化学工程与工艺专业英语Unit 15 Reading Ion Exchange

第一篇：化学工程与工艺专业英语Unit 15 Reading Ion Exchange

Unit 15 Reading

Ion Exchange Ion exchange stands as a unit operation in its own right, often sharing theory with adsorption or chromatography but having its own special areas of application.Its oldest and most enduring application is for treatment, to soften or demineralize water before industrial use, to recover components from an aqueous effluentbefore it is discharged or recirculated.Ion exchange can be manufactured which catalyze specific reactions or which are suitable to use for chromatographic separations.离子交换本身作为一个单元操作，常与吸附或色谱法有相同的理论，但离子交换在自己的特殊领域有着很多应用。它的最古老和最持久的应用是治疗，在工业使用前软化或生产去离子水，在废水排放或循环前将其处理。离子交换可以制造催化特定反应催化剂或适合用于色谱分离。

In the present consent, the exchange is that of equivalent numbers of similarly charged ions, between an immobile phase, which may be a crystal lattice or a gel, and a liquid surrounding the immobile phase.If the exchanging ions carry a positive charge, the ion exchange is termed cationic, and, if a negative charge, anionic.The rate at which ions diffuse between exchanger and liquid is determined not only by the concentration differences in the two phases, but also by the necessity of maintaining electroneutrality in both phase.现阶段主流的观点是，离子交换是固定相之间同等数量的类似的带电离子的交换，这个固定相可能是晶格、凝胶或周围液体。如果交换离子带正电荷,称为阳离子交换；如果交换离子带负电荷,则称为阴离子交换。交换器和液体之间的离子扩散的速度不仅取决于两个固定相的离子浓度，还取决去两个固定相保持电中性的必要性。

Ion exchange process function by replacing undesirable ions of a liquid with ions such as H+ or OH-from a solid material in which the ions are sufficiently mobile, usually some synthetic resin.Eventually the resin becomes exhausted and may be regenerated by contact with a small amount of solution with a high content of the desired ion.Resins can be tailored to have selective affinities for particular kinds of ions.离子交换的运作过程是用合成树脂中移动性较好氢离子和氢氧根离子取代液体中不希望存在的某些离子。最终，这些树脂达到交换饱和状态，并可以通过与少量高浓度离子的接触再生。树脂可以制作成对某些离子有选择性的亲和力。

Commercial columns range from up to 6 m dia and bed heights from 1 to 6 m, most commonly 1~3 m.Freeboard of 50％~100％ is provided to accommodate bed expansion when regenerant flow is upward.The liquid must be distributed and withdrawn uniformly over the cross section.Perforated spiders are suitable.The usual support for the bed of resin is a bed of gravel or layers of ceramic balls of graded sizes, balls sometimes are placed on top of the bed to aid in distribution or to prevent disturbance of the top level.Since the specific volume of the material can change 50% or more as a result of water absorption and ion-ion exchange, the distributor must be located well above the initial charge level of fresh resin.商业离子交换柱范围从高达6米直径和高达1到6米的交换床，最常用的净高1 ~ 3米的交换床。净空50% ~ 100%提供容纳床再生剂流量时向上扩展。液体必须均匀地分布在横截面上，穿孔蜘蛛式结构是理想的液体分布结构。通常支撑树脂床的是一张砾石床或一层层陶瓷球的床，这些球有时被放置在床上的顶部，以帮助分配或防止顶部水平的干扰。由于材料的特定体积可以改变50%或更多的水吸收和离子交换的结果，材料必须位于远高于新鲜树脂的初始电荷水平

If the proposed process is similar to known commercial technology, a new design can be made with confidence.Otherwise laboratory work must be performed.Experts claim that tests on columns 2.5 cm dia and 1 m bed depth can be scaled up safely to commercial diameters.The laboratory work preferably is done with the same bed depth as in the commercial unit, but since the active exchange zone occupies only a small proportional to the bed height, and tests with columns 1 m high can be dependably scaled up.The laboratory work will establish process flow rates, regenerant quantities and flow rates, rinsing operations, and even deterioration of performance with repeated cycles.如果目标工程是类似于已知的商业技术，一个新的设计可以有信心的完成。否则，必须进行实验室工作。专家称，交换柱上直径2.5厘米和1米床深度测试可以安全地规模商业直径。同等深度的交换床，实验室的研究成果往往比实际工业单元操作更好,这是由于积极交流区仅占小比例的床层高度与柱高1米的测试可以可靠地扩大规模。实验室的工作是要建立离子交换过程中的流速、流量的数量和再生剂，清洗操作，甚至反复循环性能恶化。

Operating cycles for liquid contacting process such as ion exchange consist of these steps: 液体接触的方法如离子交换包括这些步骤的操作周期：

(1)Process stream flow for a proper period.(2)A rinse for recovering possibly valuable occluded process solution.(3)A backwash to remove accumulated foreign solids from the top of the bed and possibly to reclassify the particle size distribution.(4)The flow of regenerant for a proper period.(5)Rinse to remove occluded regenerant.（1）适当期间的工艺流程。

（2）一个冲洗有回收价值物质的解决方案。（3）反冲洗以清除从床上积累的固体杂质和可能重新分类的粒度分布。

（4）一段再生流程。

（5）冲洗出去多余物质从而再生。

As complex a cyclic process as this may demand cycle times of more than a few hours.Very high ion concentrations or high volumetric rates may require batteries of vessels and automatic switching of the several streams, or continuously operating equipment.Several continuous ion exchange plants are being operated successfully.这么复杂的循环过程可能需要超过几小时的周期。非常高的离子浓度或高容积率可能需要电池和自动切换电流,或连续操作设备，这样几种连续离子交换设备正在成功运行。

1.Chromatographic Separations 1.色谱分离

Chromatographic methods of separation are distinguished by their high selectivity,that is their ability to achieve separation between components of similar physical and chemical properties.Manymixtures which are difficult to separate by other methods can be separated by chromatography.The range of materials which can be processed covers the entire spectrum of molecular weights, from hydrogen to proteins.色谱分离方法具有高选择性, 色谱分离可以分离具有相似物理和化学性质的物质。许多其他方法难以分离的混合物可以通过色谱分离。可分离的材料范围涵盖整个光谱的分子量,从氢到蛋白质。

Chromatographic techniques have been used routinely for chemical analysis since the 1950s, and for automated analysis of process streams in process control(process chromatography)since 1961.They have also been extensively developed as rapid and accurate methods of measuring a great variety of thermodynamic, kinetic and other physico-chemical properties.We are concerned here with use as a commercial separation process.This is often called production or large-scale chromatography(or sometimes, confusingly, process chromatography)to distinguish it from its smaller, laboratory-scale relative, preparative chromatography.Production chromatography is a relatively new entrant to the range of unit operations available to chemical engineers.Its use is increasing as the demand for high purity materials grows.色谱技术1950年代以来经常用于化学分析,，自1961开始用于控制过程中的过程流的自动分析（过程色谱）。色谱技术也被广泛开发为快速、准确的测量的各种热力学、动力学等物理化学性质的方法。我们担心工业分离过程，这是通常被称为生产或大规模层析(或有时,令人困惑的是,过程层析)区别于其规模较小、实验室相对中制备色谱。生产色谱法对化学工程师来说是一种相对较新的可用的单元操作范围，它的使用提高了对高纯材料需求的增长。

In production chromatography the components a mixture are separated as they pass through a column.The column contains a stationary phase which may be a packed bed of solid particles or a liquid with which the packing is impregnated.The mixture is carried through the column dissolved in a gas or liquid stream known as the mobile phase, eluent or carrier.Separation occurs because the differing distribution coefficients of the components of themixture between the stationary and mobile phases result in differing velocities of travel.在生产色谱中，当混合物穿过交换柱时，它们会被分开。这个交换柱包含一个固定相，该固定相可以是固体颗粒的填充床，也可以是用该填料浸渍的液体。混合物通过柱溶解在液体或气体中的流称为流动相，洗脱剂或载体。固定和流动相混合物的不同分配系数导致各个混合物的不同速度，所以分离才能得以进行。

