Unit1ChemicalIndustry

化學工業

l.OriginsoftheChemicalIndustry

Althoughtheuseofchemicalsdatesbacktotheancientcivilizations,theevolutionofwhat

weknowasthemodernchemicalindustrystartedmuchmorerecently.Itmaybeconsidered

tohavebegunduringtheIndustrialRevolution,about1800,anddevelopedtoprovide

chemicalsroeusebyotherindustries.Examplesarealkaliforsoapmaking,bleachingpowder

forcotton,andsilicaandsodiumcarbonateforglassmaking.Itwillbenotedthattheseareall

inorganicchemicals.Theorganicchemicalsindustrystartedinthe1860swiththe

exploitationofWilliamHenryPerkin'sdiscoveryifthefirstsyntheticdyestuff—mauve.Atthe

startofthetwentiethcenturytheemphasisonresearchontheappliedaspectsofchemistry

inGermanyhadpaidoffhandsomely,andby1914hadresultedintheGermanchemical

industryhaving75%oftheworldmarketinchemicals.Thiswasbasedonthediscoveryof

newdyestuffsplusthedevelopmentofboththecontactprocessforsulphuricacidandthe

Haberprocessforammonia.Thelaterrequiredamajortechnologicalbreakthroughthatof

beingabletocarryoutchemicalreactionsunderconditionsofveryhighpressureforthefirst

time.TheexperiencegainedwiththiswastostandGermanyingoodstead,particularlywith

therapidlyincreaseddemandfornitrogen-basedcompounds(ammoniumsaltsforfertilizers

andnitricacidforexplosivesmanufacture)withtheoutbreakofworldwarIin1914.This

initiatedprofoundchangeswhichcontinuedduringtheinter-waryears(1918-1939).

1.化學工業的起源

盡管化學品的運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特殊

近代(才起先的)。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

業部門供應化學原料的產業。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

用的硅與Na2c03.我們會留意到全部這些都是無機物。有機化學工業的起先是在十九世紀六

十年頭以WilliamHenryPerkin發覺第一種合成染料一苯胺紫并加以開發利用為標記的。20

世紀初，德國花費大量資金用于好用化學方面的重點探討，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覺以與硫酸的接觸法生產和氨

的哈伯生產工藝的發展。而后者須要較大的技術突破使得化學反應第一次可以在特殊高的壓

力條件下進行。這方面所取得的成果對德國很有幫助。特殊是由于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。這種深刻的變更始終持續到戰后

(1918-1939)。

Since1940thechemicalindustryhasgrownataremarkablerate,althoughthishas

slowedsignificantlyinrecentyears.Thelion'sshareofthisgrowthhasbeenintheorganic

chemicalssectorduetothedevelopmentandgrowthofthepetrochemicalsareasince1950s.

Theexplosivesgrowthinpetrochemicalsinthe1960sand1970swaslargelyduetothe

enormousincreaseindemandforsyntheticpolymerssuchaspolyethylene,polypropylene,

nylon,polyestersandepoxyresins.

1940年以來，化學工業始終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探討和開發大部分在有機化學

方面取得。石油化工在60年頭和70年頭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,within

whichitplaysacentralrole.Itmakesthousandsofdifferentchemicalswhichthegeneral

publiconlyusuallyencounterasendorconsumerproducts.Theseproductsarepurchased

becausetheyhavetherequiredpropertieswhichmakethemsuitableforsomeparticular

application,e.g.anon-stickcoatingforpansoraweedkiller.Thuschemicalsareultimately

soldfortheeffectsthattheyproduce.

