精细化工工艺学-2基础及技术开发

1、第二章：精细化工的技术基础和技术发展；2:精细化工的生产特点和综合性能；1:除了一般的精细化学品，还有越来越多的特殊和定制的品种。1975年6月30日之前，在德国注册的药品有25，026种，此外还有3，000种特殊的牙科药品、治疗水剂、消毒剂和补品。原药与制剂的比例为110。目前，仅日本就有4000多种表面活性剂。用表面活性剂加工的清洁剂种类更多，例如，美国有5000多种日用品品牌的清洁剂。2.精细化学品种类繁多，生产设备和生产工艺各不相同，产量小，反映在生产中，品种需要经常更新和更换。应考虑多功能生产设备和多品种集成生产工艺。从而降低成本，增加效益。3.高技术密集度。其次，开发新产品和新技术

2、的成功率低、时间长、成本高是精细化学品生产技术密集度高的另一个因素。据报道，美国和德国开发药物和杀虫剂新品种的成功率是1/10000，日本是1/100001/30000。随着对药效和生物安全性要求的日益严格，新品种的开发时间越来越长。成本也在增加，成功开发的新品种数量也相应减少。例如，在美国，从1947年到1961年的15年中开发了641种新的药物品种，而从1961年到1976年的15年中仅开发了247种新品种。1951年至1960年有18种农药新品种，1961年至1970年和1977年有19种。1964年，一种新农药的开发时间只有3年270万美元；到1975年，这将需要8年时间和1300万美

3、元。另一个例子是新染料的开发，成功率约为1/60001/8000。表面活性剂、功能树脂和电子材料等其他新品种的技术开发成功率很低。其结果必然导致产品技术的强垄断和高销售利润率。世界上有许多商品性很强的精细化学品，它们已经从通用产品发展到专用产品，商品性强，用户对商品的选择性高，市场竞争激烈。因此，应用技术和技术服务是组织精细化工生产的两个重要环节。每个生产单位都更加重视应用研究。例如，瑞士汽巴吉公司有25人从事塑料添加剂合成研究，67人从事应用研究。应用研究的四项任务：加工工艺研究，提出最佳配方和工艺条件，开发应用领域。技术服务，指导用户正确使用，反馈使用中的问题，并进行持续改进。培训用户掌握

4、加工和应用技术。编制各种应用技术数据。2.2精细化工技术基础2.2.1精细化工技术概述主要包括以下内容：从技术和经济上选择和确定最合理的合成路线和工艺路线；对于单元反应，确定完成反应的最佳工艺条件、合成工艺和方法。合成路线是指通过那些单元反应选择哪些原料和制备目标产物。(它在实验室操作，几乎忽略了制备成本和工业生产中可能遇到的问题。)，工艺路线：指原料预处理(净化、粉碎、干燥、熔化、溶解、蒸发、汽化、加热、冷却等)应采用的化学工艺(单元操作)、设备和生产工艺。)和反应物的后处理(蒸馏、精馏、吸收、吸附、萃取、结晶、冷凝、过滤、干燥等。)反应条件：指反应物的分子比、主要反应物的转化率(反应深度)

5、、反应物的浓度、反应过程的温度、时间和压力，以及反应物、辅助反应物、催化剂和溶剂的使用和选择等。并讨论了影响反应的因素。合成技术：主要指多相接触催化、相转移催化、均相复合催化材料的性质、化学稳定性、热稳定性、光稳定性和在一定条件下的储存稳定性。材料在不同温度下的熔点、沸点和蒸汽压，材料在水中的溶解度，水在液体材料中的溶解度，材料和水是否形成共沸物，以及它们的恒定沸点和组成。密度、折射率、比热、热导率、汽化热、挥发性和粘度等。闪点、爆炸极限和必要的安全措施。材料的毒性、对人体的危害、空气中的允许浓度、必要的防护措施和中毒急救措施。材料的商品规格、各种杂质和添加剂的允许含量、价格、供应来源、包装和

