精细化工基础

2精细化工根底2.1概述〔1〕精细化工工艺学的主要内容：①对具体产品，选择和确定在技术和经济上最合理的合成路线和工艺路线；②对单元反响，确定最正确工艺条件、合成技术和完成反响的方法，以得到高质量、高产率的产品；③产品的主要应用、商品化和开展动向。〔2〕几个概念合成路线工艺路线选用什么原料，经过哪几步单元反响来制备目的产品。对原料的预处理和反响物的后处理采用哪些化工过程〔如枯燥、蒸馏、精馏、溶解、萃取等单元操作〕、采用什么设备和什么生产流程等。工艺条件指反响物的摩尔比，主要反响物的转化率〔反响深度〕，反响物的浓度、反响过程的温度、时间和压力，催化剂和溶剂的选择和使用等。合成技术，主要是指非均相催化技术、均相络合催化、相转移催化、光有机合成、电解有机合成和酶催化等合成技术。原料

商品化商品

合成

在精细化工生产中，需对所涉及的各种物料的性质有充分的了解，这些性质主要有：①物料在一定条件下的稳定性〔化学稳定性、热稳定性、光稳定性和贮存稳定性等〕；②物料的熔点〔凝固点〕、沸点和不同温度下的蒸汽压，溶解度，是否能形成恒沸物及其恒沸物的组成；③密度、折光率、比热、挥发度、黏度等物理性质；④闪点、爆炸范围和必要的平安措施；⑤物料的毒性，必要的防护措施和中毒的急救措施；⑥商品规格、质量要求、添加剂的规格和要求，包装和贮运要求，价格等。2.2化学计量学

〔1〕反响物的摩尔比指参加反响器中的几种反响物之间的物质的量之比。对于大多数有机反响来说，反响物的摩尔比并不等于化学计量比〔按化学反响式的物质的量之比〕。(2)限制反响物和过量反响物化学反响物不按化学计量比投料时，其中以最小化学计量数存在的反响物叫作“限制反响物〞。某种反响物的量超过“限制反响物〞完全反响的理论量，该反响物称为“过量反响物〞。过量百分数即过量反响物超过限制反响物所需理论量局部占所需理论量的百分数。其中Ne表示过量反响物的物质的量，Nt表示它与限制反响物完全反响所消耗的物质的量。〔3〕转化率〔以x表示〕某一种反响物A反响消耗掉的量NAR占其向反响器中输入量NA，in的百分数，叫做反响物A的转化率XA。上式中NA，out表示A从反响器输出的量，均以摩尔数表示。(4)选那么性〔以S表示〕指某一反响物转变成目的产物，其理论消耗的摩尔数占该反响物反响中实际消耗掉的总摩尔数的百分数。未反应物合成原料产物副产物

设反响物A生成目的产物P，NP表示生成目的产物的摩尔数，α，p分别为反响物A和目的产物P的化学计量系数，那么选择性为(5)理论收率〔以у表示〕指生成的目的产物的摩尔数占输入的某一反响物摩尔数的百分数。这个收率又叫做理论收率。转化率、选择性和理论收率三者之间的关系是：

у=S•χ

例题100mol苯胺在浓硫酸中进行焙烘磺化，反响物中含87mol对氨基苯磺酸，2mol未反响的苯胺，另外还有一定数量的焦油物,苯胺的转化率?对氨基苯磺酸的选择性?对氨基苯磺酸的理论收率?苯胺的转化率：

对氨基苯磺酸的选择性：

对氨基苯磺酸的理论收率：

或

у=S•χ=87.78%×98%=87.00%

〔6〕重量收率〔以уw表示〕理论收率一般用于计算某一反响步骤的收率。但是在工业生产中，为了计算反响物经过预处理、化学反响和后处理之后所得目的产物的总收率，还常常采用重量收率yw,它是目的产物的重量占某一输入反响物重量的百分数。例题100kg苯胺〔纯度99%，分子量93〕，经焙烘磺化和精制后得217kg对氨基苯磺酸钠〔纯度≥97%，分子量231.2〕。对氨基苯磺酸钠的理论收率?对氨基苯磺酸钠的重量收率?对氨基苯磺酸钠的理论收率：

