《化學(xué)工程與工藝專業(yè)英語》課文翻譯

Unit1ChemicalIndustry

化學(xué)工業(yè)

Beforereadingthetextbelow,trytoanswerfollowingquestion:

1.Whendidthemodernchemicalindustrystart?

2.Canyougiveadefinitionforthechemicalindustry?

3.Whatarethecontributionwhichthechemicalindustryhasmadeto

meetandsatisfyourneeds?

4.Isthechemicalindustrycapital-orlabor-intensive?Why?

1.化學(xué)工業(yè)的起源

盡管化學(xué)品的使用可以追溯到古代文明時(shí)代，我們所謂的現(xiàn)代化

學(xué)工業(yè)的發(fā)展卻是非常近代(才開始的)?？梢哉J(rèn)為它起源于工業(yè)革

命其間，大約在1800年，并發(fā)展成為為其它工業(yè)部門提供化學(xué)原料

的產(chǎn)業(yè)。比如制肥皂所用的堿，棉布生產(chǎn)所用的漂白粉，玻璃制造業(yè)

所用的硅及Na2c03.我們會(huì)注意到所有這些都是無機(jī)物。有機(jī)化學(xué)工

業(yè)的開始是在十九世紀(jì)六十年代以WilliamHenryPerkin發(fā)現(xiàn)第一

種合成染料一苯胺紫并加以開發(fā)利用為標(biāo)志的。20世紀(jì)初，德國花

費(fèi)大量資金用于實(shí)用化學(xué)方面的重點(diǎn)研究，到1914年，德國的化學(xué)

工業(yè)在世界化學(xué)產(chǎn)品市場上占有75%的份額。這要?dú)w因于新染料的發(fā)

現(xiàn)以及硫酸的接觸法生產(chǎn)和氨的哈伯生產(chǎn)工藝的發(fā)展。而后者需要較

大的技術(shù)突破使得化學(xué)反應(yīng)第一次可以在非常高的壓力條件下進(jìn)行。

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)，對以氮為基礎(chǔ)的化合物的需求飛速增長。這種深刻的

改變一直持續(xù)到戰(zhàn)后(1918-1939)o

datebaketo/from:回溯到dated:過時(shí)的，陳舊的

standsb.ingoodstead:對。。。很有幫助

1940年以來，化學(xué)工業(yè)一直以引人注目的速度飛速發(fā)展。盡管

這種發(fā)展的速度近年來已大大減慢?；瘜W(xué)工業(yè)的發(fā)展由于1950年以

來石油化學(xué)領(lǐng)域的研究和開發(fā)大部分在有機(jī)化學(xué)方面取得。石油化工

在60年代和70年代的迅猛發(fā)展主要是由于人們對于合成高聚物如聚

乙烯、聚丙烯、尼龍、聚脂和環(huán)氧樹脂的需求巨大增加。

今天的化學(xué)工業(yè)已經(jīng)是制造業(yè)中有著許多分支的部門，并且在制

造業(yè)中起著核心的作用。它生產(chǎn)了數(shù)千種不同的化學(xué)產(chǎn)品，而人們通

常只接觸到終端產(chǎn)品或消費(fèi)品。這些產(chǎn)品被購買是因?yàn)樗麄兙哂心承?/p>

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(xué)產(chǎn)品歸根到底是由于它們能產(chǎn)生的作用而被購買

的。

2.化學(xué)工業(yè)的定義

在本世紀(jì)初，要定義什么是化學(xué)工業(yè)是不太困難的，因?yàn)槟菚r(shí)所

生產(chǎn)的化學(xué)品是很有限的，而且是非常清楚的化學(xué)品，例如，燒堿，

硫酸。然而現(xiàn)在有數(shù)千種化學(xué)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(fèi)品或很容易轉(zhuǎn)化為消費(fèi)

品的商品。困難在于如何決定在一些特殊的生產(chǎn)過程中哪一個(gè)環(huán)節(jié)不

再屬于化學(xué)工業(yè)的活動(dòng)范疇。舉一個(gè)特殊的例子來描述一下這種困

境。乳劑漆含有聚氯乙烯/聚醋酸乙烯。顯然，氯乙烯（或醋酸乙烯）

的合成以及聚合是化學(xué)活動(dòng)。然而，如果這種漆，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(xué)公司完成的話，那它仍然是

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屬于化學(xué)工業(yè)呢還是應(yīng)當(dāng)歸屬于裝飾工業(yè)中去呢？

因此，很明顯，由于化學(xué)工業(yè)經(jīng)營的種類很多并在很多領(lǐng)域與其

它工業(yè)有密切的聯(lián)系，所以不能對它下一個(gè)簡單的定義。相反的每一

個(gè)收集和出版制造工業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的官方機(jī)構(gòu)都會(huì)對如何屆定哪一類

操作為化學(xué)工業(yè)有自己的定義。當(dāng)比較來自不同途徑的統(tǒng)計(jì)資料時(shí)，

記住這點(diǎn)是很重要的。

3.對化學(xué)工業(yè)的需要

化學(xué)工業(yè)涉及到原材料的轉(zhuǎn)化,如石油首先轉(zhuǎn)化為化學(xué)中間體,

然后轉(zhuǎn)化為數(shù)量眾多的其它化學(xué)產(chǎn)品。這些產(chǎn)品再被用來生產(chǎn)消費(fèi)

品，這些消費(fèi)品可以使我們的生活更為舒適或者作藥物維持人類的健

康或生命。在生產(chǎn)過程的每一個(gè)階段，都有價(jià)值加到產(chǎn)品上面，只要

這些附加的價(jià)值超過原材料和加工成本之和，這個(gè)加工就產(chǎn)生了利

潤。而這正是化學(xué)工業(yè)要達(dá)到的目的。

在這樣的一本教科書中提出：“我們需要化學(xué)工業(yè)嗎？”這樣一個(gè)

問題是不是有點(diǎn)奇怪呢？然而,先回答下面幾個(gè)問題將給我們提供一

些信息：（1）化學(xué)工業(yè)的活動(dòng)范圍，（2）化學(xué)工業(yè)對我們?nèi)粘Ｉ畹?/p>

影響，（3）社會(huì)對化學(xué)工業(yè)的需求有多大。在回答這些問題的時(shí)候我

們的思路將要考慮化學(xué)工業(yè)在滿足和改善我們的主要需求方面所做

的貢獻(xiàn)。是些什么需求呢？很顯然，食物和健康是放在第一位的。其

它我們要考慮的按順序是衣物、住所、休閑和旅行。

（1）食物?；瘜W(xué)工業(yè)對糧食生產(chǎn)所做的巨大貢獻(xiàn)至少有三個(gè)方

面。第一，提供大量可以獲得的肥料以補(bǔ)充由于密集耕作被農(nóng)作物生

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長時(shí)所帶走的營養(yǎng)成分。(主要是氮、磷和鉀)。第二，生產(chǎn)農(nóng)作物保

護(hù)產(chǎn)品，如殺蟲劑，它可以顯著減少害蟲所消耗的糧食數(shù)量。第三，

生產(chǎn)獸藥保護(hù)家禽免遭疾病或其它感染的侵害。

(2)健康。我們都很了解化學(xué)工業(yè)中制藥這一塊在維護(hù)我們的

身體健康甚至延長壽命方面所做出的巨大貢獻(xiàn)，例如，用抗生素治療

細(xì)菌感染，用B-抗血栓降低血壓。

衣物。在傳統(tǒng)的衣服面料上，現(xiàn)代合成纖維性質(zhì)的改善也是非常

顯著的。用聚脂如滌綸或聚酰胺如尼龍所制作的T恤、上衣、襯衫抗

皺、可機(jī)洗，曬干自挺或免燙，也比天然面料便宜。

與此同時(shí),現(xiàn)代合成染料開發(fā)和染色技術(shù)的改善使得時(shí)裝設(shè)計(jì)師

們有大量的色彩可以利用。的確他們幾乎利用了可見光譜中所有的色

調(diào)和色素。事實(shí)上如果某種顏色沒有現(xiàn)成的，只要這種產(chǎn)品確有市場,

就可以很容易地通過對現(xiàn)有的色彩進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整而獲得。

這一領(lǐng)域中另一些重要進(jìn)展是不褪色，即在洗滌衣物時(shí)染料不會(huì)