Chromatography methods are classified according to the nature mobile and stationary phases used.The terms gas chromatography(GC)and the liquid chromatography(LC)refer to the nature of the mobile phase.色谱方法的分类是依据流动相的固定相的使用性质。气相色谱（气相色谱）和液相色谱（液相色谱法）是指流动相的性质。

Both GC and LC may be operated in one of several modes.The principal modes currently used for large-scale separations are elution, selective adsorption or desorption, and countercurrent chromatography.Elution is the most used and best developed form of the technique.气相色谱法和液相色谱法都可以在几种模式中进行操作。目前用于大规模分离的主要模式是洗脱，选择性吸附或解吸，和逆流色谱法。洗脱法是最常用和最发达的技术形式。

2.Membrane Separation Process 2.膜分离过程

Effective product separation is crucial to economic operation in the process industries.However, certain types of materials are inherently difficult and expensive to separate.Prominent examples include: 有效的产品分离是过程工业中经济运行的关键。然而，某些类型的材料的分离是困难的和昂贵的。突出的例子包括：

(1)Finely dispersed solids, especially those which are compressible, have a density close to that of the liquid phase, have high viscosity, or are gelatinous.(2)Low molecular weight, non-volatile organics or pharmaceuticals and dissolved salts.(3)Biological materials which are very sensitive to their physical and chemical environment.（1）

细分散的固体，尤其是可压缩的，有一个密度接近的液相的粘度高，或是凝胶状的。

（2）

低分子量，非挥发性有机物或药物和溶解的盐。

（3）

对物理化学环境非常敏感的生物材料。

The processing of these categories of materials has become of increased importance in recent years, especially with the growth of the newer biotechnological industries and with the increasingly sophisticated nature of processing in the food industries.When difficulties arise in the processing of materials of biological origin, there is one question which is well-worth asking-how does nature solve problem? The solution which nature has developed is likely to be both highly effective and energy efficient, though it may be slow in process terms.Nature separates biologically active materials by means of membranes.A membrane may be defined as “an interphase separating two phases and selectively controlling the transport of materials between those phases”.It is an interphase rather than an interface because it occupies a finite, though normally small, element of space.Human beings are all surrounded by a membrane, the skin, and members control the separation of materials at all levels of life, down to the outer layers of bacteria and subcellular components.这类材料的处理已变得日益重要，尤其是生物技术产业的发展更新和食品处理的日益复杂。当生物材料加工出现困难时，有一个很值得问的问题是自然是如何解决问题的？自然发展的解决方案可能是高效和节能的，但它的过程可能是缓慢的。自然通过膜分离生物活性物质。膜可以被定义为“相间分隔两个阶段，并有选择地控制这些相之间的材料的运输”。它是一个相间，而不是一个接口，因为它占据了一个有限的元素的空间，虽然通常是小的。人类都被一层膜-皮肤包围着，在生活的各个层面上控制物质的分离，到细菌和亚细胞组分的外层。

Since the 1960s a new technology using synthetic membranes for process separations has been rapidly developed by materials scientists, physical chemists and chemical engineers.Such membrane separations have been widely applied to a range of conventionally difficult separations.They potentially offer the advantages of ambient temperature operation, relatively low capital and running costs, and modular construction.自20世纪60年代以来，材料科学家，物理化学家和化学工程师通过一个合成膜工艺的新技术使膜的工艺分离得到了迅速的发展。这样的膜分离已被广泛应用于一系列常规难于分离物质的分离。膜分离可能提供操作温度，相对较低的资本和运行成本，和模块化建设的优点。

Industrial membrane process may be classified according to the size range of materials which they are to separate and driving force used in separation.There is always a degree of arbitrariness about such classification.The pressure driven process are microfiltration(MF), ultrafiltration(UF)and reverse osmosis(RO).These are already well-established large-scale industrial process.For example, reverse osmosis is used world-wide for the desalination of brackish water, with about 1,000 plants in operations.Plants capable of producing up to 10,000 m³/day of drinking water are planned.As a further example, it is standard practice to include an ultrafiltration unit in paint plants in the car industry.The resulting recovery of paint from wash waters can produce savings of 10~30 per cent in paint usage, and allows recycling of the wash waters.The use of reverse osmosis and ultrafiltration in the dairy industry has led to substantial change in production techniques and the development of new types of cheeses and related products.Electrodialysis is a purely electrically driven separation process used extensively for the desalination or concentration of brackish water.There are about 300such plants in operation.However, economics presently favor reverse osmosis rather than electrodialysisfor such separations.It may have a future role in the desalination of protein solution.The major use of dialysis is in hemodialysis of patients with renal failure, where it is most appropriate to use such a gentle technique.Hemodialysis poses many interesting problems of a chemical engineering nature, but dialysis is a relatively slow process not only really suited to large-scale industrial separations.工业膜的过程可以根据材料的大小范围进行分类，它们是分离和驱动力分离使用的材料。工业膜的分类有一定的随意性。压力驱动的过程是微滤（MF）、超滤（UF）和反渗透（RO）。这些都是已经成熟的大型工业过程。例如，全世界约有1000个工厂应用反渗透淡化海水，这些工厂计划生产高达10000米³/天饮用水。作为进一步的例子，汽车行业的油漆厂的超滤单元是标准的做法。由此产生的从洗涤水的油漆回收可以节省10至30 %油漆的使用，并回收洗涤水。在乳品行业的反渗透和超滤的使用导致了大量的生产技术的变化和新类型的奶酪和相关产品的开发。电渗析是纯电驱动分离过程，广泛用于海水淡化，大约有300个这样的工厂在运作。然而，经济学目前喜欢逆渗透而不是这种电渗析分离。电渗析在海水淡化的蛋白质溶液可能有一个未来。透析的主要用途是在血液透析患者肾功能衰竭，它是最适当的使用的温和的技术。血液透析的化学工程设计带来了许多的问题，但透析是一个相对缓慢的过程，不适合于大规模的工业分离。

第二篇：化学工程与工艺专业英语

1.Although the use of chemicals dates back to the ancient civilizations, the evolution of what we know as the modern chemical industry started much more recently.It may be considered to have begun during the Industrial Revolution, about 1800, and developed to provide chemicals roe use by other industries.尽管化学品的使用可以追溯到古代文明时代，我们所谓的现代化学工业的发展却是非常近代（才开始的）。可以认为它起源于工业革命其间，大约在1800年，并发展成为为其它工业部门提供化学原料的产业.2.At the start of the twentieth century the emphasis on research on the applied aspects of chemistry in Germany had paid off handsomely, and by 1914 had resulted in the German chemical industry having 75% of the world market in chemicals.This was based on the discovery of new dyestuffs plus the development of both the contact process for sulphuric acid and the Haber process for ammonia.The later required a major technological breakthrough that of being able to carry out chemical reactions under conditions of very high pressure for the first time.20世纪初，德国花费大量资金用于实用化学方面的重点研究，到1914年，德国的化学工业在世界化学产品市场上占有75%的份额。这要归因于新染料的发现以及硫酸的接触法生产和氨的哈伯生产工艺的发展。而后者需要较大的技术突破使得化学反应第一次可以在非常高的压力条件下进行。

