【正文】 第一篇：《化學(xué)工程與工藝專業(yè)英語(yǔ)》翻譯Unit 11 Chemical and ProcessThermodynamics化工熱力學(xué)在投入大量的時(shí)間和精力去研究一個(gè)學(xué)科時(shí)，有理由去問(wèn)一下以下兩個(gè)問(wèn)題：該學(xué)科是什 么？（研究）它有何用途？關(guān)于熱力學(xué)，雖然第二個(gè)問(wèn)題更容易回答，但回答第一個(gè)問(wèn)題有必要對(duì)該學(xué)科較深入的理解。（盡管）許多專家或?qū)W者贊同熱力學(xué)的簡(jiǎn)單而準(zhǔn)確的定義的觀點(diǎn)（看法）值得懷疑，但是還是有必要確定它的定義。然而，在討論熱力學(xué)的應(yīng)用之后，就可以很容易完成其定義1．熱力學(xué)的應(yīng)用熱力學(xué)有兩個(gè)主要的應(yīng)用，兩者對(duì)化學(xué)工程師都很重要。（1）與過(guò)程相聯(lián)系的熱效應(yīng)和功效應(yīng)的計(jì)算，以及從過(guò)程得到的最大功或驅(qū)動(dòng)過(guò)程所需 的最小功的計(jì)算。（2）描述處于平衡的系統(tǒng)的各變量之間的關(guān)系的確定。第一種應(yīng)用由熱力學(xué)這個(gè)名詞可聯(lián)想到，熱力學(xué)表示運(yùn)動(dòng)中的熱。直接利用第一和第二定 律可完成許多（熱效應(yīng)和功效應(yīng)的）計(jì)算。例如：計(jì)算壓縮氣體的功，對(duì)一個(gè)完整過(guò)程或某一過(guò)程單元的進(jìn)行能量衡算，確定分離乙醇和水混合物所需的最小功，或者（evaluate）評(píng)估一個(gè)氨合成工廠的效率。熱力學(xué)在特殊體系中的應(yīng)用，引出了一些有用的函數(shù)的定義以及這些函數(shù)和其它變量（如壓強(qiáng)、溫度、體積和摩爾分?jǐn)?shù)）關(guān)系網(wǎng)絡(luò)的確定。實(shí)際上，在運(yùn)用第一、第二定律時(shí)，除非用于評(píng)價(jià)必要的熱力學(xué)函數(shù)變化已經(jīng)存在，否則熱力學(xué)的第一種應(yīng)用不可能實(shí)現(xiàn)。通過(guò)已經(jīng)建立的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，從實(shí)驗(yàn)確定的數(shù)據(jù)可以計(jì)算函數(shù)變化。除此之外，某一體系中變量的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，可讓那些未知的或者那些難以從變量（這些變量容易得到或較易測(cè)量）中實(shí)驗(yàn)確定的變量得以計(jì)算。例如，一種液體的汽化熱，可以通過(guò)測(cè)量幾個(gè)溫度的蒸汽壓和幾個(gè)溫度下液相和汽相的密度得以計(jì)算；某一化學(xué)反應(yīng)中任一溫度下的可得的最大轉(zhuǎn)化率，可以通過(guò)參與該反應(yīng)的各物質(zhì)的熱量法測(cè)量加以計(jì)算。熱力學(xué)定律有這經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)或?qū)嶒?yàn)基礎(chǔ)，但是在描述其應(yīng)用時(shí)，依賴實(shí)驗(yàn)測(cè)量顯得很明顯 化學(xué)工程與工藝專業(yè)英語(yǔ)第十一單元化工熱力學(xué)（stand out 突出）。因此，熱力學(xué)廣義上可以定義為：拓展我們實(shí)驗(yàn)所得的體系知識(shí)的一種手段（方法），或定義為：觀察和關(guān)聯(lián)一個(gè)體系的行為的基本框架。為了理解熱力學(xué)，擁有實(shí)驗(yàn)的觀點(diǎn)有必要，因?yàn)?