化學(xué)工程與工藝專業(yè)英語最全翻譯-最全版本-大學(xué)

PAGEPAGE3Unit20MaterialScienceandChemicalEngineering材料科學(xué)和化學(xué)工程幾年以前，誰會想到一架飛機可以繞地球航行而中途不需要著陸或添加燃料？而在1986年新型的飛機航海者就做到了這一點。航海者具備長途飛行能力的秘密就在于幾年前還沒有出現(xiàn)的先進的材料。其機身大部分是由強度大、質(zhì)量輕的聚合纖維用耐久的、高強度的粘合劑組裝而成的。而發(fā)動機潤滑油是合成的多組分液體，可維持很長時間連續(xù)運轉(zhuǎn)的潤滑性。這些特殊材料具有科學(xué)家和工程師們?yōu)闈M足現(xiàn)代社會的需求所發(fā)明的先進技術(shù)。如運輸、通訊、電子、能量轉(zhuǎn)換這些工業(yè)的未來多依賴新的、先進的材料以及生產(chǎn)中所需要的加工技術(shù)。近年來，在我們了解了如何把一些特殊的具有高性能的物質(zhì)融入原材料并且怎樣最好地在復(fù)雜設(shè)計中使用這些材料后，這方面已有了很大的發(fā)展。材料科學(xué)和工程的革命為化學(xué)工程師帶來了機會，也帶來了挑戰(zhàn)?；瘜W(xué)工程師憑借他們在化學(xué)、物理和數(shù)學(xué)方面的知識基礎(chǔ)以及他們對傳輸現(xiàn)象、動力學(xué)、反應(yīng)工程和過程設(shè)計的了解，能夠創(chuàng)造性地解決現(xiàn)代材料技術(shù)中的問題。但是他們一定要擯棄掉傳統(tǒng)職業(yè)理念中“考慮大的”這個習(xí)慣，要有效地投入現(xiàn)代材料科學(xué)和工程中必須要學(xué)會“從小處思考”。在制造現(xiàn)代先進材料時的關(guān)鍵現(xiàn)象是發(fā)生在分子級和微觀的水平。如果化學(xué)工程師要為這些新材料設(shè)計新產(chǎn)品和工藝就必須了解并且學(xué)會控制這些現(xiàn)象。在下面選擇介紹的幾種材料領(lǐng)域里我們將敘述這種困難的挑戰(zhàn)。1．聚合物現(xiàn)代聚合物科學(xué)的時代屬于化學(xué)工程師。這些年來，聚合物化學(xué)家創(chuàng)造了大量的高分子和聚合物。然而了解這些高分子是怎樣被合成并加工以最大限度地具備理論性質(zhì)仍然是研究的前沿領(lǐng)域。一直到最近才開發(fā)了現(xiàn)代儀器幫助我們了解高分子之間、高分子與固體粒子、有機和無機纖維與其它界面之間的相互作用?；瘜W(xué)工程師正使用這些工具探索高分子的微型動力學(xué)現(xiàn)象，他們利用從這些技術(shù)中獲得的知識，正在處理高分子間的反應(yīng)以開發(fā)先進的工藝并制造新的材料。通過化學(xué)加工控制材料微型結(jié)構(gòu)的能力可用現(xiàn)代高強度聚合纖維進行描述。一些聚合纖維的強度-質(zhì)量比比鋼鐵高一個數(shù)量級。它的自由取向是由所選擇的加工條件以及芳香族聚酰胺的高度剛性的線性分子結(jié)構(gòu)所決定的。在紡絲時，液相中的定向部分是圍繞纖維軸方向排列而使得纖維具有高強度和高硬度，各向異性的紡絲纖維的概念則在新聚合物如聚苯并噻唑、聚乙烯的溶解和熔融方面都有了延伸。超高強度的聚乙烯纖維是通過凍膠紡絲的方法制備的。同樣的，控制聚合物的分子取向以生產(chǎn)高強度產(chǎn)品也可以通過其它的工藝途徑，如在極其精確的條件下進行纖維拉伸而完成。除了這些可以得到具有特別高性能的材料的加工過程，化學(xué)工程師們還設(shè)計一些新的工藝過程以生產(chǎn)低成本的聚合物。2．聚合復(fù)合材料復(fù)合材料包括在一個聚合物母體上嵌入或粘合上高強度或高模數(shù)纖維。這些纖維可能是短的、長的或連續(xù)的。它們可能是隨意取向的而使復(fù)合材料在所有方向上都具有較大的強度或硬度，也可能沿某個特殊方向取向而使復(fù)合材料的高性能優(yōu)先沿著某個軸線表現(xiàn)出來。