3.At present, however, many intermediates to products produced, from raw materials like crude oil through(in some cases)many intermediates to products which may be used directly as consumer goods, or readily converted into them.The difficulty cones in deciding at which point in this sequence the particular operation ceases to be part of the chemical industry’s sphere of activities.然而现在有数千种化学产品被生产，从一些原料物质像用于制备许多的半成品的石油，到可以直接作为消费品或很容易转化为消费品的商品。困难在于如何决定在一些特殊的生产过程中哪一个环节不再属于化学工业的活动范畴.4.The chemical industry is concerned with converting raw materials, such as crude oil, firstly into chemical intermediates and then into a tremendous variety of other chemicals.These are then used to produce consumer products, which make our lives more comfortable or, in some cases such as pharmaceutical produces, help to maintain our well-being or even life itself.化学工业涉及到原材料的转化，如石油 首先转化为化学中间体，然后转化为数量众多的其它化学产品。这些产品再被用来生产消费品，这些消费品可以使我们的生活更为舒适或者作药物维持人类的健康或生命。

5.The improvement in properties of modern synthetic fibers over the traditional clothing materials has been quite remarkable.在传统的衣服面料上，现代合成纤维性质的改善也是非常显著的。

6.In terms of shelter the contribution of modern synthetic polymers has been substantial.Plastics are tending to replace traditional building materials like wood because they are lighter, maintenance-free

讲到住所方面现代合成高聚物的贡献是巨大的。塑料正在取代像木材一类的传统建筑材料，因为它们更轻，免维护

7.The classical role of the chemical engineer is to take the discoveries made by the chemist in the laboratory and develop them into money--making, commercial-scale chemical processes.化学工程师经典的角色是把化学家在实验室里的发现拿来并发展成为能赚钱的商业规模的化学过程。1

8.The chemical industry is a very high technology industry which takes full advantage of the latest advances in electronics and engineering.Computers are very widely used for all sorts of applications, from automatic control of chemical plants, to molecular modeling of structures of new compounds, to the control of analytical instruments in the laboratory.化学工业是高技术工业，它需要利用电子学和工程学的最新成果。计算机被广泛应用，从化工厂的自动控制，到新化合物结构的分子模拟，再到实验室分析仪器的控制。

9.Once the pilot plant is operational, performance and optimization data can be obtained in order to evaluate the process from an economic point of view.The profitability is assessed at each stage of the development of the process.If it appears that not enough money will be made to justify the capital investment, the project will be stopped.中试车间一旦开始运转，就能获得性能数据和选定最佳数值以便从经济学角度对流程进行评价。对生产过程的每一个阶段可能获得的利润进行评定。如果结果显示投入的资金不能有足够的回报，这项计划将被停止。

10.Based on the experience and data obtained in the laboratory and the pilot plant, a team of engineers is assembled to design the commercial plant.The chemical engineer’s job is to specify all process flow rates and conditions, equipment types and sizes, materials of construction, process configurations, control systems, safety systems, environmental protection systems, and other relevant specifications.根据在实验室和中试车间获得的经验和数据，一组工程师集中起来设计工业化的车间。化学工程师的职责就是详细说明所有过程中的流速和条件，设备类型和尺寸，制造材料，流程构造，控制系统，环境保护系统以及其它相关技术参数。

11.The startup period can require a few days or a few moths, depending on the newness of the technology, the complexity of the process, and quality of the engineering that has gone into the design.Problems are frequently encountered that require equipment modifications.This is time consuming and expensive: just the lost production from a plant can amount to thousands of dollars per day.Indeed, there have been some plants that have never operated, because of unexpected problems with control, corrosion, or impurities, or because of economic problems.启动阶段需要几天或几个月，根据设计所涉及工艺技术的新颖、流程的复杂程度以及工程的质量而定。中间经常会遇到要求设备完善的问题。这是耗时耗财的阶段：仅仅每天从车间出来的废品会高达数千美金。确实，曾经有些车间因为没有预计到的问题如控制、腐蚀、杂质或因为经济方面的问题而从来没有运转过。

12.Chemical engineers study ways to reduce operating costs by saving energy, cutting raw material consumption, and reducing production of off-specification products that require reprocessing.They study ways to improve product quality and reduce environmental pollution of both air and water.化学工程师研究一些方法节省能源，降低原材料消耗、减少不合要求的需进行处理的产品的生产，以降低生产成本。他们还研究一些提高产品质量、减少空气和水中环境污染的措施。

13.The marketing of many chemicals requires a considerable amount of interaction between engineers in the company producing the chemical and engineers in the company using the chemical.This interaction can take the form of advising on how to use a chemical or developing a new chemical in order to solve a specific problem of a customer.许多化工产品的市场开发需要制造化工产品公司的工程师与使用化工产品公司的工程师密切合作。这种合作所采取的方式可以是对如何使用一种化学产品提出建议，或者是生产出一种新的化学产品以解决客户的某个特殊的困难。

14.The number and diversity of chemical compounds is remarkable: over ten million are now known.Even this vase number pales into insignificance when compared to the number of carbon compounds which is theoretically possible.化学物质的数量多得惊人，其差异很大：所知道的化学物质的数量就达上千万种。如此的数量与理论上可能形成的含碳化合物的数量相比，相形见绌。

15.Since the term “inorganic chemical” covers compounds of all the elements other than carbon, the diversity of origins is not surprising.Some of the more important sources are metallic ores, and salt or brine.In all these cases at least two different elements are combine together chemically in the form of a stable compound.因为“无机化学品”这个词涉及到的是除碳以外所有元素构成的化合物.其来源的多样性并不很大。一些较重要的来源是金属矿以及盐和海水。在这些情况下，至少两种不同的元素化合以一种稳定的化合物在一起。

16.In contrast to inorganic chemicals which, as we have already seen,are derived pfom many different sources, the multitude of commercially important organic compounds are essentially derived from a single source.Nowadays in excess of 99% of all organic chemicals is obtained from crue oil and natural gas via petrochemical processes.相比于无机化学品来自于众多不同的资源，商业上的一些重要的有机化合物基本上来源单一。如今，所有有机化合物的99%以上，可以通过石化工艺过程从原油和天然气得到.17.The major route form biomass to chemicals is via fermentation processes.However these processes cannot utillize polysaccharides like cellulose and starch, and so the latter must first be subjected to acidic or enzymic hydrolysis to from the simpler sugars which are suitable starting materials.从碳水化合物得到化学物质的主要途径是通过发酵过程。然而发酵过程不能利用多糖，因此，淀粉必须先受到酸性或酶水解反应，生成更简单的糖类，是合适的起始原料。

18.Being esters, the use of lipids for chemicals production starts with hydrolysis.Although this can be either acid-or alkali-catalyzed, the latter is preferred since it is an irreversiblereaction, and under these conditions the process is known as saponification.类脂属于脂类（物质），用于生产化学物质时，以水解反应开始，虽然水解反应可以用酸或碱催化，但碱催化效果更好，因为碱催化反应不可逆。碱性条件下的水解反应叫做皂化反应。

19.In effect he applied the ethics of industrial consultancy by which experience was transmitted “from plant to plant and from process to process in such a way which did not compromise the private or specific knowledge which contributed to a given plant’s profitability”.The concept of unit operations held that any chemical manufacturing process could be resolved into a coordinated series of operations such as pulverizing, drying, roasting, electrolyzing, and so on.他采用了工业顾问公司的理念，经验传递从一个车间到另一个车间，从一个过程到另一个过程。这种方式不包含限于某个给定工厂的利润的私人的或特殊的知识。单元操作的概念使每一个化学制造过程都能分解为一系列的操作步骤，如研末、干燥、烤干、电解等等。

20.Chemical engineers of the future will be integrating a wider range of scales than any other branch of engineering.未来的化学工程师将比任何其他分支的工程师在更为宽广的规模范围紧密协作

21.Thus, future chemical and engineers will conceive and rigorously solve problems on a continuum of scales ranging from microscale.因此，未来的化学工程师们要准备好解决从微型的到巨型的规模范围内出现的问题。

22.Chemical engineers will become more heavily involved in product design as a complement to process design.化学工程师将越来越多地涉及到对过程设计进行补充的产品设计中。

