第一学期 备课笔记Word格式文档下载.docx

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Pollutioncontrol.Chemicalengineerscanworktodesignprocesswithminimaloffendingby-productsanddevisestrategiestorestorepollutedsites.

Fertilizers,especiallyammonia.Newfertilizershaveimprovedagriculturalproductivityandhelpedtofeedtheworld.

Biomedicalengineering.Chemicalengineeringprincipleshavebeenusedtomodeltheprocessesofthehumanbodyaswellastodevelopartificialorgans,suchasthekidney,heart,andlungs.

AdaptedfromT.MichaelDuneanandJeffreyA.

Reimer’sChemicalEngineeringDesign&

Analysis（1998）

Newwordsandexpressions：

penicillin青霉素，盘尼西林

elasticmaterial弹性材料

antibiotic抗生素

PVC聚氯乙烯

Nylon尼龙

Polystyrene聚苯乙烯

Polyethylene聚乙烯

chemicalresistance化学阻力

fossilfuel化石燃料

kerosene煤油

highoctanefuel高辛烷值燃料

by-product副产物

marketable有市场效益的

gasoline汽油

profession专业

curriculum课程

tire轮胎

influenzaepidemic流行性感冒

venereal性病的

polio脑灰质炎，小儿麻痹症

bacterial细菌的

Petridish皮氏培养皿

cryogenic低温学

cryogen制冷剂

isotope同位素

uranium铀

distill蒸馏

ammonia氨

化学工程

化学工程师们在物理和化学变化的基础上创造工艺，这些工艺可以生产具有市场效益的产品如汽油或青霉素；

或产生没有经济效益的产品如清洁的空气或水。

这些工艺师通过整合基础科学即传统的化学、物理和数学的基本原理并考虑到经济、环境影响和工人安全而创造产生的。

化工专业的几本化学工程教科书中有介绍性的章节，本章的最后我们也列出了其中最常用的课本。

希望你们能够浏览一下这些书的介绍性章节，随后的章节将使你们了解化学工程课程的主要内容。

仅有100年历史的化学工程专业是作为化学和机械工程的交叉学科出现的。

早期化学工程的主要目的是使化学家实验室中开发的化学反应经济化。

1983年，美国化学工程学会（AIChE，一个大约有60000成员的国家组织）在成立75周年之际，根据两个标准：

第一，成就对社会需求创新和创造性反应的影响程度；

第二，工艺的历史影响，评出了化学工程过去的十大成就名单：

合成橡胶：

弹性材料如汽车轮胎和驱动带已成为日常生活不可缺少的一部分，1983年橡胶的年产量是22亿磅。

值得注意的是，橡胶工业的发展仅用了两年时间，及时取代了第二次世界大战期间短缺的天然橡胶。

抗生素：

1918年流行性感冒使全世界2000万人丧生，仅美国就有500万人；

直到50年代，小儿麻痹症使数百万人残废，发现药物是解决问题的唯一方法。

当发现皮氏培养皿中的一种霉菌可以阻止细菌生长后，化学工程开发的技术最终每年能够生产数百万磅的青霉素。

聚合物：

塑料如聚氯乙烯、尼龙、聚苯乙烯和聚乙烯是消费品的主要材料。

由于其优越的强度质量比、化学惰性和机械性能，塑料在许多应用中可以替代木材、金属和玻璃。

合成纤维：

生产丝状聚合物的方法使我们不再依靠剥削动物和植物来生产衣服、地毯和织物。

低温分离空气产生氧气和氮气：

目前的年产量大约1012立方英尺。

氮是肥料的主要成份，而且氮气可以用作制冷剂，氧气可用于医疗和金属加工方面。

元素同位素分离：

235U/238U;

16O/18O，同位素富集铀在1945年改变这个世界，更好和更糟。

核能成为化石燃料一个可行的补充；

医学研究、诊断和治疗需要同位素富集元素。

原油催化裂解：

原油可以蒸馏成轻质和重质六分（煤油，汽油，润滑油），油产品的使用范围受到原油物理混合的限制。

催化裂化系统将油分子分解成“分子积木”，可以用来构建复杂的化学物质。

生产高辛烷值燃料的能力是大不列颠和二战期间的一个关键因素。

污染控制：

化学工程师可以设计工艺使有害的副产品达到最少限度，并采用方法来恢复受污染的地方。

肥料，尤其是氨：

新型肥料提高农业生产率和帮助养活全世界。

生物医学工程：

化学工程原理已用于模拟人体的过程以及开发人工器官，如肾脏、心脏、肺。

2、AppliedThermodynamics

Thermodynamics,theinteractionofenergyandmass,receivesconsiderableattentioninboththechemistryandchemicalengineeringcurricula.However,thetwotakedifferentapproaches.

Thethermodynamicsofchemistryconcernsitselfmostlywithclosedorcontrolmasssystems,whichhavenomovementofmassacrosstheboundary,aswellaswithidealgasesandsolutions.

