Химический продукт науки - будущее парадигма
Разработка новых продуктов является одним из важнейших задач для современной корпорации. Столкнувшись с растущей конкуренции и динамично развивающийся рынок, возможность постоянно определить потребности потребителей и создания продуктов, которые для удовлетворения таких потребностей имеет важное значение для успеха в бизнесе. В результате, исследователи из таких областях, как менеджмент, маркетинг, промышленный дизайн и инженерные посвятил свое внимание на новые вопросы развития продукта. Цель этой статьи, которая основана на функции, входящие в июне 2006 вопрос о Айше Журнала (1), чтобы описать возникновение химической технологии продукт в химической дисциплины инженерной и задачи, которые она создает для образования и R
Поскольку многие из химических продуктов сегодня и завтра, имеют мало общего с теми, 20 лет назад, портфолио навыки и технические знания, необходимые инженеры-химики быстро меняется. Последующее обновление в научной сфере химического машиностроения передается по трем основным направлениям:
1. уширения тела знаний, связанных с дисциплиной включить такие понятия, как биотехнологии
2. принятие комплексного подхода к продукции и процессам
3. Учитывая новые инженерные химических продуктов, как хорошо установленных научных и R
Создание химического машиностроения продукт как автономной отрасли химического машиностроения был возникающих в течение последних десяти лет. Это значительной степени обусловлены необходимость процесса компаний для более систематического подхода к развитию (2, 3, 4) (рис. 2).
Определение химической продукции
Термин химической продукции используется в данной статье, охватывают широкий спектр товаров, как материальное и нематериальное, что химические компании процесс продажи, за товаром химических веществ. Таблица 1 иллюстрирует различные категории химических продуктов, которые, как представляется, имеют мало общего, основанные на их внешний вид или эффективность. Тем не менее. сходство между ними существуют в области разработки и производства. Продукта срок химического машиностроения должны затем назначить рамках знаний, подходов, методологий и инструментов, используемых для анализа, разработки и производства целого ряда химических продуктов.
Важную особенность химических продуктов таким образом, чтобы потребители воспринимают их. Клиенты, как правило, не судите значение химической продукции на основе его технические характеристики, а, скорее, на функциональные возможности и технические характеристики, такие как запах, погрузку и разгрузку свойства - также известен как качественные факторы. Потому что качество факторы зачастую изначально качественные и субъективные, количественные параметры для моделирования их. Эти параметры называются показатели деятельности.
Показатели индексов (следовательно, качественные показатели) определяются: состав и физико-химических свойств материалов, составляющих продукта; структуры продукта, которая зависит от производственного процесса, а также условия использования продукта.
Зависимость производительности индексов на свойства материалов и продуктов структура была математически систематизированной концепции собственности функция, которая была первоначально предложена в Румпфа (5). Выполнение аромат, например, отношение к его обонятельные восприятия, и эмпирически описывается в терминах 4 качественные факторы: результаты, какие меры эффективности аромат в течение первых минут после применения; диффузии, который относится к расстоянию которые аромат воспринимается вскоре после применения; упорство, которое выражает долгосрочной эффективности аромата и том, что касается расстояния, на котором аромат воспринимается через некоторое время после ее применения (6).
Запах значение может быть использовано для количественного экспресс исполнении аромат (индекс производительности). В последнее время основы прикладной термодинамики и массообмена явлений, используемых для разработки модели (функция собственности) в отношении запаха значение аромат ее состав, нестабильности и пороговая концентрация его компонентов, а также коэффициенты активности, что отражают взаимодействие между компонентами ароматный и растворителя.
Для химической продукции, в отличие от товара химических веществ, структура продукта зачастую влияет на функциональность продукта и конечного использования свойств. Для достижения желаемой структуры, нужно выбрать правильный ингредиентов. Однако этот процесс обычно диктуют структурных результатов продукта.
Процесс функции связаны структурные атрибуты продукта в процессе условиях. Рассмотрим шоколад, кристаллическую форму какао-масло "реагента" - это получить при отпуске какао-масло в процессе производства. Закалки процесс имеет ключевое значение для качества продукции, так как она определяет температуру плавления шоколада, и, таким образом, ощущение во рту.
В дополнение к продукту состава, свойств продукта, ингредиенты и структуры продукта, а также обстоятельства, при которых химический продукт используется, тоже влияет на ее восприятие качества. Например, параметры, описывающие способ клиентам использовать продукт (например, величина сдвига сил, лосьон для тела применяется, а количество занятых духов) и экологические условия, при которых использование продукта происходит (например, температуры и влажности в которые краска наносится) не может быть непосредственным контролем. Эти параметры соответствуют "шум факторов", которые влияют на характеристики продукции и, следовательно, требуют определенного надежности от продукта. Приняв эту аргументацию для определения собственности и процесс функций, можно также установить использования функций, которые касаются показатели деятельности клиента параметров взаимодействия и экологических условий, при которых использование происходит. Концепции качества факторов, индекс производительности, имущества функции, процесс и использование функции функции, а также связей между ними, приведены в Таблице 2 ..
