【正文】 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(guò)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(guò)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(chǎng)上的人還要多。注意到這一點(diǎn)不能不讓我們心存感激。Process development for a new product對(duì)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(cè)試流程以獲得更多的數(shù)據(jù)。他們需要測(cè)試產(chǎn)品的性質(zhì)，如殺蟲劑，或進(jìn)行消費(fèi)評(píng)估，如一種新的聚合物。Note that byproducts注意，副產(chǎn)品對(duì)于化學(xué)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)效益也有很大的影響。酚的生產(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(guò)時(shí)。亞硫酸鈉需回收和廢置成為生產(chǎn)過(guò)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(chǎng)對(duì)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。A major part對(duì)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(guò)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(lái)的經(jīng)濟(jì)利益和對(duì)環(huán)境的益處是顯而易見(jiàn)的。Finally it should be noted that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。Unit3設(shè)計(jì)Based on the experience and data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)，一組工程師集中起來(lái)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(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。The design stage 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(wàn)到一億美元的資金投入，有許多的事情要做?；瘜W(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design stage的產(chǎn)物是很多圖紙：（1）工藝流程圖flow sheets。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piping and instrumentation。標(biāo)明drawings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(shuō)明書equipmen specification sheets。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)明書應(yīng)交給中標(biāo)的設(shè)備制造廠以進(jìn)行設(shè)備生產(chǎn)。After the equipment manufactures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(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、維修車間）。完成了第一步initial activities，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(cè)量元件、自動(dòng)控制閥?？刂葡到y(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。對(duì)大部分工程師來(lái)說(shuō)這通常是一個(gè)令人激動(dòng)exciting、享受rewarding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checkout phase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。啟動(dòng)the startup period can require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)。The engineer 在啟動(dòng)階段during the startup period，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。Unit 4由碳水化合物得到的有機(jī)化學(xué)產(chǎn)品（生物量）。