1第一單元化學工業(yè)化學工業(yè)的起源盡管化學品的使用可以追溯到古代文明時代，我們所謂的現(xiàn)代化學工業(yè)的進展卻是格外近代〔才開頭的。可以認為它起源于工業(yè)革命其間，大約在1800年，并進展成為為其它工業(yè)部門供給化學原料的產(chǎn)業(yè)。比方制肥皂所用的堿，棉布生產(chǎn)所用的漂白粉，玻璃制造業(yè)所用的硅及Na2CO3.我們會留意到全部這些都WilliamHenryPerkin覺察第一種合成染料—苯胺紫并加以開發(fā)利用為標志的。201914年，75%的份額。這要歸因于染料的覺察以及硫酸的接觸法生產(chǎn)和氨的哈伯生產(chǎn)工藝的進展。而后者需要較大的技術(shù)突破使得化學反響第一次可以在格外高的壓力條件下進展。這方面所取得的成績對德國很有幫助。特別是由于1914年第一次世界大仗的爆發(fā)，對以氮為根底的化合物的需求飛速增長。這種深刻的轉(zhuǎn)變始終持續(xù)到戰(zhàn)后〔1918-1939。1940年以來，化學工業(yè)始終以引人注目的速度飛速進展。盡管這種進展的速度近年來已大大減慢。化195060年巨大增加。千種不同的化學產(chǎn)品，而人們通常只接觸到終端產(chǎn)品或消費品。這些產(chǎn)品被購置是由于他們具有某些性質(zhì)適合〔人們〕的一些特別的用途，例如，用于盆的不粘涂層或一種殺蟲劑。這些化學產(chǎn)品歸根到底是由于它們能產(chǎn)生的作用而被購置的。化學工業(yè)的定義在本世紀初，要定義什么是化學工業(yè)是不太困難的，由于那時所生產(chǎn)的化學品是很有限的，而且是非常清楚的化學品，例如，燒堿，硫酸。然而現(xiàn)在有數(shù)千種化學產(chǎn)品被生產(chǎn)，從一些原料物質(zhì)像用于制備許多的半成品的石油，到可以直接作為消費品或很簡潔轉(zhuǎn)化為消費品的商品。困難在于如何打算在一些特別的生產(chǎn)過程中哪一個環(huán)節(jié)不再屬于化學工業(yè)的活動范疇。舉一個特別的例子來描述一下這種逆境。乳劑漆/聚醋酸乙烯。明顯，氯乙烯〔或醋酸乙烯〕的合成以及聚合是化學活動。然而，假設(shè)這種漆，包括高聚物，它的配制和混合是由一家制造配料的跨國化學公司完成的話，那它照舊是屬于化學工業(yè)呢還是應當歸屬于裝飾工業(yè)中去呢？下一個簡潔的定義。相反的每一個收集和出版制造工業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)的官方機構(gòu)都會對如何屆定哪一類操作為化學工業(yè)有自己的定義。當比較來自不同途徑的統(tǒng)計資料時，記住這點是很重要的。對化學工業(yè)的需要在生產(chǎn)過程的每一個階段，都有價值加到產(chǎn)品上面，只要這些附加的價值超過原材料和加工本錢之和，這個加工就產(chǎn)生了利潤。而這正是化學工業(yè)要到達的目的?！?〕〔2〕3〕社會對化學工業(yè)的需求有多大。在答復這些問題的時候我們的思路將要考慮化學工業(yè)在滿足和改善我們的主要需求方面所做的奉獻。是些什么需求呢？很明顯，食物和安康是放在第一位的。其它我們要考慮的按挨次是衣物、住宅、休閑和旅行。(1)食物?；瘜W工業(yè)對糧食生產(chǎn)所做的巨大奉獻至少有三個方面。第一，供給大量可以獲得的肥料以補〔主要是氮、磷和鉀。其次，生產(chǎn)農(nóng)作物保護產(chǎn)品，〔2〕安康。我們都很了解化學工業(yè)中制藥這一塊在維護我們的身體安康甚至延長壽命方面所做出的巨β-抗血栓降低血壓。T恤、上衣、襯衫抗皺、可機洗，曬干自挺或免燙，也比自然面料廉價?？梢院芎啙嵉赝ㄟ^對現(xiàn)有的顏色進展構(gòu)造調(diào)整而獲得。這一領(lǐng)域中另一些重要進展是不褪色，即在洗滌衣物時染料不會被洗掉?！?〕住宅，休閑和旅游。講到住宅方面現(xiàn)代合成高聚物的奉獻是巨大的。