过程装备和控制工程专业英语翻译PartⅢ课文+阅读材料综合各版精华Word格式文档下载.docx
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并且他们在制造和过程设计和加工方面将会越来越多的用计算机,人们的智慧,以及解决问题的专门的系统。
ReadingMaterial化学工业
1.化学工业的定义
在本世纪初,定义出化学工艺制品的构成是不难的,因为那时制造出来的化学产品很有限,例如,强碱、硫酸溶液。
现在,千上万的化学品从天然材料中提炼出来,例如原油(某些领域)被加工成很多中间产品,可以作为消费品,或着转变成消费品。
困难是在于裁决那一部分的过程属于化学工业领域,举个例子来阐释这种情况,乳化油漆可以含有聚合物(聚乙烯树脂)/聚脂(乙烯基醋酸纤维)。
很明显的,人造聚乙烯树脂(或醋酸纤维)和它们的聚合物都是化工产品。
然而,如果油漆的合成和配制中含有聚脂,它是由多种化工加工产生的副产品,那它是属于化学工业产品还是装饰工业产品呢?
办公多样化和各个工业领域的相似性造成的,是由于没有给化学工业简单定义。
相反,每一个办公个体搜集和出版关于工业生产的数据,将会给那些化工生产过程一个简单的定义。
在比较那些不同来源的统计信息的时候,这是需要铭记于心的。
2.化学工业的需要
化学工业与许多原材料的加工有密切关系。
如原油,首先要变成化工中间产品,然后被加工成各种各样的其他化工产品。
这些产品经常被用来生产消费产品,使得我们的生活更加舒适,或者在另外一些领域比如制药方面,用于保持我们身体健康。
每一个阶段产生的价值都被加入到产品中,而且它提供的这些附加价值远远超过了原材料价值和制造加工过程的成本,这样过程中就产生了利润。
这也是化学工业的目的所在。
在书中提出这样一个问题可能会很奇怪:
“我们需要化学工业么。
”然而,如果尝试去回答这个问题就会得出:
(1)化学工业活动的领域很广泛
(2)它影响我们的日常生活(3)社会很需要化学工业我们的话题是回答这个问题化学工业对我们的贡献。
这些需要包括什么呢?
新鲜的食物(和饮料)和健康是主要的。
其它我们考虑的还有服饰,住房,娱乐及交通运输。
1.食物。
化学工业对食物生产的主要贡献至少体现在三个方面。
首先,生产大量可用化肥代替作物生长需要的自然化肥(如氮、磷、钾),促使现代农业增产。
第二,生产了许多保护植物的农药。
如杀虫剂,它们减少了被害虫侵蚀的农作物数量。
第三,生产许多兽医药品,保护家畜免受病害或者治愈它们的疾病
2.健康。
我们意识到化工生产中制药部门对保持我们的健康有很大贡献,比如用抗生素治愈传染病,甚至可以延续生命;
再如维生素β可以降低血压。
3.服饰。
现在的合成纤维的质量比以前的服饰材料(如麻,棉)有了很大的提高。
因此衬衫,裙子以及外套用聚酯纤维比如(涤纶或者尼龙)制成的,它们防皱,可以机洗,易干,免烫。
他们也比天然原料便宜。
随着科技的发展,纤维制品可以根据时尚设计要求,染成多种颜色。
现在,几乎可以染成光谱中的任何一种颜色,如果某一个合适的款式不能得到,将改变现有的颜料来获得,直到颜色满意为止。
该范围内有着另一个优点,即印染的服饰不易褪色,比如洗衣服的时候颜色不易被洗掉。
4.住房。