今日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)的一些特殊的用途，例如，用于盆的不粘涂層或一種

殺蟲劑。這些化學產品歸根原委是由于它們能產生的作用而被購買的。

2.DefinitionoftheChemicalIndustry

Attheturnofthecenturytherewouldhavebeenlittledifficultyindefiningwhat

constitutedthechemicalindustrysinceonlyaverylimitedrangeofproductswas

manufacturedandthesewereclearlychemicals,e.g.,alkali,sulphuricacid.Atpresent,

however,manyintermediatestoproductsproduced,fromrawmaterialslikecrudeoilthrough

(insomecases)manyintermediatestoproductswhichmaybeuseddirectlyasconsumer

goods,orreadilyconvertedintothem.Thedifficultyconesindecidingatwhichpointinthis

sequencetheparticularoperationceasestobepartofthechemicalindustry'ssphereof

activities.Toconsideraspecificexampletoillustratethisdilemma,emulsionpaintsmay

containpoly(vinylchloride)/poly(vinylacetate).Clearly,synthesisofvinylchloride(or

acetate)anditspolymerizationarechemicalactivities.However,ifformulationandmixingof

thepaint,includingthepolymer,iscarriedoutbyabranchofthemultinationalchemical

companywhichmanufacturedtheingredients,isthisstillpartofthechemicalindustryof

doesitmowbelonginthedecoratingindustry

2.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，而且是特殊清楚的化學品，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，到可以干脆作為消費品或很簡潔轉化為消費

品的商品。困難在于如何確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逆境。乳劑漆含有聚氯乙烯/聚醋酸乙烯。明顯，氯

乙烯(或醋酸乙烯)的合成以與聚合是化學活動。然而，假如這種漆，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，那它照舊是屬于化學工業呢還是應當

歸屬于裝飾工業中去呢？

Itisthereforeapparentthat,becauseofitsdiversityofoperationsandcloselinksinmany

areaswithotherindustries,thereisnosimpledefinitionofthechemicalindustry.Instead

eachofficialbodywhichcollectsandpublishesstatisticsonmanufacturingindustrywillhave

itsdefinitionastowhichoperationsareclassifiedasthechemicalindustry.Itisimportantto

bearthisinmindwhencomparingstatisticalinformationwhichisderivedfromseveral

sources.

因此，很明顯，由于化學工業經營的種類許多并在許多領域與其它工業有密切的聯系，

所以不能對它下一個簡潔的定義。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。

3.TheNeedforChemicalIndustry

Thechemicalindustryisconcernedwithconvertingrawmaterials,suchascrudeoil,

firstlyintochemicalintermediatesandthenintoatremendousvarietyofotherchemicals.

Thesearethenusedtoproduceconsumerproducts,whichmakeourlivesmorecomfortable

or,insomecasessuchaspharmaceuticalproduces,helptomaintainourwell-beingoreven

lifeitself.Ateachstageoftheseoperationsvalueisaddedtotheproduceandprovidedthis

addedexceedstherawmaterialplusprocessingcoststhenaprofitwillbemadeonthe

operation.Itistheaimofchemicalindustrytoachievethis.

3.對化學工業的須要

化學工業涉與到原材料的轉化，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"doweneedachemical

industry"Howevertryingtoanswerthisquestionwillprovide(i)anindicationoftherangeof

thechemicalindustry'sactivities,(ii)itsinfluenceonourlivesineverydayterms,and(iii)

howgreatissociety'sneedforachemicalindustry.Ourapproachinansweringthequestion

willbetoconsidertheindustry'scontributiontomeetingandsatisfyingourmajorneeds.

WhataretheseClearlyfood(anddrink)andhealthareparamount.Otherwhichweshall

considerintheirturnareclothingand(briefly)shelter,leisureandtransport.

在這樣的一本教科書中提出：“我們須要化學工業嗎？”這樣一個問題是不是有點驚異呢？

然而，先回答下面幾個問題將給我們供應一些信息：(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意和改善我們的主要需求方面所做的貢獻。是些什么需求呢？

很明顯，食物和健康是放在第一位的。其它我們要考慮的按依次是衣物、居處、休閑和旅行。

(1)Food.Thechemicalindustrymakesamajorcontributiontofoodproductioninatleast

threeways.Firstly,bymakingavailablelargequantitiesofartificialfertilizerswhichareused

toreplacetheelements(mainlynitrogen,phosphorusandpotassium)whichareremovedas

nutrientsbythegrowingcropsduringmodernintensivefarming.Secondly,bymanufacturing

cropprotectionchemicals,i.e.,pesticides,whichmarkedlyreducetheproportionofthecrops

consumedbypests.Thirdly,byproducingveterinaryproductswhichprotectlivestockfrom

diseaseorcuretheirinfections.