6、储存要求等。2.2.2化学计量，1。反应物的摩尔比：加入反应器的几种反应物之间的质量比，2。限制反应物和过量反应物：限制反应物：其以最小化学计量数存在，以及过量反应物3360，其量超过完成反应的“限制反应物”的理论量。3.过量百分比超过将反应物限制在所需理论量所需的理论量的过量反应物的百分比称为“过量百分比”。过量，例如：二氯苯是二硝基氯苯，物料名称化学计量比(系数)进料摩尔比进料摩尔比进料化学计量比氯苯1 5.00 1 5硝酸2 10.70 2.14 5.35因此，氯苯是限制反应物，硝酸是过量反应物。硝酸的过量百分比1007，4，转化率，选择性和理论产率，转化率x NAR:反应物A反应的NA

7、的量，in:反应器的输入量，OUT :来自反应器的反应物的输出量，和理论消耗的摩尔数(反应物的摩尔数)占反应中实际消耗的反应物总摩尔数的百分比。其中： a和p分别是反应物和目标产物的化学计量系数；Np代表目标产物的摩尔数。选择性(s):理论产率(y):其指目标产物的摩尔数与输入反应物的摩尔数的百分比。y=SX、x、A、=、N、A、R、N、A、I、N、=、N、A、o、u、t、-、N、A、I、N、N、A、I、N、S、=、A、N、P、N、A、o、u、t、-、N、A、I、N、P、N、A、I、N、1、0、0、%、1、0、生成对氨基苯磺酸的选择性，溶液：苯胺的转化率：生成对氨基苯磺酸的理论产率，5。重量产

8、率，理论产率通常用于计算某一反应步骤的产率。然而，在工业生产中，为了计算预处理、化学反应和后处理后目标产物的总产率，经常使用重量产率yw。它是目标产品重量与输入反应物重量的百分比。指每生产1t产品消耗多少吨(或千克)的各种原材料。即主要反应物重量产率的倒数。6，原料消耗定额，7，单程转化率和总转化率，单程转化率和总转化率，其中：r，单程s，全过程，总体，实例：为了减少副产物二氯苯的量，每100摩尔苯使用40摩尔氯，反应器的产物含有38摩尔氯苯、1摩尔二氯苯和61摩尔未反应的苯，分离后可以回收。苯的单向转化率，苯的总转化率，氯苯的选择性和总收率，或97.5097.4495.00，2.2.3配方研

9、究的重要性和设计原则，配方研究和设计的基本原则：配方研究人员是精细化工产品应用技术发展的核心人物。公式本身是科学的，但它在很大程度上也取决于经验的积累。一个优秀的配方研究者不仅要有基本的理论知识作为指导，还要充分了解各种化学物质的性质。此外，我们应该有一定的经验和直觉(类似于艺术的感觉)。例如，化妆品中香料的混合类似于一门艺术根据具体的应用要求，配方研究者的任务是以企业生产的化工产品为研究对象，通过大量的筛选复配实验，选择配方，充分研究各组分的化学和物理机理，发现它们之间可能的协同效应，确定添加剂的种类和添加量以及最佳的生产工艺。此时，除了确定最佳应用配方和应用技术外，降低成本和推广应用技术也

10、非常重要。配方研究和设计的基本原则是在产品配方的各项性能指标都符合规定标准的前提下，优化产品配方的综合性能(尤其是主要性能)指标。在n个分量(因子)的公式体系中，n-1个因子是固定的，某个因子的水平(每个因子的不同状态)是逐渐变化的，根据目标函数来评价该因子的最优水平。然后依次求出系统中各因素的最优水平，最后将各因素的最优水平组合成最佳公式。虽然该公式可能不是产品系统的最优公式，但单因素优化方法仍然是解决复杂实际问题的简单而基本的方法。在应用中，应根据这些因素对目标函数的敏感性逐一选择。在常用的单因素优化方法中，有黄金分割法(即0.618法)和分式法、适用于选择合格点的二分法、抛物线法等。配方

11、设计的基本原则，0.618优化方法的示例橡胶厂生产的微孔橡胶拖鞋过去存在尺寸减小的问题，例如尺寸从10减小到9。分析原因：配方比例不合理，其中促进剂和发泡剂是收缩的主要原因。通过实例说明了促进剂的最佳用量。第一步是确定测试范围。根据经验，测试范围从1.55确定。图如下：确定第一个测试点a，1.5 (5-1.5)0.6183.66，第二个测试点B，B=(1.5-5)-3.662.84。测试结果：a点收缩率为2.65；B点的收缩率为1.85。从以上结果来看，乙优于甲。继续测试。第三点C=(1.53.66)-2.84=2.32。测试结果：C点的收缩率为2.60。与B点相比，B点更好。继续测试。第四测

