化工研究和開發是指從最初提出有關的科學構想，經實驗室研究、中間試驗、模擬放大和設計、建設，直到在工業化生產規模下實現一種化學工藝或製造一種化工產品的全部過程。
基本介紹
- 中文名：化工研究和開發
- 外文名：Chemical research and development
- 關係：設計、建設，直到
- 過程：化工產品的全部過程
正文,
正文
指從最初提出有關的科學構想，經實驗室研究、中間試驗、模擬放大和設計、建設，直到在工業化生產規模下實現一種化學工藝或製造一種化工產品的全部過程。但通常僅指設計以前的過程，包括基礎研究、套用研究（合稱研究階段）和開發研究（或稱發展研究，為開發階段）三個階段。各階段的任務和方法不同，且涉及化學工藝、化學工程、化工機械、化工過程控制、腐蝕和防腐，以及化工經濟等各個方面，因此化工研究和開發是一門範圍很廣的綜合性工程技術和創造性活動。現代工業競爭激烈，技術更新迅速，研究和開發在發展新產品、改造生產方法和設備、增強競爭能力和提高經濟效益等方面，具有重要的作用。
目的 一般來講，化工研究和開發的工作目的，主要有四個方面。
工藝改進 主要是對生產部門所採用的現有工藝提供各種技術支持。包括消除薄弱環節（辨明限制生產能力的工序並改進其工藝操作和設備）,降低運轉費用(例如：通過最佳化反應條件而提高產率，採用較廉價的原料，改變操作方法等),改進產品質量，改善操作條件，消除環境污染，採用更恰當的材質加工設備，改進檢測、計量和控制手段等。它們多半屬於局部性的技術革新，通常可由工廠本身的研究開發部門承擔。
工藝開發 又稱過程開發，既包括創造現有產品的新生產工藝，也包括開發適用於新產品的生產工藝。
產品開發 為了滿足國民經濟各部門的要求，提高產品的某些使用功能，促進產品的更新換代。產品開發針對用戶的需要，並密切注意國民經濟各部門的技術發展動向，及時提供新材料和新的化學品。
套用開發 為現有產品尋找新的用途，以擴大市場，增加產量，降低成本，並延長某些產品的壽命周期，使能持續贏利。
主要內容 在不同研究階段中有不同的主要內容。
基礎研究 主要研究某一化學過程或物理過程的基本規律，以及在套用研究中所提出的基礎性、理論性問題。有時也稱為背景研究。
套用研究 把新的科學發現和基礎理論研究套用到化工生產中去，或運用科學知識和基礎研究所獲得的知識，研究化工發展中需要解決的各種實際課題，故又稱為實用化研究。通常分為探索研究和正式研究兩個階段。①探索研究，主要是初步確定產品及其生產工藝路線。例如在農藥的研究中，通常要從幾百種相似的化合物中，篩選出一種具有較好的殺蟲、殺菌或殺草性能的化合物，並從幾條不同的合成路線中，選出一條較適宜的路線。②正式研究,稱為試驗室研究。在試驗室規模下（圖1），對產品及其製造工藝進行深入而全面的研究。研究內容有：確定概略的工藝流程；主要工藝條件；原料、中間產物及產品的規格；分析測試方法，以及防腐蝕、控制、環保、安全等方面的措施；還有產品的套用評價等。 開發研究 系統地套用基礎研究和套用研究的成果，將某種新的或改進的化工工藝或化工產品，投入生產。主要包括下列內容：
①概念設計 又稱預設計、估量設計、設計研究等。根據試驗室研究結果，對預定規模的工業生產裝置進行假想設計。目的在於對所要開發的工藝的技術成熟程度和經濟合理性作出初步評價，確定開發研究的內容重點，並估計開發過程中的風險。其內容通常包括設計規模和範圍、原材料和成品規格、工藝流程圖和簡要說明、物料衡算和熱量衡算、主要設備的關鍵尺寸和材質、主要技術經濟指標、投資估算和產品成本估算、“三廢”處理方法以及對試驗研究的建議等。
概念設計所需要的數據主要來自試驗室研究報告、文獻資料、現有類似產品生產的經驗，以及根據熱力學、動力學等理論或經驗式、半經驗式的計算結果等。至於數據的取捨和估計，特別是工藝流程的構成和設備的選型，則要取決於概念設計負責人的技術水平、經驗和判斷力。若在概念設計過程中，發現試驗室研究結果中有較嚴重的缺陷或錯誤時，則要進行必要的補充試驗。
②中間試驗 通常是從試驗室研究過渡到工業化生產的一個重要環節。中間試驗在原材料規格、設備型式和材質、物料輸送方式、操作方法、測量和控制手段、環境保護、安全措施等方面都要模擬工業生產條件，以解決一些工程問題,並確定該工藝在經濟上的可行性,以降低開發過程中的風險。