23.Chemical engineers will be frequent participants in multidisciplinary research efforts.化学工程师将经常性地介入到多学科领域的研究工程。

carbonate 碳酸盐 spectrum 光谱 silica 二氧化硅epoxy 环氧树脂 vinyl 乙烯基 acetate 醋酸盐 pharmaceutical 药物 polypropylene 聚丙烯 formaldehyde 甲醛 ammonium 铵基polyester 聚酯 the lion’s share 较大部分

reactant 反应物 distillation 蒸馏 nozzle 喷嘴 compressor 压缩机 pilot-plant 中试装置 specification 说明书 flow sheet 工艺流程图

corrosion 腐蚀 sensor 传感器 atrophy 退化，衰退 on-line 联机 commission 投产，交工式运转 covalent 共价的 isomerism 同分异构

froth flotation 泡沫浮选 borate 硼酸盐（酯）fluoride 氟化物 amino 氨基的 hydrolysis 水解 nap h the ne 环烷烃 naphtha 挥发油

钠 sodium 钾 potassium 磷 phosphorus 氨 ammonia 聚合物 polymer 粘度 viscosity 聚乙烯 polyethylene 氯化物 chloride

烃 hydrocarbon 催化剂 catalyst 炼油厂 refinery 添加剂 additive 间歇的 batch 反应器 reactor 放大 scale-up 热交换器 heat exchanger

创新 innovation 术语 terminology 阀 valve 梯度 gradient 组成 composition 杂质 impurity 模拟 simulate 氢氧化物 hydroxide 酯 ester 脂肪族的 aliphatic 不饱和的 unsaturated

芳香族的 aromatic 甲烷 methane 烯烃 olefin 烷烃 alkaneenzymic 酶 xylene 二甲苯

第三篇：《化学工程与工艺专业英语》翻译

Unit 11 Chemical and Process

Thermodynamics

化工热力学

在投入大量的时间和精力去研究一个学科时，有理由去问一下以下两个问题：该学科是什 么？（研究）它有何用途？关于热力学，虽然第二个问题更容易回答，但回答第一个问题有必要对该学科较深入的理解。（尽管）许多专家或学者赞同热力学的简单而准确的定义的观点（看法）值得怀疑，但是还是有必要确定它的定义。然而，在讨论热力学的应用之后，就可以很容易完成其定义

1．热力学的应用

热力学有两个主要的应用，两者对化学工程师都很重要。

（1）与过程相联系的热效应和功效应的计算，以及从过程得到的最大功或驱动过程所需 的最小功的计算。

（2）描述处于平衡的系统的各变量之间的关系的确定。

第一种应用由热力学这个名词可联想到，热力学表示运动中的热。直接利用第一和第二定 律可完成许多（热效应和功效应的）计算。例如：计算压缩气体的功，对一个完整过程或某一过程单元的进行能量衡算，确定分离乙醇和水混合物所需的最小功，或者（evaluate）评估一个氨合成工厂的效率。热力学在特殊体系中的应用，引出了一些有用的函数的定义以及这些函数和其它变量（如压强、温度、体积和摩尔分数）关系网络的确定。实际上，在运用第一、第二定律时，除非用于评价必要的热力学函数变化已经存在，否则热力学的第一种应用不可能实现。通过已经建立的关系网络，从实验确定的数据可以计算函数变化。除此之外，某一体系中变量的关系网络，可让那些未知的或者那些难以从变量（这些变量容易得到或较易测量）中实验确定的变量得以计算。例如，一种液体的汽化热，可以通过测量几个温度的蒸汽压和几个温度下液相和汽相的密度得以计算；某一化学反应中任一温度下的可得的最大转化率，可以通过参与该反应的各物质的热量法测量加以计算。

2.热力学的本质

热力学定律有这经验的基础或实验基础，但是在描述其应用时，依赖实验测量显得很明显 化学工程与工艺专业英语第十一单元化工热力学（stand out 突出）。因此，热力学广义上可以定义为：拓展我们实验所得的体系知识的一种手段（方法），或定义为：观察和关联一个体系的行为的基本框架。为了理解热力学，拥有实验的观点有必要，因为，如果我们不能对研究的体系或现象做出物理上正确的评价，那么热力学的方法就无意义。我们应该要经常问问如下问题：怎样测量这一特殊的变量？怎样计算以及从哪一类的数据计算一个特殊的函数。由于热力学的实验基础，热力学处理的是宏观函数或大量的物质的函数，这与微观的函数恰恰相反，微观函数涉及到的是组成物质的原子或分子。宏观函数要么可以直接测量，要么可以从直接测量的函数计算得到，而不需要借助于某一具体的理论。相反，尽管（while）微观函数最终是从实验测量得以确定，但是它们的真实性取决于用于它们计算时的特殊理论的有效性。因此，热力学的权威性在于：它的结果与物质的理论无关，倍受尊敬，为大家大胆地接受。除了与热力学结论一致的必然性以外，热力学有着广泛的应用性。因此，热力学形成了许多学科中的工程师和科学家的教育中不可分割的部分。尽管如此，因为每门科学都只局限于（focus on）关于热力学方面的较少应用，所以其全貌常被低估。实际上，在明显的（可观察到）可再现的平衡态中存在的任何体系，都服从与热力学方法。除了流体、化学反应系统和处于相平衡（化学工程师对这些十分感兴趣）之外，热力学也成功适用于有表面效应的系统、受压力的固体以及处于重力场、离心力场、磁场和电场的物质。通过热力学，1

可以被确定用于定义和确定平衡的位能，并将之定量化。位能也可以确定一个体系移动的方向以及体系达到的终态，但是不能提供有关到达终态所需要的时间的信息。因此，时间不是热力学的变量，速度的研究已超出了热力学的范畴，或者除了体系接近平衡的极限以外，速率的研究属于热力学的范畴。在这儿，速率的表达式应该在热力学上是连续的。

热力学定律建立于实验和观测基础之上的，这些实验和观测既不是最重要的，又不复杂。同时，这些定律的本身是用相当普通语言加以描述的。然而，从这一明显的平淡的开始，发展成为一个很大的结构，这种结构对人类思想归纳力做出了贡献。这在想象力丰富、严肃认真的学生中成功地激发了敬畏（inspire awe），这使得Lewis 和Randall 将热力学视为科学的权威。因为除了技术上的成功和结构的严密性，这个比喻选择很恰当，我们可观察到美妙之处（和宏观体）。因此，毫无疑问，热力学的研究在学术上有价值的，智力上可以得到激发，同时，对一些人来说，是一种很好的经历。

3.热力学定律

第一定律.热力学第一定律是能量守恒的简单的一种描述。如图3-1 所示，稳态时离开一个过程的所有能量的总和必须与所进入该过程的能量总和相等。工程师在设计和操作各种过程 时绝对遵循质量和能量守恒定律。所不幸的是，就其本身而言，当试图评估过程的效率时，第化学工程与工艺专业英语第十一单元化工热力学

一定律引起混淆不清。人们将能量守恒视为一种重要的努力成果，但是事实上，使能量守恒不需要花任何努力— — 能量本身就是守恒的。因为第一定律没有区分各种各样能量的形式，所以从第一定律所得到的结论是有限的。由往复泵引入的轴功会以热量流向冷凝器的形式离开蒸馏塔，与在再沸器引入的热一样容易。在试图确定过程的效率时，一些工程师总掉入将各种形式的能量一起处理的陷阱。这种做法明显是不合理，因为各种能量形式有着不同的费用。第二定律第二定律应用于热转变为功的循环，有多种不同的描述。至于这一点，一种更

