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1、主讲：代伟 浙师大应化系 Tel精细化工工艺学,第一章 绪论,1.1 精细化学品的定义及分类A1Classification of chemicals and Fine chemicals,Chemicals:U.S.A C.H.Cline. doctor,表1 化工产品的C.H.Kline分类,（1）通用化学品（Commodity Chemicals） (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（Pseudocommodity Chemicals）也称半通用化学品（Semicommedity

2、Chemicals） （差别性、量大） ：炭黑、火药、合成纤维等,（3） FC-Fine Chemicals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-Specialty Chemicals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。,A2 Concept: fine chemical indus

3、try 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（fine chemicals）。 生产精细化学品的工业称精细化学工业，简称精细化工（fine chemical industry）。,1.2.1 Classification of fine chemicals 日本 1984 35个 1985 51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）。,

4、1.2 精化产品的功能,1.2.2 Characteristic of fine chemical industry,（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 Significance of developing fine chemical indu

5、stry,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： 85期间 2833% 95期间 45% 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

6、.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 The

7、 developing tendency of fine chemical industry,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

8、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

9、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 精细化工基础,1.4.1 化学计量学 几个概念 1.反应物的摩尔比:加入反应器中的几种反应物之间的物质量之比. 2.限制反应物:以最小化学计量数存在的反应物 过量反应物:某种反应物的量超过”限制反应物”完全反应的理论量.,3. 过量百分数 Ne: 过量反应物的物质的量 Nt: 与限制反应物完全反应所消耗的物质量 例：P12 4. 转化率x NAR:某反应物A反应掉的量 NA,in：向反应器输入量 NA,out:从反应器输出量,5.选择率 某一反应物转化成目的产物的反应速率和副反应的速率之比。

10、,选择性（S）：某反应物转化成目的产物，理论消耗摩尔数占该反应中实际消耗掉的总摩尔数的百分数。 转化率，选择性和收率三者之间的关系：y=S.x 例P13,例P137. 原料消耗定额 每生产1t产品需消耗多少吨各种原料8. 单程转化率和总转化率P14,6.重量收率,a.应用范围： 影响考察指标的因素较多,而且暂时无法确定主要因素。 影响考察指标的因素较多,而且指标之间又有矛盾。 试验因素多，周期长，希望一批做几个试验。 试验误差大，对实验结果带来干扰。 优点： 试验次数少，效果好，方法简单，使用方 便，效率高，完全表格化，试验均匀分散，整齐可比性。,1.4.2 精细化工工艺条件的优化 正交试验法

11、,b.正交试验统计的基本思想,考虑进行一个三因素、每个因素有三个水平的试验。如果作全面试验，需作=27次。,如果进行正交试验设计，利用正交表安排试验，对于三因素三水平的试验来说，需要作9次试验，用“”表示，标在图中。 如果每个平面都表示一个水平，共有九个平面，可以看到每个平面上都有三个“”点，立方体的每条直线上都有一个“”点，并且这些“”点是均衡地分布着。,选择原则： 正交表的因素数与水平数等于或大于要进行试验的因素数与水平数，使试验数最少。,正交表是正交试验设计的工具。 Ln(qm) L：正交表；n：实验总数；q：因素的水平数；m：表的列数。 最简单的正交表是L9(34) ，此外还有L16(

12、45) L25(56) ，等。 L表示一张表，它的数字，有三层不同的含义，以L9(34)为例加以说明。,c.正交设计应用,例 某化工厂生产一种试剂，产率较低，希望通过试验探索好的生产工艺以提高产率。考察的因子与水平如下表: 表 811,正交表与直观分析法,表 812 试验计划表,在A因子水平相同的三组试验中,极差 它表示反应温度40摄氏度与50摄氏度相比,试剂的产率平均提高15.6%. 用同样的方法可以比较B因子和C因子各水平的好与差.,结 论,反应温度对产率影响最大,其次 是反应时间,再其次是搅拌速度.,反应温度是40度好,反应时间是 1.5小时好,搅拌速度是快速好.,最好的生产工艺是A2B

13、2C1: 即 反应温度 40摄氏度; 反应时间 1.5小时; 搅拌速度 快速.,B1 Summary fine chemical industry：Engineering and technology Engineering：生产设备功能多样化，间歇釜式反应器。 Technology：技术（工艺条件）密集，增效复配。 浙江黄岩县、江苏、上海、大连、北京。 B2 The technology process of fine chemical industry 原料 予处理 化学反应 后处理 大宗产品 纯 化 市场 精细化学品,d. Technology of fine chemical indu

14、stry,例: Ca（H2PO4）2H2O 脱氟磷酸氢钙(FC) 磷肥(PC) 2Ca5F（PO4）3 + 7H2SO4 + 3H2O =3Ca（H2PO4）2H2O+ 7CaSO4 + 2HF 稀硫酸 磷矿粉 水 HF 一级吸收 二级吸收 碳酸钠 氟硅酸钠 脱氟磷酸氢钙(FC),e. The process of the new products exploitation,1市场调研到产业化The process of produces exploitation 科研课题选题立项实验室研究科研成果小试中试工业化试生产 市场 论文 失败 产业化 产、 学、 研紧密结合 例：娃哈哈、DMF、锑白

15、、脱氟磷酸氢钙。,2科研课题选题立项the plan of the new products exploitation,（1）掌握信息, 市场预测。 （2）边、空、少（紧）、特、新。 （3）因地制宜，因时制宜，因财制宜，领先 开发。 We should grasp every valuable opportunity and make good use of it. （4）可行性分析报告。 （5）资金、 投资、成本、产值、利润预算报 告。 （6）小试、中试、工业化试生产报告。,3产业化进程the practice of the new products exploitation,（1）工艺设计

16、与工程设计。 （2）厂房设计与施工。 （3）员工技术培训与法律文本。 （4）产品宣传与试销。 （5）产品性能、质量检测与鉴定报告。 （6）用户评价报告（意见、定单）与政府机构鉴定报告。 （7）经营销售与市场竞争。 （8）系列产品与下一个新产品的开发计划,f. The method of the new products exploitation,1认识精细化学品的发展规律Know the developing rule of fine chemicals （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

17、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

18、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） 功能发展阶段,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， 1品种日益增多，形成系列产品。 2产品的性能和功能日益脱离原形，更加优异。 3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。 2预测开发产品的市场前景 1掌握国家产业发展政策和法规 2了解同类产品在发达国家的民运 3了解国内外市场供求趋势 4了解原料信息 5注意同行建厂情况 6了解用户变化信息 7增强保护意识,1.5 本课程的主要内容,食品添加剂 合成材料助剂 粘合剂 涂料 感光材料 农药 染料