南京工业大学化工专业复试专业英语

第 1 课化学工程
化工工程是在技术规模上，物料物理和化学状态变化时的过程的发展和工厂的设计操作。

化学工程是建立在化学，物理和数学原则之上且适用于整个过程工业。

物理化学和物理学的规律控制着化学工程操作的可行性和效率。

从热力学方面考虑的能量变化也是尤为重要的。

数学是优化和建模中一个基本的工具。

优化是通过安排原料，设备，和能量追求高效经济的收益的操作。

建模是复杂系统过程中数学理论原型的结构，一般情况下需要电脑的帮助。

化学工程和过程工业一样古老。

化学工程的传统起源于早期文明是操作的发酵，蒸发过程的操作。

19 世纪下半叶，随着大规模化学制造业的发展，现代化的化学工程应运而生。

纵观其作为一门独立的学科的发展，化学工程已经指向解决为连续性生产而设计和操作大型工厂中遇到的问题。

19世纪中期，化学品的制造是普通手工业操作完成的。

人们需求量的增加，公众对有毒物排放的更加关注，以及对手相互竞争的过程，激励了生产效率的提高。

这导致了为更大型操作的资源整合以及手工业向科学化的工业的转型。

其结果就有了对懂得制造过程的化学家的需求，这些人就是人们知道的工业化学家或者化学技术专家。

化学工程师的术语在1900年左右时被普遍使用。

尽管化工工程师出现在传统化学制造业，但是通过其在在石油工业的发展中发挥的作用，化学工程师被正式确立为一门独立的学科。

对能持续，高效的操作物质分离过程的工厂的需求，是传统化学家或者机械工程师不可能遇到的挑战
化学工程发展的里程碑是， 1901 年英国化学顾问戴维斯出版的第一本关于这个主题教科书。

它致力于具体工厂项目的设计。

加工厂内容包括一系列
操作，如混合、蒸发、过滤，无论产物是什么，这些操作都基本相似的，从而导致了单元操作的概念的产生。

这是美国化学工程师利特在 1915 年第一次明确叙述，并形成了化学工程设计的分类基础且在接下来的 40 年统治了这个领域。

单元操作的数量——化工厂的建筑块不是很大。

复杂性产生于各个单元操作进行时的条件变化。

同复杂的工厂可划分为基本的单元操作一样，过程工业中涉及的化学反应也可分成为一定的单元过程（如聚合、酯化和硝化），它们具有共同的特性。

分类成单元操作过程让过程工程设计的研究合理化。

用这种方法分类的单元方法有其内在的缺：限制了基于现有的实践观。

自从二战以来，关于在各种的单元操作中的基本现象的仔细研究，已经表单元操作是依靠传质、传热和流体流动的基本规律。

这使单元操作的到来统一，并且用它自身的权利使化学工程的科学得以发展；结果，许多应用已在传统化学工业领域以外被发现。

研究化工基础上基本现象需采用数学形式来描述，并借助复杂的数学技术来解决。

电子计算机的出现使费力设计计算快速地完成，并为工业生产中精确优化开辟了道路。

不同参数引起的变化如所用的能量来源、工厂布置和环境因素可以正确和快速地预测，就可能选择出最佳的组合。

化工的作用。

化学工程设计师从事于过程和工厂项目的设计和开发。

在每种情况下下，数据和预测必须通过先导经验来得到或验证。

工厂操作和控制越来越成为化学工程师的领域而不是化学家。

化学工程技术为新项目的经济估价和市场营销、工厂建筑部门提供理想的背景。

化学工程技术的分科。

化学工程技术的基本原则支撑于扩大过程发展，超过化学工业界限的操作，
化工的分支。

化工的基本原则是延伸到化工界限以外的操作流程的基础，化学工程师从事于传统领域之外的一系列操作。

塑料、聚合物和合成纤维在生产中涉及化学反应工程问题，其中流体流动和传热是生产中主要考虑的因素。

纤维的染色工艺是传质的问题。

纸浆和纸的制造涉及流体流动和传热考虑。

当规模和物料变化时，这些基本原则又出现在现代持续的食品生产中。

制药工业也有化学工程关于保持现代药物有效性必需的方法的问题。

核工业，特别是在燃料加工和再加工方面，同样需要化学工程师。

金属加工业的许多部门，从钢铁制造到稀有金属的分离都需要化学工程师的参与。

燃料工业发现关于化学工程更多运用。

20世纪下半叶，从燃料电池的设计到推进剂的生产，相当数量的化学工程师参与了空间的探索。

展望未来，化学工程技术有可能解决世界上至少两个主要的问题：在所有地区通过海水淡化的提供充足的淡水以及通过预防污染而保护环境
第二课：化学工程的传统范例
每一门科学的学科都有它独特设置的问题和解决问题系统的方法。