加普通的描述是需要的：从一种形式的能量到另一种形式的能量的转换，总是导致质量上总量的损失。另一种描述为：所有系统都有接近平衡（无序）的趋势。这些表达方式指出了在表达第二定律时的困难之处。如果不定义另一个专门描述质量或无序的词语，第二定律的表达就不能令人满意。这个专用名词为熵。这个状态函数对流体、物质或系统中的无序程度进行了定量化。绝对零熵值定义绝对零度时纯净的、晶体固体的状态。每一个分子都由其他的以相当有序结构的相同的分子所包围。运动、随意、污染、不确定性，这一切都增加了混乱度，因此对熵做出了贡献。相反，不论是透明宝石，还是纯净化学产品，还是清洁的生活空间，还是新鲜的空气和水，（都是属于有序状态），有序是有价值的。有序需要付出很高的代价，只有通过做功才得以实现。我们很多工作都花费在家里、车间和环境中创造或恢复有序状态。环境中较高的熵值是较高的生产费用的具体化表现。每一种生产过程的目的都是，利用将混合物分离为纯净物、减小我们知识的不确定性、或是从原料创造（works of art）艺术品以减小熵值。总之，从将原料转变为产品的过程中，熵值不断减小。然而，（inasmuch as）因为随着系统接近平衡，熵的增加是自发的趋势，所以减少熵值是艰难的工作（struggle）。生产过程所需熵减的驱动力同时伴随着宇宙其余部分熵的剧增。一般说来，这种熵的增加在同一工厂内不断持续下去，因此这种造成了产品熵的减小。反过来（whereas 而，却，其实，反过来），熵减存在于原料向产品的转化过程。燃料、电、空气以及水向燃烧产品、废水和无用的热量的形式的转化可表示熵值的大大增加。正象图3-1 中中间部分描述为第一定律一样，图中的底线部分描述了第二定律。离开一个过程的所有的物流的熵值的总和，总是超过进入该过程的物流的熵值的总和。如果熵达到平衡，象质量和能量达到平衡一样，那么该过

程是可逆的，即该过程也会反向移动。可逆过程只是在理论上是可能的，需要动力学平衡维持连续存在，因此可逆过程是不可产生的。而且，如果不化学工程与工艺专业英语第十一单元化工热力学4平衡（过程）倒过来，即如果有净熵的减少，那么所有的箭头也要反向，该过程被迫反向进行。实质上，是熵增驱使该过程：是同一种驱动力使水向下流，热流从热物质流向冷物质，使玻璃打碎，金属腐蚀。简而言之，所有事物都同它们周围的环境接近平衡。第一定律，需要能量守恒，所有形式能量变化有着相同的重要性。尽管所有过程都受第一定律权威性的影响，但是该定律不能区分能量的质量，也不能解释为什么观察不到自发发生的 过程自发地使自身可逆。功可以全部转化为热而反向转换从来不会定量发生，这种反复验证过的观测达成了这样的共识— — 热是一种低质量的能量。第二定律，深深扎根于热发动机效率的研究，能分辨能量的质量。通过这一定律，揭示了以前未认可的函数— — 熵的存在，可以看出，该函数确定了自发变化的方向。第二定律并没有（in no way）减小第一定律的权威性；相反，第二定律拓展和加强了热力学的权限。第三定律热力学第三定律规定了熵的绝对零值，描述如下：对于那些处在绝对零度的完美晶体的变化来说，总的熵的变化为零。该定律使用绝对值来描述熵。

Unit 13 Unit Operations in Chemical

Engineering

化学工程中的单元操作

化学工程由不同顺序的步骤组成，这些步骤的原理与被操作的物料以及该特殊体系的其他特征无关。在设计一个过程中，如果（研究）步骤得到认可，那么所用每一步骤可以分别进行研究。有些步骤为化学反应，而其他步骤为物理变化。化学工程的可变通性（versatility）源于将一复杂过程的分解为单个的物理步骤（叫做单元操作）和化学反应的实践。化学工程中单元操作的概念基于这种哲学观点：各种不同顺序的步骤可以减少为简单的操作或反应。不管所处理的物料如何，这些简单的操作或反应基本原理（fundamentals）是相同的。这一原理，在美国化学工业发展期间先驱者来说是明显的，首先由A.D.Lttle 于1915 年明确提出：任何化学过程，不管所进行的规模如何，均可分解为（be resolvedinto）一系列的相同的单元操作，如：粉碎、混合、加热、烘烤、吸收、压缩、沉淀、结晶、过滤、溶解、电解等等。这些基本单元操作（的数目）为数不多，任何特殊的过程中包含其中的几种。化学工程的复杂性来自于条件（温度、压力等等）的多样性，在这些条件下，单元操作以不同的过程进行，同时其复杂性来自于限制条件，如由反应物质的物化特征所规定的结构材料和设备的设计。最初列出的单元操作，引用的是上述的十二种操作，不是所有的操作都可视为单元操作。从那时起，确定了其他单元操作，过去确定的速度适中，但是近来速度加快。流体流动、传热、蒸馏、润湿、气体吸收、沉降、分粒、搅拌以及离心得到了认可。近年来，对新技术的不断理解以及古老但很少使用的分离技术的采用，引起了分离、处理操作或生产过程步骤上的数量不断增加，在多种操作中，这些操作步骤在使用时不要大的改变。这就是“单元操作”这个术语的基础，此基础为我们提供了一系列的技术。1.单元操作的分类

（1）流体流动流体流动所涉及到的是确定任何流体的从一位置到另一位置的流动或输送的原理。（2）传热该单元操作涉及到（deal with）原理为：支配热量和能量从一位置到另一位置的积累和传递。（3）蒸发这是传热中的一种特例，涉及到的是在溶液中挥发性溶剂从不挥发性的溶质（如盐或其他任何物质）的挥发。（4）干燥在该操作中，挥发性的液体（通常是水）从固体物质中除去。（5）蒸馏蒸馏是这样一个操作：因为液体混合物的蒸汽压强的差别，利用沸腾可将其中的各组分加以分离。（6）吸收在该操作中，一种气流经过一种液体处理后，其中一种组分得以除去。（7）膜分离该操作涉及到液体或气体中的一种溶质

通过半透膜向另一种流中的扩散（8）液-液萃取在该操作中，（液体）溶液中的一种溶质通过与该溶液相对不互溶的另一种液体溶剂相接触而加以分离。（9）液-固浸取在该操作所涉及的是，用一种液体处理一种细小可分固体，该液体能溶解这种固体，从而除去该固体中所含的溶质。（10）结晶结晶涉及到的是，通过沉降方法将溶液中的溶质（如一种盐）从该溶液中加以分离。（11）机械物理分离这些分离方法包括，利用物理方法分离固体、液体、或气体。这些物理方法，如过滤、沉降、粒分，通常归为分离单元操作。许多单元操作有着相同的基本原理、基本原则或机理。例如，扩散机理或质量传递发生于干燥、吸收、蒸馏和结晶中，传热存在于干燥、蒸馏、蒸发等等。