The main constituents of plants植物主要組成部分是碳水化合物，它包含了植物的主要成分。他們是像纖維素、淀粉之類的聚多糖。淀粉包括植物的結(jié)構(gòu)部分，大量出現(xiàn)在食物中如谷物、水稻和土豆，纖維素是植物細(xì)胞壁的主要成分。因此它很廣泛地存在并可以從木柴、棉花中獲得，所以它不但化學(xué)品資源很多而且是可再生的。The majot route從生物質(zhì)到化學(xué)品主要路線是通過(guò)發(fā)酵過(guò)程完成的。然而這些發(fā)酵過(guò)程不能夠利用像纖維素淀粉這樣聚合多糖。因此后者必須先受到酸的或酶的水解生成單糖（單個(gè)或雙糖例如蔗糖）他們是合適的起始物料。Fermentation processes utilize發(fā)酵過(guò)程是利用單細(xì)胞微生物：典型有酵母、真菌、細(xì)菌或者霉菌來(lái)生成特定化學(xué)品。在家用情況下某些發(fā)酵過(guò)程的使用已經(jīng)有了幾千年歷史了。最著名的例子Unit 71haber合成氨方法導(dǎo)言。制造NH3所有方法基本上都是habei方法微調(diào)版本這個(gè)方法是第一次世界大戰(zhàn)在德國(guó)的Nerst和Bosch發(fā)明的。N2+3H2=2NH3在原理上講H2和N2反應(yīng)是簡(jiǎn)單的，這是放熱反應(yīng)，所以平衡點(diǎn)低溫時(shí)在反應(yīng)式的右方。不幸的是自然界給予N2很不容易打開的很強(qiáng)的三鍵，使分子能夠嘲笑熱力學(xué)。在科學(xué)術(shù)語(yǔ)上講，N2在動(dòng)力學(xué)上是惰性的，使反應(yīng)以合理速度向前進(jìn)行必須有相當(dāng)苛刻的反應(yīng)條件。在自然界中固定氮（固氮意味著極為諷刺地“普遍反應(yīng)”）主要是閃電。在閃電過(guò)程中產(chǎn)生足夠大能量使N2和O2反應(yīng)生成N的氧化物。在化工廠里要得到NH3的可觀的收率，我們需要催化劑。Haber發(fā)現(xiàn)就是許多含鐵的化合物是可行的催化劑，這為他贏得了諾貝爾獎(jiǎng)。即使有了這樣催化劑還要有極高壓力（早期合成NH3生產(chǎn)過(guò)程中要達(dá)到600個(gè)大氣壓）和溫度（可為400℃）。壓力推動(dòng)平衡點(diǎn)向前移動(dòng)。因?yàn)?個(gè)原子氣體轉(zhuǎn)化為2個(gè)?？墒禽^高溫度可使平衡點(diǎn)向錯(cuò)誤方向移動(dòng)。盡管它們確實(shí)可以加快反應(yīng)，其選擇條件必須是一種折衷也就是在合理的速度下給出可接受的轉(zhuǎn)化率。相對(duì)于早起接近理想化工廠，精確的選擇條件須依據(jù)其他經(jīng)濟(jì)因素還取決于催化劑的細(xì)節(jié)，現(xiàn)代化工廠傾向于低壓高溫下工作（將沒(méi)轉(zhuǎn)化物料循環(huán)使用）。因?yàn)楣潭ㄙY產(chǎn)投資和能量消耗變得越來(lái)越重要。生物學(xué)固氮也算用一種催化劑。這是種含有鉬（或釩）和鐵原子嵌在很大的蛋白質(zhì)分子里的催化劑。這種催化劑的詳細(xì)結(jié)構(gòu)直到1992年還困擾著化學(xué)家們。這種催化劑如何起作用的細(xì)節(jié)至今還是不知道。原材料。Haber合成NH3過(guò)程需要幾種進(jìn)料：能量N2和H2。N2很容易從空氣中提取出來(lái)，但是H2來(lái)源是另外一個(gè)問(wèn)題。原先H2是從煤中獲得，通過(guò)蒸汽重整當(dāng)中以焦炭作為原材料（基本上是一種碳的資源）,CO,CO2?，F(xiàn)在用天然氣（主要是甲烷）代替，但是來(lái)自于原油其它碳?xì)浠衔镆部梢灾圃霩2。合成氨工廠總是包含產(chǎn)生H的裝置，它直接與合成NH3聯(lián)系在一起。在重整反應(yīng)之前，含S化合物必須從含H化合物進(jìn)料中除掉。因?yàn)楹琒化合物會(huì)使重整催化劑和Haber催化劑中毒。第一個(gè)脫硫步驟包含一種鈷—鉬催化劑。這種催化劑能夠氫化所有含S化合物生成H2S。生成的H2S可與ZnO反應(yīng)出去（生成ZnS和NH3的用途。NH3主要用途并不是為了生產(chǎn)含N化學(xué)品，以作為進(jìn)一步化學(xué)應(yīng)用而是用于化肥，例如尿素、NH4NO磷酸鹽?；氏漠a(chǎn)生NH3的80%。例如，在1991年美國(guó)由NH3得到產(chǎn)品，是把谷物發(fā)酵成酒類飲料。一直到1950年代還是用糧食發(fā)酵這種普遍生產(chǎn)途徑來(lái)生產(chǎn)脫脂肪族化學(xué)品。因?yàn)樗傻囊掖伎梢悦摎渖梢蚁?。乙烯是合成整個(gè)范圍內(nèi)脂肪族化合物的關(guān)鍵的中間產(chǎn)物。顯然用這種方法生產(chǎn)的化學(xué)品已經(jīng)下降了。但是用這種方法生產(chǎn)汽車燃料讓人很感興趣。Disadvantages reflected這種發(fā)酵過(guò)程反映出來(lái)的缺點(diǎn)可分為兩個(gè)部分（1）原料（2）發(fā)酵過(guò)程。原材料費(fèi)用比原油費(fèi)用高，因?yàn)樯镔|(zhì)是一種農(nóng)業(yè)材料。因此相對(duì)照，它的生產(chǎn)和收割是非?；ㄙM(fèi)大量勞動(dòng)力的。而且農(nóng)作物作為一種固體物料運(yùn)輸很困難也很貴。發(fā)酵相對(duì)于石油化工主要缺點(diǎn)首先是發(fā)酵花費(fèi)的時(shí)間。