娱乐及交通运输就住房而言,现代高分子材料的贡献是使住房更加坚固,这些材料正在取代传统的木质材料,因为它们轻并且不需维护(例如,它们抵御风干和不用油漆),其它的聚合物,例如甲醛或聚氨脂,是重要的绝热材料从而能节约能量。
塑料,聚合物使得闲暇时间的活动可以全天候进行各种活动,从足球场到乒乓球场再到球拍高尔夫球杆都是何尝纤维做成的。
同样,近几年化学工业对运输的贡献在于使得运输能有很大的提高。
因此,新发明的添加剂像抗氧化剂和油粘剂使发动机的改变,使得速度大幅度的提高,从300到6000再到12000英里/小时。
调查研究表明,提速的原因在于润滑油和油脂,从而使它们有更好的流动性。
在汽车运输业高分子材料的贡献也很突出,聚脂和塑料的广泛应用于制造跑道、车轮、座椅垫子还有它们的覆盖等等。
-现在超过了40%
所以,虽然现在很明显的也很简短的回顾化工对我们生活和世界的贡献,有了这些化工产品我们的世界会很大的不同于没有他们。
如今已过国家队发展水平往往根据生产水平和化工水平来判断。
3.化学工业的研究和发展
在世界的发展中,化学工业快速发展的一个主要过程是世界的发展的关注和研究金额的投资(R&
D)。
典型的数据是销售收入的百分之五,是医药研究和投资领域的两倍。
我们要意识到这里引用的百分比是销售收入而不是利润是很重要的。
例如,总收入用来支出原料,租金,职员等。
在过去,这笔投资很好,使得许多有用有价值的东西流入市场,比如研究出聚脂产品,包括尼龙、聚脂、医学用药及杀虫剂。
尽管新产品进入市场的数量在近几年几十年减少以及由于经济衰退研究投资在减少,那些关注度还是很高水平的。
化学工业是一个非常高技术的工业,它涵盖了最新的电子技术和工程技术。
计算机广泛使用于各种研究,从化工厂中的设备自动化控制到分子模型的新型混合物,再到实验室分析仪器的控制。
个别生产设备的生产力并不高,从化工制药的一年数吨到肥料及石油化工厂的每年达到500000吨。
这些最新的投资,即使是一个单一的设备如今也需要250000000。
另外,这些自动化设备被广泛使用,可以解释为什么化工生产是资本密集型不是劳动密集型。
那些主要的化工公司大都是跨国公司,它们在全球的大多数国家有着销售市场且许多国家都设立了加工工厂。
有着经济全球化、国际化的发展,化学工业也在不断增长,公司扩大他们的活动包括扩大已有生产单元在自己的国家和收购已经在其他国家发展好的公司。
Unit12工业制造的传递现象
1.引言
传递现象是一个共有的名词来源于有规则的集成研究的三个古典的工程领域的学科;
(1)能量或热传动,
(2)质量传递或扩散(3)动量传递或流体动力学。
当然,热和质量传递发生在流体中,正是由于这个原因一些工程研究人员们青睐于热传导和固体扩散,然而,这个学科实际上是比流体力学的范围更广。
该学科不同于流体力学之处还在于传递现象的研究利用了传热,传质,和动量传递方程之间的相似性。
这些相似性,随着它们经常被提起,能够经常涉及到相似的物理构造借以发生传送,因而,明白一个传送过程就可以明白另一个传送过程。
而且,如果微分方程和边界条件都相同,则仅需对其中一个(传递)过程求解,因为通过改变名称,该解可用作任何其他传递过程的解。
需要强调的是,然而,在传递过程中有很多相似之处,也有很重要的不同之处,尤其在动量传动,和热或质量传递。
尽管如此,一个对传递过程相似之处有系统的研究会使识别和明白他们的不同之处变得更加简单。
2.为什么工程师要研究传递现象?