被洗掉。

(4)住所，休閑和旅游。講到住所方面現(xiàn)代合成高聚物的貢獻(xiàn)

是巨大的。塑料正在取代像木材一類的傳統(tǒng)建筑材料,因?yàn)樗鼈兏p,

免維護(hù)(即它們可以抵抗風(fēng)化，不需油漆)。另一些高聚物，比如，

服甲醛和聚胭，是非常重要的絕緣材料可以減少熱量損失因而減少能

量損耗。

塑料和高聚物的應(yīng)用對休閑活動(dòng)有很重要的影響，從體育跑道的

全天候人造篷頂，足球和網(wǎng)球的經(jīng)緯線，到球拍的尼龍線還有高爾夫

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球的元件，還有制造足球的合成材料。

多年來化學(xué)工業(yè)對旅游方面所作的貢獻(xiàn)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(dòng)機(jī)油粘度指數(shù)改進(jìn)使汽車日產(chǎn)維修期

限從3000英里延長到6000英里再到12000英里。研發(fā)工作還改進(jìn)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(gè)

汽車業(yè)的貢獻(xiàn)的比例是驚人的，源于這些材料一擋板，輪胎，坐墊和

涂層等等一超過40%o

很顯然簡單地看一下化學(xué)工業(yè)在滿足我們的主要需求方面所做

的貢獻(xiàn)就可以知道，沒有化工產(chǎn)品人類社會(huì)的生活將會(huì)多么困難。事

實(shí)上,一個(gè)國家的發(fā)展水平可以通過其化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)水平和精細(xì)程

度來加以判斷。

4.化學(xué)工業(yè)的研究和開發(fā)。

發(fā)達(dá)國家化學(xué)工業(yè)飛速發(fā)展的一個(gè)重要原因就是它在研究和開

發(fā)方面的投入和投資。通常是銷售收入的5%,而研究密集型分支如

制藥，投入則加倍。要強(qiáng)調(diào)這里我們所提出的百分?jǐn)?shù)不是指利潤而是

指銷售收入，也就是說全部回收的錢，其中包括要付出原材料費(fèi)，企

業(yè)管理費(fèi)，員工工資等等。過去這筆巨大的投資支付得很好，使得許

多有用的和有價(jià)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(jìn)入市場的新產(chǎn)品大為減少，而且

在衰退時(shí)期研究部門通常是最先被裁減的部門，在研究和開發(fā)方面的

投資仍然保持在較高的水平。

化學(xué)工業(yè)是高技術(shù)工業(yè),它需要利用電子學(xué)和工程學(xué)的最新成果。

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計(jì)算機(jī)被廣泛應(yīng)用，從化工廠的自動(dòng)控制，到新化合物結(jié)構(gòu)的分子模

擬，再到實(shí)驗(yàn)室分析儀器的控制。

一個(gè)制造廠的生產(chǎn)量很不一樣，精細(xì)化工領(lǐng)域每年只有幾噸，而

巨型企業(yè)如化肥廠和石油化工廠有可能高達(dá)500,000噸。后者需要巨

大的資金投入，因?yàn)橐粋€(gè)這樣規(guī)模的工廠要花費(fèi)2億5千萬美元，再

加上自動(dòng)控制設(shè)備的普遍應(yīng)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(dòng)力密集型企業(yè)。

大部分化學(xué)公司是真正的跨國公司，他們在世界上的許多國家進(jìn)

行銷售和開發(fā)市場，他們在許多國家都有制造廠。這種國際間的合作

理念，或全球一體化，是化學(xué)工業(yè)中發(fā)展的趨勢。大公司通過在別的

國家建造制造廠或者是收購已有的工廠進(jìn)行擴(kuò)張。

Unit2ResearchandDevelopment

研究和開發(fā)

研究和開發(fā)，或通常所稱R&D是制造業(yè)各個(gè)部門都要進(jìn)行的一

項(xiàng)活動(dòng)。我們馬上可以看到，它的內(nèi)容變化很大。我們首先了解或

先感覺一下這個(gè)詞的含義。盡管研究和開發(fā)的定義總是分得不很清

楚，而且有許多重疊的部分，我們還是要試著把它們區(qū)分開來。簡

單說來，研究是產(chǎn)生新思想和新知識(shí)的活動(dòng)，而開發(fā)則是把這些思

想貫徹到實(shí)踐中得到新工藝和新產(chǎn)品的行為?？梢杂靡粋€(gè)例子來描

述這一點(diǎn)，預(yù)測一個(gè)有特殊生物活性的分子結(jié)構(gòu)并合成它可以看成

是研究而測試它并把它發(fā)展到可以作為一種新藥推向市場這一階

段則看作開發(fā)部分。

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1.基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究

在工業(yè)上進(jìn)行研究和開發(fā)最主要的原因是經(jīng)濟(jì)利益方面,是為

了加強(qiáng)公司的地位，提高公司的利潤。R&D的目的是做出并提供信息

和知識(shí)以減低不確定性，解決問題，以及向管理層提供更好的數(shù)據(jù)以

便他們能據(jù)此做出決定。特別的項(xiàng)目涵蓋很大的活動(dòng)范圍和時(shí)間范

圍，從幾個(gè)月到20年。

我們可以在后面的段落里舉出大量的R&D活動(dòng)。但是如果我們

舉出的點(diǎn)子來源于研究院而不是工業(yè)化學(xué)家的頭腦，這就是基礎(chǔ)的

或探索性的研究

基礎(chǔ)研究通常與大學(xué)研究聯(lián)系在一起,它可能是由于對其內(nèi)

在的興趣而進(jìn)行研究并且這種研究能夠拓寬知識(shí)范圍，但在現(xiàn)實(shí)世界

中的直接應(yīng)用可能性是很小的。請注意，這種以內(nèi)就在提出和解決問

題方面提供了極有價(jià)值的訓(xùn)練，比如，在指導(dǎo)下完成研究工作的學(xué)生

所接受的研究方法學(xué)（的訓(xùn)練）。而且，從這些工作中產(chǎn)生的“有用

的副產(chǎn)品”隨后也能帶來可觀的使用價(jià)值。因此，物理學(xué)家宣稱要不

是量子理論的研究和發(fā)展我們可能仍然沒有計(jì)算機(jī)和核能量。不管怎

樣，舉一個(gè)特殊的化學(xué)方面的例子吧，在各個(gè)領(lǐng)域如煌的氧化方面所

做的廣泛的研究將為一些特殊的領(lǐng)域如環(huán)己烯氧化生成尼龍中間產(chǎn)

物提供有用的信息。

通過合成可以生產(chǎn)出一些新的、更特殊的試劑以控制特殊的

官能團(tuán)轉(zhuǎn)換，即發(fā)展合成方法或完成一些具有生物活性的新分子的合

成。盡管前者顯然屬于基礎(chǔ)性研究而后者則包括基礎(chǔ)研究和實(shí)用性研

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究兩部分。所謂“實(shí)用性”習(xí)慣上是指與在工業(yè)實(shí)驗(yàn)室完成的研究聯(lián)