后者是根據(jù)一向微結(jié)構(gòu)加固的原理，通過不連貫的、拉伸支撐電纜線或電纜條達到目的。要得到在多個方向上具有優(yōu)良性能的材料，可以通過改變角度粘結(jié)各向異性的復(fù)合片得到合成板。另一方面，兩向強化的材料可以通過把高性能的纖維編織成一個平面，面上有足夠的粘結(jié)力而使加固結(jié)構(gòu)表現(xiàn)得就像聯(lián)結(jié)起來的網(wǎng)或桁架。你可以想象，化學(xué)工程師和紡織工程師之間的學(xué)術(shù)合作將有利于選擇經(jīng)線、緯線和高強度纖維的編織方法，以得到高選擇性能分布的桁架型的復(fù)合材料。第一代聚合合成材料（如玻璃纖維）使用熱固性環(huán)氧樹脂聚合物。它是用任意取向的短玻璃纖維進行強化的。環(huán)氧樹脂填充在一個模型中被塑化成永久的形狀而得到輕質(zhì)的、強度適當?shù)哪Ｖ扑苣z。現(xiàn)代復(fù)合材料是用手工把編織好的玻璃纖維放到模具或預(yù)型件中，然后用樹脂灌注，固化成型后制得的。這些復(fù)合材料最先是使用在某些型號的軍用飛機上。因為比較輕的機身使飛行巡航范圍增大。今天，飛機和航空飛船的大部分部件都是這樣制造的，而且汽車也正在加入到這個行列?，F(xiàn)代復(fù)合材料正被應(yīng)用于小汽車和載重卡車的車身面板、車棚、后行李箱蓋、管道、驅(qū)動軸和燃料罐。在這些應(yīng)用中，復(fù)合材料表現(xiàn)出比金屬更好的強度-質(zhì)量比和更優(yōu)良的抗腐蝕性。例如，一種聚合復(fù)合材料制成的汽車車棚比用鋁質(zhì)的輕一點，比鋼鐵的輕兩倍，但這種方法所需能量比鋼鐵的低一點，比鋁的低20%。模塑和刀具加工的成本也比較低，使模型的改變可以更快而適應(yīng)新設(shè)計的要求。這些復(fù)合材料表現(xiàn)出來的機械強度主要是由強化玻璃纖維決定的，盡管結(jié)構(gòu)缺陷會使強度減弱。工程學(xué)研究正提供重要的信息說明材料結(jié)構(gòu)是如何受到玻璃樹脂的界面性質(zhì)、構(gòu)造空隙和類似缺陷的影響以及這些微缺陷是如何擴散產(chǎn)生構(gòu)造裂縫的。這些復(fù)合材料以及從對它們的研究中獲得的信息使人類進入到生產(chǎn)第二代聚合復(fù)合材料的階段，即以高強度纖維如芳香族聚酰胺為基礎(chǔ)的復(fù)合材料。3．現(xiàn)代陶瓷對大多數(shù)人來說，“陶瓷”這個詞會讓人聯(lián)想到瓷器、陶器、磚、瓦這些東西?，F(xiàn)代陶瓷以它們的組成、加工過程和微細結(jié)構(gòu)區(qū)別于這些傳統(tǒng)的陶瓷。例如：·傳統(tǒng)的陶瓷是用天然的原料如粘土或硅石制成的?，F(xiàn)代陶瓷則要求非常純的人造原料如碳化硅、氮化硅、氧化鋯或氧化鋁，可能還要滲入一些復(fù)雜的添加劑來產(chǎn)生特殊的微結(jié)構(gòu)。·傳統(tǒng)陶瓷是先在陶工輪上或粉漿澆注成型，然后在窯里燒結(jié)定型?，F(xiàn)代陶瓷是用更為復(fù)雜的工藝過程如高溫靜壓成型法來定型的?！鹘y(tǒng)陶瓷的微結(jié)構(gòu)容易形成在光學(xué)顯微鏡下就可以看見的裂痕。而現(xiàn)代陶瓷的微結(jié)構(gòu)則要均勻得多，一般要在5萬倍或更大倍數(shù)的電子顯微鏡下才能檢查出瑕疵來。現(xiàn)代陶瓷的應(yīng)用范圍更為廣泛。在很多情況下，現(xiàn)代陶瓷并未直接成為最終產(chǎn)品，而是組合在一些復(fù)雜的系統(tǒng)中成為優(yōu)良性能的關(guān)鍵部分?，F(xiàn)代陶瓷的商業(yè)應(yīng)用可以在切削工具、發(fā)動機噴嘴、渦輪和渦輪增壓器的元件、太空艙的瓦面、儲藏原子和化學(xué)廢物的圓柱體、氣體和石油鉆探閥、電動極板和防護罩以及腐蝕性液體中的電極等等方面看見。4．陶瓷合成材料像聚合復(fù)合材料一樣，陶瓷復(fù)合材料也包括在連續(xù)的基質(zhì)上嵌入高強度或高模數(shù)的纖維。