精细化学品（不含日化）合成原理及生产技术

1、主讲：谷雪贤 中山火炬职业技术学院,精细化学品（不含日化）合成原理及生产技术,引入:,请大家谈谈我们的专业及我们身边的精细化工产品？发展精细化工工业的必须性？,衣：纤维助剂、染料。 食：食品添加剂、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。 。,精细化工对国防建设和空间技术的发展起着特别重要的作用。(飞船、飞机、卫星) 开发精细化工产品，可以降低能源消耗和节省资源。 精细化工不仅提供了质优的半导体材料、磁性材料等，而且还提供了大量用于集成电路加工的超纯化学试剂

2、和超纯电子气体,绪论,讨论 关于课程 学习目标 绪论 精细化工工艺基础,讨论：,20 世纪 70 年代爆发了二次世界范围石油危机，不仅日本，世界各贫油国均面临石油紧缺、油价暴涨、成本猛增，危机冲击各工业部门，许多企业只能停产甚至倒闭。 世界经济出现了大萧条。 日本是岛国且资源匮乏，日本经济快速发展！？,谈谈你的看法？,重视石油的深加工 发展精细化工,著名品牌: DHC KOSE 资生堂 花王 嘉娜宝 美伊娜多 诗芬 碧柔多芬 乐而雅 立邦油漆 横滨轮胎第一生命（制药武田药品 田胃药森永化工）,关于课程-课程性质,课程性质：必修课。 学分：5.5学分 学时：48学时（理论）+24学时（实验),关

3、于课程-学习目标,能力目标： 针对某一精细化工产品能选择合适的合成工艺； 能对精细化工工艺条件进行优化：影响因素的分析、实验设计、考察指标； 能设计简单的精细化学品的配方（复配工艺、配料选择） 能选择正确的分离方法能根据相关标准确定精细化学品的检测指标并会检测 知识目标： 熟悉各类精细化学品的生产工艺路线、反应条件、性能和基本用途； 掌握反应条件的优化方法； 掌握复配技术的基本原理。 掌握常用的分离技术,课程情境设计,公司A为生产各类精细化工产品的企业，可以针对客户的需求，设计产品结构、确定合成工艺路线并最终生产出客户所要求的产品。 一个产品的完成涉及到公司的各个部门：开发部（确定配方、工艺等

4、、进行初步试验）、采购、生产车间、检验部门等。 组成公司的研发小组：5个人一个项目小组（项目经理1人，技术员4名）,典型工作任务,1）根据客户要求或公司生产要求协助设计各类粘合剂等精细化学品的配方设计； 2）按照配方进行产品配制的小试、中试； 3）根据配方要求选择生产设备并能熟练操作； 4）产品的性能检测。,本课程的主要内容：,精细化学品的分类 各类精细化学品的基本性能、用途 精细化学品的合成路线、工艺设计 精细化学品和工工艺的优化及分离技术 精细化学品的复配技术,1.1 精细化学品的定义及分类,相对于基本化工产品而言 我国：增进或赋予产品以特定功能，或自身就具有特定功能的小批量、深加工、附加

5、值和利润高的化学品,分类-欧美分类标准：,任务：区分精细化学品和普通化学品：洗涤剂、香水、甲苯化工原料、色谱纯甲苯 乙烯（例 P2）,分类-我国分类标准,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（p2-3）、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）。,分类-从加工角度来看:,精细化学品就是对基本化学工业生产的初级或次级化学品进行深入加工而取得的具有特定功能、特定用途、小批量的系列产品,简单加工 石油、煤、天然气、矿物、农副产品 通用化工产品（

