化學(xué)工業(yè)的起源

1、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(kāi)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(mén)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Na2CO3. 我們會(huì)注意到所有這些都是無(wú)機(jī)物。有機(jī)化學(xué)工業(yè)的開(kāi)始是在十九世紀(jì)六十年代以William Henry Perkin 發(fā)現(xiàn)第一種合成染料苯胺紫并加以開(kāi)發(fā)利用為標(biāo)志的。20世紀(jì)初，德國(guó)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(guó)的化學(xué)工業(yè)在世界化學(xué)產(chǎn)品市場(chǎng)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

2、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(jī)對(duì)德國(guó)很有幫助。特別是由于1914年第一次世界大仗的爆發(fā)，對(duì)以氮為基礎(chǔ)的化合物的需求飛速增長(zhǎng)。這種深刻的改變一直持續(xù)到戰(zhàn)后（1918-1939）。date bake to/from: 回溯到dated: 過(guò)時(shí)的，陳舊的stand sb. in good stead: 對(duì)。很有幫助1940年以來(lái)，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(lái)已大大減慢?；瘜W(xué)工業(yè)的發(fā)展由于1950年以來(lái)石油化學(xué)領(lǐng)域的研究和開(kāi)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

3、年代的迅猛發(fā)展主要是由于人們對(duì)于合成高聚物如聚乙烯、聚丙烯、尼龍、聚脂和環(huán)氧樹(shù)脂的需求巨大增加。1940年以來(lái)，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(lái)已大大減慢。化學(xué)工業(yè)的發(fā)展由于1950年以來(lái)石油化學(xué)領(lǐng)域的研究和開(kāi)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(duì)于合成高聚物如聚乙烯、聚丙烯、尼龍、聚脂和環(huán)氧樹(shù)脂的需求巨大增加。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

4、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(guò)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(lái)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(guó)化學(xué)公司完成的話，那它仍然是屬于化學(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(yíng)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(duì)它下一個(gè)簡(jiǎn)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(duì)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(lái)自不

5、同途徑的統(tǒng)計(jì)資料時(shí)，記住這點(diǎn)是很重要的。3 對(duì)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(lái)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(guò)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(guò)原材料和加工成本之和，這個(gè)加工就產(chǎn)生了利潤(rùn)。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(shū)中提出：“我們需要化學(xué)工業(yè)嗎？”這樣一個(gè)問(wèn)題是不是有點(diǎn)奇怪呢？然而，先回答下面幾個(gè)問(wèn)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(duì)我們?nèi)粘Ｉ畹挠绊?，?）社會(huì)對(duì)化學(xué)工業(yè)的需

6、求有多大。在回答這些問(wèn)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。化學(xué)工業(yè)對(duì)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)作物生長(zhǎng)時(shí)所帶走的營(yíng)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(chóng)劑，它可以顯著減少害蟲(chóng)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(zhǎng)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

7、，用-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(kāi)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(jiàn)光譜中所有的色調(diào)和色素。事實(shí)上如果某種顏色沒(méi)有現(xiàn)成的，只要這種產(chǎn)品確有市場(chǎng)，就可以很容易地通過(guò)對(duì)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)

8、（即它們可以抵抗風(fēng)化，不需油漆）。另一些高聚物，比如，脲甲醛和聚脲，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(duì)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球的元件，還有制造足球的合成材料。多年來(lái)化學(xué)工業(yè)對(duì)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(kāi)發(fā)和發(fā)動(dòng)機(jī)油粘度指數(shù)改進(jìn)使汽車(chē)日產(chǎn)維修期限從3000英里延長(zhǎng)到6000英里再到12000英里。研發(fā)工作還改進(jìn)了潤(rùn)滑油和油脂的性能，并得到了更好的剎車(chē)油。塑料和高聚物對(duì)整個(gè)汽車(chē)業(yè)的貢獻(xiàn)的比例是驚人的，源于這些材料擋板，輪胎，坐墊和涂層等等超過(guò)40%。很顯然

9、簡(jiǎn)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(méi)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(guó)家的發(fā)展水平可以通過(guò)其化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)水平和精細(xì)程度來(lái)加以判斷。4 化學(xué)工業(yè)的研究和開(kāi)發(fā)。發(fā)達(dá)國(guó)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(kāi)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(rùn)而是指銷售收入，也就是說(shuō)全部回收的錢(qián)，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(guò)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(chǎng)，包括一些合成高聚物如尼龍和聚脂，藥品和殺蟲(chóng)劑。盡管近年來(lái)進(jìn)入市場(chǎng)

10、的新產(chǎn)品大為減少，而且在衰退時(shí)期研究部門(mén)通常是最先被裁減的部門(mén)，在研究和開(kāi)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。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(wàn)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(guó)公司，他們?cè)谑澜缟系脑S多國(guó)家進(jìn)行銷售和開(kāi)發(fā)市場(chǎng)