系在一起的，因?yàn)樗吣康男?，它是商業(yè)行為驅(qū)動(dòng)的結(jié)果。

然而，請注意。近幾年有很大的變化，大學(xué)研究機(jī)構(gòu)正越來越

多地轉(zhuǎn)向工業(yè)界尋求研究經(jīng)費(fèi)，其結(jié)果就是他們的研究工作越來越多

地是致力于實(shí)用研究。即使這樣，學(xué)院工作的重點(diǎn)通常還是在于研究

而不是開發(fā)。

2.工業(yè)研究和開發(fā)的類型

通常在生產(chǎn)中完成的實(shí)用型的或有目的性的研究和開發(fā)可

以分為好幾類，我們對此加以簡述。它們是：（1）產(chǎn)品開發(fā)；（2）工

藝開發(fā)；（3）工藝改進(jìn)；（4）應(yīng)用開發(fā)；每一類下還有許多分支。我

們.對每一類舉一個(gè)典型的例子來加以說明。在化學(xué)工業(yè)的不同部門

內(nèi)每類的工作重點(diǎn)有很大的不同。

（1）產(chǎn)品開發(fā)。產(chǎn)品開發(fā)不僅包括一種新藥的發(fā)明和生產(chǎn)，還包

括，比如說，給一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)提供更長時(shí)效的抗氧化添加劑。這種

開發(fā)的產(chǎn)品已經(jīng)使（發(fā)動(dòng)機(jī)）的服務(wù)期限在最近的十年中從3000英

里提高到6000、9000現(xiàn)在已提高到12000英里。請注意，大部分的

買家所需要的是化工產(chǎn)品能創(chuàng)造出來的效果，亦即某種特殊的用途。

Tdflon,或稱聚四氟乙烯（PTFE）被購買是因?yàn)樗苁钩床隋?、盆?/p>

面不粘，易于清洗。

（2）工藝開發(fā)。工業(yè)開發(fā)不僅包括為一種全新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)一套制

造工藝，還包括為現(xiàn)有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)新的工藝或方案。而要進(jìn)行后者時(shí)

可能源于下面的一個(gè)或幾個(gè)原因：新技術(shù)的利用、原材料的獲得或價(jià)

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格發(fā)生了變化。氯乙烯單聚物的制造就是這樣的一個(gè)例子。它的制造

方法隨著經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和原材料的變化改變了好幾次。另一個(gè)刺激因素

是需求的顯著增加。因而銷售量對生產(chǎn)流程的經(jīng)濟(jì)效益有很大影響0

Penicillin早期的制造就為此提供了一個(gè)很好的例子。

Penicillin能預(yù)防戰(zhàn)爭中因傷口感染引發(fā)的敗血癥，因而在第二

次世界大戰(zhàn)(1939-1945)中，penicillin的需求量非常大，需要大

量生產(chǎn)。而在那時(shí)，penicillin只能用在瓶裝牛奶表面發(fā)酵的方法

小量的生產(chǎn)。英國和美國投入了巨大的人力物力聯(lián)合進(jìn)行研制和開

發(fā)，對生產(chǎn)流程做出了兩個(gè)重大的改進(jìn)。首先用一個(gè)不同的菌株一黃

霉菌代替普通的青霉，它的產(chǎn)量要比后者高得多。第二個(gè)重大的流程

開發(fā)是引進(jìn)了深層發(fā)酵過程。只要在培養(yǎng)液中持續(xù)通入大量純化空

氣，發(fā)酵就能在所有部位進(jìn)行。這使生產(chǎn)能力大大地增加，達(dá)到現(xiàn)代

容量超過5000升的不銹鋼發(fā)酵器。而在第一次世界大戰(zhàn)中，死于傷

口感染的士兵比直接死于戰(zhàn)場上的人還要多o注意到這一點(diǎn)不能不讓

我們心存感激。

對一個(gè)新產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)要考慮產(chǎn)品生產(chǎn)的規(guī)模、產(chǎn)生的副產(chǎn)品以

及分離/回收，產(chǎn)品所要求的純度。在開發(fā)階段利用中試車間(最大

容量可達(dá)100升)獲得的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)實(shí)際的制造廠是非常寶貴的，例如

石油化工或氨的生產(chǎn)。要先建立一個(gè)中試車間，運(yùn)轉(zhuǎn)并測試流程以獲

得更多的數(shù)據(jù)。他們需要測試產(chǎn)品的性質(zhì)，如殺蟲劑，或進(jìn)行消費(fèi)評

估，如一種新的聚合物。

注意，副產(chǎn)品對于化學(xué)過程的經(jīng)濟(jì)效益也有很大的影響。酚的生

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產(chǎn)就是一個(gè)有代表性的例子。早期的方法，苯磺酸方法，由于它的副

產(chǎn)品亞硫酸鈉需求枯竭而變的過時(shí)。亞硫酸鈉需回收和廢置成為生產(chǎn)

過程附加的費(fèi)用，增加了生產(chǎn)酚的成本。相反，異丙基苯方法，在經(jīng)

濟(jì)效益方面優(yōu)于所有其他方法就在于市場對于它的副產(chǎn)品丙酮的迫

切需求。丙酮的銷售所得降低了酚的生產(chǎn)成本。

對一個(gè)新產(chǎn)品進(jìn)行工藝開發(fā)的一個(gè)重要部分是通過設(shè)計(jì)把廢品減

到最低，或盡可能地防止可能的污染，這樣做帶來的經(jīng)濟(jì)利益和對環(huán)

境的益處是顯而易見的。

最后要注意，工業(yè)開發(fā)需要包括化學(xué)家、化學(xué)工程師、電子和機(jī)

械工程師這樣一支龐大隊(duì)伍的協(xié)同合作才能取得成功。

(3)工藝改進(jìn)。工藝改進(jìn)與正在進(jìn)行的工藝有關(guān)。它可能出現(xiàn)了

某個(gè)問題使生產(chǎn)停止。在這種情形下，就面臨著很大的壓力要盡快地

解決問題以便生產(chǎn)重新開始，因?yàn)楣收掀诤馁M(fèi)資財(cái)。

downtime:故障期

然而，更為常見的，工藝改進(jìn)是為了提高生產(chǎn)過程的利潤。這可

以通過很多途徑實(shí)現(xiàn)。例如通過優(yōu)化流程提高產(chǎn)量，引進(jìn)新的催化劑

提高效能，或降低生產(chǎn)過程所需要的能量?？烧f明后者的一個(gè)例子是

在生產(chǎn)氨的過程中渦輪壓縮機(jī)的引進(jìn)。這使生產(chǎn)氨的成本(主要是電)

從每噸6.66美元下降到0.56美元。通過工藝的改善提高產(chǎn)品質(zhì)量也

會(huì)為產(chǎn)品打開新的市場。

然而，近年來，最重要的工藝改進(jìn)行為主要是減少生產(chǎn)過程對環(huán)

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境的影響，亦即防止生產(chǎn)過程所引起的污染。很明顯，有兩個(gè)相關(guān)連

的因素推動(dòng)這樣做。第一，公眾對化學(xué)產(chǎn)品的安全性及其對環(huán)境所產(chǎn)

生影響的關(guān)注以及由此而制訂出來的法律；第二，生產(chǎn)者必須花錢對

廢物進(jìn)行處理以便它能安全地清除，比如說，排放到河水中。顯然這

是生產(chǎn)過程的又一筆費(fèi)用，它將增加所生產(chǎn)化學(xué)產(chǎn)品的成本。通過減

少廢物數(shù)量提高效益其潛能是不言而喻的。

然而，請注意，對于一個(gè)已經(jīng)建好并正在運(yùn)行的工廠來說，只能

做一些有限的改變來達(dá)到上述目的。因此，上面所提到的減少廢品的

重要性應(yīng)在新公廠的設(shè)計(jì)階段加以考慮。近年來另一個(gè)當(dāng)務(wù)之急是保

護(hù)能源及降低能源消耗。

(4)應(yīng)用開發(fā)。顯然發(fā)掘一個(gè)產(chǎn)品新的用處或新的用途能拓寬它

的獲利渠道。這不僅能創(chuàng)造更多的收入，而且由于產(chǎn)量的增加使單元

生產(chǎn)成本降低，從而使利潤提高。舉例來說，PVC早期是用來制造唱

片和塑料雨衣的，后來的用途擴(kuò)展到塑料薄膜，特別是工程上所使用

的管子和排水槽。

我們已經(jīng)強(qiáng)調(diào)了化學(xué)產(chǎn)品是由于它們的效果，或特殊的用途、用

處而得以售出這個(gè)事實(shí)o這就意味著化工產(chǎn)品公司的技術(shù)銷售代表與

顧客之間應(yīng)有密切的聯(lián)系。對顧客的技術(shù)支持水平往往是贏得銷售的

一個(gè)重要的因素。進(jìn)行研究和開發(fā)的化學(xué)家們?yōu)檫@些應(yīng)用開發(fā)提供了

幫助。CH3CH3F的制造就是一個(gè)例子。它最開始是用來做含氟氯煌的

替代物作冷凍劑的。然而近來發(fā)現(xiàn)它還可以用作從植物中萃取出來的

天然物質(zhì)的溶解劑。當(dāng)它作為制冷劑被制造時(shí)，固然沒有預(yù)計(jì)到這一

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點(diǎn)，但它顯然也是應(yīng)用開發(fā)的一個(gè)例子。

