第一、二章 绪论.ppt

1、精 细 化 工 工 艺 学 （考试课）,化学与环境工程学院,课程安排学时数：48学时 教学内容： 精细化工的基本面貌、技术范畴、重要系列的精细化工产品、基本原理、生产工艺、性能应用和发展趋势。,宋启煌等精细化工工艺学，化学工业出版社，2011年； 李和平，葛虹，精细化工工艺学，科学出版社 广东工学院精细化工教研室，精细化工基本生产技术及其应用广东科技出版社 刘程，表面活性剂应用大全，北京工业出版社 曾繁涤，精细化工产品及工艺学，化工出版社 闫鹏飞等，精细化学品化学，化工出版社,参考书:,1.1 精细化工的定义 1.2 精细化工的范畴和分类 1.3 精细化工的特点 1.4 精细化工在国民经济中的

2、作用 1.5 精细化工的原料资源 1.6 精细化工发展的重点和动向,第一章 绪论,1.1 精细化工的定义,一、化工产品的分类,二、精细化工的定义 生产精细化学品的工业叫精细化工。,1.2 精细化工的范畴和分类,我国对精细化工产品的分类（1986年由化工部制定）,(1) 农药； (2) 染料； (3) 涂料(包括油漆和油墨)； (4) 颜料；,(5) 试剂和高纯物； (6) 信息用化学品(包括感光材料、磁性材料等能接受电磁 波的化学品)； (7) 食品和饲料添加剂； (8) 粘合剂； (9) 催化剂和各种助剂； (10) 化学药品(原料药)和日用化学品； (11) 功能高分子材料(包括功能膜、偏

3、光材料等)。,注意点：,1、每一项都包括多项子项，如催化剂和助剂； 2、仍在不断发展之中，种类在不断变化； 3、考虑到化工部的管辖范围，并未包含精细化工的全部内容。（如化妆品，酶，精细陶瓷等）,1.3 精细化工的特点,三、综合生产流程和多功能生产装置 一套流程可经常改变生产品种和牌号。以适应精细化工多品种、小批量的特点。,二、生产工艺精细、技术密集性高 （1）生产过程长，影响因素多； （2）技术含量高，开发投入多；（成功率较低、时间长、耗资大，如开发一种新药需5-10年） （3）技术保密性强，更新换代快。,一、小批量，多品种（国外表面活性剂就达5000多种）；,五、投资效率高、附加值高、利润大

4、。,投资效率（%）=（附加价值/固定资产）% 附加值指产品的产值中扣去原材料、税金和厂房折旧费后 剩余部分的价值。,（1）精细化工的附加值在化学工业中是最高的； （2）精细化工的利润率高，加工深度越深，获利润越大。 石油化工原料加工成三大合成材料可增值8倍，加工成精细化学品可增值106倍。,四、大量采用复配技术 利用物理方法使多种组分尽可能均匀混合，使产品体现多种性能和协同作用，配方的研究是决定性因素。,1.4 精细化工在国民经济中的作用,一、精细化工与农业的关系 精细化工在农业中的应用主要有农药、兽药、饲料添加剂和微量元素肥料，农药包括各种各样的杀虫剂、杀菌剂、除草剂、植物生长调节剂等。,精

5、细化工产品的作用主要体现在以下两个方面： 1、直接用作最终产品；如：染料、香料、农药、医药、涂料、 黏合剂、化妆品。 2、作为过程添加剂赋予主产品特定的性能；如增塑剂、阻燃剂,二、精细化工与轻工业和人民生活的关系 肥皂、合成洗涤剂、纺织助剂、食品添加剂、化妆品、香精、香料等。,三、精细化工与军工、高科技领域的关系 用于航空工业的特种黏合剂，如：巨型火箭上液态氢、液态氧贮箱的粘接；人造卫星上太阳能电池的粘接；导弹弹头的装配。新型工业材料精细陶瓷，包括电子陶瓷、生物陶瓷、工程陶瓷三大类，如生物陶瓷可被用作人工骨骼、关节、牙齿及人造器官（心脏瓣膜、人造喉管）,目前，精细化率已成为衡量一个国家现代化程

6、度的标准，,发达国家精细化率在60%以上，2002年我国约40%。,一、煤的加工 煤的加工主要有焦化、气化、生产电石，其中与精细化工有密切关系的是焦化，其副产物煤焦油和粗苯可分离出多种芳香族原料。,1.5 精细化工的原料资源 精细化工的原料资源主要是煤、石油、天然气和农副产品。,1、催化重整 烃类原料在催化剂存在下进行碳架结构的重新调整，以制取芳烃。 2、烃类热裂解 将石油馏分经高温作用，使烃类分子发生碳链断裂或脱氢反应，生成分子量较小的烯烃、炔烃和芳烃的过程。,二、石油加工 以制取化工原料为目的的加工方法主要有以下几种：,四、农副产品的利用 1、含淀粉类物质经发酵制乙醇、丁醇、丙酮。 2、含