塑料正在取代像木材一類的傳統(tǒng)建筑材料，由于它們更輕，免維護〔即它們可以抵抗風化，不需油漆。另一些高聚物，比方，脲甲醛和聚脲，是格外重要的絕緣材料可以削減熱量損失因而削減能量損耗。線，到球拍的尼龍線還有高爾夫球的元件，還有制造足球的合成材料。多年來化學工業(yè)對旅游方面所作的奉獻也有很大的提高。一些添加劑如抗氧化劑的開發(fā)和發(fā)動機油粘3000600012023英里。研發(fā)工作還改進了潤滑油和油脂的性能，并得到了更好的剎車油。塑料和高聚物對整個汽車業(yè)的奉獻的比例是驚人的，源于這些材料—擋板，輪胎，坐墊和涂層等等—40%。以推斷。化學工業(yè)的爭論和開發(fā)。興盛學工業(yè)飛速進展的一個重要緣由就是它在爭論和開發(fā)方面的投入和投資。通常是銷售收入入，也就是說全部回收的錢，其中包括要付出原材料費，企業(yè)治理費，員工工資等等。過去這筆巨大的投資支付得很好，使得很多有用的和有價值的產(chǎn)品被投放市場，包括一些合成高聚物如尼龍和聚脂，藥品和殺蟲劑。盡管近年來進入市場的產(chǎn)品大為削減，而且在衰退時期爭論部門通常是最先被裁減的部門，在爭論和開發(fā)方面的投資照舊保持在較高的水平。動把握，到化合物構(gòu)造的分子模擬，再到試驗室器的把握。500,00025千萬美元，再加上自動把握設(shè)備的普遍應用，就不難解釋為什么化工廠是資金密集型企業(yè)而不是勞動力密集型企業(yè)。都有制造廠。這種國際間的合作理念，或全球一體化，是化學工業(yè)中進展的趨勢。大公司通過在別的國家建筑制造廠或者是收購已有的工廠進展擴張。Unit10 WhatIsChemicalEngineering?什么是化學工程學因此，化學工程學是工程學的一個分支，它涉及工業(yè)化化學過程中工廠和機器的設(shè)計、制造、和操作的爭論。與純化學區(qū)分開來的首要目的是“找到最經(jīng)濟的生產(chǎn)路線并設(shè)計商業(yè)化的設(shè)備和關(guān)心設(shè)備盡可能地適應會是什么樣的。化學工藝建立理論根底供給了可能。從主干上分出很多的分支，如工藝和工廠設(shè)計，自動化，化工工藝模擬和模型，等等。簡要的歷史輪廓而消滅，是應用化學的純描述性的分支。世紀。一些小的、特地的企業(yè)開頭創(chuàng)立，生產(chǎn)酸、堿、鹽、藥物中間體和一些有機化合物。由于十九世紀英國的學院化學家強調(diào)純化學的爭論高于應用化學，他們的要成為工業(yè)化學家的學生也只1980年月以前，德國的化學公司也是這樣。他們情愿聘請那些在大學里進展爭論的人作參謀，這些人間或為制造的革供給一些意見。然而到了80年月，工業(yè)家們開頭生疏到要把參謀們在試驗室的預備和合成工作進展放大是一個與試驗室爭論截然不同的活動。他們開頭把這個放大的問題以及解決的方法交給“化學工程師”—這可能是受到已經(jīng)進入工廠的機械工程師的表現(xiàn)的啟發(fā)。由于機械工程師生疏所涉及的加工工藝，是修理日益簡潔化的工業(yè)生產(chǎn)中的蒸氣機和高壓泵的最適宜的人選。學院爭論中頭和手兩分的現(xiàn)象漸漸消亡。1881了拒絕。另一方面，由于受到來自工業(yè)界日益加重的壓力，大學的課程開頭表達出除了培育分析工作者還要培育化學工程師的要求?，F(xiàn)在僅僅對現(xiàn)有工業(yè)過程進展描述已經(jīng)不夠了，需要對各種特別工業(yè)進展工藝屬性的分析。這就為引入熱力學及動力學、溶液和相等物理化學思想供給了空間。GeorgeDavis，化學工業(yè)協(xié)會的首任秘書。1887DavisManchester規(guī)?；瘜W生產(chǎn)中所應用的機器和工廠”的爭論。這們課程包括了大規(guī)模工業(yè)化操作的工廠的各種類型，如枯燥、裂開、蒸餾、發(fā)酵、蒸發(fā)和結(jié)晶。后來漸漸在別的地方而不僅僅在英國，而是國外，成為很多課程MITLewisNorton早在1888Davis型課程。