3.化工行業(yè)中研究與開發(fā)活動(dòng)的變化

化學(xué)工業(yè)的不同部門所進(jìn)行的R&D的性質(zhì)與數(shù)量都有很大的變

化。與大規(guī)模生產(chǎn)的基礎(chǔ)化工產(chǎn)品有關(guān)的部門中，化學(xué)產(chǎn)品和技術(shù)變

化都很慢，因?yàn)榱鞒桃押艹墒?。R&D經(jīng)費(fèi)支出屬于化工行業(yè)中低的一

端，而且大部分的費(fèi)用是用于過程改進(jìn)和廢水處理。無機(jī)方面的例子

有氨、肥料和氯堿的生產(chǎn)，有機(jī)方面的如乙烯等一些基礎(chǔ)石油化學(xué)的

中間產(chǎn)物。

不一樣規(guī)模生產(chǎn)的是藥品和除草劑。人們付出了巨大而持續(xù)的努

力以合成能產(chǎn)生所希望的、特殊的生物作用的新分子。一家公司每年

可能要合成10,000新化合物以供篩選?？梢韵胂笠恍┽t(yī)藥公司其每

年的R&D經(jīng)費(fèi)支出高達(dá)100億美元。換句話說，他們把超過14%的銷

售收入投入在R&D±o

Unit3TypicalActivitiesofChemicalEngineers

化學(xué)工程師的例行工作

化學(xué)工程師經(jīng)典的角色是把化學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室里的發(fā)現(xiàn)拿來并發(fā)

展成為能賺錢的、商業(yè)規(guī)模的化學(xué)過程。化學(xué)家用少量的反應(yīng)物在試

管和派式氧彈中反應(yīng)相應(yīng)得到少量的生成物，所進(jìn)行的通常是間歇性

的恒溫下的實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)物放在很小的置于恒溫水槽的容器中，加點(diǎn)催

化劑，反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，隨時(shí)間推移，反應(yīng)物被消耗，并有生成物產(chǎn)生,

產(chǎn)物在合適的間歇時(shí)間獲得。

與之相比,化學(xué)工程師通常面對的是數(shù)量多得多的物質(zhì)和龐大的

12

（昂貴的）設(shè)備。反應(yīng)器可以容納1000到10,000加侖甚至更多。

蒸儲(chǔ)塔有100英尺多高，直徑10到30英尺?；S一個(gè)單元流程的

投資可能超過1億美元。

在把化學(xué)家研制的小型反應(yīng)器及分離系統(tǒng)“放大”到很大的商業(yè)

化車間時(shí)，通常需要化學(xué)工程師的參與。為了徹底了解過程中的化學(xué)

反應(yīng),化學(xué)工程師必須與化學(xué)家密切合作以確保能得到所需要的反應(yīng)

的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)參數(shù)以進(jìn)行設(shè)計(jì)、運(yùn)轉(zhuǎn)和優(yōu)選流程。這就是

為什么化工課程要包括那么多的化學(xué)類課程的原因。

化學(xué)工程師還必須與機(jī)械、電子、土木建筑和冶金工程師密切協(xié)

作以設(shè)計(jì)和操作工廠的機(jī)械設(shè)備一反應(yīng)器、槽、蒸鐳塔、熱交換器、

泵、壓縮機(jī)、控制器和儀器設(shè)備等等。在這張?jiān)O(shè)備單上還有一大類是

管子。化工廠最典型的特征之一就是數(shù)目龐大的管道貫穿所有生產(chǎn)

間?？梢院敛豢鋸埖卣f，在許多車間都有幾百英里長的管道。這些管

道輸入和輸出車間的反應(yīng)物質(zhì)進(jìn)行傳遞，同時(shí)還可攜帶有用的東西

（水蒸氣、冷卻水、空氣、氧、冷卻劑）進(jìn)入操作單元。

要把實(shí)驗(yàn)室研究商業(yè)化，化學(xué)工程師要參與進(jìn)行開發(fā)、設(shè)計(jì)、建

筑、操作、銷售和研究工作。各個(gè)公司用來表示這些工作的名詞不完

全一樣，但萬變不離其宗。讓我們簡單地把每個(gè)工作描述一下。應(yīng)該

強(qiáng)調(diào)的是，我們所討論的工作是“典型的”和“經(jīng)典的”，但并不意

味著化學(xué)工程師只能做這些事?；瘜W(xué)工程師在數(shù)學(xué)、化學(xué)和物理學(xué)方

面都有很好的知識(shí)基礎(chǔ)，因此，他或她能夠而且確實(shí)適應(yīng)工業(yè)、政府

部門、大專院校等非常廣泛的職業(yè)要求。

13

1.開發(fā)

開發(fā)工作是從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模向商業(yè)化規(guī)模轉(zhuǎn)化所必需的中間階段O

開發(fā)階段所涉及的“中試”流程所使用的反應(yīng)器容量為5加侖，蒸播

塔直徑為3英寸。開發(fā)通常是化學(xué)流程商業(yè)化的一部分。因?yàn)椤胺糯蟆?/p>

規(guī)模是一個(gè)非常困難的問題。直接從試管研制跳到在10.000加侖反

應(yīng)器里生產(chǎn)是非常棘手的有時(shí)甚至是危險(xiǎn)的工作。一些（在實(shí)驗(yàn)室研

究階段）根本不明顯的未加以考慮的細(xì)微問題，如混合不均勻，溫度

梯度輻射狀升高，熱交換面積逐漸降低以及熱交換速度下降等（在后

一階段變得影響很大）。

化學(xué)工程師與化學(xué)家和其他一些工程師協(xié)作對中師車間進(jìn)行設(shè)

計(jì)、安裝和運(yùn)行，設(shè)計(jì)方面包括確定設(shè)備的尺寸、結(jié)構(gòu)、制造所用的

材料。通常中師車間的設(shè)計(jì)是有很大的變通性的，以便能對各種情況

和構(gòu)造進(jìn)行評估。

中試車間一旦開始運(yùn)轉(zhuǎn)，就能獲得性能數(shù)據(jù)和選定最佳數(shù)值以便

從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度對流程進(jìn)行評價(jià)。對生產(chǎn)過程的每一個(gè)階段可能獲得的

利潤進(jìn)行評定。如果結(jié)果顯示投入的資金不能有足夠的回報(bào)，這項(xiàng)計(jì)

劃將被停止。

中師車間還提供了評價(jià)設(shè)備制造材料、測量方法、流程控制技術(shù)

的機(jī)會(huì)。中試車間的這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對于工業(yè)裝置設(shè)計(jì)的改善能提供有

用的幫助。

2.設(shè)計(jì)

根據(jù)在實(shí)驗(yàn)室和中試車間獲得的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù),一組工程師集中起

14

來設(shè)計(jì)工業(yè)化的車間?；瘜W(xué)工程師的職責(zé)就是詳細(xì)說明所有過程中的

流速和條件，設(shè)備類型和尺寸，制造材料，流程構(gòu)造，控制系統(tǒng)，環(huán)

