第1章 绪论到第九章建筑化学品

精细化工工艺学主讲教师：张卫国1.1精细化学品的定义及分类第一章绪论

Heavychemicals（大宗）Finechemicals

（精细）Chemicals1.1.1Classificationofchemicalsand

Finechemicals固定资产投资产量大小通用化学品（非）：如硫酸，碳酸钠，烯烃，芳烃等有差别的通用化学品（差），如合成树脂，合成橡胶，合成纤维，表面活性剂等。价格低高科技开发投资精细化学品（非）：如中间体，医药和农药的原料等。专用化学品（差）：如农药制剂，各种助剂，水处理剂等。表1化工产品的（C.H.Kline）克兰分类（1）通用化学品（CommodityChemicals）(非差别性、量大)：指从价廉，易得的天然资源开始，经一次或数次化学加工而制成的最基本的化工原料。（2）拟通用化学品（Pseudo－commodityChemicals）也称半通用化学品（SemicommedityChemicals）（差别性、量大）：炭黑、火药、合成纤维等（3）FC-FineChemicals精细化学品。（非差别性、量少）：化学试剂、染料、颜料、食品添加剂、催化剂、医药和农药的原药等。以化合物的形式销售,强调产品的规格和纯度。初级产品深加工制成。（4）SC-SpecialtyChemicals专用化学品。（差别性、量少）：指全面要求产品功能和性能的一类化学品，可按商品使用性质分为准商品，多用途功能化合物和最终用途化学品。如化妆品、肥皂、洗衣粉、洗涤剂、农药。以混合物形式销售,主要以复配显示专门功能为特点。1.1.2概念:精细化工（finechemicalindustry）凡能增进或赋予一种(一类)产品以特定功能、或本身拥有特定功能的小批量、高纯度化学品，称精细化学品（finechemicals）。生产精细化学品的工业称精细化学工业，简称精细化工（finechemicalindustry）。是当今世界各国发展化学工业的战略重点。是一个国家综合技术水平的重要标志之一。是以高新技术为依托。是高质量、多品种、专用或多功能的精细化学品。｛特征1.2.1Classificationoffinechemicals日本198435个198551个中国:1986年3月6日11大类农药、染料、涂料（油漆、油墨）、颜料、试剂和高纯物、信息用化学品（感光材料、磁性材料、）、食品和饲料添加剂、粘合剂、催化剂和各种助剂、化学药品（原料药）和日用化学品、功能高分子材料（功能膜、偏光材料）。1.2精化产品的功能1.2.2精细化工的特点

（l）多品种小批量

（2）综合生产流程和多功能生产装置

（3）高技术密集度

（4）商品性强

（5）产品附加值高

产品附加值：产品产值中扣去原材料、税金、设备和厂房的折旧费后剩余部分的价值，包括：利润、工人的工资、动力消耗以及技术开发费用。反映：劳动、技术利用情况以及利润是否高。投资效率：（%）=（附加值/固定资产）×100%基于以上特点精细化工一般适合乡镇企业生产。1.2.3发展精细化工的重要意义化工产业结构指标：

精细化率（精细化工在整个化学工业中所占的比重）=（精细化工产值/化工产品总值）×100%日本和美国：精细化工的年平均增长速度大大超过化学工业的平均增长速度，其精细化率达到50％以上。英、法等国也都在进行化工产品结构的调整，也将战略重点转向精细化工，精细化率也在加快。俄罗斯虽未将化学工业的重点转向精细化工，但也在加快精细化工的发展。中国：八五期间28~33%九五期间45%温州在2008年的精细化率已达到80%世界工业发达国家都在加快精细化工的发展，都在调整化工产品的结构，并将化学工业的战略重点转向精细化工。精细化工已经成为人民生活水平提高、工农业发展潜力、军事与高新技术产业发展的象征。1.3精细化工的重要性和动向

