工艺确定与控制 合成过程需控制的参数（1）（药物合成技术课件）

温度的影响、选择与控制药物合成技术温度的影响、选择与控制方法一、温度与反应速率的关系二、化学反应温度的选择三、温度检测方法四、温度控制方法主要学习内容式中，k为反应速率常数，Ea、A均为某给定反应的常数，可由实验求得。Ea叫做反应的活化能，A叫做指前因子；R是摩尔气体常数，T为绝对温度。到目前为止，还没有一个公式可以全面揭示反应速率与反应温度的关系，但大多数化学反应，升高温度会加速反应。一、温度与反应速率的关系公式表明：如果温度T增加，则k增大，反应速度加快。1.阿仑尼乌斯方程温度对化学反应的影响：lnk=-Ea/RT+lnA图（2）、（3）、（4）反应速度曲线不适合阿仑尼乌斯公式。（2）是爆炸反应，其规律是当升高到一定温度时，会发生猛烈的反应，而此前则几乎不反应；（3）是酶催化反应，依赖于不同温度下的酶的活性，温度过高时，酶被破坏，催化能力显著降低；（4）为特殊反应，温度升高时反应速度反而降低，较少见到。2.各类反应的速率与温度的关系一、温度与反应速率的关系温度低，反应慢；升高温度，在加速主反应的同时，有可能加速副反应。例如阿司匹林合成，理论上可以通过提高反应温度加快反应速度，但由于升高温度后，会发生原料水杨酸分子之间的副反应，水杨酸与产物阿司匹林之间的副反应，温度升高到90℃以上是还会缩合阿匹林产物，因此必须严格控制反应温度二、化学反应温度的选择水杨酸乙酸酐乙酰水杨酸（阿司匹林）再如与浓硫酸反应，80℃以下主要生成α-萘磺酸，而在160℃主要生成β-萘磺酸：温度℃8090100110125138150161α-萘磺酸%96.590.083.072.652.528.418.318.4β-萘磺酸%3.510.017.027.447.671.681.781.6萘⍺-磺萘β-磺萘确定初步温度查阅文献检索原料、产物化学性质考察转化率、产物的质量和收率综合评价优化二、化学反应温度的选择最终温度1.双金属温度计原理利用不同金属的膨胀系数的差别，把两种膨胀系数不同的金属条固定在一起，当温度改变时，两种金属的膨胀系数不同，会发生弯曲，双金属线圈的膨胀产生回转作用。注意表盘枢轴弯曲变形的温度计，无法准确读数。因为枢轴弯曲或变形会影响或限制双金属螺旋线圈的膨胀量，从而致使表盘读数不准确。三、温度检测方法抗震不锈钢温度计WS-150型数显温度计2.电阻温度计热敏电阻是电的半导体，这类电阻的阻值受温度影响很大，可以用于调节通过的电流。热敏电阻具有很高的温度电阻系数，因而及其敏感。当电阻温度计受到外界的加热时，会将热量的变化转变为电压或电流的变化。电阻温度计使用方便可靠，已广泛应用。它的测量范围为-260℃至600℃左右。三、温度检测方法3.热电偶温度计原理由两条不同金属连接着一个灵敏的电压计所组成。金属接点在不同的温度下，会在金属的两端产生不同的电位差。由电压计的读数，便可知道温度。热电偶温度计不及热电阻温度计准确，但经过选择的各种金属与合金的组合，可以这种温度计适用于广泛的范围。三、温度检测方法4.玻璃管温度计5.半导体温度计半导体的电阻变化和金属不同，温度升高时，其电阻反而减少，并且变化幅度较大。少量的温度变化也可使电阻产生明显的变化，所制成的温度计有较高的精密度，常被称为感温器。三、温度检测方法半导体温度计对于高温或低温条件下进行的反应，在工业生产中利用热传导是向反应供给能量的基本方法。使用各种介质（载体）把热量从热源传递到需要加热的设备，或者利用载体把需要冷却的物料中的热量带走。四、温度控制方法常用加热介质及使用范围序号介质名称适用范围/℃传热系数/W/m2℃性能及特点1热水30～8050～1400优点：使用成本低廉，可以用于热敏性物质；缺点：加热温度低2低压饱和蒸汽（表压小于600kpa）100～1501.7x103～1.2x104优点：蒸汽冷凝的潜热大，传热系数高，调节温度方便；缺点：需要配备蒸汽锅炉系统，使用高压管路输送，设备投资大。3高压饱和蒸汽（表压小于600kpa）150～2004高压汽－水混合物5导热油100～25050～175优点：可以用较低的压力，达到较高加热温度，加热均匀；缺点：需配备专用加热油炉和循环系统。6道生油100～250200～500同导热油9熔盐400～540由40%的NaNO2、53%KNO3、7%NaNO3组成。优点：蒸气压力低，加热温度高，传热效果好，加热稳定10电加热＜500加热速度快，清洁高效，控制方便，适用范围广；缺点：电耗较高，仅用于加热量较小，要求较高的场合。饱和蒸汽压与温度的关系蒸汽压力（绝压）×105/Pa温度/℃蒸汽压力（绝压）×105/Pa温度/℃1.01.0331.51.82.02.0332.599.09100.00110.79118.01119.62120.16126.792.83.03.23.33.53.64.0130.55132.88135.08136.10138.19142.02143.41四、温度控制方法知识链接导热油：有机铜（导热油专用成分），聚合芳烃（12C链，24C链等），长链烷烃，抗冻剂（乙二醇）等组成的换热介质。特点：价廉、易老化、使用周期短导生油：由26.5%的联苯和73.5%的二苯醚组成的混合物，沸点258℃。特点：价高、流动性好、使用周期长四、温度控制方法常用的冷却介质及使用范围序号介质及主要设备适用范围/℃性能及特点1空气空气冷却器10～40优点：使用成本低廉，设备简单。缺点：冷却效率低，温度适用范围较窄。2冷却水（循环水-晾水塔）15～30优点：使用成本低廉，设备简单，控制方便，是最常用的冷却剂。3冷盐水（溴化锂冷机-7℃水）（螺杆机-冷盐水）-15～-20优点：冷却效果好，设备简单，控制方便缺点：设备投资较大，需要配备压缩机等制冷系统，对管道系统有腐蚀4冷冻机组深冷压缩机-10～-60优点：冷却效果好，控制方便，能够达到很低的温度。缺点：设备投资很大，一般会使用破坏臭氧层的氟利昂等制冷剂，在-60℃以下深冷效率降低。5液氮液氮储罐-60或更低优点：冷却效果好，控制方便，能够达到极低的温度，与使用深冷机组相比，设备投资少，清洁无污染。缺点：使用成本较贵，液化气体有比较大的危险性。思考题某反应为放热反应，但反应在75℃时才开始进行，最佳的反应温度为115℃。下列最合适的传热介质是（）。A.导热油B.蒸汽和常温水C.熔盐D.热水项目一准备物料与确定工艺