2.基本概念

因为单元操作是工程学的一个分支，所以它们同时建立在科学研究和实验的基础之上。在设计那些能够制造、能组合、能操作、能维修的设备时，必须要将理论和实践结合起来。下面四个概念是基本的（basic），形成了所有操作的计算的基础。物料衡算如果物质既没有被创造又没有被消灭，除了在操作中物质停留和积累以外，那么进入某一操作的所有物料的总质量与离开该操作的所有物料的总质量相等。应用该原理，可以计算出化学反应的收率或工程操作的得率。在连续操作中，操作中通常没有物料的积累，物料平衡简单地由所有的进入的物料和所有的离开的物料组成，这种方式与会计所用方法相同。结果必须要达到平衡。只要（as long as）该反应是化学反应，而且不消灭或创造原子，那么将原子作为物料平衡的基础是正确的，而且常常非常方便。可以整个工厂或某一单元的任何一部分进行物料衡算，这取决于所研究的问题。能量恒算相似地，要确定操作一操作所需的能量或维持所需的操作条件时，可以对任何工厂或单元操作进行能量衡算。该原理与物料衡算同样重要，使用方式相同。重要的是记住，尽管能量可能会转换为另一种等量形式，但是要把各种形式的所有的能量包括在内。理想接触（平衡级模型）无论（whenever）所处理的物料在具体条件（如温度、压强、化学组成或电势条件）下接触时间长短如何，这些物料都有接近一定的平衡条件的趋势，该平衡由具体的条件确定。在多数情况下，达到平衡条件的速率如此之快或所需时间足够长，以致每一次接触都达到了平衡条件。这样的接触可视为一种平衡或一种平衡接触。理想接触数目的计算是理解这些单元操作时所需的重要的步骤，这些单元操作涉及到物料从一相到另一相的传递，如浸取、萃取、吸收和溶解。操作速率（传递速率模型）在大多数操作中，要么是因为时间不够，要么是因为不需要平衡，因此达不到平衡，只要一达到平衡，就不会发生进一步变化，该过程就会停止，但是工程师们必须要使该过程继续进行。由于这种原因，速率操作，例如能量传递速率、质量传递速率以及化学反应速率，是极其重要而有趣的。在所有的情况中，速率和方向决定于位能的差异或驱动力。速率通常可表示为，与除以阻力的压降成正比。这种原理在电能中应用，与用于稳定或直流电流的欧姆定律相似。用这种简单的概念解决传热或传质中的速率问题时，主要的困难是对阻力的估计，阻力一般是通过不同条件下许多传递速率的确定式（determination）的经验关联式加以计算。速率直接地决定于压降，间接地决定于阻力的这种基本概念，可以运用到任一速率操作，尽管对于特殊情况的速率可以不同的方式用特殊的系数来表达。

第四篇：化学工程与工艺专业英语Unit 3

第三单元化学工程师的典型活动

化学工程师的传统角色是将化学家在实验室所得发现转化为可盈利的、工业规模的化工工艺。化学家通常只在试管和派式氧弹中进行一批恒温的实验，只有非常少量的反应物和产物（如100ml）。在恒温浴的条件下，反应物被置于一个小型容器中。催化剂加入后，反应随着时间进行。随着时间的推进，以适当的时间间隔取出样品，以跟踪了解反应物的消耗和产物的产出情况。

相比之下，化学工程师通常操作更大量的原材料和非常庞大且昂贵的设备。反应器能够容纳1000加仑到10000加仑，甚至更多。蒸馏塔高有100多英尺，直径有10到30英尺。在一个化工厂里，对一个工艺流程装置的资本投资可能会超过10000万美元。

化学工程师的工作通常涉及将一个化学家设计的小型反应器和分离系统按比例放大为一个非常大的工厂。化学工程师必须与化学家密切工作，以完全理解工艺流程中涉及的化学反应，并且保证化学家得到设计、操作和优化工艺流程所需的反应动力学数据和物理属性数据。这就是为什么化学工程课程包含如此多化学课程的原因。

化学工程师也必须和机械工程师、电机工程师、土木工程师、冶金工程师密切工作，以设计和操作工厂里的物理设备，包括反应器、贮水池、蒸馏塔、热交换器、泵、压缩机、控制键和仪器设备等。管道通常是这个设备列表中的一个大的项目。一个典型化工厂给人印象最深刻的特征之一是铺设于那里的大量的管子，在很多工厂它们确实有好几百英里。这些管子负责工厂里工艺材料（气体和液体）的进出。它们也输送公共事业设备（蒸汽、冷却水、空气、氮气和制冷剂）到过程装备。

将化学实验商业化，化学工程师的工作涉及开发、设计、建造、操作、销售和研究。不同公司给这些功能的名称是不同的，但是仅仅就是名称不同而已。让我们简略描述一下每项功能吧。应该强调的是我们将要考虑的工作是典型和经典的，但是这决不是化学工程师唯一做的事。化学工程师在数学、化学和物理方面有一个广泛的背景。因此，他或她在工业、政府和学术界能够并且确实有丰富的工作种类。

1.开发

开发是将一个实验室规模的工艺流程转化为一个商业规模的工艺流程所需的中间步骤。开发中所涉及的中试装置可能会用到五加仑容量的反应器和直径为3英寸的蒸馏塔。开发通常只是化工工艺商业化中的一个部分，因为扩大问题是一件非常难的事。从试管直接到10000加仑的反应器是一项棘手的尝试，有时还是危险的。其中涉及的一些在外行看来不明显的细微问题包括混合缺陷、径向温度梯度的增加和传热对产热比率的减小。

化学工程师和化学家与其他工程师组成的团队一起工作，来设计、建造和操作中试装置。设计方面涉及设备尺寸、结构以及建造材料的确定。通常，中试装置会被设计得非常灵活，以便在不同条件和构造中能够进行评估。

一旦中试装置可使用了，性能和优化数据便可获得，以从经济的角度评估这个工艺流程。在工艺流程开发的每个阶段都会对收益性进行评估。如果盈利情况不足以说明资本投资的合理性，那么这个项目便会被终止。

中试装置为建造材料、测量技术和工艺流程控制策略的评估提供了机会。在中试装置中的实验发现可被用来提高真实工厂的设计指标。

2.设计

基于从实验室和中试装置中所得的经验和数据，一个工程师组成的团队会一起来设计这个商业设备。化学工程师的工作则是确定工艺流程的速度和条件、设备的类型和尺寸、建造材料、工艺流程的结构、控制系统、安全系统、环境保护系统以及其他相关的规格。这是一项巨大的责任。

设计阶段是非常耗费资金的。一个典型的化工工艺可能需要5000到10000万美元的资本投资。这真是一大笔资金！并且化学工程师需要做很多这种决定。当你发现你自己在那个位置的时候，你将会高兴你尽你自己所能（当然也是我们所希望的）学习了，因此你能够以可能的最好的工具和方法来解决这些问题。

设计过程的成果是很多的文件：

（1）工艺流程图是以示意图的形式展示所有设备，并且流程定名，条件确定（流量、温

度、压力、组成、粘度、浓度等。）。

（2）管道和装设仪器图是展示设备所有部分（包括尺寸、喷嘴位置、材料）的图，包括

所有管道（包括尺寸、材料和阀门），所有装设仪器（包括传感器的位置和类型、控制阀和控制器），还有所有的安全系统（包括安全阀和安全隔膜的位置与尺寸、废气燃烧管路和安全操作条件）。

（3）设备规格表上有所有设备的精确尺寸、性能标准、建造材料、腐蚀裕度、操作温度

和压力、流量的最大最小值等。这些设备规格表会被送到设备制造厂进行报价，然后再制造。

3.建造

设备制造厂（卖主）制造好设备的单个零件后，零件会被运送到工厂所在地（有时是一件颇具挑战性的后勤保障工作，尤其是对于蒸馏塔这样的大型容器）。建设阶段的工作是将所有零件组装成一个完整的工厂。对于大型的设备和建筑（如控制室、进程分析实验室和维修车间），首先要在地面上挖洞并且倾倒混凝土作为地基。

最初的准备工作完成后，设备的主要零件和上层钢结构就建立了。热交换器、泵、压缩机、管道、仪表传感器和自动控制阀安装完毕。控制系统线路和管道沟通了控制室和设备。为发动机安装电线、开关和变压器，以驱动泵和压缩机。加工设备安装完后，接下来化学工程师就得检查各部分是否合理连接，各零件是否正常运转。

对很多工程师而言，这通常是一个令人激动和值得的时刻。你看到你的设想从纸张变为现实。钢材和混凝土取代了设计图和图表。整个工厂是很多人多年工作的结晶。你最终站在了发射台上，整个工厂将投入运转或宣告失败！揭示真相的时刻即将到来。

一旦检查阶段结束就开始运转了。开动是工厂最初的投产。这是一个振奋人心的时刻，并且活动要持续一整天。对化学工程师而言，这是最好的学习地方之一。现在你发现你的设想和计算确实是多么好。参与中试装置和设计工作的工程师通常是运转工作组的一部分。