1.3.1人民生活：衣，纤维助剂、染料。食，食品添加剂（甜味剂、色素、香精、味精、防腐剂）、化肥、农药。住，装饰材料助剂、涂料、颜料、油漆、塑料。行，橡胶助剂、油料添加剂、防冻剂。健，药品、保健品、除臭剂。美，化妆品、洗涤剂、美容美发品、玻璃擦净剂、空气清新剂。1.3.2社会发展工业，煤、石油、天然气的各种加工助剂和催化剂，电子材料，矿产品加工剂等。农业，农药、饲料添加剂、除草剂、植物生长剂、农副产品加工药剂等。国防，化学武器、防化武器、导弹材料、航空航天材料等。高新科技，信息材料、功能材料、人造器官、基因工程材料等。1.3.3精细化工的发展动向1.买资源向自开发技术的转化：原矿的浮选与矿产品的深加工，太空资源的开发、海洋开发等。2.高新技术的开发应用：纳米材料、钻石涂料、玻璃纤维（苏格兰桥）、高档陶瓷、染料等。3.特种食品：ATP、太空食品、保健食品等。4．新药的合成：抗癌、抗爱滋、SARS、。5．绿色材料与试剂：无甲醛黏合剂、无辐射装潢材料、太阳能发光涂料、CFC（氟氯烃）替代技术（保护臭氧层）等。6．绿色能源：氢能、生物质能（沼气、生物质发电）、太阳能。7．仿生材料：纳米材料与荷叶、人工固氮和固碳、人造器官、仿生催化剂（酶）、ATP能量片与光和磷酸化、香蕉皮与润滑剂（石墨、二硫化钼）等，先仿后创。8．模拟光合作用：C1化学（CO、CO2、→CH4→汽油）、固碳，ATP合成等。9．现代生化技术：DNA重组技术、干扰素（性激素杀虫技术）、生物反应器（多肽合成）、细胞融合、膜催化反应等。10．新分离技术：临界萃取、天然产物的超临界萃取（色素、香油、中草药有效成分）、无机膜分离（超纯水、超纯气）等。11．增效复配技术：表面活性技术、微胶囊化技术、薄膜化技术、高效洗涤技术等。12．超细粉体与纳米化：高档陶瓷、染料、油漆，橡胶、塑料填充剂，13．计算机分子设计，定向嫁接：有机全合成、不对称合成、功能高分子。开发思路：“人无我有，人有我优，人优我新”。“资源有限，创意无限”。“唯实求真，协力创新”。1.4精细化工产品的研制与开发1.4.1基础与前期工作1.4.1.1新产品的分类按新产品的地域特征分类国际新产品国内新产品地方或企业新产品按新产品的创新和改进程度分类全新产品换代新产品改进新产品1.4.1.2信息收集和文献检索1.4.1.3市场预测和技术调查注意掌握国家产业发展政策了解同类产品在发达国家的命运了解产品在国际国内市场上的供求总量及其变化动向。注意国家在原料基地建设方面的信息了解产品用户信息设法保护本企业的产品技术调查和预测注意“边空少特新”产品发展动向注意本地资源的开发利用1.4.1.4产品的标准化及标准级别国际标准、国家标准、企业标准1.4.2精细化工产品的研究与发展1.4.2.1科研课题的来源a.起源于新知识的科研课题b.解决具体问题的科研课题1.4.2.2科研课题的研究方法a.模仿和类比研究法b.仿天然物研究法c.应用科学技术原理或现象法d.筛选研究法f.样品解剖分析法1.4.2.3.精细化学品的发展规律（1）原形发展阶段原形发展阶段是发展的起点,是一种科学发现,原形的发现是该类产品研究和发展的依据,为开发该产品提供了基本思路。1869年Ross发现磷化膜对金属有保护作用。150年前发现的除虫菊花，数千年前发现的天然染料：植物中提取的靛蓝、由茜草提取的红色染料、由贝壳类动物提取的紫色染料等便是合成染料的原形。应时时刻刻关心自然，注意发现新的科学现象，做出创造发明。（2）雏型发展阶段