自从这门学科涉及到一些自然规律,一些人把它归类为工程方面的一个分支。
这如这些原因一些参与经济性设计和设备操作以及技能方面的工程师,十分适当地提出传递现象将会在实践中体现价值。
大致有两种答案回答这些问题。
第一种要要求认识热,质量,动量等传递发生在各种工程设备中,热交换器,压缩机,核电站,增湿机,空气冷却器,干燥器,分馏器,减震器等等。
这些传递过程也参与到人体当中就像在复杂得过程凭借污染物质的其反应扩散到大气中。
如果工程师想要了解在工程装备中所发生的情况,并就造作的经济性做出明智的决策,那么他们应该对控制这些传递过程的物理定律有所理解,这一点很重要。
第二中答案是工程师们需要能够用他们对自然规律的理解来设计这些正在发生的装备过程。
这样做他们必须预测出热,质量或动量等传递的比率。
例如,考察一个简单的换热器,即一根管子,通过保持器壁温高于流过管内的流体温度,即可加热流体。
这个比率通过管壁传热给流体的依靠的因素叫做热传递系数这是在进行昂贵的实验室或试验工厂测量后以及通过相关度量的以观察或实验为依据的方程式所获得的。
这些方程式在一定范围内适合一些数据的方程式;
它们不是建立在原理的基础上,也不能用在已经获得数据的精确度意外的问题上。
更便宜的而且一般更可靠的方程式被用在传递现象来预测传热系数通过以自然规律为基础的方程式。
这些预测的结果将会通过一个研究工程师计算一些方程式(通常是用计算机)后获得的。
一个设计工程师将会用这些方程式是研究型的工程师获得传热系数。
记住设计热交换器的工作一样也是不管如何要先得到传热系数。
由于这个原因,一些传递现象的课程仅仅强调传热系数的确定和实际的单元操作课程的设计水平。
当然获得参数也是很重要的,热传递系数被用作设计,也正是由于这些原因一个传递课程可以被认为是一个工程课程就像是一门学科。
事实上,有一些设计的工程师可以用这个方法和传递想象的方程式直接用于设备的设计的例子。
一个例子就是一个作为一个管子说明的管子型的反应器,这个热交换器伴随着均相化学反应发生在里面会描述的早些,流体以某种反应物浓度进入管子,而以减小了的反应物浓度和提高了的产品浓度排除管子。
当然,不是所有的问题今天都可以用这种方式解决。
然而,随着计算机的发展,越来越多的问题将会用这种方法解决。
如果工程学的学生接受教育没有变得过时,那他们必须做好思想准备,同伙理解传递现象的一种方法,应用计算机将会创造未来。
因为它有巨大的潜力正像他的应用的趋势,传递现象的课程将会最终证明这是在大学生涯最实际而且有用的的课程。
ReadingMaterial动量转移原则
1.导言
流体的流动是过程工程的单元操作中是很重要的。
液体可定义为一种物质,不会永久抵制变形,因此,它的形状将会不断受到改变。
在这篇文章中的气体,液体和蒸汽被认为是流体并有液体特性和服从同样的规律。
在过程工业中,有很多材料是与液体形式存在的,必须予以储存,处理,泵浦,并理,因此我们有必要熟悉流体的原则和所涉及到的设备。
典型的液体包括水,空气
,油,泥浆糖浆。
如果流体不受压力变化影响,它被认为是不可压缩的。
大多数液体是不可压缩的。
气体被认为是可压缩流体。
但是,如果气体受到压力和温度变化的影响很小,他们的密度变化将很小,他们可以被认为是不可压缩的。
像所有的物理问题,每单位体积的液体是由非常大的数目分子构成的。
比如气体统计力学理论或动力学理论应用于统计组方面,而不是在单个的分子。
在工程,我们主要是进行大量液体的研究,而不是宏观与微观的个别或分子。
在动量转移,我们视流体为连续分布的物质或没有空隙的液体。
这种联系性的假设在单位体积包含很多数目分子的流体是成立的,因此应用统计平均学论是有意义的,比如流体的密度,压力等,都具有连续的宏观特性点。
