.可以在湿法冶金工业中发现第一种类型的很多例子。V1Inthechemicalprocessindustriesthedesignerwillnormallybeconcernedwiththesecondtype:catalyticreactors.在化学过程工业中，设计师通常会关注第二类：催化反应器。2Industrialpacked-bedcatalyticreactorsrangeinsizefromsmalltubes,afewcentimetersdiameterlolargediameterpackedbeds.工业上的填充床催化反应器的大小由直径是几厘米的小试剂瓶到大直径的填充床。3Packed-bedreactorsareusedforgasandgas-liquidreactions.填充床反应器适用于气体反应和气—液反应。4Heat-transferratesinlargediameterpackedbedsarepoorandwherehighheat-transferratesarerequiredfluidizedbedsshouldbeconsidered.在大直径填充床中，传热率是很低的，如果需要高的传热率，应该考虑流化床。WFluidizedbedreactors流化床反应器1Theessentialfeaturesofafluidizedbedreactorarethatthesolidsareheldinsuspensionbytheupwardflowofthereactingfluid;thispromoteshighmassandheat-transferratesandgoodmixing.流化床反应器的基本特征是，利用反应流体向上的流动来保持固体的悬浮；这促进了高的传质、传热率和良好的混合。2Thesolidsmaybeacatalyst;areactantinfluidizedcombustionprocesses;oraninertpowder,addedtopromoteheattransfer.固体可能是一个催化剂；可能是流化床燃烧过程中的反应物；或着是促进传热的惰性粉末。3Thoughtheprincipaladvantageofafluidizedbedoverafixedbedisthehigherheat-transferrate,fluidizedbedsarealsousefulwhereitisnecessarytotransportlargequantitiesofsolidsaspartofthereactionprocesses,suchaswherecatalystsaretransferredtoanothervesselforregeneration.虽然，流化床超过固定床的主要优势是更高的传热率，对于反应过程中必须传输大量的固体，流化床也是有用的，如催化剂被转移到另一个容器中再次使用。X1Fluidizationcanonlybeusedwithrelativelysmallsizedparticles,<300nmwithgases.流化作用只适用于尺寸相对较小的颗粒，小于300nm的气体。2Agreatdealofresearchanddevelopmentworkhasbeendoneonfluidizedbedreactorsinrecentyears,butthedesignandscaleupoflargediameterreactorsisstillanuncertainprocessanddesignmethodsarelargelyempirical.近年来，对于流化床反应器，大量的研究和开发工作已经完成，但是，大规模反应器的设计和规模仍是一个不确定的过程，设计方法主要凭经验。YBatchorcontinuousprocessing间歇和连续加工1Inabatchprocessallthereagentsareaddedatthecommencement;thereactionproceedsthecompositionschangingwithtime,andthereactionisstoppedandtheproductwithdrawnwhentherequiredconversionhasbeenreached.在间歇过程中，一开始加入所有的试剂；反应成分随时间变化，当达到需要的转化时，反应停止，取出产物。2Batchprocessesaresuitableforsmall-scaleproductionandforprocesseswherearangeofdifferentproducts,orgradesistobeproducedinthesameequipment;forinstance,pigments,dyestuffsandpolymers.间歇过程适合小规模生产和加工一系列不同的产品，或是在相同的设备中生产不同等级的产品；例如，颜料，染料和聚合物。Z1Incontinuousprocessesthereactantsarefed