中間試驗(圖2)的內容取決於其目的,一般包括：驗證工藝路線的可行性,為工業生產裝置提供設計數據，確定最適用的設備型式和材質，考驗控制方法的可靠性，在某些情況下還要提供一定數量的產品試用，對主要技術經濟指標和催化劑性能等進行驗證，解決“三廢”處理問題等。 中間試驗的規模取決於中間試驗的內容，又取決於工業生產裝置的預期規模，以及放大倍數（根據一項中間試驗的結果可以成功地設計的工業生產裝置規模與該中間試驗規模的比值）（見彩圖） ③基礎設計 這是研究開發工作成果的主要表現形式，也是研究開發單位向用戶進行技術轉讓的主要技術檔案，又是設計單位為用戶進行工程設計的主要技術依據。
基礎設計的內容和深度可由研究－開發單位與設計單位協商確定，通常有：帶控制點流程圖、物料流程圖、物料衡算和熱量衡算、設備一覽表和設備簡圖、投資和成本估算等。
發展概況 對於化工產品和工藝的研究工作可以追溯到18世紀，但有組織的研究直到19世紀末才初具規模。當時美國杜邦公司建立了炸藥試驗室，埃克森研究和工程公司也宣告成立。從20世紀30年代開始，化工研究和開發工作才日趨繁榮。各大化工公司紛紛建立了龐大的研究開發部門，其研究開發費用約為銷售額的2%～5%。一些獨立的研究機構也相繼成立。目前在美國、日本、英國、聯邦德國、法國等國家中，研究和開發費用約占國民生產總值的2%～3%，其中化工研究開發費用的比重約為10%左右。在化工研究開發費用中，基礎研究約占10%～15%，套用研究約占20%～30%，開發研究約占55%～70%。
據1980～1982年的統計，從事化工科研的人數在美國有6萬人,蘇聯6.28萬人,日本3.28萬人,聯邦德國5.25萬人，分別占化工職工總數的 4.5%、3.0%、5.4%和9.3%，而在這些國家的所有工業部門中,科研人員占職工總數的相應比例分別為2.9%、1.5%、1.8%和2.7%，可見，化工科研人員所占比例，遠較整個工業大。在歐美各國，化工研究開發工作的主力為各化工公司，其次是獨立的研究機構（其中有些是隸屬於政府的），以及大專院校（主要從事基礎研究工作）。政府的主要作用是進行政策性指導，並對一些風險較大且帶有方向性的研究開發項目，給以財政支持。蘇聯和東歐國家的研究開發工作體制為中央計畫體制，即由中央政府制定科技發展長遠規劃及年度計畫，所需的人員、經費及條件等也由國家提供。承擔化工研究開發任務的主力是化工部門所屬的研究機構。
中國概況 中國1949年以前從事研究開發工作的單位，主要有經濟部的中央工業試驗所和化工實業家范旭東創立的黃海化學工業研究社等。由於人員和經費不足，成果寥寥。中華人民共和國成立後,隨著化工的發展,研究開發的機構和隊伍也有較大的發展（見表）。 1982年已有獨立的化工科研單位169個,科研技術人員約2萬人。中國的研究開發體制也是中央計畫體制。化工研究開發的主力為中央及地方政府所屬的獨立化工科研單位，高等院校的化工系和有關化工設計院也起著相當重要的作用，企業內部的研究開發力量比較薄弱。（見彩圖）
目的 一般來講，化工研究和開發的工作目的，主要有四個方面。
工藝改進 主要是對生產部門所採用的現有工藝提供各種技術支持。包括消除薄弱環節（辨明限制生產能力的工序並改進其工藝操作和設備）,降低運轉費用(例如：通過最佳化反應條件而提高產率，採用較廉價的原料，改變操作方法等),改進產品質量，改善操作條件，消除環境污染，採用更恰當的材質加工設備，改進檢測、計量和控制手段等。它們多半屬於局部性的技術革新，通常可由工廠本身的研究開發部門承擔。
工藝開發 又稱過程開發，既包括創造現有產品的新生產工藝，也包括開發適用於新產品的生產工藝。
產品開發 為了滿足國民經濟各部門的要求，提高產品的某些使用功能，促進產品的更新換代。產品開發針對用戶的需要，並密切注意國民經濟各部門的技術發展動向，及時提供新材料和新的化學品。
套用開發 為現有產品尋找新的用途，以擴大市場，增加產量，降低成本，並延長某些產品的壽命周期，使能持續贏利。
主要內容 在不同研究階段中有不同的主要內容。
基礎研究 主要研究某一化學過程或物理過程的基本規律，以及在套用研究中所提出的基礎性、理論性問題。有時也稱為背景研究。
套用研究 把新的科學發現和基礎理論研究套用到化工生產中去，或運用科學知識和基礎研究所獲得的知識，研究化工發展中需要解決的各種實際課題，故又稱為實用化研究。通常分為探索研究和正式研究兩個階段。①探索研究，主要是初步確定產品及其生產工藝路線。例如在農藥的研究中，通常要從幾百種相似的化合物中，篩選出一種具有較好的殺蟲、殺菌或殺草性能的化合物，並從幾條不同的合成路線中，選出一條較適宜的路線。②正式研究,稱為試驗室研究。在試驗室規模下（圖1），對產品及其製造工藝進行深入而全面的研究。研究內容有：確定概略的工藝流程；主要工藝條件；原料、中間產物及產品的規格；分析測試方法，以及防腐蝕、控制、環保、安全等方面的措施；還有產品的套用評價等。 開發研究 系統地套用基礎研究和套用研究的成果，將某種新的或改進的化工工藝或化工產品，投入生產。主要包括下列內容：