(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，供應大量可以獲

得的肥料以補充由于密集耕作被農作物生長時所帶走的養分成分。(主要是氮、磷和鉀)。其

次，生產農作物愛惜產品，如殺蟲劑，它可以顯著削減害蟲所消耗的糧食數量。第三，生產

獸藥愛惜家禽免遭疾病或其它感染的侵害。

(2)Health.Weareallawareofthemajorcontributionwhichthepharmaceuticalsectorof

theindustryhasmadetohelpkeepusallhealthy,e.g.bycuringbacterialinfectionswith

antibiotics,andevenextendinglifeitself,e.g.fi-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％抗血栓降低血壓。

(3)Clothing.Theimprovementinpropertiesofmodernsyntheticfibersoverthe

traditionalclothingmaterials(e.g.cottonandwool)hasbeenquiteremarkable.Thusshirts,

dressesandsuitsmadefrompolyesterslikeTeryleneandpolyamideslikeNylonare

crease-resistant,machine-washable,anddrip-dryornon-iron.Theyarealsocheaperthan

naturalmaterials.

衣物。在傳統的衣服面料上，現代合成纖維性質的改善也是特殊顯著的。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，也比自然面料

便宜。

Paralleldevelopmentsinthediscoveryofmodernsyntheticdyesandthetechnologyto

"bond"themtothefiberhasresultedinatremendousincreaseinthevarietyofcolors

availabletothefashiondesigner.Indeedtheynowspanalmosteverycolorandhueofthe

visiblespectrum.Indeedifasuitableshadeisnotavailable,structuralmodificationofan

existingdyetoachievethiscanreadilybecarriedout,providedthereisasatisfactorymarket

fortheproduct.

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調可以利

用。的確他們幾乎利用了可見光譜中全部的色調和色素。事實上假如某種顏色沒有現成的，

只要這種產品確有市場，就可以很簡潔地通過對現有的色調進行結構調整而獲得。

Othermajoradvancesinthisspherehavebeenincolor-fastness,i.e.,resistancetothe

dyebeingwashedoutwhenthegarmentiscleaned.

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。

(4)Shelter,leisureandtransport.Intermsofshelterthecontributionofmodernsynthetic

polymershasbeensubstantial.Plasticsaretendingtoreplacetraditionalbuildingmaterials

likewoodbecausetheyarelighter,maintenance-free(i.e.theyareresistanttoweatheringand

donotneedpainting).Otherpolymers,e.g.urea-formaldehydeandpolyurethanes,are

importantinsulatingmaterialsforreducingheatlossesandhencereducingenergyusage.

(4)居處，休閑和旅游。講到居處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(即它們可以抗拒風化，不需油漆)。另

一些高聚物，比如I,胭甲醛和聚胭，是特殊重要的絕緣材料可以削減熱量損失因而削減能量

損耗。

Plasticsandpolymershavemadeaconsiderableimpactonleisureactivitieswith

applicationsrangingfromall-weatherartificialsurfacesforathletictracks,footballpitches

andtenniscourtstonylonstringsforracquetsanditemslikegolfballsandfootballsmade

entirelyfromsyntheticmaterials.

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'scontributiontotransportovertheyearshasledtomajor

improvements.Thusdevelopmentofimprovedadditiveslikeanti-oxidantsandviscosityindex

improvesforengineoilhasenabledroutineservicingintervalstoincreasefrom3000to6000

to12000miles.Researchanddevelopmentworkhasalsoresultedinimprovedlubricating

oilsandgreases,andbetterbrakefluids.Yetagainthecontributionofpolymersandplastics

hasbeenverystrikingwiththeproportionofthetotalautomobilederivedfromthese

materials—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修理期限從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，源于這些材料一擋板，輪胎，坐墊和涂層等等一超過40%。

Soitisquiteapparentevenfromabrieflookatthechemicalindustry'scontributionto

meetingourmajorneedsthatlifeintheworldwouldbeverydifferentwithouttheproductsof

theindustry.Indeedthelevelofacountry'sdevelopmentmaybejudgedbytheproduction

levelandsophisticationofitschemicalindustry.