纖維可以是碳化硅或氧化鋁以“晶須”的形式出現(xiàn)，然后生長為單個晶體。這與同樣的物質(zhì)直接嵌入在大塊陶瓷上相比較所產(chǎn)生裂紋較少。陶瓷復(fù)合體上的纖維可以阻礙裂紋的擴散。正在生長的裂紋會向纖維處偏移或使纖維脫離基質(zhì)。這兩個過程都要吸收能量，從而減慢了裂紋的擴散。陶瓷復(fù)合材料的強度、硬度和韌性主要取決于強化纖維，但是基質(zhì)也會對這些性質(zhì)產(chǎn)生影響。復(fù)合材料的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能受基質(zhì)傳導(dǎo)系數(shù)的影響很大。纖維和基質(zhì)之間的相互作用對復(fù)合材料機械性能的影響也很大，并可通過纖維表面纖維和基質(zhì)間的化學(xué)兼容性進行調(diào)整，這兩種物質(zhì)粘合在一起的前提就是基質(zhì)以流體形態(tài)存在時能潤濕纖維。兩種組分間形成了化學(xué)鍵。與現(xiàn)代陶瓷的產(chǎn)生一樣，化學(xué)反應(yīng)在陶瓷復(fù)合材料的加工制造中也充當了關(guān)鍵的角色。這些復(fù)合材料要求無瑕疵的陶瓷纖維、纖維和母體間有最適當?shù)淖饔昧?，這才能在使用中展現(xiàn)所預(yù)想的機械性能。在實際的制造過程中設(shè)計這樣的化學(xué)反應(yīng)要求化學(xué)工程師具備專業(yè)的知識。5．復(fù)合液體最后一類重要的復(fù)合材料是復(fù)合液體。復(fù)合液體是高結(jié)構(gòu)液體，以懸浮液、表面活性劑、液晶相或其它大分子與固體微?；蛞旱谓M成。許多復(fù)合液體對現(xiàn)代工業(yè)和社會都是必不可少的，因為它們表現(xiàn)出來的性質(zhì)對一些特殊用途是非常重要的。這些用途包括潤滑劑、水力牽引液體以及油田鉆井泥漿，油漆、涂料和粘合劑也可能是合成液體。確實，在任何情況下，如果好的液體狀態(tài)對某種傳遞和反應(yīng)是重要的，那么合成液體就是有價值的?；瘜W(xué)工程師長期涉足材料科學(xué)和工程學(xué)研究工作。隨著新材料的開發(fā)，其性質(zhì)越來越依賴微結(jié)構(gòu)和加工過程，研究程度也將深入?；瘜W(xué)工程師將探索微結(jié)構(gòu)的本質(zhì)—它是如何在材料中形成的，哪些因素可以用來控制它。他們將采用新的方式把傳統(tǒng)的分離開來的材料合成和材料加工融合起來。他們還將用新方法解決構(gòu)造的問題，修復(fù)復(fù)雜的材料系統(tǒng)。Unit21ChemicalIndustryandEnvironment化學(xué)工業(yè)與環(huán)境我們怎樣才能減少產(chǎn)生廢物的數(shù)量？我們怎樣才能使廢棄物質(zhì)和商品納入循環(huán)使用的程序？所有這些問題必須要在未來的幾年里通過仔細的研究得到解決，這樣我們才能保持文明與自然的平衡。1．大氣化學(xué)燃煤發(fā)電廠像一些自然過程一樣，也會釋放硫化合物到大氣層中，在那里氧化作用產(chǎn)生硫酸顆粒能反射入射進來的可見太陽輻射。在對流層，化石燃料燃燒所產(chǎn)生的氮氧化物在陽光的影響下與許多有機物分子結(jié)合產(chǎn)生都市煙霧。揮發(fā)的碳氫化合物異戊二烯，也就是眾所周知的合成橡膠的結(jié)構(gòu)單元，可以在森林中天然產(chǎn)生含氯氟烴。我們所熟悉的CFCs，在汽車空調(diào)和家用冰箱里是惰性的，但在中平流層內(nèi)在紫外線的照射下回發(fā)生分解從而對地球大氣臭氧層造成破壞，全球大氣層中臭氧的平均濃度只有3ppm，但它對所有生命體的生長發(fā)育都起了關(guān)鍵的保護作用，因為是它吸收了太陽光線中有害的短波紫外輻射。在過去的二十年中，公眾的注意力集中在人類對大氣層的改變：酸雨、平流層臭氧空洞、溫室現(xiàn)象，以及大氣的氧化能力增強，前幾代人已經(jīng)知道，人類的活動會對鄰近的環(huán)境造成影響，但意識到像酸雨這樣的效應(yīng)將由局部擴展到洲際范圍則是慢慢發(fā)現(xiàn)的。