境保護(hù)系統(tǒng)以及其它相關(guān)技術(shù)參數(shù)。這是一個(gè)責(zé)任重大的工作。

設(shè)計(jì)階段是大把金錢花進(jìn)去的時(shí)候。一個(gè)常規(guī)的化工流程可能需

要五千萬到一億美元的資金投入，有許多的事情要做。化學(xué)工程師是

做出很多決定的人之一。當(dāng)你身處其位時(shí)，你會(huì)對自己曾經(jīng)努力學(xué)習(xí)

而能運(yùn)用自己的方法和智慧處理這些問題感到欣慰。

設(shè)計(jì)階段的產(chǎn)物是很多圖紙：

(1)工藝流程圖。是顯示所有設(shè)備的圖紙。要標(biāo)出所有的流線

和規(guī)定的條件(流速、溫度、壓力、構(gòu)造、粘度、密度等)。

(2)管道及設(shè)備圖。標(biāo)明所有設(shè)備(包括尺寸、噴嘴位置和材料)、

所有管道(包括大小、控制閥、控制器)以及所有安全系統(tǒng)(包括安

全閥、安全膜位置和大小、火舌管、安全操作規(guī)則)。

(3)儀器設(shè)備說明書。詳細(xì)說明所有設(shè)備準(zhǔn)確的空間尺度、操作

參數(shù)、構(gòu)造材料、耐腐蝕性、操作溫度和壓力、最大和最小流速以及

諸如此類等等。這些規(guī)格說明書應(yīng)交給中標(biāo)的設(shè)備制造廠以進(jìn)行設(shè)備

生產(chǎn)。

1.Construction

Aftertheequipmentmanufacturers(vendors)havebuiltthe

individualpiecesofequipment,thepiecesareshippedtothe

plantsite(sometimesachallengingjoboflogistics,

15

particularlyforlargevesselslikedistillationcolumns）.The

constructionphaseistheassemblingofallthecomponentsinto

acompleteplant.Itstartswithdiggingholesintheground

andpouringconcreteforfoundationsforlargeequipmentand

buildings（e.g.,thecontrolroom,processanalytical

laboratory,andmaintenanceshops）.

3.建造

當(dāng)設(shè)備制造把設(shè)備的所有部分都做好了以后，這些東西要運(yùn)到工

廠所在地（有時(shí)這是后勤部門頗具挑戰(zhàn)性的任務(wù)，尤其對象運(yùn)輸分儲(chǔ)

塔這樣大型的船只來說）。建造階段要把所有的部件裝配成完整的工

廠，首先要做的就是在地面打洞并傾入混凝土，為大型設(shè)備及建筑物

打下基礎(chǔ)（比如控制室、流程分析實(shí)驗(yàn)室、維修車間）。

Aftertheseinitialactivities,themajorpiecesof

equipmentandthesteelsuperstructureareerected.Heat

exchangers,pumps,compressors,piping,instrumentsensors,

andautomaticcontrolvalvesareinstalled.Controlsystem

wiringandtubingarerunbetweenthecontrolroomandtheplant.

Electricalwiring,switches,andtransformersareinstalled

formotorstodrivepumpsandcompressors.Astheprocess

equipmentisbeinginstalled,itisthechemicalengineer's

jobtocheckthatitisallhookedtogetherproperlyandthat

16

eachpieceworkscorrectly.

完成了第一步，就開始安裝設(shè)備的主要部分以及鋼鐵上層建筑。

要裝配熱交換器、泵、壓縮機(jī)、管道、測量元件、自動(dòng)控制閥?？刂?/p>

系統(tǒng)的線路和管道連接在控制室和操作間之間。電線、開關(guān)、變換器

需裝備在馬達(dá)上以驅(qū)動(dòng)泵和壓縮機(jī)。生產(chǎn)設(shè)備安裝完畢后，化學(xué)工程

師的職責(zé)就是檢查它們是否連接完好，每部分是否正常工作。

Thisisusuallyaveryexcitingandrewardingtimeformost

engineers.Youareseeingyourideasbeingtranslatedfrom

paperintoreality.Steelandconcretereplacesketchesand

diagrams.Constructionistheculminationofyearsofworkby

manypeople.Youarefinallyonthelaunchpad,andtheplant

isgoingtoflyorfizzle!Themomentoftruthisathand.

對大部分工程師來說這通常是一個(gè)令人激動(dòng)、享受成功的時(shí)候。

你將看到自己的創(chuàng)意由圖紙變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。鋼鐵和混凝土代替了示意圖和

表格。建筑是許多人多年辛勞的結(jié)果。你終于站到了發(fā)射臺(tái)上，工廠

將要起飛還是最后失敗。揭曉的那一刻即將到來。

Oncethecheck-outphaseiscomplete,“startup“begins.

Startupistheinitialcommissioningoftheplant.Itisatime

ofgreatexcitementandround-the-clockactivity.Itisone

ofthebestlearninggroundsforthechemicalengineer.Now

17

youfindouthowgoodyourideasandcalculationsreallyare.

Theengineerswhohaveworkedonthepilotplantandonthe

designareusuallypartofthestartupteam.

測試階段一旦完成，“運(yùn)轉(zhuǎn)階段”就開始了。啟動(dòng)是工廠的首項(xiàng)

任務(wù)，是令人興奮的時(shí)刻和日夜不停的工作。這是化學(xué)工程師最好的

學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)之一?，F(xiàn)在你可以了解你的構(gòu)思和計(jì)算究竟有些什么好。參

與中試車間和設(shè)計(jì)工作的工程師通常也是啟動(dòng)隊(duì)伍中的人員。

Thestartupperiodcanrequireafewdaysorafewmoths,

dependingonthenewnessofthetechnology,thecomplexityof

theprocess,andqualityoftheengineeringthathasgoneinto

thedesign.Problemsarefrequentlyencounteredthatrequire

equipmentmodifications.Thisistimeconsumingandexpensive:

justthelostproductionfromaplantcanamounttothousands

ofdollarsperday.Indeed,therehavebeensomeplantsthat

haveneveroperated,becauseofunexpectedproblemswith

control,corrosion,orimpurities,orbecauseofeconomic

problem.

啟動(dòng)階段需要幾天或幾個(gè)月，根據(jù)設(shè)計(jì)所涉及工藝技術(shù)的新穎、

流程的復(fù)雜程度以及工程的質(zhì)量而定。中間經(jīng)常會(huì)遇到要求設(shè)備完善

的問題。這是耗時(shí)耗財(cái)?shù)碾A段：僅僅每天從車間出來的廢品會(huì)高達(dá)數(shù)

千美金。確實(shí)，曾經(jīng)有些車間因?yàn)闆]有預(yù)計(jì)到的問題如控制、腐蝕、

18

雜質(zhì)或因?yàn)榻?jīng)濟(jì)方面的問題而從來沒有運(yùn)轉(zhuǎn)過。

Theengineersareusuallyonshiftworkduringthestartup

period.Thereisalottolearninashorttimeperiod.Once

theplanthasbeensuccessfullyoperatedatitsrated

performance,itisturnedovertotheoperatingor

manufacturingdepartmentforroutineproductionofproducts.

在啟動(dòng)階段，工程師們通常需輪流值班。在很短的時(shí)間里有很多

的東西需要學(xué)習(xí)。一旦車間按照設(shè)定程序成功運(yùn)轉(zhuǎn)，它就轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品

的常規(guī)生產(chǎn)或制造部門。

2.Manufacturing

Chemicalengineersoccupyacentralpositionin

manufacturing,(or"operations"or"production,“asitis

calledinsomecompanies).Planttechnicalservicegroupare

responsibleforthetechnicalaspectsofrunninganefficient

andsafeplant.Theyruncapacityandperformancetestsonthe

planttodeterminewherethebottlenecksareintheequipment,

andthendesignmodificationsandadditionstoremovethese

bottlenecks.