那就是范例。

化学工程当然也不例外。

自从上个世纪它诞生以来，它根本的知识模型已经经受一系列系统的改变。

当美国麻省理工学院在1888年开设化工课程，并把当作为化学系里一种选择时，这个课程很大程度被描述成工业操作以及被组织成特定的产品。

缺少一个范例不久变得非常明显。

更好的知识基础是需要的，因为化学工业的知识经常在细节上不同于其他工业的知识，就如同硫酸的化学特性不同于润滑油的化学特性。

化工学科第一个范例是建立在单元操作通用概念的基础上，它是1915年莱特提出的。

为响应商业产品经济且大规模制造它一直在发展。

单元操作的概念认为任何化学生产过程可分解成一系列同等的操作，如粉碎、干燥、焙烧、结晶、过滤、蒸发、蒸馏、电解等。

例如，松脂生产具体方面的学术研究可以被蒸馏的遗传研究所取代，这个过程在工业上是很普遍的。

单元操作定量的形式出现在1920年，恰好赶上因为汽车数量的急剧增加而出现的汽油危机。

化学工程师定量表征
比如蒸馏这样单元操作的能力，可以为第一代新型炼油厂做合理的设计。

在石油工业化学工程师的就业市场迎来了第一次繁荣。

在单元操作加强发展期间，其他化学工程分析经典的工具被引进或得到快速的发展。

这些包括化工工程中物料和能量平衡的研究和多组分系统中基本的热力学研究.
在二战以后，在常规的单元操作中研究问题日渐枯竭的问题显现出来。

这个导致了工程科学运动中提倡的化学工程第二个范例的出现。

由于不满意对工艺设备性能经验性的描述，化学工程师开始从一种更基本视角重新审视单元操作。

发生在单元操作中的现象被分解成一系列分子事件。

这些事件的定量的机械模型被发现和使用来分析正存在的设备和设计新的工艺设备。

过程和反应的数学模型被发现和运用到资本集中的工业比如石油化学品。

第三课：单元操作
化学工程必须处理原料被改变或分离成有用的产品的工业流程。

化学工程必须能开发、设计和操作全流程和所用的设备：选择适当的原料；高效、安全、经济地操作工厂；看产品是否可以满足客户的需要。

化学工程既是艺术也是科学。

每当科学帮助工程师解决问题，科学就在被使用，但在通常情况下，科学不能给出所有的答案，这是有必要使用经验和判断。

一个工程师的专业才能取决于其能否充分利用所有信息资源来解决具体过程问题。

各种各样的流程和需求化学工程师服务的行业都非常多。

这不是一个非常容易定义的领域。

在化学技术上标准论文的描述过程和过程工业给化工领域一个最好的方法。

因为现代化流程的多样性和复杂性，想在一个单一的方向覆盖化学工程所有主题，这是不可行的。

这个领域被分成方便但却很随意的部分。

这个内容覆盖了那些被称为单元操作的化学工程的部分
一个组织许多关于化学工程主题的经济的方法建立在两个事实之上：（1）尽管个体流程的数量非常的大，但每个流程都可以被分解成一系列称为操作的步骤，这些步骤在过程流程后依次出现。