隨著臭氧空洞問題的出現(xiàn)，考慮到對全球的威脅，我們已真正進入到全球話改變的時代，但是基本的科學(xué)論據(jù)還沒有完全建立。2．生命周期分析產(chǎn)品生命循環(huán)周期的每一個階段都會對環(huán)境造成影響。從原材料的提取，到加工、制造和運輸?shù)倪^程，最后到被消耗和丟棄或回收，每一個階段都對工藝學(xué)和化學(xué)提出了挑戰(zhàn)。重新設(shè)計產(chǎn)品和過程以減少對環(huán)境的影響需要新的生產(chǎn)原理和在不同的水平層面上理解化學(xué)變化，對環(huán)境友善的產(chǎn)品要求有新的原料，它們應(yīng)是可再使用的，可循環(huán)的，或者可生物降解的。物質(zhì)的性質(zhì)是由其化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)決定的，要減少廢品和有污染的副產(chǎn)品，就要開發(fā)新的化學(xué)工藝線路，已開發(fā)的化學(xué)分離技術(shù)需要有效地提高以分離出剩余的污染物，這反過來又要求新的化學(xué)處理方法使它們變得無害。而諸如放射性元素和那些不容易轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)的重金屬污染物則需要把它們固定為惰性物質(zhì)以便能安全地儲放。還有最后一點，早期的污染殘留物，對環(huán)境污染程度尚未很意識到的一些物質(zhì)要求進一步用化學(xué)和生物的修復(fù)技術(shù)進行處理。了解化學(xué)反應(yīng)的機理可以幫助我們發(fā)現(xiàn)以前不知道的環(huán)境問題，CFCs對臭氧層造成的威脅能夠正確地預(yù)防要得益于大氣化學(xué)的基礎(chǔ)研究。由此導(dǎo)致了國際上一致同意逐步取消這些產(chǎn)品的生產(chǎn)。而代之以作用相同但對環(huán)境更為友善的其它產(chǎn)品。另一方面，南極上空臭氧空洞的出現(xiàn)使科學(xué)家們大為震驚，隨后才發(fā)現(xiàn)了以前所不了解的南極寒冷的平流層內(nèi)硝酸晶體表面所發(fā)生的氯原子的反應(yīng)。這對我們進一步了解自然界中所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)過程是非常重要的。不管這些反應(yīng)是發(fā)生在淡水中，海水中，土壤里，地下環(huán)境或是大氣中。3．對環(huán)境影響最小的生產(chǎn)把廢物排放到空氣、水或土壤中不僅對環(huán)境造成了直接的影響，還是對自然資源的一個潛在的浪費。早期減少化學(xué)過程對環(huán)境影響的工作主要集中在工廠廢氣排放如環(huán)境之前有害物質(zhì)的分離，但這種思路只考慮了問題的一半。因為一個理想的化學(xué)過程，也就是沒有有害的副產(chǎn)品產(chǎn)生的過程應(yīng)在一開始就建立好，任何排放物至少應(yīng)像進入到工廠內(nèi)的空氣和水一樣干凈。這樣的過程才可以稱是“與環(huán)境友善的”。對健康有害影響的關(guān)注逐漸升級，人們首先考慮到如何消除或減少工業(yè)過程中所用有害化學(xué)物質(zhì)的數(shù)量。最好的方法是尋找替代的化學(xué)產(chǎn)品，它們能起到一樣的作用但毒害性較小。如果不能尋找到一種有毒化學(xué)物質(zhì)的替代品，那么比較好的戰(zhàn)略思想是開發(fā)一種就地生產(chǎn)的工藝，而且只生產(chǎn)當時所需要的那么多的數(shù)量。革新的化學(xué)方法已開始設(shè)計對環(huán)境合理的工藝過程，以便更為有效的使用能量和原材料。例如，催化劑方面的近期進展使化學(xué)反應(yīng)可以在較低的溫度和壓力下進行。