原形发现导致一个全新的化工产品的雏型发明，1869年Ross发明了最简单的磷化液配方，有时原形发现并不未导致雏型发明，在弗莱明发明青霉素之前斯科特见过弗莱明观察到的现象，而弗莱明用类似的发现于1929年发明了青霉素，但不能用于实际治疗。雏型发明的实用价值一般都很低，还需要进行性能改进。产品日益朝实际应用的方向发展，通常，雏型发现和发明容易引起人们的怀疑和抵制，因为它的出现会冲击人们的传统观念。（3）性能发展阶段

当人们认识到了雏型发现和发明的前景时，便会广泛开展作用机理及化合物结构和性能特点的研究工作，一般有两种方式对雏型发现和发明进行改性：一方面通过机理研究找到在性能上优于雏型产品的新产品；如青霉素药剂、合成染料、磷化液、洗涤产品等。另一方面使雏型产品在工艺上、生产方法上以及价格上实用化。如枪械发蓝液、保健食品。（4）功能扩展阶段一种新型的化工产品达到广泛应用之后，便会面临更加活跃的功能发展阶段，表现在：a.品种日益增多，形成系列产品。b.产品的性能和功能日益脱离原形，更加优异。c.产品的使用方式更加多样化。不同的包装、不同的使用对象、不同的使用场合。如娃哈哈饮料，纳爱斯、白猫洗涤产品等。1.4.3精细化工过程开发试验及步骤基础理论实验探索新方案的提出情报收集分析研究实验室研究预设计中试设计与施工工业化生产初步评价建立模型技术经济评价模型修改大型冷模实验概念设计1.4.3.1实验室研究（小试）实验室研究阶段包括根据物理和化学的基本理论、或现象的启发与推演、信息资料的分析等出发，提出一个新的技术思路，然后在实验室进行实验探索，明确过程的可能性和合理性，测定基础数据，探索工艺条件等。具体包括以下几个方面：a.选择原料b.确定催化体系c.提出和验证实施反应的方法、工艺条件范围、最优条件和指标。d.收集和测定必要的物理数据和热力学数据。e.动力学研究f.传递过程研究g.材料抗腐蚀性能研究h.毒性研究i.质量分析1.4.3.2中试放大是过渡到工业化生产的关键阶段预设计及评价中试的任务①检验和确定系统的连续运转条件和可靠性。②全面提供工程设计数据，供数学模型或设计之需。③考察设备结构的材质和材料性能。④考察杂质的影响。⑤提供部分产品或副产品的应用研究和市场开发之需。⑥研究解决三废处理问题。⑦研究生产控制方法。⑧确定实际的经济消耗指标。⑨修正和检验数学模型。（3）中试放大方法①经验放大法②部分解析法③数学模型放大法④相似模拟法1.4.3.3工业化生产试验一般正式化工业生产的规模约为中间试验厂的10-50倍，当腐蚀情况及物性常数都明确时，规模可扩大到100-200倍。

总之，对于精细化工生产的单元操作和设备，经过中试后，即可比较容易地进行工业设计并投入工业化生产试验。但对于化学反应装置，由于其中进行着多种物理与化学过程，而且相互影响，情况错综复杂，理论解析往往感到困难，甚至实验数据也不易归纳为有把握的规律性的形式，工业化生产的关键就在这里。精细化工产品大致分为配方型产品和合成型产品。配方型产品：复配；化学反应简单。中试后可直接进入工业生产。合成型产品：反应过程复杂，影响因素多，在进行设计时需建立工业反应器的数学模型，然后再进行工业化生产试验。数学模型可分为两大类：一类是从过程机理出发推到得到的，这一类模型叫做机理模型。另一类是由于对过程的实质了解得不甚确切，而是从实验数据归纳得到的模型，叫做经验模型。工业反应器中的过程都是十分复杂的，需要抓住主要矛盾，将复杂现象简化，构成一个清晰的物理图像。一