Unit1ChemicalIndustry化學工業I.OriAlthoBeforereadingthetextbelow,trytoanswerfollowingquestion:g1nsWhethdicfthemodernndlWI.OriAlthoonofwhatweknowasthemodern瞰.thcun5fchemicdfa懦力aokthMhemiCantndu曲資ions，theevolutionofwhatweknowasthemodernbleachinchemicalinduWha棗artethemuchrmoribneoCiythemambcaconuderehtomavetbegunduringtheIndustrialRevolution，about1800,an^eteVdoPtliftocjuSoViddschemicalsroeusebyotherindustries.Examplesarealkaliforsoapmaking,g您wdey誣emtcaHnduk網輪加相?oodaum-caanate?抑hgjassmakin2.1twillbenotedthattheseareallbleachininorganicchemicals.Theorganicchemicalsindustrystartedinthe1860swiththeexploitationofWilliamHenryPerkin'sinorganicchemicals.Theorganicchemicalsindustrystartedinthe1860swiththediscoveryifthefirstsyntheticdyestuff—mauve.AtthestartofthetwentiethcenturytheemphasisonresearchontheappliedaspectsofchemistryinGermanyhadpaidoffhandsomely,andby1914hadresultedintheGermanchemicalindustryhaving75%oftheworldmarketinchemicals.ThiswasbasedonthediscoveryofnewdyestuffsplusthedevelopmentofboththecontactprocessforsulphuricacidandtheHaberprocessforammonia.Thelaterrequiredamajortechnologicalbreakthroughthatofbeingabletocarryoutchemicalreactionsunderconditionsofveryhighpressureforthefirsttime.TheexperiencegainedwiththiswastostandGermanyingoodstead,particularlywiththerapidlyincreaseddemandfornitrogen-basedcompounds(ammoniumsaltsforfertilizersandnitricacidforexplosivesmanufacture)withtheoutbreakofworldwarIin1914.Thisinitiatedprofoundchangeswhichcontinuedduringtheinter-waryears(1918-1939)..化學工業的起源盡管化學品的使用可以追溯到古代文明時代，我們所謂的現代化學工業的發展卻是非常近代(才開始的)。可以認為它起源于工業革命其間，大約在1800年，并發展成為為其它工業部門提供化學原料的產業。比如制肥皂所用的堿，棉布生產所用的漂白粉，玻璃制造業所用的硅及Na2cO3.我們會注意到所有這些都是無機物。有機化學工業的開始是在十九世紀六十年代以WilliamHenryPerkin發現第一種合成染料一苯胺紫并加以開發利用為標志的。20世紀初，德國花費大量資金用于實用化學方面的重點研究，到1914年，德國的化學工業在世界化學產品市場上占有75%的份額。這要歸因于新染料的發現以及硫酸的接觸法生產和氨的哈伯生產工藝的發展。而后者需要較大的技術突破使得化學反應第一次可以在非常高的壓力條件下進行。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，對以氮為基礎的化合物的需求飛速增長。這種深刻的改變一直持續到戰后(1918-1939)。datebaketo/from:回溯到dated:過時的，陳舊的standsb.ingoodstead:對。。。很有幫助Since1940thechemicalindustryhasgrownataremarkablerate,althoughthishasslowedsignificantlyinrecentyears.Thelion,sshareofthisgrowthhasbeenintheorganicchemicalssectorduetothedevelopmentandgrowthofthepetrochemicalsareasince1950s.Theexplosivesgrowthinpetrochemicalsinthe1960sand1970swaslargelyduetotheenormousincreaseindemandforsyntheticpolymerssuchaspolyethylene,polypropylene,nylon,polyestersandepoxyresins.1940年以來，化學工業一直以引人注目的速度飛速發展。盡管這種發展的速度近年來已大大減慢。化學工業的發展由于1950年以來石油化學領域的研究和開發大部分在有機化學方面取得。石油化工在60年代和70年代的迅猛發展主要是由于人們對于合成高聚物如聚乙烯、聚丙烯、尼龍、聚脂和環氧樹脂的需求巨大增加。Thechemicalindustrytodayisaverydiversesectorofmanufacturingindustry,withinwhichitplaysacentralrole.Itmakesthousandsofdifferentchemicalswhichthegeneralpubliconlyusuallyencounterasendorconsumerproducts.Theseproductsarepurchasedbecausetheyhavetherequiredpropertieswhichmakethemsuitableforsomeparticularapplication,e.g.anon-stickcoatingforpansoraweedkiller.Thuschemicalsareultimatelysoldfortheeffectsthattheyproduce.今天的化學工業已經是制造業中有著許多分支的部門，并且在制造業中起著核心的作用。