动量转移,或流体机械通常被可以分为两个分支:
流体静力学,流体分成或流体动力学,流体运动。
在另外部分我们学习流体静力学,接下来部分我们学习流体动力学。
由于流体动力学中动量被转移,我们常用到“动量转移”或“运输”表达。
2.流体流动
流体静力学的规律几乎是一门精确的科学。
然而,对于流体的运动规律却是相当的复杂。
在描述流体运动的基本关系时用到质量平衡方程,能量平衡方程和动量平衡方程,将在下面的部分用到。
这些整体或局部平衡将适用于保证有限的封闭空间内。
我们用“整体”,因为我们想描述这个空间系统以外的物量。
系统内部的变化是由进入和离开的物量,和外部之间的能源和环境的变换决定的。
在研究质量,能量和动量平衡时我们不考虑系统内部发生的细节变化。
例如,在整体平衡时只考虑进,出口速度。
但是,在研究系统内的流速分布时用到牛顿的粘度定律。
3.层流和湍流
发生的管道中的流体类型是流体动力学中非常。
当流过封闭的通道,通过改变条件两种不同类型的流型都可以看到。
这两类流型通常可以在流动的溪水或河流可以看到。
当流速缓慢,流态平稳。
然而,当速度是相当高时,流态不稳定,就可以观察到漩涡或液体粒子朝各个方向运动开。
在低流速的第一类的液体层中似乎成层流动且互不影响称为层流并遵从牛顿粘度定律。
在流速较高的流层速度起伏不定流动紊乱称为湍流。
层流和湍流可以通过Reynolds的实验来观察。
管内流体的流动速度可由一个管底阀控制流量。
透明管流过染料色水,观察到流态。
在水流速度较低,形成了单一的流线或类似的一个线程。
没有其他流线的混合。
在流动的直线方向上没有其他流线的干扰。
这种类型的流量被称为层流或粘性流动。
随着速度增加,人们发现,在一定速度的染料线非常不稳定,成分散的模式。
这种类型的流量被称为湍流。
这种流动的变化速度是已知的临界速
4.雷诺数
研究表明,从层流过渡到管湍流不仅是速度的影响,而且密度,流体粘度和管径都影响到。
这些变量组合成雷诺数,这是无量纲。
R是雷诺数,D是管的直径,
是流体密度,
是流体粘度以及u是流体的平均速度(其中平均速度是由两岸分流量容积率的定义,截面积管)。
对于直圆管时雷诺数值小于2100,流量始终是层流。
当雷诺值超过4000时,流量将是动荡的,除非是非常特殊的情况。
在这期间,被称为过渡区,流动可以粘性或动荡,这是无法预测而定。
5.简单质量平衡
流体动力学中流体是运动的。
一般来说,他们通过机械设备从一个地方转移到另一个地方,例如泵或风机,重力头,或在压力,并通过管道和/或工艺设备系统流程。
要解决流动问题,第一步是在整个系统或任何系统的一部分中普遍适用的质量守恒的原则。
我们会考虑一个简单的几何学的基本平衡。
简单的质量或物料平衡。
输入=输出+积累
然而在流体流动,我们通常与流率处于稳定状态,通常的积累率是零,我们得到
输入=输出(稳态率)
Unit13传热原理
实际的全部的已完成的操作都有化学工程参与生产或以热的形式吸收能量。
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。
1.自然的热流动
当两个不同温度的物体进行接触时,热量会有温度高的物体流到温度地的物体。
这种流动经常朝着温度下降的方向,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变化,热量可能流动不伴随物质的任何运动。
热量的这种流动叫做传导。
在金属体中,热传递的结果来自自由电子的运动,所以热传递和电的传导率很相似。
在电的传导率低的实体中,在大多数的液体中,热传导的结果伴随着温度变化的分子运动的动量。
气体的传导发生在任意的运动的分子,所以热是一种扩散从高温地区传导低温地区。
