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化学和化工有什么不同?

已有 5887 次阅读 2013-6-30 18:40 |系统分类:科普集锦| 化学

谈点化学和化工有什么不同(仅仅是俺的理解,不对可以拍砖)。化学是在瓶瓶罐罐尺度,比如,要用两种原料A和B合成C,在某个压力温度下把A和B按特定浓度放到一个瓶子里混合,摇晃一定时间就生成C。


那么,对于大批量生产,小瓶瓶效率就太低,在化工中怎么做呢,就必须要用反应罐,

这种反应罐尺度就大于小瓶瓶尺度,在这大罐中, A和B的混合就不可能均匀(即使是加搅拌等措施,也很难达到小瓶瓶中的效果),灌中的温度压力分布也可能不均匀,合成C效率就可能远小于在小瓶瓶的尺度,也就是放大设计失败。


如此,俺们可以讨论一下,小瓶瓶尺度与大罐尺度有什么关键过程不同?

小瓶瓶尺度中的反应是完全混合均匀的,反应完全由反应动力学控制的。而在大罐尺度,化学反应不仅由反应动力学控制,也依赖于A和B的混合过程。如果A和B两种能均匀混合,温度压力也均匀分布,自然反应效率就等于小瓶瓶尺度的效率,放大就成功。 但如果混合不均匀, 这种混合过程依赖于传输过程,也就是质量,动量和能量转递控制反应物间的接触的适合性 ,过程就由传输过程控制。因此,化工也常称为三传一反,这个一反就是化学。化工研究设计本质上就是流动,混合或者分离传输过程设计。

   有了这个理解,俺们就能够理解环境工程中一些问题。场地尺度和流域尺度远大于实验室的瓶瓶尺度,但在小瓶瓶中化学或生物反应,其反应动力学过程在场地尺度不应有任何改变,不同的是,由于传输的影响,两种反应物也许不能接触。这种反应就是传输控制的反应,而不是由动力学控制的反应。在具体的环境工程中,模拟就是帮助理解具体过程是反应的动力学过程控制的,还是传输过程控制的,或者两个过程同等重要的。




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