它生產了數千種不同的化學產品，而人們通常只接觸到終端產品或消費品。這些產品被購買是因為他們具有某些性質適合(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。這些化學產品歸根到底是由于它們能產生的作用而被購買的。.DefinitionoftheChemicalIndustryAttheturnofthecenturytherewouldhavebeenlittledifficultyindefiningwhatconstitutedthechemicalindustrysinceonlyaverylimitedrangeofproductswasmanufacturedandthesewereclearlychemicals,e.g.,alkali,sulphuricacid.Atpresent,however,manyintermediatestoproductsproduced,fromrawmaterialslikecrudeoilthrough(insomecases)manyintermediatestoproductswhichmaybeuseddirectlyasconsumergoods,orreadilyconvertedintothem.Thedifficultyconesindecidingatwhichpointinthissequencetheparticularoperationceasestobepartofthechemicalindustry,ssphereofactivities.Toconsideraspecificexampletoillustratethisdilemma,emulsionpaintsmaycontainpoly(vinylchloride)/poly(vinylacetate).Clearly,synthesisofvinylchloride(oracetate)anditspolymerizationarechemicalactivities.However,ifformulationandmixingofthepaint,includingthepolymer,iscarriedoutbyabranchofthemultinationalchemicalcompanywhichmanufacturedtheingredients,isthisstillpartofthechemicalindustryofdoesitmowbelonginthedecoratingindustry?.化學工業的定義在本世紀初，要定義什么是化學工業是不太困難的，因為那時所生產的化學品是很有限的，而且是非常清楚的化學品，例如，燒堿，硫酸。然而現在有數千種化學產品被生產，從一些原料物質像用于制備許多的半成品的石油，到可以直接作為消費品或很容易轉化為消費品的商品。困難在于如何決定在一些特殊的生產過程中哪一個環節不再屬于化學工業的活動范疇。舉一個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活動。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公司完成的話，那它仍然是屬于化學工業呢還是應當歸屬于裝飾工業中去呢？Itisthereforeapparentthat,becauseofitsdiversityofoperationsandcloselinksinmanyareaswithotherindustries,thereisnosimpledefinitionofthechemicalindustry.Insteadeachofficialbodywhichcollectsandpublishesstatisticsonmanufacturingindustrywillhaveitsdefinitionastowhichoperationsareclassifiedasthechemicalindustry.Itisimportanttobearthisinmindwhencomparingstatisticalinformationwhichisderivedfromseveralsources.因此，很明顯，由于化學工業經營的種類很多并在很多領域與其它工業有密切的聯系，所以不能對它下一個簡單的定義。相反的每一個收集和出版制造工業統計數據的官方機構都會對如何屆定哪一類操作為化學工業有自己的定義。當比較來自不同途徑的統計資料時，記住這點是很重要的。.TheNeedforChemicalIndustryThechemicalindustryisconcernedwithconvertingrawmaterials,suchascrudeoil,firstlyintochemicalintermediatesandthenintoatremendousvarietyofotherchemicals.Thesearethenusedtoproduceconsumerproducts,whichmakeourlivesmorecomfortableor,insomecasessuchaspharmaceuticalproduces,helptomaintainourwell-beingorevenlifeitself.Ateachstageoftheseoperationsvalueisaddedtotheproduceandprovidedthisaddedexceedstherawmaterialplusprocessingcoststhenaprofitwillbemadeontheoperation.Itistheaimofchemicalindustrytoachievethis.3.對化學工業的需要化學工業涉及到原材料的轉化，如石油首先轉化為化學中間體，然后轉化為數量眾多的其它化學產品。這些產品再被用來生產消費品，這些消費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。在生產過程的每一個階段，都有價值加到產品上面，只要這些附加的價值超過原材料和加工成本之和，這個加工就產生了利潤。而這正是化學工業要達到的目的。Itmayseemstrangeintextbookthisonetoposethequestion“doweneedachemicalindustry?”Howevertryingtoanswerthisquestionwillprovide(i)anindicationoftherangeofthechemicalindustry,sactivities,(n)itsinfluenceonourlivesineverydayterms,and(iii)howgreatissociety,sneedforachemicalindustry.Ourapproachinansweringthequestionwillbetoconsidertheindustry,scontributiontomeetingandsatisfyingourmajorneeds.Whatarethese?Clearlyfood(anddrink)andhealthareparamount.Otherwhichweshallconsiderintheirturnareclothingand(briefly)shelter,leisureandtransport.