开动阶段会持续几天或几个月，这取决于设计中技术的先进程度、工艺流程的复杂性和工程的质量。设备需要改良的问题经常出现。这是耗时且昂贵的，工厂每天损失的产品折合成现金都有数千万美元。实际上，一些工厂都没有能够运转，因为控制、腐蚀或污染方面的一些意想不到的问题，或者因为资金的问题。

在开动阶段，工程师通常需要轮流值班。在短期内需要学习大量的东西。一旦工厂成功以它的额定性能运转，便可移交操作或生产部门进行产品的日常生产。

4.生产

化学工程师在生产（在一些公司或者称为操作或制作）中占据中心地位。工厂的技术服务团队负责工厂高效、安全运行的技术部分。它们在工厂中进行容量和性能的测试以确定设备的瓶颈在何处，然后设计改良物和增建物以去除这些瓶颈。

化学工程师研究方法，节约能源、减少原材料消耗、减少需再生的不合格产品的生产，以减

少操作费用。他们研究方法以提高产品质量，并减少空气和水源的污染。

除了在工厂提供技术服务外，很多工程师还是营运监督者。这些监督者负责工厂日常操作的方方面面，包括监督全天以三班制运营的工厂的经营者，监督产品达到质量标准、在约定时间以约定数量提供产品、更新和维护设备备件的存货清单、维持好工厂运营、确保安全技术规章被遵循、避免过多排放物进入当地环境并且在当地充当工厂的发言人。

5.技术销售

很多化学工程师在技术销售领域找到了一项刺激且赚钱的事业。和其他销售职位一样，他们的工作也涉及拜访客户，为客户推荐特别的产品以满足他们的需求以及确保订单顺利处理。销售工程师是公司的代表，并且必须熟知公司的生产线。销售工程师的销售能力会大大影响公司的发展和收益。

很多化学制品的销售需要公司中生产化学制品的工程师与使用化学制品的工程师之间的广泛合作。这种合作的形式可以是，建议如何使用化学制品，或者研发新化学制品以解决客户的具体问题。

当销售工程师有问题不能自信处理时，他或她必须能够得到专家的意见。化学工程师有时可能必须号召来自几个公司的为解决同一问题而工作的研究者共同努力。

6.研究

化学工程师从事很多类型的研究。他们与化学家一起研发新型或改良的产品。他们研发新型和改良的工程方法（如更好的模拟化工工艺的计算机程序、更好的描述化学制品的特性的实验室分析方法和新型反应器与分离系统）。它们以改良的传感器进行联机的物理属性测量。他们研究供选择的工艺流程的结构和设备。

你可能会看到研发工程师在实验室或书桌旁解决问题。他们通常是由科学家和工程师组成的团队中的一员。工艺流程和加工设备普通型方面的知识使得化学工程师对研究工作作出了特殊贡献。化学工程师的日常活动有时可能与在同一团队中的化学家或物理学家非常相像。

节选自“化工工艺分析，威廉著，出版社，1988年”

第五篇：化学工程与工艺专业英语Unit 12

Unit 12 what do we mean by transport

phenomena ?

Transport phenomena is the collective name given to the systematic and integrated study of three classical areas of engineering science :(i)energy or heat transport ,(ii)mass transport or diffusion ,and(iii)momentum transport or fluid dynamics.传递现象是工程科学三个典型领域系统性和综合性研究的总称：能量或热量传递，质量传递或扩散，以及动量传递或流体力学。Ofcourse , heat and mass transport occur frequently in fluids , and for this reason some engineering educators prefer to includes these processes in their treatment of fluid mechanics.当然，热量和质量传递在流体中经常发生，正因如此一些工程教育家喜欢把这些过程包含在流体力学的范畴内。Since transport phenomena also includes heat conduction and diffusion in solids , however , the subjectis actually ofwider scope than fluid mechanics.由于传递现象也包括固体中的热传导和扩散，因此，传递现象实际上比流体力学的领域更广。It is also distinguished from fluid mechanics in that the study of transport phenomena make use of the similarities between the equations used to describe the processes of heat,mass,and momentum transport.传递现象的研究充分利用描述传热，传质，动量传递过程的方程间的相似性，这也区别于流体力学。These analogies,as they are usually called, can often be related to similarities in the physical mechanisms whereby the transport takes place.这些类推(通常被这么叫)常常可以与传递现象发生的物理机制间的相似性关联起来。As a consequence,an understanding of one transport process can readily lead to an understanding of other processes.因此，一个传递过程的理解能够容易促使其他过程的理解。Moreover,ifthe differential equations and boundary conditions are the same,a solution need be obtained for only one of the processes since by changing the nomenclature that solution can be used to obtain the solution for any other transport process.而且，如果微分方程和边界条件是一样的，只需获得一个传递过程的解决方案即可，因为通过改变名称就可以用来获得其他任何传递过程的解决方案。

It must be emphasized , however, that while there are similarities between the transport processes, there are also important differences , especially between the transport of momentum(a vector)and that of heat or mass(scalars).必须强调,虽然有相似之处,也有传递过程之间的差异,尤其重要的是运输动量(矢量)和热或质量(标量).Nevertheless , a systematic study of the similarities between the transport processes makes it easier to identify and understand the differences between them.然而,系统地研究了相似性传递过程之间的相似性,使它更容易识别和理解它们之间的差别。

1．How We Approach the Subject怎么研究传递过程？

In order to demonstrate the analogies between the transport processes , we will study each of the process in parallel-instead of studying momentum transport first , then energy transport , and finally mass transport.为了找出传递过程间的相似性，我们将同时研究每一种传递过程——取代先研究动量传递，再传热，最后传质的方法。Besides promoting understanding , there is another pedagogical reason for not using the serial approach that is used in other textbooks : of the three processes, the concepts and equations involved in the study of momentum transport are the most difficult for the beginner to understand and to use.除了促进理解之外，对于不使用在其他教科书里用到的顺序法还有另一个教学的原因：在三个过程中，包含在动量传递研究中的概念和方程对初学者来说是最难以理解并使用。Because it is impossible to cover heat and mass transport thoroughly without prior knowledge of momentum transport ,one is forced under the serial approach to take up the most difficult subject(momentum transport)first.因为在不具有有关动量传递的知识前提下一个人不可能完全理解传热和传质，在顺序法的情况下他就被迫先研究最难的课程即动量传递。On the other hand ,if the subjects are studied in parallel , momentum transport becomes more understandable by reference to the familiar subject of heat transport.另一方面，如果课程同时被研究，通过参照有关传热的熟悉课程动量传递就变得更好理解。Furthermore ,the parallel treatment makes it possible to study the simpler the physical processes that are occurring rather than the mathematical procedures and representations.而且，平行研究法可以先研究较为简单的概念，再深入到较难和较抽象的概念。我们可以先强调所发生的物理过程而不是数学性步骤和描述。For example，we will study one-dimensional transport phenomena first because equations instead of partial requiring vector notation and we can often use ordinary differential equations instead of partial differential equations ,which are harder to solve.例如，我们将先研究一维传递现象，因为它在不要求矢量标注下就可以被解决，并且我们常常可以使用普通的微分方程代替难以解决的偏微分方程。This procedure is also justified by the fact that many of the practical problems of transport phenomena can be solved by one-dimensional models.加上传递现象的许多实际问题可以通过一维模型解决的这样一个事实，这种处理做法也是合理的。