Идея химической продукции пирамиды В статье вводится для систематизации отношений между продуктом рецепт, физико-химических материалов свойств, переменных процесса, использование переменных и структурных атрибутов продукта и качественные факторы (рис. 3).
Основе этого три пирамиды определяется пространство материалов, технологических пространства и использования пространства, которые определяют химический продукт пространства оккупационных вершине пирамиды. Соединения между странами и внутри этих пространств устанавливаются собственности функций, функций и процессов использования функций. Эта пирамида соответствует технической базы химико-технологический продукт - например, развитие этих функций и их применения на основе их моделирования и оптимизации разработки и производства химических продуктов конечного использования свойств важным клиентом.
Мороженое может быть использован для иллюстрации идеи химической продукции пирамиды. Этот ледяной лечения ценится потребителями за его аромат, creaminess, гладкость и свежесть - то есть, ее качественные показатели. Вкус определяется в первую очередь ингредиентов; имущества функции будут касаться этих ингредиентов для эмпирического описания вкуса восприятия. Гладкость и creaminess контролируются в равной степени обработки условиях, по характеру ингредиентов; ключи стабилизации пузырьки воздуха, жира частиц и необходимость держать кристаллов льда ниже примерно 100 м по размеру. Процесс функция будет описать это поведение.
восприятие потребителями и аромата и консистенции сильно модулируется охраны окружающей среды и использования факторов. Температура сервировки, условия окружающей среды и общего влияния атмосферы воспринимается вкус и текстуру. Это может быть описано с помощью использования функции. Собственности и функций процесса должны контролироваться, с тем чтобы обеспечить, что факторы качества продукции являются непроницаемыми для изменения нашли в использовании функции.
Химической продукции и процесса интеграции дизайна
Поскольку характеристики продукта сильно зависит от обработки, имеет смысл принять вид продукта развития, ориентированного на интеграцию продуктов и технологических процессов. Кроме того, комплексные решения выше, чем получается при химической дизайн продукта и процесса проектирования решаются по отдельности.
Преимущества интеграции химических продуктов и процесс разработки проиллюстрированы развития косметического лосьона (масло в воде эмульсии). Оптимизация процесса может включать качество продукции оценивается клиентами, модель, связывающая лосьон вязкости в его состав, а также модели связей процесса проектирования и работы с составом продукта и микроструктуры (8).
Окончательный концепции структурирования химического машиностроения продукта является то, что в многосторонний подход к продукции и процессам. Развитие сухого моющего средства, свидетельствует о необходимости принятия такого подхода в химической дизайн продукта (9). Последние тенденции рынка указывают на переход от низкой и высокой объемной плотности, стиральные порошки прачечная, которые выгодны для транспортировки и хранения. Как чистящее средство, этот продукт, как ожидается, удалить жир и грязь с одежды. Из-за экологических соображений, порошок должен быть легко растворим в холодной воде и низким пенообразованием возможностей. Выбор продукта рецепт на молекулярном уровне имеет решающее значение для достижения желаемых функциональности продукта.
ПАВ с низкой критической концентрации мицеллы и точки Крафта ниже, чем температура стиральная должны быть включены, чтобы убедиться, что изделие снимает гидрофобных материалов при мытье условиях. Отбеливатель, таких как натрий перборат, превращается в активный отбеливатель надкислотой как будто растворяются в воде, является удобной альтернативой традиционным отбеливающих средств, таких, как пероксидного соединения, которые несовместимы с поверхностно-за окислительного власти этих соединений, и не эффективен в холодной воде.
В дополнение к рецепту, структурные характеристики продукта свой вклад в его конечного использования свойств. Для быстрого растворения в воде и хорошей потока, размер частиц порошка должен быть в диапазоне 300-900 М. Процесс производства моющих средств предполагает смешивание, распылительной сушки, агломерации и сушки воздуха / жидкости Как соотношение относительной скорости воздуха в сопла и вязкость жидкости ключевые переменные, которые определяют операционной частиц по размерам характеристики распыления сухого порошка.
Преподавание продукт инженерной
Сообщества химического машиностроения начинает признавать необходимость научить химического машиностроения продукта в рамках программы бакалавриата. Касслер и Moggridge опубликовал первый учебник специально решения химических дизайн продукта (2) и последние издания традиционных книг процесса проектирования выделить по крайней мере, глава по этой теме (10).
Несколько различных университетов предлагают химической продукции инженерных курсах. В самом деле, последние Интернет-опрос выявил более 25 департаментов химической технологии, в которых эта практическая информация будет распространяться, и более 100 отделов, в которых некоторый тип практической деятельности химической продукции проводится.