①概念設計 又稱預設計、估量設計、設計研究等。根據試驗室研究結果，對預定規模的工業生產裝置進行假想設計。目的在於對所要開發的工藝的技術成熟程度和經濟合理性作出初步評價，確定開發研究的內容重點，並估計開發過程中的風險。其內容通常包括設計規模和範圍、原材料和成品規格、工藝流程圖和簡要說明、物料衡算和熱量衡算、主要設備的關鍵尺寸和材質、主要技術經濟指標、投資估算和產品成本估算、“三廢”處理方法以及對試驗研究的建議等。
概念設計所需要的數據主要來自試驗室研究報告、文獻資料、現有類似產品生產的經驗，以及根據熱力學、動力學等理論或經驗式、半經驗式的計算結果等。至於數據的取捨和估計，特別是工藝流程的構成和設備的選型，則要取決於概念設計負責人的技術水平、經驗和判斷力。若在概念設計過程中，發現試驗室研究結果中有較嚴重的缺陷或錯誤時，則要進行必要的補充試驗。
②中間試驗 通常是從試驗室研究過渡到工業化生產的一個重要環節。中間試驗在原材料規格、設備型式和材質、物料輸送方式、操作方法、測量和控制手段、環境保護、安全措施等方面都要模擬工業生產條件，以解決一些工程問題,並確定該工藝在經濟上的可行性,以降低開發過程中的風險。
中間試驗(圖2)的內容取決於其目的,一般包括：驗證工藝路線的可行性,為工業生產裝置提供設計數據，確定最適用的設備型式和材質，考驗控制方法的可靠性，在某些情況下還要提供一定數量的產品試用，對主要技術經濟指標和催化劑性能等進行驗證，解決“三廢”處理問題等。 中間試驗的規模取決於中間試驗的內容，又取決於工業生產裝置的預期規模，以及放大倍數（根據一項中間試驗的結果可以成功地設計的工業生產裝置規模與該中間試驗規模的比值）（見彩圖） ③基礎設計 這是研究開發工作成果的主要表現形式，也是研究開發單位向用戶進行技術轉讓的主要技術檔案，又是設計單位為用戶進行工程設計的主要技術依據。
基礎設計的內容和深度可由研究－開發單位與設計單位協商確定，通常有：帶控制點流程圖、物料流程圖、物料衡算和熱量衡算、設備一覽表和設備簡圖、投資和成本估算等。
發展概況 對於化工產品和工藝的研究工作可以追溯到18世紀，但有組織的研究直到19世紀末才初具規模。當時美國杜邦公司建立了炸藥試驗室，埃克森研究和工程公司也宣告成立。從20世紀30年代開始，化工研究和開發工作才日趨繁榮。各大化工公司紛紛建立了龐大的研究開發部門，其研究開發費用約為銷售額的2%～5%。一些獨立的研究機構也相繼成立。目前在美國、日本、英國、聯邦德國、法國等國家中，研究和開發費用約占國民生產總值的2%～3%，其中化工研究開發費用的比重約為10%左右。在化工研究開發費用中，基礎研究約占10%～15%，套用研究約占20%～30%，開發研究約占55%～70%。
據1980～1982年的統計，從事化工科研的人數在美國有6萬人,蘇聯6.28萬人,日本3.28萬人,聯邦德國5.25萬人，分別占化工職工總數的 4.5%、3.0%、5.4%和9.3%，而在這些國家的所有工業部門中,科研人員占職工總數的相應比例分別為2.9%、1.5%、1.8%和2.7%，可見，化工科研人員所占比例，遠較整個工業大。在歐美各國，化工研究開發工作的主力為各化工公司，其次是獨立的研究機構（其中有些是隸屬於政府的），以及大專院校（主要從事基礎研究工作）。政府的主要作用是進行政策性指導，並對一些風險較大且帶有方向性的研究開發項目，給以財政支持。蘇聯和東歐國家的研究開發工作體制為中央計畫體制，即由中央政府制定科技發展長遠規劃及年度計畫，所需的人員、經費及條件等也由國家提供。承擔化工研究開發任務的主力是化工部門所屬的研究機構。
中國概況 中國1949年以前從事研究開發工作的單位，主要有經濟部的中央工業試驗所和化工實業家范旭東創立的黃海化學工業研究社等。由於人員和經費不足，成果寥寥。中華人民共和國成立後,隨著化工的發展,研究開發的機構和隊伍也有較大的發展（見表）。 1982年已有獨立的化工科研單位169個,科研技術人員約2萬人。中國的研究開發體制也是中央計畫體制。化工研究開發的主力為中央及地方政府所屬的獨立化工科研單位，高等院校的化工系和有關化工設計院也起著相當重要的作用，企業內部的研究開發力量比較薄弱。（見彩圖）
