化工專業(yè)英語

Lesson4ChemicalReactionEngineering化學反應工程A1Everyindustrialchemicalprocessisdesignedtoproduceeconomicallyadesiredproductfromavarietyofstartingmaterialsthroughasuccessionoftreatmentsteps.每一個工業(yè)化學過程的目的是從不同的原材料，經(jīng)過一系列的處理步驟生產(chǎn)經(jīng)濟所需的產(chǎn)品。2Fig.4-1showsatypicalsituation.圖4-1展示了一個典型的情況。3Therawmaterialsundergoanumberofphysicaltreatmentstepstoputthemintheforminwhichtheycanbereactedchemically.原料進行了一些物理處理的步驟，使它們能夠發(fā)生化學反應。4Theythenpassthroughthereactor.然后讓他們通過反應器。5Theproductsofthereactionmustthenundergofurtherphysicaltreatment--separations,purifications,etc.-forthefinaldesiredproducttobeobtained.產(chǎn)物要經(jīng)歷進一步的物理處理——分離，凈化提純等等，以獲得期望的最終產(chǎn)品。B1Designofequipmentforthephysicaltreatmentstepsisstudiedintheunitoperations.物理處理步驟設備的設計在單元操作中研究。2Hereweareconcernedwiththechemicaltreatmentstepofaprocess.在這里我們關心的是一個過程的化學處理步驟。3Economicallythismaybeininconsequentialunit,sayasimplemixingtank.從經(jīng)濟的角度說，這可能是個不重要的單元，比如說一個簡單的攪拌槽。4Moreoftenthannot,however,thechemicaltreatmentstepistheheartoftheprocess,thethingthatmakesorbreakstheprocesseconomical.然而通常，化學處理步驟是一個過程的核心，它決定這個過程經(jīng)濟的成敗。C1Designofthereactorisnoroutinematter,andmanyalternativescanbeproposedforaprocess.反應器的設計不是普通的事，對于一個過程有許多可供選擇的建議。2Insearchingfortheoptimumitisnotjustthecostofreactorthatmustbeminimized.尋找最佳的條件，不僅是反應器成本的最小化。3Onedesignmayhavelowreactorcost,butthematerialsleavingtheunitmaybesuchthattheirtreatmentrequiresmuchhighercostthanalternativedesigns.一個設計可能反應器的成本較低，但材料離開裝置可能比其他的設計需要更高的處理費。4Hence,theeconomicsoftheover-allprocessmustbeconsidered.因此，必須要考慮整個過程的經(jīng)濟。D1Reactordesignusesinformation,knowledge,andexperiencefromavarietyofareasthermodynamics,chemicalkinetics,fluidmechanics,heattransfer,masstransfer,andeconomic.反應器的設計使用了各個領域的信息，知識和經(jīng)驗，比如熱力學，化學動力學，流體力學，傳熱，傳質(zhì)，和經(jīng)濟學。2Chemicalreactionengineeringis,thesynthesisofallthesefactorswiththeaimofproperlydesigningachemicalreactor.化學反應工程，是這些因素的綜合學科，旨在設計出正確的化學反應器。E1Thedesignofchemicalreactorsisprobablytheoneactivitywhichisuniquetochemicalengineering,anditisprobablythisfunctionmorethananythingelsewhichjustifiestheexistenceofchemicalengineeringasadistinctbranchofengineering.化學反應器的設計對于化學工程而言可能是一個獨特的活動，它的這個功能可能比任何東西都更能證明化學工程作為一個獨特的分支工程的存在。F1Inchemicalreactordesigntherearetwoquestionswhichmustbeanswered:Whatchangecanweexpecttooccur？(ii)Howfastwilltheytakeplace？化學反應器的設計有兩個必須回答的問題：（1）我們預期發(fā)生什么變化？（2）他們發(fā)生的有多快？2Thefirstquestionconcernsthermodynamics,thesecondthevariousrateprocesses--chemicalkinetics,heattransfer,etc.第一個問題涉及熱力學，第二個問題涉及各種速率過程——化學動力學，傳熱等。3Puttingthesealltogetherandtryingtodeterminehowtheseprocessesareinterrelatedcanbeanextremelydifficultproblem;hencewestartwiththesimplestofsituationsandbuildupouranalysisbyconsideringadditionalfactorsuntilwearcabletohandlethemoredifficultproblems.把這些放在一起，試圖確定這些過程是怎樣相關聯(lián)的，是一個非常困難的問題；因此，我們從最簡單的情況著手，考慮附加因素，建立我們的分析，直到我們能處理更難的問題。GThermodynamics熱力學1Thermodynamicsgivestwoimportantpiecesofinformationneededindesign,theheatliberatedorabsorbedduringreactionandthemaximumpossibleextentofreaction.熱力學給出設計中需要的兩條重要的信息，在反應中會放出和吸收熱量，而且最大值可能表示反應的程度。2Chemicalreactionsareinvariablyaccompaniedbytheliberationorabsorptionofheat,themagnitudeofwhichmustbeknownforproperdesign.ConsiderthereactionaA→rR+sS,ΔHrpositive,endothermic;negative,exothermic化學反應總是伴隨著熱量的釋放或吸收，為了合理的設計，必須知道它的大小，考慮下面的反應：aA→rR+sS,ΔHr,正反應，吸熱；逆反應，放熱。H1TheheatofreactionattemperatureTistheheattransferredfromsurroundingstothereactingsystemwhenamolesofAdisappeartoformrmolesofRandsmolesofS,withthesystemmeasuredatthesametemperatureandpressurebeforeandafterreaction.溫度為T時，amol的A消失生成了rmol的R和smol的S，反應的熱量是環(huán)境傳遞給反應體系的，這是在反應前后相同的溫度和壓力下對體系測量的結果。