很明顯簡潔地看一下化學工業在滿意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推斷。

4.ResearchandDevelopment(R&D)inChemicalIndustries

Oneofthemainreasonsfortherapidgrowthofthechemicalindustryinthedeveloped

worldhasbeenitsgreatcommitmentto,andinvestmentinresearchanddevelopment(R&D).

Atypicalfigureis5%ofsalesincome,withthisfigurebeingalmostdoubledforthemost

researchintensivesector,pharmaceuticals.Itisimportanttoemphasizethatwearequoting

percentagesherenotofprofitsbutofsalesincome,i.e.thetotalmoneyreceived,whichhas

topayforrawmaterials,overheads,staffsalaries,etc.aswell.Inthepastthistremendous

investmenthaspaidoffwell,leadingtomanyusefulandvaluableproductsbeingintroduced

tothemarket.Examplesincludesyntheticpolymerslikenylonsandpolyesters,anddrugsand

pesticides.Althoughthenumberofnewproductsintroducedtothemarkethasdeclined

significantlyinrecentyears,andintimesofrecessiontheresearchdepartmentisusuallyone

ofthefirsttosuffercutbacks,thecommitmenttoR&Dremainsataveryhighlevel.

4.化學工業的探討和開發。

發達國家化學工業飛速發展的一個重要緣由就是它在探討和開發方面的投入和投資。通

常是銷售收入的5%,而探討密集型分支如制藥，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

品大為削減，而且在衰退時期探討部門通常是最先被裁減的部門，在探討和開發方面的投資

照舊保持在較高的水平。

Thechemicalindustryisaveryhightechnologyindustrywhichtakesfulladvantageofthe

latestadvancesinelectronicsandengineering.Computersareverywidelyusedforallsortsof

applications,fromautomaticcontrolofchemicalplants,tomolecularmodelingofstructures

ofnewcompounds,tothecontrolofanalyticalinstrumentsinthelaboratory.

化學工業是高技術工業，它須要利用電子學和工程學的最新成果。計算機被廣泛應用，

從化工廠的自動限制，到新化合物結構的分子模擬，再到試驗室分析儀器的限制。

Individualmanufacturingplantshavecapacitiesrangingfromjustafewtonesperyearin

thefinechemicalsareatotherealgiantsinthefertilizerandpetrochemicalsectorswhich

rangeupto500,000tonnes.Thelatterrequiresenormouscapitalinvestment,sinceasingle

plantofthissizecannowcost$520million!This,coupledwiththewidespreaduseof

automaticcontrolequipment,helpstoexplainwhythechemicalindustryiscapital-rather

thanlabor-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。后者須要巨大的資金投入，因為一個這樣規模的工廠要花

費2億5千萬美元，再加上自動限制設備的普遍應用，就不難說明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。

Themajorchemicalcompaniesaretrulymultinationalandoperatetheirsalesand

marketingactivitiesinmostofthecountriesoftheworld,andtheyalsohavemanufacturing

unitsinanumberofcountries.Thisinternationaloutlookforoperations,orglobalization,isa

growingtrendwithinthechemicalindustry,withcompaniesexpandingtheiractivitieseither

byerectingmanufacturingunitsinothercountriesorbytakingovercompanieswhichare

alreadyoperatingthere.

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

建立制造廠或者是收購已有的工廠進行擴張

Unit2ResearchandDevelopment

探討和開發

Researchanddevelopment,orR&Dasitiscommonlyreferredto,isanactivitywhich

iscarriedoutbyallsectorsofmanufacturingindustrybutitsextentvariesconsiderably,as

wewillseeshortly.Letusfirstunderstand,oratleastgetafeelfor,whatthetermsmean.