（2）每一种操作有共同的技术且基于在相同的
科学原则上。

例如，在许多流程中，固体和液态都必须被移动，热和其他形式的能量必须从一种物质传递到另一种物质，并且必须执行像干燥，粉碎，蒸馏和蒸发的任务。

单元操作的概念就是这个：通过系统研究这些本身的操作，这些操作清晰地跨行业和生产线且过程的处理被统一和简化。

在化工相邻区域严格地化学加工方面的研究被称为反应动力学。

单元操作很大程度被用来进行主要的物理步骤，这些物理步骤是用来准备反应物的，分离提纯产品，回收没有反应的反应物，和控制化学反应能量的输出和输入。

该单元操作如适用于许多物理过程一样适用化学过程。

例如，生产普通食盐的过程包含着下列单元操作的顺序：固体和液态的运输，热交换，蒸发，结晶，和筛选。

没有化学反应会出现这些步骤。

在另一方面，石油裂解，无论有没有催化剂的帮助，都是一个典型的大规模化学反应。

这里的单元操作---流体和固体的运输，蒸馏，以及各种机械分离，都是非常重要的，没有它们就无法利用裂化反应。

化学自身的步骤是从反应区中通过控制物料的流动和能量而进行的。

因为单元操作是工程学的一个分支，它们是建立在科学和经验的基础上。

理论和实际必须结合，从而来设计可以制造、组装、操作、维护的设备。

每一次操作相平衡的讨论都需要把那种理论和设备放在一起考虑。

其中一些是基本的物理化学法则比如质量和能量守恒，物理守恒、动力学和特定物质的性质。

它们的一般使用方法在文本的其余部分被描述。

化学工程中其他重要的特殊技术都会考虑放在文本的适当位置。

第四课单元操作中的新技术
当技术进步和效率提高在特殊的单元操作中一直出现时，杂化的过程。

在未来若干年中，综合各单元操作，比如反应、分离、热交换而形成大的同时操作将成为主要的局势。

反应精馏，催化膜，相传递催化等技术在反应和分离想结合中都呈现出杂化过程的样式。

这些联合操作主要优势就是极大地降低了基建费用，通常降低到传统设备投资的1/10到1/5。

实际上，至少在初期建立对综合操作性能和可靠性的信心时，公司都会为生产同一种产品而运行一套更新的杂化操作并与旧的操作进行比较。

除了明显降低基建费用，联合反应或分离过程还有两个或更多的优势:降低不想要的副产物，用更低的平衡常数提高反应的收益。

由于环境问题促使化学制造工业出现更多的变化。

帮助明显减少副产物的技术变得越来越有价值。

在联合反应操作中，反应原料没有机会遇到产物。

因为产物一生成就立即被分离出来。

这也降低原料和产物的浪费。

把产物立即分离出来也可以保证低平衡常数的反应，这些反应不可能像商业那样灵活而进行得更长久。

的确，一个百分之几的转化率的反应不能通过联合反应分离达到100%的转化率。

但这种类别的几个过程目前在发展，大型的化学操作目前也在为它们设计和建设。

最近一系列关于杂化过程应用的例子阐明了在单元操作中新方法的优点。

反应精馏在生产醚类时被证明非常有用，比如甲基叔丁基醚，叔戊基甲基醚，和乙基叔丁基醚。

这些醚类越来越多地被当作强化汽油充氧剂。

这里，从反应物到惰性组分催化剂最佳的温度范围都是和醚类蒸馏的温度一样的。

催化膜是联合反应分离更新颖的样例。

在这种情况下，催化材料也扮演着一种筛选系统，这种筛选系统用来分离生成的反应产物。

膜分离过程中最关键的优势就是它们的能源效率，它们也特别适合当作热敏材料，比如药物和食品。

例如，稠密的催化膜比多孔膜可更好地用于商业部署，其中前者是基于气体扩散的分离，后者基于分子尺寸的分离。

强大的过程还没有出现，然而，用合适的材料和多孔尺寸范围合成无缺陷多孔膜从而形成多样的催化反应和气体吸附的应用已经在化学制造工业中存在了。

在单元操作中第二个最新的趋势就微缩反应器的出现。

化学制造工作台利用了大规模连续化商品生产工厂的概念，并缩小了制造如药品这样的特殊化学品的规模。

由于不是在同一个设备中相继间歇生产不同的化学品，一个工厂可能包括几个一整年都运行的小系统。

这个优点包括生产处更好的产品，简化调度和控制，和规范更小规模的设备。

尽管微缩反应器的方法的整体经济价值的一致性还没有出现，但是前期的工业试验已经表明其会有一些显著的优势。

这种微缩反应器的方法还没有延伸出微缩反应的理念。

大学和工业研究人员已经发明了尺寸不超过2平方厘米的原型微流反应器。

为单元而提出的反应系统包括氢和甲烷氧化，乙烯环氧化和光气合成。

一旦优化，这种微缩反