对氨基苯磺酸钠的重量收率：

〔7〕原料消耗定额原料消耗定额是指每生产1t产品所消耗的各种原料的量〔多少吨或多少公斤〕。对于主要反响物来说，它实际上就是重量收率的倒数。如上例，每生产1t对氨基苯磺酸钠，苯胺的消耗定额为100/217=0.461t=461kg〔8〕单程转化率和总转化率有些生产过程，主要反响物每次经过反响装置后的转化率并不太高，有时甚至很低，但是未反响的主要反响物大局部可以经别离回收循环再用。这时转化率分为单程转化率和总转化率。设NA,inR和NA,outR分别表示反响物A输入和输出反响器的摩尔数。NA,inS和NA,outS分别表示反响物A输入和输出全过程的摩尔数。例题在苯一氯化制备氯苯时，为了减少副产二氯苯的生成量，每100mol苯用40mol氯，反响产物中含38mol氯苯，1mol二氯苯，还有61mol未反响的苯，经别离后可回收60mol苯，损失1mol苯。转化率？选择性？

回收60mol苯

苯

氯气氯化反应

分离

产物

或

或97.50%×97.44%=95.00%2.3配方研究

2.3.1配方研究的重要性配方研究开发对精细化学品极为重要。单一化学品难于完全符合某一项特定的最终用途，如乙醇可作为燃料，但难于直接用于汽车为燃料，需与其它助剂等与汽油一起构成乙醇汽油；洗涤剂是由假设干外表活性剂和助剂组成的。2.3.2配方设计原理

〔1〕配方设计研究的原那么配方设计研究的根本原那么是：从产品设计的用途出发，在要求产品配方的全部性能指标均应到达规定标准的前提下，使得产品配方综合性能〔特别是主要性能〕指标到达最优化。〔2〕配方优化设计的方法配方优化设计的系指主要性能优化，其他性能全面满足要求的配方设计。配方优化设计方法很多，常用的有单因素优选法，多因素、多水平试验设计法〔包括全面试验法、正交试验法等〕、计算机辅助配方设计等。2.4精细化工过程开发的一般步骤

现代化工技术的一个显著特点是，新技术大量涌现，从新的技术思路、实验室研究阶段到工业应用的时间大大缩短，放大的倍数愈来愈大。

精细化工过程开发的一般步骤，从一个新的技术思想的提出通过实验室的试验、中间试验到实现工业化生产取得经济实效并形成一整套技术资料这一个全过程。

精细化工新产品开发程序

通常产品的开发程序分以下五步:〔1〕选择研究课题课题来源：政府、客户、自选〔2〕课题的可行性分析和论证〔3〕实验研究研究的根本条件：人员：合成、活性检测、商品化、知识产权等设施：合成、活性检测、商品化其它：资料收集等。研究内容：小试、中试、工业化〔4〕性能、质量检测和鉴定〔5〕功能扩展、复配2.5精细化工开展的策略〔1〕依靠科技进步，以技术为核心〔2〕培植技术力量，注意人才建设〔3〕加大科研开发投入和科技创新力度〔4〕注意新产品、新配方的开发〔5〕注意知识产权的保护〔6〕注意相关行业的开展趋势思考题1.合成路线与工艺路线是否相同?2.精细化工新产品开发程序如何？3.中试的目的是什么？4.精细化工开展的策略有哪些？5.在苯一氯化制取氯苯时，为了减少副产二氯苯的生成量，每100mol苯用40mol氯，反响产物中含38mol氯苯，1mol二氯苯，还有61mol未反响的苯，经别离后可回收60mol，损失1mol。求苯的单程转化率和总转化率。生产1t氯苯时的原料消耗为多少？正交试验法能找到工艺的最正确条件，具有可判断诸多因素中何种影响是主要因素，以及判断影响因素之间的相互影响情况等优点。正交表用Ln〔tq〕表示。L表示正交设计，t表示水平数，q表示因子数，n表示试验次数。①表头设计L9〔34〕例：利用工业废烟灰制砖。通过试验寻求生产工艺参数到达砖的强度〔kg/cm2〕指标，指标愈大，砖的质量愈好。影响砖的强度的因素有3个，每个因素又有3个水平。因素水平ABCD成型水分/%碾压时间/min一次碾压料重/kg其他1983302101036031112400②试验方案的制定及数据分析结果

因素试验号ABC强度/（kgf/cm2）

因素试验号ABC19833016.9K152.762.056.3291036019.1K262.563.262.0391240016.7K368.858.8