4.制造

化學(xué)工程師在制造階段占據(jù)中心的位置。車間技術(shù)服務(wù)部門負(fù)責(zé)

19

車間有效而安全地運(yùn)轉(zhuǎn)的技術(shù)方面。他們進(jìn)行生產(chǎn)量和性能測試以找

出設(shè)備的瓶頸在哪，然后設(shè)計(jì)一些修正或附加的東西以解決這些瓶

頸。

Chemicalengineersstudywaystoreduceoperatingcosts

bysavingenergy,cuttingrawmaterialconsumption,and

reducingproductionofoff-specificationproductsthat

requirereprocessing.Theystudywaystoimproveproduct

qualityandreduceenvironmentalpollutionofbothairand

water.

化學(xué)工程師研究一些方法節(jié)省能源，降低原材料消耗、減少不合

要求的需進(jìn)行處理的產(chǎn)品的生產(chǎn)，以降低生產(chǎn)成本。他們還研究一些

提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少空氣和水中環(huán)境污染的措施。

Inadditiontoservinginplanttechnicalservice,many

engineershavejobsasoperatingsupervisors.These

supervisorsareresponsibleforallaspectsoftheday-to-day

operationoftheplant,includingsupervisingtheplant

operatorswhoruntheplantroundtheclockonathree-shift

basis,meetingqualityspecifications,deliveringproductsat

agreed-upontimesandinagreed-uponquantities,developing

andmaintaininginventoriesofequipmentspareparts,keeping

20

theplantwellmaintained,makingsuresafepracticesare

followed,avoidingexcessiveemissionsintothelocal

environment,andservingasspokespersonsfortheplanttothe

localcommunity.

除了提供技術(shù)服務(wù)外，許多工程師還負(fù)責(zé)生產(chǎn)監(jiān)督。這些監(jiān)督保

證工廠日常生產(chǎn)的各個(gè)方面正常進(jìn)行。包括管理換班工作的操作工，

滿足質(zhì)量要求，按期按量發(fā)出產(chǎn)品，生產(chǎn)并保持設(shè)備備件的存儲(chǔ)量,

為車間設(shè)備維修,保證安全規(guī)則被遵守,避免過多排出廢物污染環(huán)境,

并且做工廠對當(dāng)?shù)厣鐣?huì)的代言人。

3.Technicalsales

Manychemicalengineersfindstimulatingandprofitable

careersintechnicalsales.Aswithothersalespositions,the

workinvolvescallingoncustomers,makingrecommendationson

particularproductstofillcustomerJsneeds,andbeingsure

thatordersarehandledsmoothly.Thesalesengineeristhe

company'srepresentativeandmustknowthecompany,sproduct

linewell.Thesalesengineer'sabilitytosellcangreatly

affecttheprogressandprofitabilityofthecompany.

5.技術(shù)銷售

許多化學(xué)工程師發(fā)現(xiàn)在技術(shù)銷售中充滿了刺激性的、有利可圖的

機(jī)會(huì)。與其它的銷售業(yè)務(wù)一樣，這項(xiàng)業(yè)務(wù)包括拜訪客戶，推薦一些特

21

別的商品以滿足客戶的需要，并確保訂單能順利完成。銷售工程師是

公司的代表，必須十分清楚公司的產(chǎn)品生產(chǎn)情況。銷售工程師的銷售

能力極大地影響公司的發(fā)展和利潤。

Themarketingofmanychemicalsrequiresaconsiderable

amountofinteractionbetweenengineersinthecompany

producingthechemicalandengineersinthecompanyusingthe

chemical.Thisinteractioncantaketheformofadvisingon

howtouseachemicalordevelopinganewchemicalinorder

tosolveaspecificproblemofacustomer.

許多化工產(chǎn)品的市場開發(fā)需要制造化工產(chǎn)品公司的工程師與使

用化工產(chǎn)品公司的工程師密切合作。這種合作所采取的方式可以是對

如何使用一種化學(xué)產(chǎn)品提出建議,或者是生產(chǎn)出一種新的化學(xué)產(chǎn)品以

解決客戶的某個(gè)特殊的困難。

Whenthesalesengineerdiscoversproblemsthatcannotbe

handledwithconfidence,heorshemustbeabletocallonthe

expertiseofspecialists.Thesalesengineermaysometimes

havetomanageajointeffortamongresearchersfromseveral

companieswhoareworkingtogethertosolveaproblem.

當(dāng)銷售工程師碰到他自己沒有把握解決的問題時(shí),他或她必須要

請教專家。有時(shí)銷售工程師還需組織來自不同公司的研究人員共同努

22

力來解決某個(gè)問題。

4.Research

Chemicalengineersareengagedinmanytypesofresearch.

Theyworkwiththechemistindevelopingneworimproved

products.Theydevelopnewandimprovedengineeringmethods

(e.g.,bettercomputerprogramstosimulatechemicalprocesses,

betterlaboratoryanalysismethodsforcharacterizing

chemicals,andnewtypesofreactorsadseparationsystems).

Theyworkonimprovedsensorsforon-linephysicalproperty

measurements.Theystudyalternativeprocessconfigurations

andequipment.

6.研究

化學(xué)工程師能從事多種類型的研究工作。他們與化學(xué)家聯(lián)合開發(fā)

新的或革新的產(chǎn)品。他們探索新的和改良的工程技術(shù)(比如更好的計(jì)

算機(jī)程序以模擬化工工藝,更好的實(shí)驗(yàn)室分析方法分析有代表性的化

學(xué)產(chǎn)品，新型的反應(yīng)和分離系統(tǒng)。)他們研究改進(jìn)的傳感器以進(jìn)行物

理性質(zhì)的在線檢測，他們還研究單個(gè)流程結(jié)構(gòu)和設(shè)備。

Researchengineersarelikelytobefoundinlaboratories

oratdesksworkingonproblems.Theyusuallyworkasmembers

ofateamofscientistsandengineers.Knowledgeoftheprocess

23

andcommontypesofprocessequipmenthelpsthechemical

engineermakespecialcontributionstotheresearcheffort.

Thechemicalengineer'sdailyactivitiesmaysometimes

closelyresemblethoseofthechemistorphysicistworkingon

thesameteam.

研究工程師可能是在實(shí)驗(yàn)室或辦公桌前鉆研難題。他們通常是一

組科學(xué)家或工程師中的一員。了解生產(chǎn)流程以及通常流程所使用的設(shè)

備使化學(xué)工程師能在研究工作中做出突出的貢獻(xiàn)。化學(xué)工程師的日常

工作有時(shí)頗似那些化學(xué)家和物理學(xué)家。

24

Unit4Sourcesofchemicals

化學(xué)物質(zhì)的來源

化學(xué)物質(zhì)的數(shù)量多得驚人，其差異很大：所知道的化學(xué)物質(zhì)的數(shù)量就

達(dá)上千萬種。如此的數(shù)量與理論

上可能形成的含碳化合物的數(shù)量相比，相形見細(xì)。含碳化合物的數(shù)量

之大是耦合的結(jié)果：即相對較強(qiáng)的碳

碳共價(jià)鍵的碳原子長鏈和異構(gòu)體的形成。大部分這些化合物只是滿足

實(shí)驗(yàn)室好奇心或?qū)W術(shù)興趣。然而，其

他剩余的達(dá)幾千種，是商業(yè)和實(shí)踐興趣。因此，可以預(yù)料到這些化學(xué)