，如果我們不能?duì)研究的體系或現(xiàn)象做出物理上正確的評(píng)價(jià)，那么熱力學(xué)的方法就無(wú)意義。我們應(yīng)該要經(jīng)常問(wèn)問(wèn)如下問(wèn)題：怎樣測(cè)量這一特殊的變量？怎樣計(jì)算以及從哪一類的數(shù)據(jù)計(jì)算一個(gè)特殊的函數(shù)。由于熱力學(xué)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，熱力學(xué)處理的是宏觀函數(shù)或大量的物質(zhì)的函數(shù)，這與微觀的函數(shù)恰恰相反，微觀函數(shù)涉及到的是組成物質(zhì)的原子或分子。宏觀函數(shù)要么可以直接測(cè)量，要么可以從直接測(cè)量的函數(shù)計(jì)算得到，而不需要借助于某一具體的理論。相反，盡管（while）微觀函數(shù)最終是從實(shí)驗(yàn)測(cè)量得以確定，但是它們的真實(shí)性取決于用于它們計(jì)算時(shí)的特殊理論的有效性。因此，熱力學(xué)的權(quán)威性在于：它的結(jié)果與物質(zhì)的理論無(wú)關(guān)，倍受尊敬，為大家大膽地接受。除了與熱力學(xué)結(jié)論一致的必然性以外，熱力學(xué)有著廣泛的應(yīng)用性。因此，熱力學(xué)形成了許多學(xué)科中的工程師和科學(xué)家的教育中不可分割的部分。盡管如此，因?yàn)槊块T(mén)科學(xué)都只局限于（focus on）關(guān)于熱力學(xué)方面的較少應(yīng)用，所以其全貌常被低估。實(shí)際上，在明顯的（可觀察到）可再現(xiàn)的平衡態(tài)中存在的任何體系，都服從與熱力學(xué)方法。除了流體、化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)和處于相平衡（化學(xué)工程師對(duì)這些十分感興趣）之外，熱力學(xué)也成功適用于有表面效應(yīng)的系統(tǒng)、受壓力的固體以及處于重力場(chǎng)、離心力場(chǎng)、磁場(chǎng)和電場(chǎng)的物質(zhì)。通過(guò)熱力學(xué)，1可以被確定用于定義和確定平衡的位能，并將之定量化。位能也可以確定一個(gè)體系移動(dòng)的方向以及體系達(dá)到的終態(tài)，但是不能提供有關(guān)到達(dá)終態(tài)所需要的時(shí)間的信息。因此，時(shí)間不是熱力學(xué)的變量，速度的研究已超出了熱力學(xué)的范疇，或者除了體系接近平衡的極限以外，速率的研究屬于熱力學(xué)的范疇。在這兒，速率的表達(dá)式應(yīng)該在熱力學(xué)上是連續(xù)的。熱力學(xué)定律建立于實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)基礎(chǔ)之上的，這些實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)既不是最重要的，又不復(fù)雜。同時(shí)，這些定律的本身是用相當(dāng)普通語(yǔ)言加以描述的。然而，從這一明顯的平淡的開(kāi)始，發(fā)展成為一個(gè)很大的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)對(duì)人類思想歸納力做出了貢獻(xiàn)。這在想象力豐富、嚴(yán)肅認(rèn)真的學(xué)生中成功地激發(fā)了敬畏（inspire awe），這使得Lewis 和Randall 將熱力學(xué)視為科學(xué)的權(quán)威。因?yàn)槌思夹g(shù)上的成功和結(jié)構(gòu)的嚴(yán)密性，這個(gè)比喻選擇很恰當(dāng)，我們可觀察到美妙之處（和宏觀體）。因此，毫無(wú)疑問(wèn)，熱力學(xué)的研究在學(xué)術(shù)上有價(jià)值的，智力上可以得到激發(fā)，同時(shí)，對(duì)一些人來(lái)說(shuō)，是一種很好的經(jīng)歷。