反過來，這種改變又減少了這些過程的能量需求，簡化了制造加工設(shè)備對構(gòu)成材料的選擇，新的催化劑還用于避免生產(chǎn)不希望的副產(chǎn)品。4.發(fā)電廠排放物的控制通過燃煤、燃油和燃燒天然氣產(chǎn)生能量的設(shè)備都會排放出一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化物以及許多其它不受歡迎的副產(chǎn)物如灰塵和痕量的汞?，F(xiàn)在可以采用一系列不斷發(fā)展的技術(shù)來減少不希望有的物質(zhì)的排放以適應(yīng)國家和地區(qū)標準的要求?；瘜W(xué)家和化學(xué)工程師對工業(yè)水平的進步做出了巨大的貢獻。而催化科學(xué)為開辟這些前沿領(lǐng)域正在扮演重要的角色。同時控制多種污染物是近年來開發(fā)先進的催化劑或吸附劑技術(shù)的目的。例如，催化方法可以使汽車尾氣中CO氧化的同時，還原氮的氧化物。另一些研究工作則定位于在中試階段通過一種吸附劑的作用同時去除煙道氣中的硫和氮氧化物，而不會產(chǎn)生大量的廢物。對環(huán)境友善的產(chǎn)品對產(chǎn)品在環(huán)境中的變化越來越了解使得科學(xué)家們開始設(shè)計“綠色”產(chǎn)品。一個重要的例子來自1940-1950s的洗滌劑工業(yè)。當時以支鏈烷基苯磺酸鹽為表面活性劑的新產(chǎn)品被引入。這些洗滌劑洗滌效率更高。但其后發(fā)現(xiàn)這些物質(zhì)殘留在廢水中在河面上形成泡沫。問題追溯到這些支鏈的烷基苯磺酸鹽：它不像以前人們所使用的肥皂。它不能被傳統(tǒng)污水處理廠的細菌所有效地生物降解。經(jīng)過深入的研究工作了解了生物化學(xué)過程使化學(xué)家們設(shè)計和合成了另一類新型的表面活性劑，為直鏈烷基苯磺酸鹽。這些新的化合物與傳統(tǒng)肥皂中的脂肪酸有相似的分子結(jié)構(gòu)，因而微生物可以降解這些組分，而它與支鏈烷基苯磺酸鹽的相似性又使其具有卓越的洗滌性能。新的生物化學(xué)也正在幫助農(nóng)民減少使用殺蟲劑.例如,棉作物可以通過改變基因而具備對棉螟蛉的抵抗力.天然存在的細菌中一個基因當被轉(zhuǎn)移到棉作物中時,能夠祖師作物產(chǎn)生一種原來有細菌產(chǎn)生的蛋白質(zhì).當螟蛉蟲開始吃作物時,這種蛋白質(zhì)通過切斷螟蛉的消化過程從而殺死害蟲.6.處理越來越多的環(huán)境問題與廢物的排放有關(guān),而一些原材料又存在供給有限的問題.這二者的聯(lián)系引起了人們對處理這一課題越來越大的興趣.金屬和大多數(shù)紙張的處理從技術(shù)上來說是簡單的,這些物質(zhì)在世界很多地方都已普遍進行了處理.塑料的處理則面臨著較大的技術(shù)方面的挑戰(zhàn).即使把它們與其它類型的廢品分離開來以后，不同種類的塑料還需要再彼此分離。即使如此，不同類型的塑料具有不同的化學(xué)性質(zhì)，因而也需要開發(fā)不同的處理工藝.一些塑料可以通過簡單地熔化注塑或用合適的溶劑進行分解再重新塑造成新塑料的方法進行處理。比如，把大的聚合物分子裂解成較小的亞單元,再以此作為新聚合物的結(jié)構(gòu)單元。確實，用這種方法處理軟塑料瓶的計劃正在進行中?；瘜W(xué)家和化學(xué)工程師們所做的大量的研究工作需要被成功地開發(fā)為所需要的處理技術(shù)。有時，也需要開發(fā)一些全新的聚合材料.它們具有更容易進行處理的分子結(jié)構(gòu).7.通過分離和轉(zhuǎn)換減少廢物量把一些需要進行特殊處理的成分從那些可用常規(guī)方法處理或處置的廢物中分離出來需要新的工藝過程。而開發(fā)這些過程則需要深入研究以從根本上了解所涉及的化學(xué)現(xiàn)象.含金屬離子的酸性廢水.一些工業(yè)過程產(chǎn)生了大量的酸性廢水.這些廢水可以分離成干凈的水、可再利用的酸、以及可從中提取出可回收金屬的淤渣嗎？這樣的處理過程既可以保護環(huán)境，所需費用又與處置廢水所需成本及罰款相差無幾。工業(yè)廢水處理。工業(yè)廢水中的