11、，他們?cè)谠S多國(guó)家都有制造廠。這種國(guó)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(shì)。大公司通過(guò)在別的國(guó)家建造制造廠或者是收購(gòu)已有的工廠進(jìn)行擴(kuò)張。Unit 3 Typical Activities of Chemical Engineers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(lái)并發(fā)展成為能賺錢(qián)的、商業(yè)規(guī)模的化學(xué)過(guò)程?；瘜W(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

12、程師通常面對(duì)的是數(shù)量多得多的物質(zhì)和龐大的（昂貴的）設(shè)備。反應(yīng)器可以容納1000 到10,000加侖甚至更多。蒸餾塔有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(guò)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(chē)間時(shí)，通常需要化學(xué)工程師的參與。為了徹底了解過(guò)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)備反應(yīng)器、槽、蒸餾塔、熱交換器、泵、壓縮機(jī)

13、、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。可以毫不夸張地說(shuō)，在許多車(chē)間都有幾百英里長(zhǎng)的管道。這些管道輸入和輸出車(chē)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(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、建筑、操作、銷售和研究工作。各個(gè)公司用來(lái)表示這些工作的名詞不完全一樣，但萬(wàn)變不離其宗。讓我們簡(jiǎn)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，

14、他或她能夠而且確實(shí)適應(yīng)工業(yè)、政府部門(mén)、大專院校等非常廣泛的職業(yè)要求。1. 開(kāi)發(fā)開(kāi)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。開(kāi)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，蒸餾塔直徑為3英寸。開(kāi)發(fā)通常是化學(xué)流程商業(yè)化的一部分。因?yàn)椤胺糯蟆币?guī)模是一個(gè)非常困難的問(wèn)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(wèn)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(duì)中師車(chē)間進(jìn)行設(shè)計(jì)、安裝和運(yùn)行，設(shè)計(jì)方面

15、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(chē)間的設(shè)計(jì)是有很大的變通性的，以便能對(duì)各種情況和構(gòu)造進(jìn)行評(píng)估。中試車(chē)間一旦開(kāi)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(duì)流程進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的每一個(gè)階段可能獲得的利潤(rùn)進(jìn)行評(píng)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(chē)間還提供了評(píng)價(jià)設(shè)備制造材料、測(cè)量方法、流程控制技術(shù)的機(jī)會(huì)。中試車(chē)間的這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)于工業(yè)裝置設(shè)計(jì)的改善能提供有用的幫助。1 設(shè)計(jì)根據(jù)在實(shí)驗(yàn)室和中試車(chē)間獲得的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，一組工程師集中起來(lái)設(shè)計(jì)工業(yè)化的車(chē)間。化學(xué)工程師的職責(zé)就是詳細(xì)說(shuō)明所有過(guò)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

16、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(qián)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(wàn)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(duì)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(wèn)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）

17、儀器設(shè)備說(shuō)明書(shū)。詳細(xì)說(shuō)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(shuō)明書(shū)應(yīng)交給中標(biāo)的設(shè)備制造廠以進(jìn)行設(shè)備生產(chǎn)。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(mén)頗具挑戰(zhàn)性的任務(wù)，尤其對(duì)象運(yùn)輸分餾塔這樣大型的船只來(lái)說(shuō)）。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(chē)間）。完成了第一步，就開(kāi)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(cè)量元件、自動(dòng)控制閥?？刂葡到y(tǒng)的線路和管

18、道連接在控制室和操作間之間。電線、開(kāi)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。對(duì)大部分工程師來(lái)說(shuō)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(lái)。測(cè)試階段一旦完成，“運(yùn)轉(zhuǎn)階段”就開(kāi)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(chē)間和設(shè)計(jì)工作的工程師通常也是啟動(dòng)隊(duì)伍

19、中的人員。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(wèn)題。這是耗時(shí)耗財(cái)?shù)碾A段：僅僅每天從車(chē)間出來(lái)的廢品會(huì)高達(dá)數(shù)千美金。確實(shí)，曾經(jīng)有些車(chē)間因?yàn)闆](méi)有預(yù)計(jì)到的問(wèn)題如控制、腐蝕、雜質(zhì)或因?yàn)榻?jīng)濟(jì)方面的問(wèn)題而從來(lái)沒(méi)有運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)。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(chē)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(mén)。4制造化學(xué)工程師在制造階段占據(jù)中心的位置。車(chē)間技術(shù)服務(wù)部門(mén)負(fù)責(zé)車(chē)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(cè)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

20、這些瓶頸。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。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?yè)Q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(chē)間設(shè)備維修，保證安全規(guī)則被遵守，避免過(guò)多排出廢物污染環(huán)境，并且做工廠對(duì)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)的代言人。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，推薦一些特別的商品以滿足客戶的需要，并確保訂單

21、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(rùn)。許多化工產(chǎn)品的市場(chǎng)開(kāi)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(duì)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。當(dāng)銷售工程師碰到他自己沒(méi)有把握解決的問(wèn)題時(shí)，他或她必須要請(qǐng)教專家。有時(shí)銷售工程師還需組織來(lái)自不同公司的研究人員共同努力來(lái)解決某個(gè)問(wèn)題。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(kāi)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