2Withheatsofreactionknownorestimablefromthermochemicaldata,themagnitudeoftheheateffectsduringreactioncanbecalculated.從熱化學數(shù)據(jù)中可以得到或估算反應的熱量，反應中產(chǎn)生的熱量大小可以計算。I1ThermodynamicsalsoallowscalculationoftheequilibriumconstantKfromthestandardfreeenergiesofthereactingmaterials.熱力學也可以從反應物的標準自由能來計算平衡常數(shù)。2Withtheequilibriumconstantknown,theexpectedmaximumattainableyieldoftheproductsofreactioncanbeestimated.由于平衡常數(shù)已知，可以估算出反應中可以得到的預期產(chǎn)品的最大產(chǎn)量。JChemicalKinetics化學動力學1Underappropriateconditionsfeedmaterialsmaybetransformedintonewanddifferentmaterialswhichconstitutedifferentchemicalspecies.適當?shù)臈l件下，供給的材料可能轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌牟煌牟牧?，形成不同的化學物質(zhì)。2Ifthisoccursonlybyrearrangementorredistributionoftheconstituentatomstoformnewmolecules,wesaythatachemicalreactionhasoccurred.如果發(fā)生這種情況只是由于構成原子的重排或再分配，形成新的分子，我們就說一個化學反應已經(jīng)發(fā)生了。3Chemistryisconcernedwiththestudyofsuchreactions.化學關注的是這種反應的研究。4Itstudiesthemodeandmechanismofreactions,thephysicalandenergychangesinvolvedandtherateofformationofproduces.用于高溫反應，管可能布置在爐子里。UPackedbedreactors填充床反應器1Therearetwobasictypesofpacked-bedreactor:thoseinwhichthesolidisareactant,andthoseinwhichthesolidisacatalyst.填充床反應器有兩種基本類型：一種是固體是反應物，一種是固體是催化劑。2Manyexamplesofthefirsttypecanbefoundintheextractivemetallurgicalindustries.可以在濕法冶金工業(yè)中發(fā)現(xiàn)第一種類型的很多例子。V1Inthechemicalprocessindustriesthedesignerwillnormallybeconcernedwiththesecondtype:catalyticreactors.在化學過程工業(yè)中，設計師通常會關注第二類：催化反應器。2Industrialpacked-bedcatalyticreactorsrangeinsizefromsmalltubes,afewcentimetersdiameterlolargediameterpackedbeds.工業(yè)上的填充床催化反應器的大小由直徑是幾厘米的小試劑瓶到大直徑的填充床。3Packed-bedreactorsareusedforgasandgas-liquidreactions.填充床反應器適用于氣體反應和氣—液反應。4Heat-transferratesinlargediameterpackedbedsarepoorandwherehighheat-transferratesarerequiredfluidizedbedsshouldbeconsidered.在大直徑填充床中，傳熱率是很低的，如果需要高的傳熱率，應該考慮流化床。WFluidizedbedreactors流化床反應器1Theessentialfeaturesofafluidizedbedreactorarethatthesolidsareheldinsuspensionbytheupwardflowofthereactingfluid;thispromoteshighmassandheat-transferratesandgoodmixing.流化床反應器的基本特征是，利用反應流體向上的流動來保持固體的懸??；這促進了高的傳質(zhì)、傳熱率和良好的混合。2Thesolidsmaybeacatalyst;areactantinfluidizedcombustionprocesses;oraninertpowder,addedtopromoteheattransfer.固體可能是一個催化劑；可能是流化床燃燒過程中的反應物；或著是促進傳熱的惰性粉末。3Thoughtheprincipaladvantageofafluidizedbedoverafixedbedisthehigherheat-transferrate,fluidizedbedsarealsousefulwhereitisnecessarytotransportlargequantitiesofsolidsaspartofthereactionprocesses,suchaswherecatalystsaretransferredtoanothervesselforregeneration.雖然，流化床超過固定床的主要優(yōu)勢是更高的傳熱率，對于反應過程中必須傳輸大量的固體，流化床也是有用的，如催化劑被轉(zhuǎn)移到另一個容器中再次使用。X1Fluidizationcanonlybeusedwithrelativelysmallsizedparticles,<300nmwithgases.流化作用只適用于尺寸相對較小的顆粒，小于300nm的氣體。2Agreatdealofresearchanddevelopmentworkhasbeendoneonfluidizedbedreactorsinrecentyears,butthedesignandscaleupoflargediameterreactorsisstillanuncertainprocessanddesignmethodsarelargelyempirical.近年來，對于流化床反應器，大量的研究和開發(fā)工作已經(jīng)完成，但是，大規(guī)模反應器的設計和規(guī)模仍是一個不確定的過程，設計方法主要憑經(jīng)驗。YBatchorcontinuousprocessing間歇和連續(xù)加工1Inabatchprocessallthereagentsareaddedatthecommencement;thereactionproceedsthecompositionschangingwithtime,andthereactionisstoppedandtheproductwithdrawnwhentherequiredconversionhasbeenreached.在間歇過程中，一開始加入所有的試劑；反應成分隨時間變化，當達到需要的轉(zhuǎn)化時，反應停止，取出產(chǎn)物。2Batchprocessesaresuitableforsmall-scaleproductionandforprocesseswherearangeofdifferentproducts,orgradesistobeproducedinthesameequipment;forinstance,pigments,dyestuffsandpolymers.間歇過程適合小規(guī)模生產(chǎn)和加工一系列不同的產(chǎn)品，或是在相同的設備中生產(chǎn)不同等級的產(chǎn)品；例如，顏料，染料和聚合物。Z1Incontinuousprocessesthereactantsarefed