在這樣的一本教科書中提出：“我們需要化學工業嗎？”這樣一個問題是不是有點奇怪呢？然而，先回答下面幾個問題將給我們提供一些信息：(1)化學工業的活動范圍，(2)化學工業對我們日常生活的影響，(3)社會對化學工業的需求有多大。在回答這些問題的時候我們的思路將要考慮化學工業在滿足和改善我們的主要需求方面所做的貢獻。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。Food.Thechemicalindustrymakesamajorcontributiontofoodproductioninatleastthreeways.Firstly,bymakingavailablelargequantitiesofartificialfertilizerswhichareusedtoreplacetheelements(mainlynitrogen,phosphorusandpotassium)whichareremovedasnutrientsbythegrowingcropsduringmodernintensivefarming.Secondly,bymanufacturingcropprotectionchemicals,i.e.,pesticides,whichmarkedlyreducetheproportionofthecropsconsumedbypests.Thirdly,byproducingveterinaryproductswhichprotectlivestockfromdiseaseorcuretheirinfections.(1)食物。化學工業對糧食生產所做的巨大貢獻至少有三個方面。第一，提供大量可以獲得的肥料以補充由于密集耕作被農作物生長時所帶走的營養成分。(主要是氮、磷和鉀)。第二，生產農作物保護產品，如殺蟲劑，它可以顯著減少害蟲所消耗的糧食數量。第三，生產獸藥保護家禽免遭疾病或其它感染的侵害。Health.Weareallawareofthemajorcontributionwhichthepharmaceuticalsectoroftheindustryhasmadetohelpkeepusallhealthy,e.g.bycuringbacterialinfectionswithantibiotics,andevenextendinglifeitself,e.g.B-blockerstolowerbloodpressure.(2)健康。我們都很了解化學工業中制藥這一塊在維護我們的身體健康甚至延長壽命方面所做出的巨大貢獻，例如，用抗生素治療細菌感染，用佚抗血栓降低血壓。Clothing.Theimprovementinpropertiesofmodernsyntheticfibersoverthetraditionalclothingmaterials(e.g.cottonandwool)hasbeenquiteremarkable.Thusshirts,dressesandsuitsmadefrompolyesterslikeTeryleneandpolyamideslikeNylonarecrease-resistant,machine-washable,anddrip-dryornon-iron.Theyarealsocheaperthannaturalmaterials.衣物。在傳統的衣服面料上，現代合成纖維性質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、可機洗，曬干自挺或免燙，也比天然面料便宜。Paralleldevelopmentsinthediscoveryofmodernsyntheticdyesandthetechnologyto“bond”themtothefiberhasresultedinatremendousincreaseinthevarietyofcolorsavailabletothefashiondesigner.Indeedtheynowspanalmosteverycolorandhueofthevisiblespectrum.Indeedifasuitableshadeisnotavailable,structuralmodificationofanexistingdyetoachievethiscanreadilybecarriedout,providedthereisasatisfactorymarketfortheproduct.與此同時，現代合成染料開發和染色技術的改善使得時裝設計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和色素。事實上如果某種顏色沒有現成的，只要這種產品確有市場，就可以很容易地通過對現有的色彩進行結構調整而獲得。Othermajoradvancesinthisspherehavebeenincolor-fastness,i.e.,resistancetothedyebeingwashedoutwhenthegarmentiscleaned.這一領域中另一些重要進展是不褪色，即在洗滌衣物時染料不會被洗掉。Shelter,leisureandtransport.Intermsofshelterthecontributionofmodernsyntheticpolymershasbeensubstantial.Plasticsaretendingtoreplacetraditionalbuildingmaterialslikewoodbecausetheyarelighter,maintenance-free(i.e.theyareresistanttoweatheringanddonotneedpainting).Otherpolymers,e.g.urea-formaldehydeandpolyurethanes,areimportantinsulatingmaterialsforreducingheatlossesandhencereducingenergyusage.(4)住所，休閑和旅游。講到住所方面現代合成高聚物的貢獻是巨大的。塑料正在取代像木材一類的傳統建筑材料，因為它們更輕，免維護(即它們可以抵抗風化，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。