發(fā)酵過(guò)程數(shù)量級(jí)通常是以天來(lái)計(jì)算而某些石油化工催化反應(yīng)僅僅只要幾秒鐘就完成了。第二個(gè)是，發(fā)酵過(guò)程的產(chǎn)品通常是稀釋的水溶液（On the other hand另一方面，發(fā)酵方法也有特別好處，它們是非常有選擇行的。因?yàn)樗l(fā)酵生成的化學(xué)品在結(jié)構(gòu)上是很復(fù)雜的，要想合成它是極為困難的和//或者需要多步驟合成，但是用發(fā)酵就很容易制成。最明顯的例子是這種不同抗生素，例如，青霉素、頭孢霉素、鏈霉素。Provided that the immense practical只要與基因工程快速發(fā)展領(lǐng)域相關(guān)聯(lián)的是巨大的實(shí)際問(wèn)題。在基因工程里，微生物如細(xì)菌是特制的來(lái)生產(chǎn)特定的化學(xué)品，這樣問(wèn)題就能夠被克服。那么人們對(duì)發(fā)酵方法的興趣將會(huì)非常大。可是在不久的將來(lái)發(fā)酵方法看起來(lái)不像是生產(chǎn)大噸位化學(xué)品，就是需要量比較大的化學(xué)品例如乙烯和苯。這是因?yàn)榉磻?yīng)速度很慢而且十分巨大部分的分離花費(fèi)。Unit 6石灰工藝大約40%的產(chǎn)量進(jìn)入鋼鐵制造業(yè)，在鋼鐵制造業(yè)中石灰產(chǎn)品用于存在于鐵礦石中耐熱的sio2反應(yīng)，生成流動(dòng)的渣浮在表面上，這樣就很容易與液態(tài)金屬分開。少量但很重要的石灰石的用途用于化學(xué)產(chǎn)品的制造，污染控制和水處理。其中從石灰石中最重要產(chǎn)品是蘇打灰。H2O）。主要的重整反應(yīng)是典型的如下反應(yīng)（重整反應(yīng)是從鎳基為催化劑在150℃下面發(fā)生的）：CH4+H2O→CO+3 H2CH4+2 H2O→CO2+4H2 其它碳?xì)浠衔镞M(jìn)行類似反應(yīng)。在第二步重整反應(yīng)里，把空氣注入1100℃蒸汽中。除此之外，還有其它的反應(yīng)發(fā)生，空氣中O2和H2反應(yīng)生成H2O。留下一種混合物，接近于理想化的3：1的H2與N2的反應(yīng)，且沒(méi)有氧化污染。然而進(jìn)一步反應(yīng)也是必須的，以便來(lái)將大部分CO轉(zhuǎn)化為H2和CO2通過(guò)變換反應(yīng)進(jìn)行：CO+H2O→CO2+H2這個(gè)反應(yīng)是在低溫下進(jìn)行的，且有2個(gè)步驟（400℃下用鐵催化劑，200℃下用銅催化劑）來(lái)確保這個(gè)反應(yīng)盡可能的完全反應(yīng)。下一步，CO2必須從混合氣體中除掉。要除掉CO2需通過(guò)將酸性氣體通入堿性溶液反應(yīng)，例如KOH和/或單乙醇銨。到這個(gè)步驟為止，仍然有大多CO來(lái)污染氫氮混合物氣體（CO能使Haber催化劑中毒）需要另一個(gè)步驟，將CO量降低到ppm水平。此步驟稱為甲烷化，包含CO和H2生成CH4(與有些重整步驟相反)。這個(gè)反應(yīng)操作在大約325℃，還用一種鎳催化劑。到現(xiàn)在合成氣體混合物已準(zhǔn)備好進(jìn)入Haber反應(yīng)。NH3的生產(chǎn)：各種不同類型合成NH3工廠的共同特征是合成氣體混合物被加熱壓縮并被送到含有催化劑反應(yīng)的容器中。反應(yīng)基本方程式：N2+3H2〓2NH3工業(yè)上通過(guò)合成NH3實(shí)現(xiàn)目標(biāo)是可以接受的反應(yīng)速度和反應(yīng)收率。在不同時(shí)期和經(jīng)濟(jì)環(huán)境中尋求不同方案的折衷方案。早期合成NH3工廠強(qiáng)調(diào)用高壓（來(lái)使得在一過(guò)性反應(yīng)器中使收率提高），但許多最為現(xiàn)代化工廠已經(jīng)接受在低壓下的低得多的單程收率，并且也選擇低溫來(lái)節(jié)省能量。為了確保在反應(yīng)器里面最高收率，當(dāng)反應(yīng)氣體達(dá)到平衡點(diǎn)時(shí)合成氣體被冷卻?？梢酝ㄟ^(guò)使用熱交換器來(lái)降低反應(yīng)器溫度或者在合適處注入冷氣。這種做法的作用是為了冷卻反應(yīng)，從而盡可能接近平衡點(diǎn)。因?yàn)榉磻?yīng)是放熱反應(yīng)，（在比較高溫度下不利于NH3的合成）所以反應(yīng)熱量必須小心控制好來(lái)獲得好的收率。Haber反應(yīng)出料是由NH3和混合氣體組成的，所以下一步是需要分開兩者以便混合氣體也循環(huán)使用。混合氣的分離通常通過(guò)冷凝NH3完成（NH3在40℃時(shí)沸騰比其它化合物的揮發(fā)性小得多）。大部分為化肥（以百萬(wàn)噸計(jì)）：尿素（）、（NH4）2SO4()、NH4NH3()、磷酸氫二銨（）。NH3化學(xué)用途多種多樣。蘇打灰生產(chǎn)過(guò)量要用到NH3，但是他并不出現(xiàn)在最終產(chǎn)品而被循環(huán)使用。一個(gè)廣泛地過(guò)程直接用到NH3，包括氰化物，含有N的芳香類化合物，例如嘧啶的生產(chǎn)。許多聚合物中N(例如尼龍或者丙烯酸)可以追蹤到NH3。經(jīng)常通過(guò)腈或HCN。大部分其它過(guò)程用HNO3或鹽來(lái)作為N來(lái)源。NH4NO3作為一種富含N的肥料，也作為一種大包炸藥原料。