如圖31 所示，穩(wěn)態(tài)時(shí)離開(kāi)一個(gè)過(guò)程的所有能量的總和必須與所進(jìn)入該過(guò)程的能量總和相等。工程師在設(shè)計(jì)和操作各種過(guò)程 時(shí)絕對(duì)遵循質(zhì)量和能量守恒定律。所不幸的是，就其本身而言，當(dāng)試圖評(píng)估過(guò)程的效率時(shí)，第化學(xué)工程與工藝專業(yè)英語(yǔ)第十一單元化工熱力學(xué)一定律引起混淆不清。人們將能量守恒視為一種重要的努力成果，但是事實(shí)上，使能量守恒不需要花任何努力— — 能量本身就是守恒的。因?yàn)榈谝欢蓻](méi)有區(qū)分各種各樣能量的形式，所以從第一定律所得到的結(jié)論是有限的。由往復(fù)泵引入的軸功會(huì)以熱量流向冷凝器的形式離開(kāi)蒸餾塔，與在再沸器引入的熱一樣容易。在試圖確定過(guò)程的效率時(shí)，一些工程師總掉入將各種形式的能量一起處理的陷阱。這種做法明顯是不合理，因?yàn)楦鞣N能量形式有著不同的費(fèi)用。第二定律第二定律應(yīng)用于熱轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ难h(huán)，有多種不同的描述。至于這一點(diǎn)，一種更加普通的描述是需要的：從一種形式的能量到另一種形式的能量的轉(zhuǎn)換，總是導(dǎo)致質(zhì)量上總量的損失。另一種描述為：所有系統(tǒng)都有接近平衡（無(wú)序）的趨勢(shì)。這些表達(dá)方式指出了在表達(dá)第二定律時(shí)的困難之處。如果不定義另一個(gè)專門(mén)描述質(zhì)量或無(wú)序的詞語(yǔ)，第二定律的表達(dá)就不能令人滿意。這個(gè)專用名詞為熵。這個(gè)狀態(tài)函數(shù)對(duì)流體、物質(zhì)或系統(tǒng)中的無(wú)序程度進(jìn)行了定量化。絕對(duì)零熵值定義絕對(duì)零度時(shí)純凈的、晶體固體的狀態(tài)。每一個(gè)分子都由其他的以相當(dāng)有序結(jié)構(gòu)的相同的分子所包圍。運(yùn)動(dòng)、隨意、污染、不確定性，這一切都增加了混亂度，因此對(duì)熵做出了貢獻(xiàn)。相反，不論是透明寶石，還是純凈化學(xué)產(chǎn)品，還是清潔的生活空間，還是新鮮的空氣和水，（都是屬于有序狀態(tài)），有序是有價(jià)值的。有序需要付出很高的代價(jià)，只有通過(guò)做功才得以實(shí)現(xiàn)。我們很多工作都花費(fèi)在家里、車間和環(huán)境中創(chuàng)造或恢復(fù)有序狀態(tài)。環(huán)境中較高的熵值是較高的生產(chǎn)費(fèi)用的具體化表現(xiàn)。每一種生產(chǎn)過(guò)程的目的都是，利用將混合物分離為純凈物、減小我們知識(shí)的不確定性、或是從原料創(chuàng)造（works of art）藝術(shù)品以減小熵值?？傊?，從將原料轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的過(guò)程中，熵值不斷減小。然而，（inasmuch as）因?yàn)殡S著系統(tǒng)接近平衡，熵的增加是自發(fā)的趨勢(shì)，所以減少熵值是艱難的工作（struggle）。生產(chǎn)過(guò)程所需熵減的驅(qū)動(dòng)力同時(shí)伴隨著宇宙其余部分熵的劇增。一般說(shuō)來(lái)，這種熵的增加在同一工廠內(nèi)不斷持續(xù)下去，因此這種造成了產(chǎn)品熵的減小。反過(guò)來(lái)（whereas 而，卻，其實(shí)，反過(guò)來(lái)），熵減存在于原料向產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化過(guò)程。