Plasticsandpolymershavemadeaconsiderableimpactonleisureactivitieswithapplicationsrangingfromall-weatherartificialsurfacesforathletictracks,footballpitchesandtenniscourtstonylonstringsforracquetsanditemslikegolfballsandfootballsmadeentirelyfromsyntheticmaterials.塑料和高聚物的應用對休閑活動有很重要的影響，從體育跑道的全天候人造篷頂，足球和網球的經緯線，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。Likewisethechemicalindustry,scontributiontotransportovertheyearshasledtomajorimprovements.Thusdevelopmentofimprovedadditiveslikeanti-oxidantsandviscosityindeximprovesforengineoilhasenabledroutineservicingintervalstoincreasefrom3000to6000to12000miles.Researchanddevelopmentworkhasalsoresultedinimprovedlubricatingoilsandgreases,andbetterbrakefluids.Yetagainthecontributionofpolymersandplasticshasbeenverystrikingwiththeproportionofthetotalautomobilederivedfromthesematerials—dashboard,steeringwheel,seatpaddingandcoveringetc.—nowexceeding40%.多年來化學工業對旅游方面所作的貢獻也有很大的提高。一些添加劑如抗氧化劑的開發和發動機油粘度指數改進使汽車日產維修期限從3000英里延長到6000英里再到12000英里。研發工作還改進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汽車業的貢獻的比例是驚人的，源于這些材料—擋板，輪胎，坐墊和涂層等等一超過40%。Soitisquiteapparentevenfromabrieflookatthechemicalindustry,scontributiontomeetingourmajorneedsthatlifeintheworldwouldbeverydifferentwithouttheproductsoftheindustry.Indeedthelevelofacountry,sdevelopmentmaybejudgedbytheproductionlevelandsophisticationofitschemicalindustry.很顯然簡單地看一下化學工業在滿足我們的主要需求方面所做的貢獻就可以知道，沒有化工產品人類社會的生活將會多么困難。事實上，一個國家的發展水平可以通過其化學工業的生產水平和精細程度來加以判斷。ResearchandDevelopment(R&D)inChemicalIndustriesOneofthemainreasonsfortherapidgrowthofthechemicalindustryinthedevelopedworldhasbeenitsgreatcommitmentto,andinvestmentinresearchanddevelopment(R&D).Atypicalfigureis5%ofsalesincome,withthisfigurebeingalmostdoubledforthemostresearchintensivesector,pharmaceuticals.Itisimportanttoemphasizethatwearequotingpercentagesherenotofprofitsbutofsalesincome,i.e.thetotalmoneyreceived,whichhastopayforrawmaterials,overheads,staffsalaries,etc.aswell.Inthepastthistremendousinvestmenthaspaidoffwell,leadingtomanyusefulandvaluableproductsbeingintroducedtothemarket.Examplesincludesyntheticpolymerslikenylonsandpolyesters,anddrugsandpesticides.Althoughthenumberofnewproductsintroducedtothemarkethasdeclinedsignificantlyinrecentyears,andintimesofrecessiontheresearchdepartmentisusuallyoneofthefirsttosuffercutbacks,thecommitmenttoR&Dremainsataveryhighlevel.4.化學工業的研究和開發。發達國家化學工業飛速發展的一個重要原因就是它在研究和開發方面的投入和投資。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。要強調這里我們所提出的百分數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，企業管理費，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值的產品被投放市場，包括一些合成高聚物如尼龍和聚脂，藥品和殺蟲劑。盡管近年來進入市場的新產品大為減少，而且在衰退時期研究部門通常是最先被裁減的部門，在研究和開發方面的投資仍然保持在較高的水平。Thechemicalindustryisaveryhightechnologyindustrywhichtakesfulladvantageofthelatestadvancesinelectronicsandengineering.Computersareverywidelyusedforallsortsofapplications,fromautomaticcontrolofchemicalplants,tomolecularmodelingofstructuresofnewcompounds,tothecontrolofanalyticalinstrumentsinthelaboratory.化學工業是高技術工業，它需要利用電子學和工程學的最新成果。