物質(zhì)的來源很廣。雖然對無機(jī)化學(xué)品

如此，但是奇怪的是，大多數(shù)有機(jī)化學(xué)品來源于一種資源，即原油（石

油）。

1.無機(jī)化學(xué)品

Tablel-1無機(jī)化學(xué)品的主要來源

25

因?yàn)椤盁o機(jī)化學(xué)品”這個(gè)詞（術(shù)語）涉及到（cover,包括、涵蓋）

的是除碳以外所有元素構(gòu)成的化合物。

其來源的多樣性并不很大（見表1-1）。一些較重要的來源是金屬礦

（包括重要的金屬鐵和鋁）以及鹽和海

水（用于生產(chǎn)氯、鈉、氫氧化鈉和碳酸鈉）。在這些情況下，至少兩

種不同的元素化合以一種穩(wěn)定的化合

物在一起。因此，如果要得到單個(gè)元素（也就是金屬），那么提取過

程除了純物理的分離方法以外，還必

須涉及到化學(xué)處理（過程）。金屬礦或無機(jī)礦很少以純物質(zhì)的形式存

在，因此，處理過程的第一步通常是：

（將無機(jī)礦中）從不要的固體如粘土或沙石中分離出來。固體篩分后

經(jīng)壓碎和研磨，利用顆粒尺寸差異可

以完成一些物理分離。下一步驟則取決于所需礦物的本質(zhì)及其特征。

例如，鐵礦常在磁分離器利用他們的

磁性加以分離o泡沫浮選是另一種廣泛應(yīng)用的分離技術(shù)o在該技術(shù)中,

所需要的礦物，以細(xì)小顆粒形式存

在，借助被水溶液潤濕能力的差異而與其他礦物加以分離。常加入表

面活性劑（抗?jié)櫇駝?，這些典型的

分子，一頭為非極性部分（如長碳?xì)滏湥硪活^為極性部分（如-NH2）o

該極性基團(tuán)與礦物相吸，形成不

牢固的鍵;而碳?xì)浠鶊F(tuán)與水相斥而阻止礦物被潤濕，因而礦物能浮選。

相反，其他固體物質(zhì)很容易被潤濕

26

而沉在水溶液中。攪拌溶液或液體中鼓泡以產(chǎn)生泡沫能大大促進(jìn)表面

活性劑包裹的礦物的漂浮，這些礦物

從容器中溢出到收集容器中，在收集容器，礦物得到回收。顯然，該

過程成功的關(guān)鍵在于，為所處理礦物

選擇一種高選擇的特定的表面活性劑。

2有機(jī)化合物

相比于無機(jī)化學(xué)品來自于眾多不同的資源（這一點(diǎn)我們已經(jīng)明白了）,

商業(yè)上的一些重要的有機(jī)化合

物基本上來源單一。如今，所有有機(jī)化合物的99%以上，可以通過石

化工藝過程從原油（石油）和天然氣

得到。這是一種有趣的情形——該情形一直在改變，而且將來也會(huì)

變化，因?yàn)閺募夹g(shù)上講，相同的化學(xué)品

可以從其他原料得到。尤其是脂肪族化合物，可以通過由碳水化合物

的發(fā)酵所得的乙醇加以生產(chǎn)，另一方

面，芳香族化合物可以從煤焦油中分離得到。煤焦油是煤炭化工過程

的副產(chǎn)物。動(dòng)植物油脂，是為數(shù)不多

的脂肪族化合物的特定的資源，這些脂肪族化合物包括長鏈脂肪酸

（如正十八酸）和長鏈醇（如正十二烷

醇）。

化石燃料（即石油、天然氣和煤）的形成要花上百萬年，一旦用掉就

不能被替換，因此，它們稱之為

不可再生的資源。這與來自于植物的碳水化合物恰恰相反，碳水化合

27

物能夠較快被更新。一種較為普遍應(yīng)

用的資源為蔗糖-------旦作物被收割和土地被清理，又可以種植和

收割新的作物，通常少于一年。因此，碳?xì)浠衔锟煞Q為可再生資源。

據(jù)估計(jì)，植物原料（干重）的總的年產(chǎn)量為1*1011噸?；剂弦?/p>

天然氣、原油和煤，主要用作為能源，而不是作為有機(jī)化合物的資源。

例如，各種石油分鏘物的氣體，用于家用烹調(diào)和取暖、用作為汽車用

的汽油、加熱建筑物重燃油，或用于在工業(yè)處理以產(chǎn)生

的蒸汽。通常，一桶原油的8%用于化學(xué)品的生產(chǎn)。下列數(shù)據(jù)可以說明,

為什么化學(xué)工業(yè)在原油的使用方

面與燃料或能源消耗的工業(yè)展開著競爭。

顯然，若我們愿意使用可代替化石燃料的其他能源，那么這些可替代

能源可以利用的，同時(shí)，我們自

信地預(yù)料到在不久的將來，可以用上其他的可替代能源。因此，有必

要要去保存寶貴的石油供應(yīng)以用于化

學(xué)品的生產(chǎn)?！疤幚硎偷淖詈笠患虑槭菍⒅紵痹撜f法是有根

據(jù)的。注意到這件事很有趣且有益的：

早在1894年門捷列夫（發(fā)現(xiàn)元素周期表之俄國科學(xué)家）就向當(dāng)局報(bào)

道，“石油是太寶貴的資源而不能將之

燃燒掉，應(yīng)該將之以化學(xué)品資源加以保存?！?/p>

來自于碳水化合物（植物莖桿）的有機(jī)化學(xué)物質(zhì)，職務(wù)的主要成分是

碳水化合物，碳水化合物組成職

務(wù)的結(jié)構(gòu)。它們?yōu)槎嗵牵ㄈ缋w維素和淀粉），大量的淀粉存在于食物

28

（如谷類、大米和馬鈴薯）之中，纖

維素是組成細(xì)胞壁的主要物質(zhì)，因而廣泛存在，可以從木材、棉花等

中得到。因此，來自于碳水化合物的

化學(xué)品的潛力是相當(dāng)大的，而且該原料可再生。

從碳水化合物得到化學(xué)物質(zhì)的主要途徑是通過發(fā)酵過程。然而發(fā)酵過

程不能利用多糖（如維素和淀

粉），因此，淀粉必須先收到酸性或酶水解反應(yīng)生成更簡單的糖類（單

糖或二糖（如蔗糖），這些較為簡單

的糖是發(fā)酵過程中的）合適的起始原料。

發(fā)酵過程是利用單細(xì)胞的微生物（一般有酵母菌、真菌、細(xì)菌或霉菌）

生產(chǎn)特殊化學(xué)品。有些發(fā)酵農(nóng)

家已用了上千年。最著名的例子為，谷物發(fā)酵生產(chǎn)含酒精的飲料。直

到1950年，該方法才成為生產(chǎn)脂肪

族有機(jī)化學(xué)品的最普遍的途徑。因?yàn)樯a(chǎn)的乙醇脫水生成乙烯，而乙

烯是合成大量脂肪族化合物的關(guān)鍵中

間體。盡管用此方法生產(chǎn)的化學(xué)品有所減少，但是用這種方法生產(chǎn)汽

車燃料方面存在大量的興趣。

反映在發(fā)酵過程的缺點(diǎn)可分為兩方面（1）原料（2）發(fā)酵過程。因?yàn)?/p>

植物莖桿是一種農(nóng)業(yè)原料，其生

產(chǎn)和收割均為勞動(dòng)力密集型的過程，所以相比之，它的原料費(fèi)用高于

原油的費(fèi)用。同時(shí)，物料的運(yùn)輸更困

難，費(fèi)用更高。與石化處理過程相比，發(fā)酵過程的主要缺點(diǎn)是：其一,

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時(shí)間通常要好幾天，相比有些催化

石油反應(yīng)只要幾秒；其二，所得的產(chǎn)物通常是以稀的水溶液（濃度

<10%）存在，因此，分離和純化費(fèi)用

較高。因?yàn)槲⑸锸腔畹捏w系，過程的條件幾乎不容許改變。為了增

加反應(yīng)速度，即使相對于小的溫升，獨(dú)有可能會(huì)導(dǎo)致微生物的死亡和

發(fā)酵過程終止。

另一方面，發(fā)酵方法的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)是，其選擇性高，一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜而很