燃料、電、空氣以及水向燃燒產(chǎn)品、廢水和無(wú)用的熱量的形式的轉(zhuǎn)化可表示熵值的大大增加。正象圖31 中中間部分描述為第一定律一樣，圖中的底線部分描述了第二定律。離開(kāi)一個(gè)過(guò)程的所有的物流的熵值的總和，總是超過(guò)進(jìn)入該過(guò)程的物流的熵值的總和。如果熵達(dá)到平衡，象質(zhì)量和能量達(dá)到平衡一樣，那么該過(guò)程是可逆的，即該過(guò)程也會(huì)反向移動(dòng)?？赡孢^(guò)程只是在理論上是可能的，需要?jiǎng)恿W(xué)平衡維持連續(xù)存在，因此可逆過(guò)程是不可產(chǎn)生的。而且，如果不化學(xué)工程與工藝專業(yè)英語(yǔ)第十一單元化工熱力學(xué)4平衡（過(guò)程）倒過(guò)來(lái)，即如果有凈熵的減少，那么所有的箭頭也要反向，該過(guò)程被迫反向進(jìn)行。實(shí)質(zhì)上，是熵增驅(qū)使該過(guò)程：是同一種驅(qū)動(dòng)力使水向下流，熱流從熱物質(zhì)流向冷物質(zhì)，使玻璃打碎，金屬腐蝕。簡(jiǎn)而言之，所有事物都同它們周圍的環(huán)境接近平衡。第一定律，需要能量守恒，所有形式能量變化有著相同的重要性。盡管所有過(guò)程都受第一定律權(quán)威性的影響，但是該定律不能區(qū)分能量的質(zhì)量，也不能解釋為什么觀察不到自發(fā)發(fā)生的 過(guò)程自發(fā)地使自身可逆。功可以全部轉(zhuǎn)化為熱而反向轉(zhuǎn)換從來(lái)不會(huì)定量發(fā)生，這種反復(fù)驗(yàn)證過(guò)的觀測(cè)達(dá)成了這樣的共識(shí)— — 熱是一種低質(zhì)量的能量。第二定律，深深扎根于熱發(fā)動(dòng)機(jī)效率的研究，能分辨能量的質(zhì)量。通過(guò)這一定律，揭示了以前未認(rèn)可的函數(shù)— — 熵的存在，可以看出，該函數(shù)確定了自發(fā)變化的方向。第二定律并沒(méi)有（in no way）減小第一定律的權(quán)威性；相反，第二定律拓展和加強(qiáng)了熱力學(xué)的權(quán)限。第三定律熱力學(xué)第三定律規(guī)定了熵的絕對(duì)零值，描述如下：對(duì)于那些處在絕對(duì)零度的完美晶體的變化來(lái)說(shuō)，總的熵的變化為零。該定律使用絕對(duì)值來(lái)描述熵。Unit 13 Unit Operations in ChemicalEngineering化學(xué)工程中的單元操作化學(xué)工程由不同順序的步驟組成，這些步驟的原理與被操作的物料以及該特殊體系的其他特征無(wú)關(guān)。在設(shè)計(jì)一個(gè)過(guò)程中，如果（研究）步驟得到認(rèn)可，那么所用每一步驟可以分別進(jìn)行研究。有些步驟為化學(xué)反應(yīng)，而其他步驟為物理變化?；瘜W(xué)工程的可變通性（versatility）源于將一復(fù)雜過(guò)程的分解為單個(gè)的物理步驟（叫做單元操作）和化學(xué)反應(yīng)的實(shí)踐?；瘜W(xué)工程中單元操作的概念基于這種哲學(xué)觀點(diǎn)：各種不同順序的步驟可以減少為簡(jiǎn)單的操作或反應(yīng)。不管所處理的物料如何，這些簡(jiǎn)單的操作或反應(yīng)基本原理（fundamentals）是相同的。這一原理，在美國(guó)化學(xué)工業(yè)發(fā)展期間先驅(qū)者來(lái)說(shuō)是明顯的， 于1915 年明確提出：任何化學(xué)過(guò)程，不管所進(jìn)行的規(guī)模如何，均可分解為（be resolvedinto）一系列的相同的單元操作，如：粉碎、混合、加熱、烘烤、吸收、壓縮、沉淀、結(jié)晶、過(guò)濾、溶解、電解等等。這些基本單元操作（的數(shù)目）為數(shù)不多，任何特殊的過(guò)