区普通的传导的例子就是热在不透明的物体中流动,就像火炉里的砖墙或是管子的金属壁。
对流当一个宏观的液体微粒穿过一个特定的表面,例如一个固定容积的范围内,它带有确定数目的焓。
这样的焓的流动来自连续的热的流动或者简单的对流。
由于对流是一种宏观现象,因此,只有当力作用在微团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。
自然和强制对流强制对流在液体中有两种形式,如果这种趋势的原因是密度不同和液体中温度变化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。
如果这个气流产生的运动被机械力的作用分开如泵和搅拌器,这种流动域密度的变化程度无关叫做强制对流。
热流动由液体被泵入以个加热的管子就是强制对流的例子。
这两种力有可能同时在同一种液体中作用,这是自然对流和强制对流共同作用。
辐射辐射是一个术语来自于能量以电磁波的形式穿过空间,如果辐射正在穿过空的空间,它不会改变热或其它任何形式的能量。
也不会使它偏离原来的路径。
然而。
在它自己的路径中,辐射将会被传播,被反射或者被吸收。
它仅通过吸收能量来产生热量,这种改变是数量上的,例如,融化的石英传播所有的辐射当它受到打击是;
一个磨亮的不透明的表面将会吸收大多数的辐射,并将会改变这样吸收能量数量上的在热中。
单元子和双原子气体对热射线是可以通过的,经常发现热经过某种气体团是,它可以通过辐射的方式也可以传导。
例子是;
从散热器或未保温的蒸汽管道向周围环境气体损失热量在熔炉传热以及其它高温气体加热损失。
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与其它独立的。
传热,对流和辐射都被分开和避免相互间造成影响二者都很重要。
在一般的条件下,射线变得重要并与液体流动的情况无关。
传热传导它们对流动状态是非常敏感的收温度影响的。
2.传热率
热通量传热计算是基于热的传热表面的面积用平方英尺每小时的单位表示。
每单位面积的传热率叫做热通量。
许多类型的传热装备都是用管子构成的。
热通量也可以在内表面上,或者在管子的外表面。
尽管这个选择是随意的,但它必须得明确的规定因为热通量的重要的数值是不同的。
流体流动的平均温度当一个流体正在变热或者变冷时,流体横截面的温度会变化。
如果流体被加热,流体靠近加热表面的温度最高,中心外温度逐渐降低,如果流体被冷却,流体靠近冷却表面的温度最低,从中心到表面温度组件升高。
应为这个温度变化遍及整个流体的横截面。
为了明确,我们必须指出,流体的温度是指什么。
大家一致认为,流束的温度就是假设把流过所研究截面的全部流束取出并绝热混合后所达到的均匀温度。
这个温度所以明确的叫做平均或流体混合温度。
ReadingMaterial传质原理
1.简要论述
化工问题中很重要的一些代表性问题在于转移领域。
区分化学工程的一个标志就是它的能力去这几和运转一个仪器在生产准备,化学反应发生和产品脱离中。
这种能力主要取决与他对传质学的熟练程度。
动量原理和传热原理在很多工程领域中有着相似之处。
但是传质的应用主要局限于化学工程领域中。
其它重要的应用有冶金学,高速飞行学,废物处理及污染控制等。
传质就是混合物中的某一种成分从高含量区域传送到低含量区域。
例如,如果一个底部带有水的开口试管放置在一个空气干燥的房间里,水蒸气将通过管口的空气柱出来。
这就是水的传质,水从地方(仅仅在液体表面之上)传递到低浓度地方(在管的出口处)。
如果气体混合物在管中不流动,传递将以分子扩散的方式发生。
如果有一个物体以机械搅拌的方式搅和管中的气体层,传质主要在机械工作或者自然对流下发生。