計算機被廣泛應用，從化工廠的自動控制，到新化合物結構的分子模擬，再到實驗室分析儀器的控制。Individualmanufacturingplantshavecapacitiesrangingfromjustafewtonesperyearinthefinechemicalsareatotherealgiantsinthefertilizerandpetrochemicalsectorswhichrangeupto500,000tonnes.Thelatterrequiresenormouscapitalinvestment,sinceasingleplantofthissizecannowcost$520million!This,coupledwiththewidespreaduseofautomaticcontrolequipment,helpstoexplainwhythechemicalindustryiscapital-ratherthanlabor-intensive.一個制造廠的生產量很不一樣，精細化工領域每年只有幾噸，而巨型企業如化肥廠和石油化工廠有可能高達500,000噸。后者需要巨大的資金投入，因為一個這樣規模的工廠要花費2億5千萬美元，再加上自動控制設備的普遍應用，就不難解釋為什么化工廠是資金密集型企業而不是勞動力密集型企業。Themajorchemicalcompaniesaretrulymultinationalandoperatetheirsalesandmarketingactivitiesinmostofthecountriesoftheworld,andtheyalsohavemanufacturingunitsinanumberofcountries.Thisinternationaloutlookforoperations,orglobalization,isagrowingtrendwithinthechemicalindustry,withcompaniesexpandingtheiractivitieseitherbyerectingmanufacturingunitsinothercountriesorbytakingovercompanieswhicharealreadyoperatingthere.大部分化學公司是真正的跨國公司，他們在世界上的許多國家進行銷售和開發市場，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，是化學工業中發展的趨勢。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行擴張。Unit2ResearchandDevelopment研究和開發Researchanddevelopment,orR&Dasitiscommonlyreferredto,isanactivitywhichiscarriedoutbyallsectorsofmanufacturingindustrybutitsextentvariesconsiderably,aswewillseeshortly.Letusfirstunderstand,oratleastgetafeelfor,whatthetermsmean.Althoughthedistinctionbetweenresearchanddevelopmentisnotalwaysclear-cut,andthereisoftenconsiderableoverlap,wewillattempttoseparatethem.Insimpletermsresearchcanbethoughtofastheactivitywhichproducesnewideasandknowledgewhereasdevelopmentisputtingthoseideasintopracticeasnewprocessandproducts.Toillustratethiswithanexample,predictingthestructureofanewmoleculewhichwouldhaveaspecificbiologicalactivityandsynthesizingitcouldbeseenasresearchwhereastestingitanddevelopingittothepointwhereitcouldbemarketedasanewdrugcouldbedescribedasthedevelopmentpart.研究和開發，或通常所稱R&D是制造業各個部門都要進行的一項活動。我們馬上可以看到，它的內容變化很大。我們首先了解或先感覺一下這個詞的含義。盡管研究和開發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分開來。簡單說來，研究是產生新思想和新知識的活動，而開發則是把這些思想貫徹到實踐中得到新工藝和新產品的行為。可以用一個例子來描述這一點，預測一個有特殊生物活性的分子結構并合成它可以看成是研究而測試它并把它發展到可以作為一種新藥推向市場這一階段則看作開發部分。FundamentalResearchandAppliedResearchInindustrytheprimaryreasonforcartingoutR&Diseconomicandistostrengthenandimprovethecompany'spositionandprofitability.ThepurposeofR&Distogenerateandprovideinformationandknowledgetoreduceuncertainty,solveproblemsandtoprovidebetterdataonwhichmanagementcanbasedecisions.Specificprojectscoverawiderangeofactivitiesandtimescales,fromafewmonthsto20years..基礎研究和應用研究在工業上進行研究和開發最主要的原因是經濟利益方面，是為了加強公司的地位，提高公司的利潤。R&D的目的是做出并提供信息和知識以減低不確定性，解決問題，以及向管理層提供更好的數據以便他們能據此做出決定。特別的項目涵蓋很大的活動范圍和時間范圍，從幾個月到20年。WecanpickoutanumberofareasofR&Dactivityinthefollowingparagraphsbutifweweretostartwiththosewhichweretospringtothemindoftheacademic,ratherthantheindustrial,chemistthenthesewouldbebasic,fundamental(background)orexploratoryresearchandthesynthesisofnewcompounds.Thisisalsolabeled“blueskies”research.