1915年，ArthurD.little在一份MIT的打算書中，提出了“單元操作”這個概念，這幾乎為二十世紀Davis專利權(quán)或某個擁有者的保存權(quán)所保護的隱秘。過去這種泄露已經(jīng)嚴峻限制了制造者對學院爭論機構(gòu)訓練打算?？茖W校的工廠里用中試車間進展了試驗。他承受了工業(yè)參謀公司的理念，閱歷傳遞從一個車間到另一個車間，從一個過程到另一個過程。這種方式不包含限于某個給定工廠的利潤的私人的或特別的學問。單元操作的概念使每一個化學制造過程都能分解為一系列的操作步驟，如研末、枯燥、烤干、電解等等。例如，學校對松節(jié)油制造的特別性質(zhì)的爭論可以用蒸餾屬性爭論來代替。這是一個對很多其它工業(yè)制造也很一般的工藝過程。單元操作概念的定量形1920力氣使得他們合理地設(shè)計了第一座現(xiàn)代煉油廠。石油工業(yè)第一次大量聘請化學工程師的富強時代開頭了。程中材料和能量平衡的爭論以及多組分體系中根底熱力學的爭論?；瘜W工程師在幫助美國及其盟國贏得其次次世界大戰(zhàn)的成功中起了關(guān)鍵的作用。他們進展了合成橡膠-235，把制造過程從試驗室爭論一步放大到當時最大規(guī)模的工業(yè)化工廠，而他們在完善penicillin的生產(chǎn)工藝中也是功不行沒，它挽救了幾十萬受傷士兵的生命。工程學運動。由于不滿足對工藝設(shè)備運行的閱歷描述，化學工程師開頭從更根底的角度再打量單元操的儀器設(shè)備。過程和放應器的數(shù)學模型也被建立并被應用于資金密集型的美國工業(yè)如石油化學工業(yè)。程師運用綜合技能解決簡潔問題更加供給了信念。心的課題的困難爭論是必需的，包括：·多組分體系熱力學及動力學·傳輸現(xiàn)象·單元操作·反響工程·過程設(shè)計和把握·工廠設(shè)計和系統(tǒng)工程術(shù)、燃燒、電化學工程、以及聚合物科學和技術(shù)方面?；瘜W工程學的根本進展趨勢打造一個的模型。化學工程學的焦點始終是轉(zhuǎn)變物體的物理狀態(tài)或化學性質(zhì)的工業(yè)過程?；瘜W工程師致力于這些過程的合成、設(shè)計、測試放大、操作、把握和優(yōu)選。他們從事于解決的這些問題，傳統(tǒng)的規(guī)模水平和簡潔程度可稱之為中等的，這種規(guī)模的例子包括有單個過程〔單元操作〕所使用的反響器和設(shè)備以及制造廠里單元操作的組合，將來的爭論將在規(guī)模上漸漸進展補充。除了中等規(guī)模，還有微型的以及更為簡潔的系統(tǒng)巨型的規(guī)模。工作。將越來越多地使用計算機、人工智能以及專家系統(tǒng)來解決問題，進展產(chǎn)品和過程設(shè)計，生產(chǎn)制造。在這個學科中還有兩個重要的進展是我們前面沒有提到的：能指標。這些產(chǎn)品的特征是聽從快速革的需要，因而他們將在市場上很快地被更的產(chǎn)品所取代?；瘜W工程師將常常性地介入到多學科領(lǐng)域的爭論工程?；瘜W工程師參與跨學科爭論與化學科學、特種工業(yè)進展合作具有悠久的歷史。隨著工程學與分子科學最嚴密地聯(lián)系在一起，化學工程學的地位也越來越崇高。由于如化學、分子生物學、生物醫(yī)學以及固體物理這樣的科學都是為明天的科學技術(shù)供給種子，作為“界面科學里將消滅的工業(yè)技術(shù)。Unit21化學工業(yè)與環(huán)境些問題必需要在將來的幾年里通過認真的爭論得到解決，這樣我們才能保持文明與自然的平衡。大氣化學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很多有機物分子結(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構(gòu)造單元，可以在森林生命體的生長發(fā)育都起了關(guān)鍵的保護作用，由于是它吸取了太陽光線中有害的短波紫外輻射。