这种机制相似于导电传热和自然传热,但是,在传质中没有热传质的对应物。
动量和能量传递之间的类似之处我们已经详细地在一些细节下学习了,现在扩展到传质的总结。
考虑双组分混合物。
尽管多组分混合物在工业应用中很重要。
就双组份而言一些更复杂的情况将在基础原理分类后讨论。
2.分子扩散
气体中的分子由于分子的自由运动会扩散。
这种运动有时被称为自由运动。
穿过垂直于浓度梯度方向的一个平面(或任何其它平面),在两个方向上都有分子扩散。
每一个分子的运动都是独立的与分子浓度无关。
因此,在一个存在浓度梯度的系统中某一类特定的分子(把它当作种类A)将运动穿过垂直于浓度梯度的平面,使得对于平面的高浓度和低浓度两侧来说都是一样的。
因为种类A的分子的总数目在高浓度一侧比在低浓度一侧的大的多,所以就存在A向A低浓度方向上的单方向运动。
如果没有抵消发生,则混合物的浓度将趋向相同。
与气体中热量传导方式相似,较热分子(那些分子具有自由分子运动的更高程度)趋向于平坦或者在分子级别上自由混合。
类似地,如果有可控指定速度梯度(该速度有别于随机速度)穿过这个平面,速度分布将趋向一致,这是分子自由移动的结果。
动量传递与气体的粘度成比例。
以上论述只是近似的定性的。
扩散系数、热传导系数和粘度进行定量预测,是相当复杂的,而这些关系形成了统计力学学科的一个重要部分。
分子扩散同样发生在液体和固体中。
晶体在未饱和状态下溶解,随后从固液交界面扩散出来。
在冶金工程中,固体的扩散相当重要。
当加热未饱和的铁在焦炭床上时,铁表面附近的碳含量提高由于内部扩散而增长。
3.涡流扩散
正如动量和能量可以通过限定一部分流体运动来传递,质量也可以如此。
我们知道,传送的速度比率由流体的混合产生,可以从涡流运动学粘度、涡流热扩散系数和涡流扩散系数方面来阐述。
后者的大小与混合长度有关系,就像定义动量和能量之间的传输关系一样。
实际上,传热和传质之间是很类似的,以至于前者的方程经过稍微改变符号就适用于后者了。
烟囱里冒出的烟的扩散现象就是典型的涡流扩散。
涡流引起混合并传递烟尘到周围的大气中。
在某些缺乏空气涡流的地方,由地面产生的烟尘会以分子形式扩散。
这会引起严重的污染问题,因为物质以分子扩散的形式比以涡流扩散的形式传递得慢。
4.对流传质系数
在传热过程中的学习中我们发现,用能量微分平衡方程来解答有时很麻烦甚至不可以用,用对流传热系数来表达热流速率是方便的,所用的方程如下:
传质通过类似公式来处理
物质通量
由空间坐标轴来度量。
推动力是流体在相边界(一个固体表面或液体表面)和某一些在液体中间的点的差值。
对流系数
适用于强制或自然对流;
在这里传质没有沸腾系数、冷凝系数。
的值是系统的几何函数和流体的速度与性质的函数,跟系数h一样。
Unit14化学工程的单元操作
1.介绍
化学加工可以包含各种各样的不同的过程顺序,它的原理是独立于我们的操作的材料和操作的系统,把复杂的工艺过程分解成单个的物理过程(即单元操作)和多种化学反应过程的实践,导致了化学工程的通用性。
单元操作的观念在化学工程是基于不同的过程步骤可以减少简单操作或反应,而这些反应在不考虑操作条件下有同样的基本反应。
这个原则,在美国化学工业的发展过程中变得明显,在1915年早些首次变得明显。
任何一个化学过程,无论所操作规模大小,可以被分解成单元作用的同等的一些系列,像粉碎,混合,加热,烘干,吸取,浓缩,析出,沉淀,结晶,过滤,溶解,电解等等。
基本单元操作的数量不是很大而且只有很少几个包含特定的操作,化学工程的复杂性源于各种条件如温度,压力等的多样性。
由于条件的变化,单元作用就必须在不同的过程
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