应器然后就可以通过对各自的单元进行简单的复制和安排，从而扩大到商业规模。

这种系统潜在的优势包括使大尺寸反应器的过程更加安全，提高集成控制，传感器，反应器功能的能力。

第5课过滤
通过使用多孔介质或筛网，从悬浮液中保留固体滤掉液体的固体的分离过程称为过滤。

通常，多孔介质的孔径要大于将要除去物质的粒径，只有当在过滤介质上已经有沉淀物时，过滤才能起到很好的作用。

在化学实验中，一般都是用布什漏斗进行过滤，利用真空把液体从薄的颗粒层中吸出：在更简单的情况下，悬浮液被倒入装有滤纸的锥形漏斗中。

在同样操作工业生产中，其难点在于需要机械处理更大量的悬浮液和固体。

必须形成更厚的固体层，且为了通过固体而获得更高速率的流体，那就需要更高的压力和提供更大的区域。

一个典型的过滤操作需有过滤介质，支持和固体层或者已经形成的滤饼。

待处理的悬浮液量变化将会很大，从处理量很大的水净化和采矿工业中的矿物处理到精细化工中处理相对较小的涉及各种固体的情况。

在化工厂的众多实例中，所需的固体和固体的物理尺寸、性能都是非常重要的，因此在选择设备和操作条件时需考虑以下因素：
a)液体的性质，尤其是粘度，浓度以及腐蚀性。

b)固体的本身，粒径和形状，粒度分布，以及填料特点。

c)悬浮液中固体的浓度。

d）将要处理物质的质量和价值。

e）有价值的产品是否是固态，液态或是两者都有。

f）滤出的固体是否需要洗涤。

g）悬浮液或滤液和设备的各个部件的接触，而造成轻微的污染是否对产物有害。

h）进液是否需要加热。

i）不同形式的预处理是否有帮助。

过滤本质上是一种机械操作，和必须提供通常是水的高潜热流体的液体挥发和干燥相比，需要更少的能量。

在典型的操作中，滤饼在过滤介质上逐渐形成且流动阻力逐渐增加。

在初始流动阶段，颗粒沉积在滤布的表面层从而成为真正的过滤介质。

这些初始的沉淀物可能由一种特殊的预涂层材料的初始流动而形成的。

主要影响过滤效率的因素如下：
a)过滤介质里两侧的压力差。

b)过滤介质的表面积。

c)滤液的粘度。

d）滤饼的阻碍作用。

e）过滤介质和初试滤饼层的阻碍作用。

上面描述的过滤类型通常指的是，悬浮液中固体的含量较大，大多数颗粒都被收集在滤饼层上且最终可以从介质中脱离。

出来的滤饼。

但当固体的含量较小时，比如在空气或水的过滤中，这些颗粒的粒径要比过滤介质的孔径小得多，它们被收集之前已经渗透得相当深，这一过程称为深床过滤。

在下一课中的过滤设备的类型将被考虑
第 6 课传热
实际上，化学工程师进行的所有的操作都涉及能量以热的形式放出或吸入。

因此，控制传热的定律和以控制热流为主要目的的仪器类型都是很重要的。

当两个不同温度的物体进行接触时，热量会从温度高的物体流到温度低的物体。

净热流总是流向温度下降的方向，热的流动有三种途径：传导，对流，和辐射。

传导如果一个连续的实体中存在着温度梯度，热量就可以不伴随物质的任何运动进行流动。

热量的这种流动叫做传导。

在金属体中，热传递是由自由电子的运动造成的，所以热传递和电的传导率有很强的一致性。

在电的传导率低的的固体或在大多数的液体中，热传递是由伴随着温度梯度的各个分子动量的传递造成的。

气体中的热传导是由分子的随机运动造成的，这种热量从高温区扩散到低温区。

热传导最普通的的例子就是热量在不透明的固体中流动，就像火炉里的砖墙或是管子的金属壁。

对流当一个流动着的宏观液体微粒穿过一个特定的表面，例如一个控制体积的边界，它带有确定数目的焓。

这种焓的流动被称为热对流或者简单的对流。

由于对流是一种宏观现象，因此，只有当力作用在颗粒或液流上且该力能够克服摩擦力并维持其运动时，这种传递现象才能发生。

对流和流体力学有关。

事实上，在热力学中，对流不认为是热流动但却认为是晗通量。

把对流称为热流动是为了方便，因为在事实上，当传导和对流混合在同一种对流中时，很难从真正的的传导中区分出对流。

对流的一个例子是焓的变化由于湍流流动和由于热的空气流过普通的冷却器
自然和强制对流用于在流体中形成对流流动的力有两种类型。

如果这种流动的原因是密度不同和流体中温度梯度引起的密度不同所产生的浮力。

这个作用叫做自然对流。

流动的空气穿过加热的冷却器就是自然对流的一个例子。

如果这个流动是被机械力的作用，如泵和搅拌器，而导致运动起来的，这种和密度梯度无关的流动叫做强制对流。

被泵打入加热的管子时液体的热流动就是强制对流的例子。