Incontrast,chemicalengineeringconcernsitselfwithopensystemsthathavebothenergyandmasscrossingtheboundaries,systemsthatarecommoninindustrialprocesses.Furthermore,engineersworkprimarilywithreal,notideal,gasesandsolutionsunderawidevarietyofconditions,includingnonidealhighpressuresandtemperatures.Phaseequilibriumisasignificantsubjectbecauseitisthebasisforunderstandinganddesigningseparationprocessesthatareubiquitousinthechemicalprocessindustries.Forthatreason,chemicalengineersmusthaveavarietyofappliedtechniquestodevelop,extend,orestimatethermodynamicdata（Table2.1）.

TABLE2.1ChemistryandChemicalEngineeringCurricula

ChemicalEngineering

TopicChemistryCurriculumCurriculum

SystemsClosed（energyflowonly）Closedandopen（massand

energyflows）

GasesMainlyidealIdealandreal

EntropyandenthalpyEffectoftemperatureonlyEffectoftemperatureand

Pressure

SolutionsKnowledgeofnonidealExtensivetreatmentofnonideal

PhaseequilibriumBasicunderstandingBasicunderstanding;

strong

emphasisonapplications

Thischaptercoversappliedthermodynamicsfromamacroscopicviewpoint,whichrequiresmanyfewerdescriptionsthanthemicroscopicmolecularone.We’llstartwithareviewofthermodynamicsasfoundinaphysicalchemistrycourse,addinginformationasitappliestoindustrialsystems.

TERMS

You’llfindthefollowingtermshelpfulinunderstandingappliedthermodynamics:

Asystemisthepartoftheuniverseorprocessunderstudy.Forexample,thegasinacylinder,waterflowingaturbine,andFreon-12inarefrigerationunitareallsystems.

Apropertyisanyobservablecharacteristicofasystem.Temperature,pressure,volume,andentropyareallproperties.

Anextensivepropertyisonethatdependsonasystem’smassandsize.Volume,internalenergy,andentropyareextensiveproperties.

Anintensivepropertydoesnotdependonthesystemmassorsize.Pressure,temperature,andmolarvolumeareintensiveproperties.

Thestateofasystemreferstoandisdeterminedbyitspropertiesatequilibrium.

Aprocessisachangeofstatedeterminedbyachangeinproperties.Ifasystem’stemperaturechanges,theincreaseordecreaseintemperatureistheprocess.

Aprocessisreversibleifboththesystemandthesurroundingscanberestoredtotheirinitialstateattheendoftheprocess.

closedsystem封闭系统

opensystem敞开体系

cylinder汽缸

freon氟利昂

entropy熵

enthalpy焓

internalenergy内能

extensiveproperty广度性质

intensiveproperty强度性质

molarvolume摩尔体积

应用热力学

热力学，作为研究物质和能量相互关系的一门科学，在化学课程和化学工程课程中都受到了很大的关注。

不过，这两门课程采取了不同的研究方法。

化学热力学通常以理想气体、理想溶液以及与环境没有物质交换的封闭体系为研究对象。

相反，化学工程以与环境之间既有物质交换又有能量交换的敞开体系及化学过程中常见的体系为研究对象。

而且，工程师主要处理的是多种多样条件下的真实的而不是理想的气体和溶液，包括高温高压。

相平衡是一个非常重要的研究主题，因为它是理解和设计化工过程中最常见的分离过程的基础。

由于这个原因，化学工程师必须通过各种应用技术去发展，延伸或评估热力学数据（图2.1）。

表2.1化学和化学工程课程

主题化学化学工程

体系封闭（只有能量流）封闭和敞开（有物质流和能量流）

气体主要是理想的理想的和真实的

熵和焓只受温度影响受温度和压力影响

溶液认知非理想的广泛处理非理想的

相平衡基础理解基础理解;

重点在应用

本章从宏观角度来涵盖应用热力学，不需要知道体系内微观分子的细节。

我们将从热力学综述开始，就像物理化学课程中那样，再加上应用于工业体系的知识。

术语

你将发现下列的术语有助于你对应用热力学的理解：

体系是指宇宙或某过程中被划作研究对象的部份物体。

比如汽缸中的气体，流过涡轮的水，冷却单元里的氟利昂等都可以作为体系。

性质是指一个体系中所有宏观可测的特征。

温度、压力、体积和熵都是性质。

广度性质是指那些与体系中物质的数量成正比的性质，体积、内能和熵都属于广度性质。

强度性质是指那些与体系中物质的数量无关的性质。

压力、温度和摩尔体积属于强度性质。

状态是指一定平衡条件下某热力学体系所体现的宏观性质。

过程是指热力学体系的状态所发生的变化。

如果某体系的温度发生变化，则温度的升高或降低就是过程。

如果某一过程结束时，体系和环境都能复原到初始状态，则这样的过程是可逆的。

3、FlowThroughPackedbeds,P