任务1物料准备与预处理（上个单元已学习）任务2工艺确定与控制

任务2工艺确定及控制主要内容一、布置任务二、必备知识三、实用案例四、项目展示及评价五、知识拓展一、布置任务1.通过学习必备知识，查阅相关文献,借鉴“实用案例”中的思路，确定合成阿司匹林的工艺，包括：（1）确定原料的用量及配料比，确定合理的加料顺序。（2）确定合成过程的温度，选择合适的传热介质及控制方法。（3）确定合适的pH及控制方法。（4）确定最佳反应时间及反应终点控制方法。2.编写“合成阿司匹林”的实训方案。3.按照确定的方案，进行合成阿司匹林实训，编写实训报告。（一）合成过程配料比的确定(二)加料次序的确定(三)合成过程需控制的参数（四）反应时间与反应终点的控制二、必备知识（一）配料比的确定1.浓度对化学反应的影响温度不变的前提下，反应速度与该瞬间的反应物浓度的乘积成正比，并且每种反应浓度的指数等于反应式中各反应物的系数。确定反应浓度时，要考虑到反应物和生成物的特性，如物料的熔点、混溶性、粘度变化等因素对顺利完成主反应的影响，有时为了使反应顺利进行，必须降低反应浓度。通过加入溶剂或惰性物料，调节反应浓度，是影响反应过程的速度和反应平衡的常用手段。在制定反应配方和工艺时：考虑到各中物料的性质考虑到反应进程不断加深可能造成的影响，以确定适当的反应浓度；设法通过各种干预反应的方法，改变反应物或生成物的浓度，使反应向有利的方向进行。1.浓度对化学反应的影响（一）配料比的确定2.配料比——各种物料浓度的关系为了最大程度地使反应向理想的方向进行，不但要控制反应条件，还要通过优化反应配方中各种原料的配比来促进主反应、抑制副反应。反应时间对乙酸转化率乙酸乙酯选择性和收率的影响（一）配料比的确定确定配料比时，首先要对反应类型，可能出现的副反应、串联反应，以及在反应过程中发生的物料性质的变化等因素做全面考虑，通过实验验证和数据分析，选择比较好的反应配比。最适合的配料比，应在目标产物收率较高，同时昂贵物料单耗较低的范围内。配料比主要根据反应过程来考虑：当反应生成物的生成量取决于反应液中某一反应物的浓度时，则增加该反应物的配料比。2.配料比确定（一）配料比的确定通过调整