Althoughthedistinctionbetweenresearchanddevelopmentisnotalwaysclear-cut,and

thereisoftenconsiderableoverlap,wewillattempttoseparatethem.Insimpleterms

researchcanbethoughtofastheactivitywhichproducesnewideasandknowledge

whereasdevelopmentisputtingthoseideasintopracticeasnewprocessandproducts.To

illustratethiswithanexample,predictingthestructureofanewmoleculewhichwouldhave

aspecificbiologicalactivityandsynthesizingitcouldbeseenasresearchwhereastestingit

anddevelopingittothepointwhereitcouldbemarketedasanewdrugcouldbedescribed

asthedevelopmentpart.

探討和開發，或通常所稱R&D是制造業各個部門都要進行的一項活動。我們立即可以

看到，它的內容變更很大。我們首先了解或先感覺一下這個詞的含義。盡管探討和開發的

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。簡潔

說來，探討是產生新思想和新學問的活動，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，預料一個有特殊生物活性的分子結構

并合成它可以看成是探討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。

1.FundamentalResearchandAppliedResearch

InindustrytheprimaryreasonforcartingoutR&Diseconomicandistostrengthen

andimprovethecompany'spositionandprofitability.ThepurposeofR&Distogenerate

andprovideinformationandknowledgetoreduceuncertainty,solveproblemsandto

providebetterdataonwhichmanagementcanbasedecisions.Specificprojectscovera

widerangeofactivitiesandtimescales,fromafewmonthsto20years.

1.基礎探討和應用探討

在工業上進行探討和開發最主要的緣由是經濟利益方面，是為了加強公司的地位，提

高公司的利潤。R&D的目的是做出并供應信息和學問以減低不確定性，解決問題，以與向管

理層供應更好的數據以便他們能據此做出確定。特殊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&Dactivityinthefollowingparagraphsbutif

weweretostartwiththosewhichweretospringtothemindoftheacademic,ratherthan

theindustrial,chemistthenthesewouldbebasic,fundamental(background)orexploratory

researchandthesynthesisofnewcompounds.ThisisalsolabeledUblueskies"research.

我們可以在后面的段落里舉出大量的R&D活動。但是假如我們舉出的點子來源于探討

院而不是工業化學家的頭腦，這就是基礎的或探究性的探討

Fundamentalresearchistypicallyassociatedwithuniversityresearch.Itmaybecarried

outforitsownintrinsicinterestanditwilladdtothetotalknowledgebasebutno

immediateapplicationsofitinthe"realworld"wellbeapparent.Notethatitwillprovidea

valuabletrainingindefiningandsolvingproblems,i.e.researchmethodologyforthe

researchstudentwhocarriesitoutundersupervision.However,later"spinoffs"fromsuch

workcanleadtousefulapplications.Thusphysicistsclaimthatbutforthestudyand

developmentofquantumtheorywemightnothavehadcomputersandnuclearpower.

However,totakeaspecificallychemicalexample,generalstudiesonabroadareasuchas

hydrocarbonoxidationmightprovideinformationwhichwouldbeusefulinmorespecific

areassuchascyclohexaneoxidationfortheproductionofnylonintermediates.

基礎探討通常與高校探討聯系在一起，它可能是由于對其內在的愛好而進行探討并

且這種探討能夠拓寬學問范圍，但在現實世界中的干脆應用可能性是很小的。請留意，這種

以內就在提出和解決問題方面供應了極有價值的訓練，比如，在指導下完成探討工作的學生

所接受的探討方法學(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

可觀的運用價值。因此，物理學家宣稱要不是量子理論的探討和發展我們可能照舊沒有計算

機和核能量。不管怎樣，舉一個特殊的化學方面的例子吧，在各個領域如妙的氧化方面所做

的廣泛的探討將為一些特殊的領域如環己烯氧化生成尼龍中間產物供應有用的信息。

Aspectsofsynthesiscouldinvolveeitherdevelopingnew,morespecificreagentsfor

controllingparticularfunctionalgroupinterconversions,i.e.developingsynthetic

methodologyorcompletesynthesisofanentirelynewmoleculewhichisbiologicallyactive.