6、特点？）,通用化工产品 复杂的生产工艺 精细化学品（特点？）,1.2精细化学品的特性,1.生产特性 小批量、多品种、复配型居多； 技术密集度高；采用间歇式多功能生产装置 2.经济特性 投资效率高、附加价值高、利润率高 3.商业特性 独家经营，技术保密；重视市场调研，适应市场需求；配有应用技术和技术服务,投资效率（）（附加价值固定资产）X100% 附加价值是指在产品的产值中扣去原材料、税金、设备和厂房的折旧费后，剩余部分的价值。它包括利润、工人劳动、动力消耗以及技术开发等费用。 国外有一个统计，每投入价值 100 美元的石油化工原料，产出初级化学品价值为 200 美元，再产出有机中间体 480

7、美元和最终成品 80 美元；如果进一步加工为塑料、合成橡胶和纤维以及清洗剂和化妆品，则可产生价值 800 美元的中间产品和价值 540 美元的最终产品；如再深一步加工成用户直接使用的家庭耐用品、纺织品、鞋、汽车材料、书刊印刷物等，则总产值可达 10600 美元，也即比原来的 100 美元投人增值为 106 倍。 *,投资效益高、利润率高、附加值高,1.3精细化工在国民经济中的作用,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% 资料： 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。 中

8、国： 85期间 2833% 95期间 45%,谈谈精细化工在国民经济中的作用。,1.4精细化工产品的发展趋势,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

9、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。,谈谈精细化工产品的发展趋势？,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

10、接：有机全合成、不对称合成、功能高分子。,人无我有，人有我优，人优我新,资源有限，创意无限,讨论：开发一个新产品的程序，主要包括哪些研究内容和步骤？,研究内容： 原料 路线 工艺流程 操作方式（间歇、半间歇、连续和联合操作） 放大,一个精细化学品的研究开发，要经市场调查、方案的提出、实验室研究（小试）、应用研究、中试、生产、市场开发、甚至技术服务等各方面全面考虑和实施。,步骤,基础理论研究与实验,新 方 案 的 提 出,情报收集分析研究,实 验 室 研 究,小试,初步评价,中 试,设 计 与 施 工,建立模型,概念设计,工 业 化 生 产,经济技术评价,模型修改,小试岗位,小试是对精细化工生产

11、的小型模拟试验，这是进行精细化工产品开发不可缺少的基本步骤。小试一般在实验室中进行，采用小量的原材料和小型的仪器设备，通过研究提示出工业化生产的基本原理和规律，并加快研究的速度，降低研究的费用。,小试的主要任务：,（1）对设计方案进行可行性研究，对原材料可配方进行筛选；确定工艺流程和操作条件；考察影响产品制备的因素；得出产品精细纯化的方案；完成物料衡算及热量衡算；并尽可能认识产品制备的机理。 （2）建立产品的质量检测方法及工艺过程监测方法，并测定和收集研究过程中的各种物理化学数据。 （3）在完成小型实验的基础上，写出产品开发的可行性研究报告。,小试研究的具体内容,原料的筛选：原料是生产的物质基

12、础，应充分考虑原料的价格、利用率、来源供应、稳定性、毒性和安全性等因素。对于选用的原料路线，进行实验筛选，并计算各种原辅材料的单耗、成本和总成本，比较技术经济可靠性和合理性，否则，实验室的小试研究成果就很难实现工业转化。 确定工艺流程和操作条件：当原料路线和生产方法确定之后，就需要进一步研究产品制备的工艺流程。工艺流程的可行性、可靠性和先进性，是确保产品优质、高产、低耗的关键。在确定了工艺路线以后，还需对影响过程的因素进行比较实验，如温度、压力、时间、催化剂和某些工艺单元操作条件，都应该逐一考察。通过对实验结果的分析和总结，得出最佳的工艺条件范围和产品指标。 毒性实验 ：许多精细化工产品由于使

