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化學工業的起源

2015-09-01 點擊數:1553
OFweek電子工程網訊 在開關電源設計中,功率變壓器的設計極為關鍵,尤其是工作頻率提高后,要

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William Henry Perkin 發現第一種合成染料—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)。  date bake tofrom 回溯到 dated 過時的,陳舊的 stand sb. in good stead 對。。。很有幫助  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。   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。  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?   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。  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。    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。  (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。    (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β-抗血栓降低血壓。    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。  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。  

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)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。  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。  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—超過40%。    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。    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。 

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。    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。  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。     Unit 3 Typical Activities of Chemical Engineers  化學工程師的例行工作  化學工程師經典的角色是把化學家在實驗室里的發現拿來并發展成為能賺錢的、商業規模的化學過程。化學家用少量的反應物在試管和派式氧彈中反應相應得到少量的生成物,所進行的通常是間歇性的恒溫下的實驗,反應物放在很小的置于恒溫水槽的容器中,加點催化劑,反應繼續進行,隨時間推移,反應物被消耗,并有生成物產生,產物在合適的間歇時間獲得。  與之相比,化學工程師通常面對的是數量多得多的物質和龐大的(昂貴的)設備。反應器可以容納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。化工廠一個單元流程的投資可能超過1億美元。    在把化學家研制的小型反應器及分離系統“放大”到很大的商業化車間時,通常需要化學工程師的參與。為了徹底了解過程中的化學反應,化學工程師必須與化學家密切合作以確保能得到所需要的反應的動力學性質和物理性質參數以進行設計、運轉和優選流程。這就是為什么化工課程要包括那么多的化學類課程的原因。  化學工程師還必須與機械、電子、土木建筑和冶金工程師密切協作以設計和操作工廠的機械設備—反應器、槽、蒸餾塔、熱交換器、泵、壓縮機、控制器和儀器設備等等。在這張設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目龐大的管道貫穿所有生產間。可以毫不夸張地說,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物質進行傳遞,同時還可攜帶有用的東西(水蒸氣、冷卻水、空氣、氧、冷卻劑)進入操作單元。  要把實驗室研究商業化,化學工程師要參與進行開發、設計、建筑、操作、銷售和研究工作。各個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工作描述一下。應該強調的是,我們所討論的工作是“典型的”和“經典的”,但并不意味著化學工程師只能做這些事。化學工程師在數學、化學和物理學方面都有很好的知識基礎,因此,他或她能夠而且確實適應工業、政府部門、大專院校等非常廣泛的職業要求。


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