12、试点D=(2.323.66)-2.84=3.14，D点收缩率为0.8。经过四次促进剂用量试验，基本达到规定要求，与试验前促进剂用量3.35、收缩率2.6相比，产品质量有很大提高。多因素多水平测试设计方法1。综合测试法综合测试法是使每一个层次的每一个因素都有一个匹配的机会。这种方法的优点是结论准确。然而，缺点是显而易见的，而且有太多的测试。例如，测试5个因素和4个水平451024。2.正交试验法正交试验法，又称正交试验设计法，是一种利用正交表安排和分析多因素试验的数理统计方法。该方法的优点是试验次数少，效果好，方法简单，使用方便，效率高。由正交表(1)定义的最简单的正交表是L4(23)，其含义如

13、下：“L”代表正交表；右下角的数字“4”表示有4条水平线，简称为线，也就是说，应该做4个测试；括号中的索引“3”表示有3列(因子)，简称为列，即最大允许因子为3；括号中的数字“2”表示表的主要部分只有两个数字，也就是说，有两个等级的因子：1和2。(2)正交表的选择选择正交表的原则应该是所选正交表的因子和等级的数量等于或大于待测因子和等级的数量，并且测试的数量应该最小化。利用工业废灰制砖，通过实验寻找生产工艺参数，达到破碎力指标(kg/cm2)，指标越大，砖的质量越好。众所周知，影响砖的抗折力的因素有三个，每个因素有三个层次，即：a:成型水分，a1:9；A2:10。A3: 11b:滚动时间，B1

14、:8分钟；B2:10min分钟；B3:12分钟c:初轧材料重量，C1:330公斤；C2:360公斤；C3: 400公斤现在我想解决以下问题：(1)哪个因素起主要作用，哪个因素是次要的？(2)在所有因素中，哪一个水平最好？(3)最佳工艺方案？制定测试计划，具体测试计划是在L9(34)表头的L、2、3栏分别写因素A、B、C，并腾出第四栏作他用；在表的每个因子列中，水平数字1、2和3被放入该因子的1级、2级和3级。化工厂以低产量生产试剂。希望通过实验探索出一个好的生产工艺来提高产量。考察的因素和水平如下：表：试验方案，结论，反应温度对收率影响最大，其次是反应时间和搅拌速度。反应温度为40，反应时间为

15、1.5小时，搅拌速度快且好。最佳生产工艺为A2B2C1:即反应温度为40。反应时间为1.5小时；搅拌速度快。2.3新产品开发过程是精细化工过程开发的一般步骤。现代化学技术的一个显著特点是出现了大量的新技术，从新技术思想和实验室研究到工业应用的时间大大缩短，放大倍数越来越大。例如，杜邦公司在第二次世界大战前花了12年时间开发尼龙，但在第二次世界大战后从研究到工业化只用了6年时间。由于市场竞争激烈，为了领先并跟上快速发展的趋势，越来越多的公司和专家开始关注国外的技术开发研究。大公司不遗余力地组织庞大的“技术开发研究中心”或“技术开发部门”。在美国，1978年化学工艺开发和研究的成本占化学研究总成本的50%，而日本占66%。在国内，化学技术的发展也引起了人们的关注。1、市场研究要产业化，产品开发过程中，科研项目选择、实验室研究、科研成果、小规模中试生产、市场论文失效、工业生产、学习与研究紧密结合，2、科研项目选择、新产品开发计划，1、掌握信息、市场预测。(2)边缘、空、少(紧)、特殊和新。(3)因地制宜，与时俱进，率先发展。我们应该抓住每一个宝贵的机会，好好利用它。(4)可行性分析报告。(五)资本、投资、成本、产值和利润的预算报告。(六)小规模、中试和工业试生产报告。3新产品探索的实践，(1)工艺设计和工程设计。(2)车间设计和施工。(3)员工技术培训和法律文本。(4)产