13、用的需要，常常应该作毒性实验。LD50表示产品的急性毒性，即进行动物实验，一次口服、注射或皮肤用药后，到50%动物死亡的半数用药致死量，其单位为mg/kg。LD50的值越小，药剂量的毒性越大。对于食品、饮料添加剂、医药、农药及与为类健康密切相关行业使用的精细化工产品，还应该增加亚急性和慢性毒性实验。 质量分析：无论是小试、中试还是全面的工业实验，都需要对原料、中间控制过程洋洋大观及三废处理利用进行准确的分析检测，才能得出有价值的结果。分析检测的方法，一般应根据需要按照现有的标准选定，如果没有标准可以借用，还应该进行分析方法的研,精细化工中涉及的特殊技术,模块式多功能集成生产技术 反应技术 分离

14、技术 极限技术 GMP技术,例：,H2SO4,影响该反应反应速率、转化率的影响因素有哪些？如何确定最佳的工艺条件？,（1）反应温度 （2）反应物摩尔比 （3）反应时间 （4）催化剂用量（种类）,问题：,尼伯金甲酯的合成实验在确定了影响因素以后，如何对这些影响因素进行考察，以确定最佳的工艺条件？,（1）反应温度 （2）反应物摩尔比 （3）反应时间 （4）催化剂用量（种类）,同样在生产同规格的产品，为什么有些厂商的良品率就是比较高。 同样是在生产同类型的产品，为什么有些人的产品性能以及寿命就是比较好，而成本又比较低呢？,精细化工工艺条件的优化 正交试验法,正交试验设计助手软件,什么叫交试验设计?为

15、什么要进行实验设计?,在精细化学品的生产实际和科学研究过程中，经常会遇通过试验来寻找所研究对象的变化规律，并通过对规律的研究达到各种使用的目的，如提高产量、降低消耗、提高产品性能或质量等，特别是新产品试验，未知的东西很多，要通过大量的试验来摸索工艺条件或配方。进行试验时，只有科学地实验设计，才能用较少的试验次数，在较短的时间内达到预期的实验目的；反之，不合理的试验设计，往往会浪费大量的人力、物力和财力。假如有4个因子影响试验指标，每个因子各取3种位级，采用全面试验法，各个位级组合只做一次试验也需要34=81次（若采用重复试验则至少812=162次）。可否合理地进行试验设计，使得仅做少量试验而同

16、样达到目的？,b正交设计的要点,因素影响试验结果的每种原因或要素,称为因素。凡是对试验结果可能有较大影响的因素1个也不要漏掉;一般来说,正交表是安排多因素试验的得力工具,不怕因素多;有时增加1、2个因素,并不增加试验次数。故一般倾向于多考察些因素,除了事先能肯定作用很小的因素和交互作用不安排外,凡是可能起作用或情炕明或意见有分歧的因素都值得考察。另外,必要时将区组因素加以考虑,可以提高试验的精度。水平 对质量因素,应选入的水平通常是早就定下来的,如要比较的品种有3种,该因素(即品种)的水平数只能取3;对数量因素,选取水平数的灵活性就大了,如温度、反应时间等,通常取2或3水平,只是在有特殊要求的

17、场合,才考虑取4以上的水平。指标 每当进行一次试验时，首先要明确试验的目的或目标是什么？用什么指标来衡量试验的效果？如精细化学品的产率以百分比表示，产品质量可以从颜色、密度、折射率、纯度等项指标来考核。像这种用来衡量试验效果的一个特征量就称为指标。 指标分为两大类：定量指标和定性指标， 按考核指标的个数，试验可分为单指标试验和多指标试验。例如，对洗衣粉的配方进行试验时，它的试验目标就有两项指标，一是洗涤效果，二是生产成本。这样，最终的试验结果就应当由这两项指标的综合评价结果来决定。,c.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

18、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。,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(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。,因素的水平数,实际试验次数,L8(27),表的列数（因素数）,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:,正交表与直观分析法,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A2B2C1: 即 反应温度 40摄氏度; 反应时间 1.5小时; 搅拌速度 快速.,归纳总结：,1、本课程的主要研究内容 2、精细化学品的定义、分类、特征 3、精细化工开发过程,作业：,预习,参考文献：,宋启煌主编，精细化工工艺学，（为主） 化学工业出版社，2004年； 1，张铸勇