我們可以在后面的段落里舉出大量的R&D活動。但是如果我們舉出的點子來源于研究院而不是工業化學家的頭腦，這就是基礎的或探索性的研究Fundamentalresearchistypicallyassociatedwithuniversityresearch.Itmaybecarriedoutforitsownintrinsicinterestanditwilladdtothetotalknowledgebasebutnoimmediateapplicationsofitinthe“realworld”wellbeapparent.Notethatitwillprovideavaluabletrainingindefiningandsolvingproblems,i.e.researchmethodologyfortheresearchstudentwhocarriesitoutundersupervision.However,later“spinoffs”fromsuchworkcanleadtousefulapplications.Thusphysicistsclaimthatbutforthestudyanddevelopmentofquantumtheorywemightnothavehadcomputersandnuclearpower.However,totakeaspecificallychemicalexample,generalstudiesonabroadareasuchashydrocarbonoxidationmightprovideinformationwhichwouldbeusefulinmorespecificareassuchascyclohexaneoxidationfortheproductionofnylonintermediates.基礎研究通常與大學研究聯系在一起，它可能是由于對其內在的興趣而進行研究并且這種研究能夠拓寬知識范圍，但在現實世界中的直接應用可能性是很小的。請注意，這種以內就在提出和解決問題方面提供了極有價值的訓練，比如，在指導下完成研究工作的學生所接受的研究方法學(的訓練)。而且，從這些工作中產生的“有用的副產品”隨后也能帶來可觀的使用價值。因此，物理學家宣稱要不是量子理論的研究和發展我們可能仍然沒有計算機和核能量。不管怎樣，舉一個特殊的化學方面的例子吧，在各個領域如烴的氧化方面所做的廣泛的研究將為一些特殊的領域如環己烯氧化生成尼龍中間產物提供有用的信息。Aspectsofsynthesiscouldinvolveeitherdevelopingnew,morespecificreagentsforcontrollingparticularfunctionalgroupinterconversions,i.e.developingsyntheticmethodologyorcompletesynthesisofanentirelynewmoleculewhichisbiologicallyactive.Althoughtheformerisclearlyfundamentalthelatterencompassesboththisandappliedaspects.Thisterm'applied'hastraditionallybeenmoreassociatedwithresearchoutinindusincethisismorefocusedortargeted.Itisaconsequenceoftheworkbeingbusinessdriven.通過合成可以生產出一些新的、更特殊的試劑以控制特殊的官能團轉換，即發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性研究而后者則包括基礎研究和實用性研究兩部分。所謂“實用性”習慣上是指與在工業實驗室完成的研究聯系在一起的，因為它更具目的性，它是商業行為驅動的結果。Note,however,thattherehasbeenamajorchangeinrecentyearsasacademicinstitutionshaveincreasinglyturnedtoindustryforresearchfunding,withtheresultthatmuchmoreoftheirresearcheffortismowdevotedtomoreappliedresearch.Evenso,inacademiatheemphasisgenerallyisverymuchontheresearchratherthanthedevelopment.然而，請注意。近幾年有很大的變化，大學研究機構正越來越多地轉向工業界尋求研究經費，其結果就是他們的研究工作越來越多地是致力于實用研究。即使這樣，學院工作的重點通常還是在于研究而不是開發。TypesofIndustrialResearchandDevelopmentTheappliedormoretargetedtypeofresearchanddevelopmentcommonlycarriedoutinindustrycanbeofseveraltypesandwewillbrieflyconsidereach.Theyare:(i)productdevelopment,(ii)processdevelopment,(iii)processimprovementand(iv)applicationsdevelopment.Evenundertheseheadingsthereareamultitudeofaspectssoonlyatypicalexamplecanbequotedineachcase.Theemphasisoneachofthesewillvaryconsiderablywithinthedifferentsectorsofthechemicalindustry..工業研究和開發的類型通常在生產中完成的實用型的或有目的性的研究和開發可以分為好幾類，我們對此加以簡述。它們是：(1)產品開發；(2)工藝開發；(3)工藝改進；(4)應用開發；每一類下還有許多分支。我們.對每一類舉一個典型的例子來加以說明。在化學工業的不同部門內每類的工作重點有很大的不同。(1)Productdevelopment.Productdevelopmentincludesnotonlythediscoveryanddevelopmentofanewdrugbutalso,forexample,providinganewlonger-activeanti-oxidantadditivetoanautomobileengineoil.Developmentsuchasthishaveenabledservicingintervalstoincreaseduringthelastdecadefrom3000to6000to9000andnowto12000miles.Notethatmostpurchasersofchemicalsacquirethemfortheeffectsthattheyproducei.e.aspecificuse.Teflon,orpolytetrafluoroethylene(PTFE),maybepurchasedbecauseitimpartsanon-sticksurfacetocookingpotsandpans,therebymakingthemeasiertoclean.