難以合成或者需要多步合成的化合物，通過發(fā)酵很容易制得。著名的

實(shí)例有多種多樣的抗生素的生產(chǎn)。如青霉素，頭抱菌素和鏈霉素。

如果也基因工程中快速發(fā)展的過程中大量的實(shí)際問題得到解決，那么

發(fā)酵方面的興趣存在很大的興趣。在基因工程中。微生物（如細(xì)菌）

能定制地生產(chǎn)成所需的化學(xué)品。然而，因?yàn)榘l(fā)酵反應(yīng)速度慢和產(chǎn)物

分離費(fèi)用高，在不久的將來要實(shí)現(xiàn)用發(fā)酵方法生產(chǎn)大眾化學(xué)品（即需

求量極大的化學(xué)品如依稀，笨。）看來是不可能。

來自于動(dòng)植物油和脂肪的有機(jī)化學(xué)品，動(dòng)植物油脂（常指類肪）是由

甘油脂組成，甘油酯為三羥基醇，甘油（丙烷-L2,3-三醇，丙三

醇）。有多種不同的種植物油資源，較為普通的有，大豆，谷物，棕

樹核，油菜籽，橄欖油，動(dòng)物脂肪和巨鯨。這些油類可通過溶劑萃取

分離得到。有相當(dāng)大的部分，烹調(diào)油脂的形式用食品工業(yè)中，用于生

產(chǎn)黃油，人選黃油和其他食品（如冰激凌）。這些食品的烷基對人的

健康的影響，

尤其對血液中的膽固醇的影響，存在著爭議。血液中的高膽固醇的含

30

量會(huì)引起高血壓和心臟病。目前的觀點(diǎn)似乎贊成高含量不飽和的基因

在降低膽固醇的水平和降低心臟病（發(fā)病率）危險(xiǎn)是有利的。這引起

如下趨勢。不用烹調(diào)脂類和普通黃油或人造黃油（這些物質(zhì)中飽和烷

基含量豐富），而轉(zhuǎn)向用烹調(diào)油和不飽和烷基的含量高的人造黃油。

類脂屬于脂類（物質(zhì)），用于生產(chǎn)化學(xué)物質(zhì)時(shí)，以水解反應(yīng)開始，雖

然水解反應(yīng)可以用酸或堿催化，

但堿催化效果更好，因?yàn)閴A催化反應(yīng)不可逆。堿性條件下的水解反應(yīng)

叫做皂化反應(yīng)。

注意到這樣事實(shí)很重要一皂化反應(yīng)，水解反應(yīng)（脂肪分解）一級氫

解反應(yīng)不會(huì)利用單一甘油酯（或甲

基醇，實(shí)際上，所用植物油是各種甘油酯的混合物，因此（水解）產(chǎn)

物也是混合物，需要分離。

Unit5BasicChemicals

基本化學(xué)品

我們將化學(xué)工業(yè)部門分成兩類，生產(chǎn)量較大的部門和產(chǎn)量較低的部

門。在產(chǎn)量高的部門中，各種化學(xué)品的年產(chǎn)量達(dá)上萬噸至幾十萬噸。

結(jié)果這樣所用的工廠專門生產(chǎn)某一個(gè)單個(gè)產(chǎn)品o這些工廠的連續(xù)方式

進(jìn)行操作，自動(dòng)化程度高（計(jì)算機(jī)控制）歸類于產(chǎn)量高的部門有硫酸,

含磷化合物，含氮化合物，氯堿及其相關(guān)化合物，加上石油化學(xué)品和

商品聚合物（如聚乙烯）（生產(chǎn)部門）。除商品聚合物外，其它的均

31

為重要的中間體，或基本化學(xué)品。這些基本化學(xué)品是其他許多化學(xué)品

的生產(chǎn)原料，其他許多基本化學(xué)品的需求量很大。

相反，產(chǎn)量低的部門主要從事精細(xì)化學(xué)品的生產(chǎn)。單個(gè)化學(xué)品的年產(chǎn)

量只有幾十噸到幾千噸。然而，與高產(chǎn)量的產(chǎn)品相比，這些產(chǎn)品單位

重量具有很高的價(jià)值。通常，精細(xì)化斜坡的生產(chǎn)與間歇方式操作在工

廠中，而且這些工廠常進(jìn)行多種產(chǎn)品的生產(chǎn)。低產(chǎn)量生產(chǎn)部門生產(chǎn)農(nóng)

用化學(xué)品，染料，藥品和特種聚合物（如聚酸酸酮）。

基礎(chǔ)化學(xué)品在化學(xué)工業(yè)中得不到支持，它們不那么引人注意（如藥

品），有時(shí)候利潤不很高。其利潤來自于經(jīng)濟(jì)盛衰時(shí)難以預(yù)測的周期。

這些基本化學(xué)品不被公眾注意到和直接使用，因此其重要性常得不到

理解。即使在化學(xué)工業(yè)中，其重要性也得不到足夠的重視。然而，如

果沒有這些基本化學(xué)品，其他工業(yè)就不復(fù)存在。

基本化學(xué)品處于原料（及那些從地下通過采礦、開采或用泵抽出來的

物質(zhì)）和最終產(chǎn)品的中間位置。

基本化學(xué)品的一個(gè)顯著的特征就是它們的生產(chǎn)規(guī)模，每一種（基本化

學(xué)品）的生產(chǎn)規(guī)模都相當(dāng)大。圖2-1表示在1993年美國市場上的25中

化學(xué)品。（為了使我們了解化學(xué)品的分類與生產(chǎn)量有關(guān)。）通常，基

本化學(xué)品生產(chǎn)于那些年產(chǎn)量上萬噸的工廠。年產(chǎn)量10萬噸的工廠每

小時(shí)要生產(chǎn)1.25噸?；净瘜W(xué)品的另一顯著重要的特征是其價(jià)格。

大多數(shù)價(jià)格相當(dāng)便宜。

基本化學(xué)品工業(yè)所作的工作（或任務(wù)）是找到經(jīng)濟(jì)的途徑將原來轉(zhuǎn)變

為有用的中間體。生產(chǎn)廠家要對它們的產(chǎn)品收取較高的價(jià)格幾乎沒有

32

余地，因此，那些最低費(fèi)用生產(chǎn)產(chǎn)品的廠家可能獲得的利潤最高。這

就意味著，廠家就必須不斷準(zhǔn)備尋求新的，更經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)和轉(zhuǎn)變原料

的方法。

許多基本化學(xué)品為石油精煉的產(chǎn)物，而部分基本化學(xué)品工業(yè)一一硫、

氮、磷和氯堿工業(yè)是把除C和H、S外的元素轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)品?？傊?/p>

這些產(chǎn)品和石化工業(yè)的基本產(chǎn)物兩者結(jié)合起來可生產(chǎn)無數(shù)重要的化

學(xué)物質(zhì)，這些重要的化學(xué)物質(zhì)可作為其余化學(xué)工業(yè)的原料。

基本化學(xué)工業(yè)現(xiàn)在面臨著其歷史上中最大的挑戰(zhàn)之一,該工業(yè)中的產(chǎn)

品消費(fèi)部門--農(nóng)業(yè)以停止增長。同時(shí)大大減小了對肥料的需求。西

方的農(nóng)場主生產(chǎn)了大多的食物，政府減小了對農(nóng)業(yè)部門的津貼，結(jié)果

導(dǎo)致了更少的土地用于耕種和所需的肥料減少。過量肥料的流失而引

起的環(huán)境的關(guān)注也減少了對肥料的需求。

諸如含氯化合物之類的產(chǎn)品，已收到了來自環(huán)境學(xué)家的壓力。根據(jù)《關(guān)

于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾白皮書》，一些產(chǎn)品將受到禁止。而其

它的物質(zhì)，可以受得住環(huán)境學(xué)家的壓力?；净瘜W(xué)品工業(yè)再也不會(huì)依

靠在需求量方面的長期增長。

為了實(shí)現(xiàn)更好的規(guī)模經(jīng)濟(jì)和某一特殊產(chǎn)品更好的市場地位,廠家相互

交換工廠（車間），該工業(yè)注重不斷合并聯(lián)合。這使從事某一工業(yè)的

人員減少，使該工業(yè)達(dá)到更好的供需平衡和更好的利潤。