Althoughtheformerisclearlyfundamentalthelatterencompassesboththisandapplied

aspects.Thisterm'applied'hastraditionallybeenmoreassociatedwithresearchoutin

industriallaboratories,sincethisismorefocusedortargeted.Itisaconsequenceofthe

workbeingbusinessdriven.

通過合成可以生產出一些新的、更特殊的試劑以限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。盡管前者明顯屬于基礎性探討而后者則包

括基礎探討和好用性探討兩部分。所謂“好用性”習慣上是指與在工業試驗室完成的探討聯系

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,thattherehasbeenamajorchangeinrecentyearsasacademic

institutionshaveincreasinglyturnedtoindustryforresearchfunding,withtheresultthat

muchmoreoftheirresearcheffortismowdevotedtomoreappliedresearch.Evenso,in

academiatheemphasisgenerallyisverymuchontheresearchratherthanthe

development.

然而，請留意。近幾年有很大的變更，高校探討機構正越來越多地轉向工業界尋求探

討經費，其結果就是他們的探討工作越來越多地是致力于好用探討。即使這樣，學院工作的

重點通常還是在于探討而不是開發。

2.TypesofIndustrialResearchandDevelopment

Theappliedormoretargetedtypeofresearchanddevelopmentcommonlycarriedout

inindustrycanbeofseveraltypesandwewillbrieflyconsidereach.Theyare:(i)product

development,(ii)processdevelopment,(iii)processimprovementand(iv)applications

development.Evenundertheseheadingsthereareamultitudeofaspectssoonlyatypical

examplecanbequotedineachcase.Theemphasisoneachofthesewillvaryconsiderably

withinthedifferentsectorsofthechemicalindustry.

2.工業探討和開發的類型

通常在生產中完成的好用型的或有目的性的探討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。

(l)Productdevelopment.Productdevelopmentincludesnotonlythediscoveryand

developmentofanewdrugbutalso,forexample,providinganewlonger-activeanti-oxidant

additivetoanautomobileengineoil.Developmentsuchasthishaveenabledservicing

intervalstoincreaseduringthelastdecadefrom3000to6000to9000andnowto12000

miles.Notethatmostpurchasersofchemicalsacquirethemfortheeffectsthattheyproduce

i.e.aspecificuse.Teflon,orpolytetrafluoroethylene(PTFE),maybepurchasedbecauseit

impartsanon-sticksurfacetocookingpotsandpans,therebymakingthemeasiertoclean.

(，)產品開發。產品開發不僅包括一種新藥的獨創和生產，還包括，比如說，給一種汽車

發動機供應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。請留意，大部分的買

家所須要的是化工產品能創建出來的效果，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。

(2)Processdevelopment.Processdevelopmentcoversnotonlydevelopinga

manufacturingprocessforanentirelynewproductbutalsoanewprocessorrouteforan

existingproduct.Thepushforthelattermayoriginateforoneormoreofthefollowing

reasons:availabilityofnewtechnology,changeintheavailabilityand/orcostofrawmaterials.

Manufactureofvinylchloridemonomerisanexampleofthis.Itsmanufacturingroutehas

changedseveraltimesowingtochangingeconomics,technologyandrawmaterials.Another

stimulusisamarkedincreaseindemandandhencesalesvolumewhichcanhaveamajor

effectontheeconomicsoftheprocess.Theearlydaysofpenicillinmanufactureaffordagood

exampleofthis.