2.Why Should Engineers Study Transport Phenomena? 为什么工程师要研究传递现象？

Since the discipline of transport phenomena deals with certain laws of nature , some people classify it as a branch of engineering.因为传递现象这个学科牵扯到自然界定则，一些人就把它划分为工程的一个分支。For this reason the engineer , who is concerned with the economical design and operation of plants and equipment , quite properly should ask how transport phenomena will be of value in practice.正因如此，对于那些关心工厂和设备设计和操作经济性的工程师而言，十分应该探知在实际中传递现象如何起到价值作用。There are two general types of answers to those questions.对于那些问题有两种通用型答案。The first requires one to recognize that heat ,mass ,and momentum transport occur in many kinds of engineering , e.g., heat exchangers ,compressors ,nuclear and chemical reactors, humidifiers, air coolers ,driers , fractionaters , and absorbers.第一种要求大家认识到传热，传质和动量传递发生在许多工程设备中，如热交换器，压缩机，核化反应器，增湿器，空气冷却器，干燥器，分离器和吸收器。These transport processes are also involved in the human body as well as in the complex processes whereby pollutants react and diffuse in the atmosphere.这些传递过程也发生在人体内以及大气中污染物反应和扩散的一些复杂过程中。It is important that engineers have an understanding of the physical laws governing these transport processes if they are to understand what is taking place in engineering equipment and to make wise decisions with regard to its economical operation.如果工程师要知道工程设备中正在发生什么并要做出能达到经济性操作的决策，对主导这些传递过程的物理定律有一个认识很重要。

The second answer is that engineers need to be able to use their understanding of natural laws to design process equipment in which these processes are occurring.第二种答案是工程师需要能够运用自然定律的知识设计包含这些过程的工艺设备。To do so they must be able to predict rates of heat ,mass , or momentum transport.要做到这点，他们必须能够预测传热，传质，或动量传递速率。For example, consider a simple heat exchanger , i.e., a pipe used to heat a

fluid by maintaining its wall at a higher temperature than that of the fluid flowing through it.例如，考虑一个简单的热交换器，也就是一根管道——通过维持壁温高于流经管道的流体温度来加热流体。The rate at which heat passes from the wall of the pipe to the fluid depends upon a parameter , etc.热量从管壁传递到流体的速率取决于传热系数，传热系数反过来取决于管的大小，流体流速，流体性质等。Traditionally heat-transfer coefficients are obtained after expensive and time-consuming laboratory or pilot-plant measurements and are correlated through the use of dimensionless empirical equations.传统上传热系数是在耗费和耗时的实验室或模范工厂的测量之后获得并且通过使用一维经验方程关联起来。Empirical equations are equations that fit the data over a certain range;they are not based upon theory and cannot be used accurately outside the range for which the data have heen taken.经验方程是适合一定数据范围的方程，它们不是建立在理论基础上而且在应用数据的范围外不能被精确使用。

The less expensive and usually more reliable approach used in transport phenomena is to predict the heat-transfer coefficient from equations based on the laws of nature.使用在传递现象中比较不耗费和通常较为可靠的方法是从以自然定律为基础的方程中预测传热系数。The predicted result would be obtained by a research engineer by solving some equations(often on a computer).预测的结果将由一个研究工程师通过解一些方程获得（常常在电脑上）A design engineer would then use the equation for the heat-transfer coefficient obtained by the research engineer.设计工程师再使用由研究工程师获得的关于传热系数的方程。

Keep in mind that the job of designing the heat exchanger would be essentially the same no matter how the heat-transfer coefficients were originally obtained.要记住无论传热系数是怎么得来的设计热交换器的工作将基本上是一样的。For this reason ,some courses in transport phenomena emphasize only the determination of the heat-transfer coefficient and leave the actual design procedure to a course in unit operations.正因如此，传递现象的一些课程只强调传热系数的决定而把真正的设计步骤留给单元操作中的一个课程。It is of cource a “practical “ matter to be able to obtain the parameters , i.e., the heat-transfer coefficients that are used in design , and for that reason a transport phenomena course can be considered an engineering course as well as one in science.当然，能获得参数也就是设计中使用的传热系数是事实，并正因此，一个传递现象课程可被视为一个工程课程或一个科学课程。

In fact , there are some cases in which the design engineer might use the methods and equations of transport phenomena directly in the design of equipment.实际上，在设备设计中有一些情况下设计工程师可能直接使用传递现象的方法和方程。An example would be a tubular reactor ,which might be illustrated as a pipe ,e.g., the heat exchanger described earlier, with a homogeneous chemical reaction occurring in the fluid within.一种情况就是设计可以被称为管道的管式反应器，如，前面所提过的热交换器，在它里面的液相中发生着一个均相化学反应。The fluid enters with a certain concentration ofreactant and leaves the tube with a decreased concentration of reactant and an increased concentration of product.流体以一定浓度的反应物流进并以浓度降低的反应物和浓度增加的产物流出反应管。

If the reaction is exothermic , the reactor wall will usually be maintained at a low temperature in order to remove the heat generated by the chemical reaction.如果反应是放热的，为了移除化学反应生成的热量反应器壁通常维持在一个低的温度。Therefore the temperature will

decrease with radial position , i.e.,with the distance from the centerline of the pipe.因此沿径向方向也就是说随离管道中心线距离的增大，温度降低。Then , since the reaction rate increases with temperature , it will be higher at the center ,where the temperature is high , than at the wall , where the temperature is low.再者，因为反应速率随温度升高而增大，在温度高的中心处的反应速率高于温度低的管壁处的反应速率。Accordingly ,the products of the reaction will tend to accumulate at the centerline while the reactants accumulate near the wall of the reactor.结果，反应产物将倾向于在中心线处积累而反应物在靠近管壁处积累。Hence , concentration as well as temperature will vary both with radial position and with length.因此，沿径向和横向浓度和温度都将改变。To design the reactor we would need to know ,at any given length , the mean concentration of product.为了设计反应器我们需要知道在任意给定的管长下产物的平均浓度。Since this mean concentration is obtained from the point values averaged over the cross section , we actually need to obtain the concentration at every point in the reactor , i.e., at every radial position and at every length.由于这个平均浓度是将整个反应器内每个点的浓度平均起来得到的，实际上我们需要得到反应器内每个点的浓度，也就是说，在每个径向和横向位置。But to calculate the concentration at every point we need to know the reaction rate at every point , and to calculate the rate at every point we need to know both the temperature and the concentration at every point!但是为了计算每个点的浓度我们需要知道每个点处的反应速率，而为了计算每个点处的速率我们需要知道温度和浓度！Furthermore, to calculate the temperature we also need to know the rate and the velocity of the fluid at every point.而且，为了计算温度我们也要知道每个点处的反应速率和速度。We will not go into the equations involved ,but obviously we have a complicated set of partial differential equations that must be solved by sophisticated procedures, usually on a computer.我们将不得到所包含的方程，但显然有一组必须由精细繁琐的步骤解决的复杂偏微分方程（通常在电脑上）。It should be apparent that we could not handle such a problem by the empirical design procedures used in unit operations courses for a heat exchanger.我们不能通过用于单元操作课程中关于热交换器的经验设计步骤来解决这样一个问题，应该是明显的。Instead the theory and mathematical procedures of transport phenomena are essential ,unless one wishes to go go the expense and take the time to build pilot plants of increasing size and measure the conersion in each.然而传递现象的理论和数学步骤是必不可少的，除非一个人愿意花金钱和时间去建立规模不断扩大的模范工厂并测出每一个工厂的产率。Even then the final scale-up is precarious and uncertain.即便最后的扩大规模是靠不住和不确定的。

Of course ,not all problems today can be solved by the methods of transport phenomena.当然，并非今天所有的问题都能通过传递现象的方法解决。However, with the development of the computer ,more and more problems are being solved by these methods.然而，随着电脑科技的发展，越来越多的问题通过这些方法正被解决。If engineering students are to have an education that is not become obsolete , they must be prepared, through an understanding of the methods oftransport phenomena , to make use of the computations that will be made in the future.如果工程学学生要得到一个不过时的教育，他们必须通过理解传递现象的方法准备好去充分利用将在未来形成的计算机计算。Because of its great potential as well as its current usefulness , a course in transport phenomena may ultimately prove to be the most practical and useful course on a student’s undergraduate career.由于其极大的潜能及当前的实用性，在一个大学生的在校学习生涯中，传递现象这门课程或许最终证明是最实用和有用的课程。