这两种力有可能在同一种液体中同时存在，自然对流和强制对流同时发生。

辐射辐射是能量在空间以电磁波的形式传递的一个术语，如果辐射正在穿过空的空间，它不会转变成热或其它任何形式的能量。

也不会改变它的传递路径。

然而。

如果它的传递路径上有物质，辐射将会被传播，反射和吸收。

只有被吸收的能量才表现出热能，且这种改变是定量的，例如，熔融石英几乎传播穿过它的所有的辐射；一个磨亮的不透明的表面或镜子将会反射几乎所有照在其身上的辐射。

一个黑色或哑光表面会吸收几乎它接收到的所有辐射。

并把吸收到辐射定
量地转变成热量
对于单元子和双原子气体，热辐射是可以透射的。

热量通过辐射和传导对流的方式通过大量气体是很常见的。

这两个机制是互相独立并且是并行产生的。

所以一种类型的热流动可以被控制或独立于其他类型的热流动。

传热，对流和辐射单独的研究，它们分开的影响叠加在一起，这两种情况都是很重要的。

在笼统条件下，辐射在高温时变得很重要且与液体流动情况无关。

对流-传导对流动状态敏感但又几乎不受温度的影响。

第7 课气体的吸收
通过吸收将气体混合物中一种或多种组分脱离到合适的液体，是第二大基于传质速率控制相相际传质的化工操作。

因此，将丙酮和空气的混合物通入水中，丙酮被水溶解而空气离开，这样丙酮就得到了回收。

同样，氨可以通过在水中的吸收而从氨-空气的混合物中除去。

在这些每个气体在液体被吸收的过程例子，可被视为一个物理过程，在其中化学反应没有明显的影响。

然而，当氮氧化物在水中被吸收时会生成硝酸，氢氧化钠溶液吸收二氧化碳时，会发生化学反应，其性质影响的实际吸收率。

吸收过程，因此，吸收过程被简单的分为两组，一组是吸收过程只是物理过程，另一组是吸收过程还有化学反应发生。

在考虑实现气体吸收的设备的设计时，主要要求是，气体要和液体有亲密接触。

设备的效率很大程度上由促进两相的接触是否成功而决定。

吸收的过程中最有用的概念是由双膜理论给出的。

根据这一理论，在各项主体中，物质的传递是通过对流运动而进行的，而且浓度差可以忽略不计，仅在相交界面的临近局域考虑浓度差。

在两相的任一侧，一般认为气流消失，且存在着液体薄膜，在其中，分子扩散单独影响着传递。

这个薄膜比层流次层稍厚一点，因为它提供了一个相当于整个边界层的阻力。

根据菲克定律，传质扩散速率正比与浓度梯度和发生扩散的界面区域面积。

设备的一般形式类似于被描述精馏设备，填料塔和板式塔通常用于大型装置。

但操作方法和精馏不一样。

在吸收中，进料的气体从塔底加入，作为溶剂
的液体从塔顶加入；被吸收的气体和溶剂从塔底离开，未吸收的气体组分从顶端离开。

吸收与蒸馏最本质区别在于，前者必须通过液体的在其沸点时部分蒸发，从而在每一层产生蒸汽。

然而在吸收中，液体温度远远低于其沸点。

而且在精馏过程中，正反方向都有分子扩散，因此对一理想体系，存在着等摩尔反向扩散；但在吸收的过程中，气体分子扩散进入液体，而反向扩散可忽略。

通常，因为塔板的布局在两种情况下不一样，吸收的液气比比精馏的液气比大的多。

而且，在吸收中液体流率更高，所以经常使用填料塔。

由于吸收剂的用途和规格多种多样，大量的不同种类的被建立并使用。

不同种类的气体吸收设备可粗略地分为三部分：a)填料塔，b)泡罩塔,c)混合类型，包括喷雾室和搅拌容器。

然而，每一种设计的目的都是，用更低的初始成本和更低的操作维护费用来提供气体和液体在相界面上亲密接触。

初始成本包括如需要的塔基、塔外壳，填料物，溶剂费用，泵，鼓风机，管道，辅助加热器，冷却器，换热器，和溶剂回收系统。

操作费用包括气体和溶剂循环的能量，维护，劳动力，重新产生溶剂的蒸汽，冷却水，溶剂补充，未被吸收或流失物质的价值。

这都需要选择最经济的操作状态和设备尺寸的简要方法
第8 课精馏操作
精馏是一个通过加入或移走热量，将含有两种或多种组分的液体或蒸汽混合物进行分离，获得说要求纯度组分的过程。

众所周知，纯液体在给定的温度下存在着不同的挥发度（例如，蒸汽压）。

因此如果给这些组分的液体混合物提供热量，那些有更高蒸汽压的易挥发的组分会产生更多的蒸汽。

如果蒸汽冷凝，就明确地获得了一定量的净化物。

这即是精馏操作潜在的基本原理。

一个精馏过程可分为两种不同的方式：两种组分分离的二元精馏和两种组分以上分离的多元精馏。

一个典型的板式精馏塔由多个安装在它的内部、等间隔的塔板的垂直塔身组。