以及大氣的氧化力氣增加，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將由局部擴展到洲際范圍則是漸漸覺察的。隨著臭氧空洞問題的消滅，考慮到對全球的威逼，我們已真正進入到全球話轉(zhuǎn)變的時代，但是根本的科學論據(jù)還沒有完全建立。生命周期分析最終到被消耗和丟棄或回收，每一個階段都對工藝學和化學提出了挑戰(zhàn)。重設(shè)計產(chǎn)品和過程以削減對環(huán)境的影響需要的生產(chǎn)原理和在不同的水平層面上理解化學變化，對環(huán)境友善的產(chǎn)品要求有的原料，它們應是可再使用的，可循環(huán)的，或者可生物降解的。物質(zhì)的性質(zhì)是由其化學組成和構(gòu)造打算的，要削減廢品和有污染的副產(chǎn)品，就要開發(fā)的化學工藝線路，已開發(fā)的化學分別技術(shù)需要有效地提高以分別出剩余的污染物，這反過來又要求的化學處理方法使它們變得無害。而諸如放射性元素和那些不簡潔轉(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。還有最終一點，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)要求進一步用化學和生物的修復技術(shù)進展處理。了解化學反響的機理可以幫助我們覺察以前不知道的環(huán)境問題，CFCs對臭氧層造成的威逼能夠正確地預防要得益于大氣化學的根底爭論。由此導致了國際上全都同意逐步取消這些產(chǎn)品的生產(chǎn)。而代之以作用一樣但對環(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消滅使科學家們大為震驚，隨后才覺察了以前所不了解的南極嚴寒的平流層內(nèi)硝酸晶體外表所發(fā)生的氯原子的反響。這對我們進一步了解自然界中所發(fā)生的化學反響過程是格外重要的。不管這些反響是發(fā)生在淡水中，海水中，土壤里，地下環(huán)境或是大氣中。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鋪張。早期削減化學過程對環(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)的分別，但這種思路只的數(shù)量。量需求，簡化了制造加工設(shè)備對構(gòu)成材料的選擇，的催化劑還用于避開生產(chǎn)不期望的副產(chǎn)品。發(fā)電廠排放物的把握通過燃煤、燃油和燃燒自然氣產(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。而催化科學為開拓這些前沿領(lǐng)域正在扮演重要的角色。CO氧化的同時，復原氮的氧化物。另一些爭論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1940-1950s的洗滌劑工業(yè)。當時以支鏈烷基苯磺酸鹽為外表活性劑的產(chǎn)品被引入。這些洗滌劑洗滌效率更高。但其后覺察這些物質(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)污水處理廠的細菌全部效地生物降解。經(jīng)過深入的爭論工作了解了生物化學過程使化學家們設(shè)計和合成了另一類型的外表活性劑，為直鏈烷基苯磺酸鹽。這些的化合物與傳統(tǒng)肥皂中的脂肪酸有相像的分子構(gòu)造，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像性又使其具有卓越的洗滌性能。.例如,棉作物可以通過轉(zhuǎn)變基因而具備對棉螟蛉的抵抗力.自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).當螟蛉蟲開頭吃作物時,這種蛋白質(zhì)通過切斷螟蛉的消化過程從而殺死害蟲.處理,而一些原材料又存在供給有限