(1)產品開發。產品開發不僅包括一種新藥的發明和生產，還包括，比如說，給一種汽車發動機提供更長時效的抗氧化添加劑。這種開發的產品已經使(發動機)的服務期限在最近的十年中從3000英里提高到6000、9000現在已提高到12000英里。請注意，大部分的買家所需要的是化工產品能創造出來的效果，亦即某種特殊的用途。Tdflon,或稱聚四氟乙烯(PTFE)被購買是因為它能使炒菜鍋、盆表面不粘，易于清洗。Processdevelopment.Processdevelopmentcoversnotonlydevelopingamanufacturingprocessforanentirelynewproductbutalsoanewprocessorrouteforanexistingproduct.Thepushforthelattermayoriginateforoneormoreofthefollowingreasons:availabilityofnewtechnology,changeintheavailabilityand/orcostofrawmaterials.Manufactureofvinylchloridemonomerisanexampleofthis.Itsmanufacturingroutehaschangedseveraltimesowingtochangingeconomics,technologyandrawmaterials.Anotherstimulusisamarkedincreaseindemandandhencesalesvolumewhichcanhaveamajoreffectontheeconomicsoftheprocess.Theearlydaysofpenicillinmanufactureaffordagoodexampleofthis.(2)工藝開發。工業開發不僅包括為一種全新的產品設計一套制造工藝，還包括為現有的產品設計新的工藝或方案。而要進行后者時可能源于下面的一個或幾個原因：新技術的利用、原材料的獲得或價格發生了變化。氯乙烯單聚物的制造就是這樣的一個例子。它的制造方法隨著經濟、技術和原材料的變化改變了好幾次。另一個刺激因素是需求的顯著增加。因而銷售量對生產流程的經濟效益有很大影響。Penicillin早期的制造就為此提供了一個很好的例子。TheabilityofpenicillintopreventtheonsetofsepticemiainbattlewoundsduringtheSecondWorldWar(1939?1945)resultedinanenormousdemandforittobeproducedinquantity.Upuntilthenithadonlybeenproducedinsmallamountsonthesurfaceofthefermentationbrothinmilkbottles!AnenormousR&DeffortjointlyintheU.S.andtheU.K.resultedintwomajorimprovementstotheprocess.FirstlyadifferentstainofthemouldgavemuchbetteryieldsthantheoriginalPenicilliumnotatum.Secondlythemajorprocessdevelopmentwastheintroductionofthedeepsubmergedfermentationprocess.Herethefermentationtakesplacethroughoutthebroth,providedsterileairisconstantly,andvigorously,blownthroughit.Thishasenabledtheprocesstobescaledupenormouslytomodernstainlesssteelfermentershavingacapacityinexcessof50000liters.Itissalutarytonotethatinthefirstworldwar(1914?1919)moresoldiersdiedfromsepticemiaoftheirwoundsthanwereactuallykilledoutrightonthebattlefield!Penicillin能預防戰爭中因傷口感染引發的敗血癥，因而在第二次世界大戰(1939-1945)中，penicillin的需求量非常大，需要大量生產。而在那時，penicillin只能用在瓶裝牛奶表面發酵的方法小量的生產。英國和美國投入了巨大的人力物力聯合進行研制和開發，對生產流程做出了兩個重大的改進。首先用一個不同的菌株一黃霉菌代替普通的青霉，它的產量要比后者高得多。第二個重大的流程開發是引進了深層發酵過程。只要在培養液中持續通入大量純化空氣，發酵就能在所有部位進行。這使生產能力大大地增加，達到現代容量超過5000升的不銹鋼發酵器。而在第一次世界大戰中，死于傷口感染的士兵比直接死于戰場上的人還要多。注意到這一點不能不讓我們心存感激。Processdevelopmentforanewproductdependsonthingssuchasthescaleonwhichitistobemanufactured,theby-productsformedandtheirremoval/recovery,andrequiredpurity.Datawillbeacquiredduringthisdevelopmentstageusingsemi-technicalplant(upto100literscapacity)whichwillbeinvaluableinthedesignoftheactualmanufacturingplant.Iftheplantistobeaverylargecapacity,continuouslyoperatingone,e.g.petrochemicalorammonia,thenapilotplantwillfirstbebuiltandoperatedtotestouttheprocessandacquiremoredata,thesesemi-technicalorpilotplantswillberequiredfortesting,e.g.,apesticide,orcustomerevaluation,e.g.,anewpolymer.