(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緣由：新技術的利用、

原材料的獲得或價格發生了變更。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、技術和原材料的變更變更了好幾次。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。Penic川in早期的制造就為此供應了一個很好的例子。

Theabilityofpenicillintopreventtheonsetofsepticemiainbattlewoundsduringthe

SecondWorldWar(1939~1945)resultedinanenormousdemandforittobeproducedin

quantity.Upuntilthenithadonlybeenproducedinsmallamountsonthesurfaceofthe

fermentationbrothinmilkbottles!AnenormousR&DeffortjointlyintheU.S.andtheU.K.

resultedintwomajorimprovementstotheprocess.Firstlyadifferentstainofthemouldgave

muchbetteryieldsthantheoriginalPenicilliumnotatum.Secondlythemajorprocess

developmentwastheintroductionofthedeepsubmergedfermentationprocess.Herethe

fermentationtakesplacethroughoutthebroth,providedsterileairisconstantly,and

vigorously,blownthroughit.Thishasenabledtheprocesstobescaledupenormouslyto

modernstainlesssteelfermentershavingacapacityinexcessof50000liters.Itissalutaryto

notethatinthefirstworldwar(1914~1919)moresoldiersdiedfromsepticemiaoftheir

woundsthanwereactuallykilledoutrightonthebattlefield!

Penicillin能預防斗爭中因傷口感染引發的敗血癥，因而在其次次世界大戰(1939-1945)

中，penicillin的需求量特殊大，須要大量生產。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一般的青霉，它的產量要比

后者高得多。其次個重大的流程開發是引進了深層發酵過程。只要在培育液中持續通入大量

純化空氣，發酵就能在全部部位進行。這使生產實力大大地增加，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干脆死于戰場上的人還

要多。留意到這一點不能不讓我們心存感謝。

Processdevelopmentforanewproductdependsonthingssuchasthescaleonwhichit

istobemanufactured,theby-productsformedandtheirremoval/recovery,andrequired

purity.Datawillbeacquiredduringthisdevelopmentstageusingsemi-technicalplant(upto

100literscapacity)whichwillbeinvaluableinthedesignoftheactualmanufacturingplant.If

theplantistobeaverylargecapacity,continuouslyoperatingone,e.g.petrochemicalor

ammonia,thenapilotplantwillfirstbebuiltandoperatedtotestouttheprocessandacquire

moredata,thesesemi-technicalorpilotplantswillberequiredfortesting,e.g.,apesticide,or

customerevaluation,e.g.,anewpolymer.

對一個新產品進行開發要考慮產品生產的規模、產生的副產品以與分別/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

是特殊寶貴的，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。他們須要測試產品的性質，如殺蟲劑，或進行消費評估，如一種新的聚合物。

Notethatby-productscanhasamajorinfluenceontheeconomicsofachemicalprocess.

Phenolmanufactureprovidesastrikingexampleofthis.Theoriginalroute,the

benzenesulphonicacidroute,hasbecomeobsoletebecausedemandforitsby-produce

sodiumsulfite(2.2tons/ltonphenol)hasdriedup.Itsrecoveryanddisposalwillthereforebe

anadditionalchargeontheprocess,thusincreasingthecostofthephenol.Incontrastthe

cumenerouteowesitseconomicadvantageoveralltheotherroutestothestrongdemandfor

theby-productacetone(0.6tons/ltonphenol).Thesaleofthisthereforereducesthenetcost

ofthephenol.

留意，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

濟效益方面優于全部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,orideally

preventbydesigningout,wasteproductionandhencepossiblepollution.Theeconomicand

environmentaladvantagesofthisareobvious.

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好處是自不待言的。

Finallyitshouldbenotedthatprocessdevelopmentrequiresabigteameffortbetween

chemists,chemicalengineers,andelectricalandmechanicalengineerstobesuccessful.

最終要留意，工業開發須要包括化學家、化學工程師、電子和機械工程師這樣一支浩大

隊伍的協同合作才能取得勝利。

(3)Processimprovement.Processimprovementrelatestoprocesseswhicharealready

operating.Itmaybeaproblemthathasarisenandstoppedproduction.Inthissituationthere

isalotofpressuretofindasolutionassoonaspossiblesothatproductioncanrestart,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起先，因為故障期耗費

資財。

downtime:故障期

Morecommonly,however,processimprovementwillbedirectedatimprovingthe

pr