Следует отметить новаторский усилий университетов и колледжей для обучения студентов инженерно о продукции и промышленного применения включают: курс на основе истории и организации новых продуктов инноваций и молекулярной структуры и отношений собственности, и недавние исследования случае химического дизайна продукт преподавал в течение нескольких лет в Принстоне Univ. Аналогичным образом, в Карнеги-Меллон Univ. предложения междисциплинарный курс по разработке инженерных продуктов. Univ. Миннесота теперь требует от своих студентов, чтобы пройти курс обучения в химической дизайн продукта. И программы по химической инженерии в других ведущих американских университетах (в том числе MLT и Колумбийский университет.) Имеют все включил эту тему в основной учебный план (11).
Европейский департаментов инженера-химика также осуществляют химический продукт инженерной дисциплины. Univ. Кембридж предлагает программы по созданию химического дизайна продукта окончательный курс. Совместными усилиями Univ. Гронинген, Univ. Ольденбургского и Немецкого Института пт Lebensmitteltechnik (немецкий пищевой научно-исследовательский центр) предоставляет аналогичные возможности. Кроме того, Univ. Карлсруэ, Технический университет Дании и ENSIC-Nancy (часть Национальный политехнический институт Лотарингии де) приступили к преподавательской деятельности в этой области.
Проектирование химических продуктов, программа, которая включает принципы менеджмента качества и качества инженерно предлагается в Univ. Коимбра. Принимая усилия дальше, Гонконг Univ. по науке и технике предусматривает, что "впервые все", химические и конечно биопрепарата техники. Эти курсы отражают расширение объема знаний и принятия комплексного подхода. Однако, они должны сопровождаться пересмотром инженерных химическим способом ведется в целом. Курсы упором на процесс проектирования и основы химической технологии должны быть пересмотрены соответствующим образом.
Рассмотрим все более важную роль, что инженеры-химики играют в химическом бизнесе продукта. Тем не менее, на университетском уровне, разработка технологического процесса, вероятно, остаются в центре программы. На этом фоне традиционные курсы могут быть расширена до адсорбции, жидкостной экстракции и перекристаллизации. для покрытия соответствующих процессов Tor производства химической продукции, которые во многом отличаются от тех, которые обычно используются для производства товаров. Например, в настоящее время курсов на процессы разделения, в котором решительно подчеркнуть, дистилляции, может уделять больше внимания к адсорбции, жидкостной экстракции и перекристаллизации. Студенты также получат выгоду в курсах, что явно научить концепций и приложений имущества функции процесса функции, и процесс анализа с помощью наглядных примеров на основе химических продуктов.
Например, принципы механики жидкости и реологические свойства могут быть использованы для анализа потока зубную пасту из тюбика по приложенной силы. Инженерные Тема центра в Лафборо, Великобритания, недавно организовали проект, направленный на производство такой продукции ориентированных примеров. Учебники по химическому дизайн продукта существуют. , но общая ссылка решении области нет.
ЛИТЕРАТУРА
1. Коста, Р. и др. /. "Химическая продукт инженерной: Новые парадигмы в химической технологии". Айше J., 52, с. 1976-1986 годы (2006).
2. Касслер, Е. Л. и Г. Д. Moggridge, "Дизайн химических продуктов", Cambridge University Press, Кембридж, Великобритания (2001).
3. Шарпантье, JC, "тройки 'молекулярные процессы - Продукт - Процесс' Техника: Будущее химического машиностроения"? Химреагент Eng. Наука 57, с. 4667-4690 (2002).
4. Voncken, RM, и др.. ", Многие аспекты продукта технологии", Chem. Eng. Рез.
5. Румпфа, H., "Бер умереть Eigenschaften фон Nutzstuben, Staubreinhalt", Luft, 27, с. 3-13 (1967).
6. Мата, В. Г. и др.., "Инженерная Парфюмерия", Айше J., 51, с. 2834-2852 (2005).
7. Bernardo, FP, и др.. ", На основе модели Оптимальное проектирование Фармацевтические", представил на 16-й симпозиум по автоматизации процесса инженерии и 8-й Международный симпозиум по Process Systems инженерия, ESCAPE 16 PSE 2006 (9-13 июля, 2006) .
8. Бернардо, Ф. и П. Saraiva, "Комплексная оптимизация процесса и продукта Дизайн: Косметические Применение эмульсии", Труды 15-й симпозиум по автоматизации технологических процессов, побег, 15, с. 1505-1512 (2005).
9. Wibowo, К., К. Нг, "Продукт-центру обработки: Производство химических продуктов на основе потребительских" Айше J., 48, с. 1212-1230 (2002).
10. Сейдер, В. и др. /., "Продукты и принципы проектирования процессов - синтез, анализ и оценка", вторая ред. John Wiley
11. Вэй, J., "Преподавание продукта инженерия," документ представлен на второй Европейский симпозиум по технологии продукта, Гронинген (21-24 ноября, 2004).
12. Achenie Л., и др.., Ред. ", Автоматизации Молекулярный дизайн: теория и практика", Elsevier, Амстердам, Нидерланды (2002).
13. Гани, Р., "Разработка химической продукции: вызовы и возможности", Comp.
Ракель КОСТА *
Джеффри Moggridge
Университет Кембридж, Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии
PEDRO MANUEL Сарайва
Университет О Коимбра, Португалия