對一個新產品進行開發要考慮產品生產的規模、產生的副產品以及分離/回收，產品所要求的純度。在開發階段利用中試車間(最大容量可達100升)獲得的數據設計實際的制造廠是非常寶貴的，例如石油化工或氨的生產。要先建立一個中試車間，運轉并測試流程以獲得更多的數據。他們需要測試產品的性質，如殺蟲劑，或進行消費評估，如一種新的聚合物。Notethatby-productscanhasamajorinfluenceontheeconomicsofachemicalprocess.Phenolmanufactureprovidesastrikingexampleofthis.Theoriginalroute,thebenzenesulphonicacidroute,hasbecomeobsoletebecausedemandforitsby-producesodiumsulfite(2.2tons/ltonphenol)hasdriedup.Itsrecoveryanddisposalwillthereforebeanadditionalchargeontheprocess,thusincreasingthecostofthephenol.Incontrastthecumenerouteowesitseconomicadvantageoveralltheotherroutestothestrongdemandfortheby-productacetone(0.6tons/ltonphenol).Thesaleofthisthereforereducesthenetcostofthephenol.注意，副產品對于化學過程的經濟效益也有很大的影響。酚的生產就是一個有代表性的例子。早期的方法，苯磺酸方法，由于它的副產品亞硫酸鈉需求枯竭而變的過時。亞硫酸鈉需回收和廢置成為生產過程附加的費用，增加了生產酚的成本。相反，異丙基苯方法，在經濟效益方面優于所有其他方法就在于市場對于它的副產品丙酮的迫切需求。丙酮的銷售所得降低了酚的生產成本。Amajorpartoftheprocessdevelopmentactivityforamewplantistominimize,orideallypreventbydesigningout,wasteproductionandhencepossiblepollution.Theeconomicandenvironmentaladvantagesofthisareobvious.對一個新產品進行工藝開發的一個重要部分是通過設計把廢品減到最低，或盡可能地防止可能的污染，這樣做帶來的經濟利益和對環境的益處是顯而易見的。Finallyitshouldbenotedthatprocessdevelopmentrequiresabigteameffortbetweenchemists,chemicalengineers,andelectricalandmechanicalengineerstobesuccessful.最后要注意，工業開發需要包括化學家、化學工程師、電子和機械工程師這樣一支龐大隊伍的協同合作才能取得成功。Processimprovement.Processimprovementrelatestoprocesseswhicharealreadyoperating.Itmaybeaproblemthathasarisenandstoppedproduction.Inthissituationthereisalotofpressuretofindasolutionassoonaspossiblesothatproductioncanrestart,since‘downtime,costsmoney.(3)工藝改進。工藝改進與正在進行的工藝有關。它可能出現了某個問題使生產停止。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重新開始，因為故障期耗費資財。downtime:故障期Morecommonly,however,processimprovementwillbedirectedatimprovingtheprofitabilityoftheprocess.Thismightbeachievedinanumberofways.Forexample,improvingtheyieldbyoptimizingtheprocess,increasingthecapacitybyintroducinganewcatalyst,orloweringtheenergyrequirementsoftheprocess.AnexampleofthelatterwastheintroductionofturbocompressorsintheproductionofammoniabytheHaberprocess.Thisreducedutilitycosts(mainlyelectricity)from$6.66to%0.56pertonofammoniaproduced.Improvingthequalityoftheproduct,byprocessmodification,mayleadtonewmarketsfortheproduct.然而，更為常見的，工藝改進是為了提高生產過程的利潤。這可以通過很多途徑實現。例如通過優化流程提高產量，引進新的催化劑提高效能，或降低生產過程所需要的能量。可說明后者的一個例子是在生產氨的過程中渦輪壓縮機的引進。這使生產氨的成本(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品質量也會為產品打開新的市場。Inrecentyears,however,themostimportantprocessimprovementactivityhasbeentoreducetheenvironmentalimpactoftheprocess,i.e.,topreventtheprocesscausinganypollution.Clearlytherehavebeentwointerlinkeddrivingforcesforthis.Firstly,thepublic,sconcernaboutthesafetyofchemicalsandtheireffectontheenvironment,andthelegislationwhichhasfollowedasaresultofthis.Secondlythecosttothemanufacturerofhavingtotreatwaste(i.e.,materialwhichcannotberecoveredandusedrsold)sothatitcanbesafelydisposedof,saybypumpingintoariver.Thisobviouslyrepresentsachargeontheprocesswhichwillincreasethecostofthe