22、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(cè)，他們還研究單個(gè)流程結(jié)構(gòu)和設(shè)備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)?；瘜W(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。Unit 4 Sources of chemicals化學(xué)物質(zhì)的來(lái)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(wàn)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(jiàn)絀。含碳化合物的數(shù)量之大是耦合的結(jié)果：即相對(duì)較強(qiáng)的碳碳共

23、價(jià)鍵的碳原子長(zhǎng)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(lái)源很廣。雖然對(duì)無(wú)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(lái)源于一種資源，即原油（石油）。1. 無(wú)機(jī)化學(xué)品Table1-1 無(wú)機(jī)化學(xué)品的主要來(lái)源因?yàn)椤盁o(wú)機(jī)化學(xué)品”這個(gè)詞（術(shù)語(yǔ)）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(lái)源的多樣性并不很大（見(jiàn)表1-1）。一些較重要的來(lái)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

24、此，如果要得到單個(gè)元素（也就是金屬），那么提取過(guò)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(guò)程）。金屬礦或無(wú)機(jī)礦很少以純物質(zhì)的形式存在，因此，處理過(guò)程的第一步通常是：（將無(wú)機(jī)礦中）從不要的固體如粘土或沙石中分離出來(lái)。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。泡沫浮選是另一種廣泛應(yīng)用的分離技術(shù)。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(rùn)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(zhǎng)碳?xì)滏湥?，另一頭為極性部分（如

25、-NH2）。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(rùn)濕，因而礦物能浮選。相反，其他固體物質(zhì)很容易被潤(rùn)濕而沉在水溶液中。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(guò)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(wú)機(jī)化學(xué)品來(lái)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(lái)源單一。如今，所有有機(jī)化合物的99%以上，可以通過(guò)石化工藝過(guò)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(lái)也

26、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(guò)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(guò)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(zhǎng)鏈脂肪酸（如正十八酸）和長(zhǎng)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(wàn)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(lái)自于植物的碳水化合物恰恰相反，碳水化合物能夠較快被更新。一種較為普遍應(yīng)用的資源為蔗糖 一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?/p>

27、稱為可再生資源。據(jù)估計(jì)，植物原料（干重）的總的年產(chǎn)量為1*1011 噸。化石燃料天然氣、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，各種石油分餾物的氣體，用于家用烹調(diào)和取暖、用作為汽車(chē)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(shuō)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(kāi)著競(jìng)爭(zhēng)。顯然，若我們?cè)敢馐褂每纱婊剂系钠渌茉矗敲催@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(lái)，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?/p>

28、燃燒”該說(shuō)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(mén)捷列夫（發(fā)現(xiàn)元素周期表之俄國(guó)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?！眮?lái)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（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(lái)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(guò)發(fā)酵過(guò)程。然而發(fā)酵過(guò)程不能利用多糖（如維素和淀粉），因此

29、，淀粉必須先收到酸性或酶水解反應(yīng)生成更簡(jiǎn)單的糖類（單糖或二糖（如蔗糖），這些較為簡(jiǎn)單的糖是發(fā)酵過(guò)程中的）合適的起始原料。發(fā)酵過(guò)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(chē)燃料方面存在大量的興趣。反映在發(fā)酵過(guò)程的缺點(diǎn)可分為兩方面（1）原料（2）發(fā)酵過(guò)程。因?yàn)橹参锴o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(guò)

30、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(guò)程相比，發(fā)酵過(guò)程的主要缺點(diǎn)是：其一，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(guò)程的條件幾乎不容許改變。為了增加反應(yīng)速度，即使相對(duì)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(guò)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(guò)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，頭孢菌素和鏈霉素。如果也基因工程中快速發(fā)展的過(guò)程中

31、大量的實(shí)際問(wèn)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(lái)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(lái)是不可能。來(lái)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-1，2，3-三醇，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(shù)核，油菜籽，橄欖油，動(dòng)物脂肪和巨鯨。這些油類可通過(guò)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

32、品的烷基對(duì)人的健康的影響，尤其對(duì)血液中的膽固醇的影響，存在著爭(zhēng)議。血液中的高膽固醇的含量會(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(shì)。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(kāi)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 皂化反應(yīng)，水解反應(yīng)（脂肪分解）一級(jí)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

33、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。Unit 5 Basic Chemicals基本化學(xué)品我們將化學(xué)工業(yè)部門(mén)分成兩類，生產(chǎn)量較大的部門(mén)和產(chǎn)量較低的部門(mén)。在產(chǎn)量高的部門(mén)中，各種化學(xué)品的年產(chǎn)量達(dá)上萬(wàn)噸至幾十萬(wàn)噸。結(jié)果這樣所用的工廠專門(mén)生產(chǎn)某一個(gè)單個(gè)產(chǎn)品。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(mén)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(mén)）。除商品聚合物外，其它的均為重要的中間體，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(mén)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(mén)生產(chǎn)農(nóng)用化學(xué)品，染料，藥品和特種聚合物（如聚醚醚酮）。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(rùn)不很高。其利潤(rùn)來(lái)自于經(jīng)濟(jì)盛衰時(shí)難以預(yù)測(cè)的周期。這些基本化學(xué)品不被公眾注意到和直接使