7、纤维素、半纤维素的物质水解可得己糖和戊糖，己糖发酵得乙醇，戊糖水解得糠醛。 3、各种动物油和植物油（油脂）水解可得甘油和各种脂肪酸。,三、天然气的利用 天然气的主要成分是甲烷，其化工利用主要有三条途径： 1、经高温水蒸气转化生产合成气，进一步生产化工原料；,2、氧化裂解制乙炔 3、直接生产各种化工产品,一、精细化工发展的战略目标是高科技领域的开发研究 世界各国现在都在大力发展精细化工，已使整个化学工业向高精尖方向取得了长足的进步。有关的新科技领域包括：各类新型化工材料（功能高分子材料、复合材料）、新能源、电子信息技术、生物技术（包括发酵技术、生物酶技术、细胞融合技术、基因重组技术等）、航空航天

8、技术和海洋开发技术等。,1.6 精细化工的发展重点及动向,二、传统大宗精细化学品的更新换代 化学农药工业重点发展高效、安全、经济的新产品。如杀虫剂、杀菌剂等。 染料工业重点发展纺织印染需求量大的活性染料、分散染料、还原染料等；涂料、油墨和塑料加工用的高档有机颜料及助剂。 涂料工业以发展满足建筑、汽车、电器、交通（船舶、路标）、家具需要的高档涂料，解决恶劣条件下的防腐难题，着重抓好低污染、节能型新品种的研制。,粘合剂工业重点是发展低毒（或无毒）、中低温固化和高强耐候品种，开发功能型的新品种，尤其注重开发鞋用粘合剂。 化学试剂重点加强分离提纯技术研究，狠抓试剂门类品种的开发，实现超净高纯试剂、生物

9、工程用试剂、临床诊断试剂、有机合成试剂的产品系列化。 感光材料和磁记录材料要瞄准世界先进水平，走“先仿后创”的路子。摄影化学材料要在现有各种冲洗套药的基础上，主攻柯达和富士彩色胶卷冲洗套药的国产化；感光化学材料主攻高纯硝酸银（彩卷用）；磁记录材料要发展国际上有竞争能力的出口创汇产品，同时实现数字磁记录产品系列的配套，并加强有关方面的研究开发力量，建立相应的研究与开发中心。,三、 优先发展的关键技术 1、 新催化技术 设计和开发出若干具有高活性、高选择性、立体定向、稳定性好、寿命长的高效催化剂和相应的催化技术，以满足精细化工发展的国内外市场的需要。 重点是开发膜催化剂、稀土络合催化剂、沸石择型催

10、化剂、固体超强酸催化剂等，以及相转移催化技术、立体定向合成技术、固定化酶发酵技术等特种技术。,2、 新分离技术 开发工业规模的多组分分离，特别是不稳定化合物及功能性物质的高效精密分离技术的研究，对精细化工产品的开发与生产至关重要。 重点开发超临界萃取分离技术，研究用超临界萃取分离技术制取出口创汇率极高的天然植物提取物（如天然色素、天然香油、中草药有效成分等），并且进一步应用于精细化工、食品、香料、医药以及石油的深度加工等领域。 另外，着重开展无机膜分离技术在超纯气体、饮用水、制药、石油化工等领域的应用开发；努力突破无机膜催化反应器的开发工作；积极开展精细蒸馏、催促精馏技术的研究以及在香精行业、

11、混合二甲苯高效分离的应用开发。,3、增效复配技术 发达国家化工产品数量与商品数量之比为 1:20 ，我国目前仅为 1:1.5 ，不仅品种数量少，而且质量差。关键的原因之一是增效复配技术落后。需要加强这方面的应用基础研究及应用技术研究，如专门研究表面活性剂的分离方法、洗涤作用、表面改性、微胶囊化、薄膜化及超微粒化技术等。由于应用对象的特殊性，很难采用单一的化合物来满足用户的要求，配方以及复配技术的研究就成为产品好坏的决定性因素。,4、超细粉体技术 超细粉体技术是 20世纪70年代兴起的一门固体材料加工技术，可用于精细化学品的后加工。在超细状态下，粉体的物性及化学性质会发生明显的变化。超细粉体技术

12、可使药品的生化作用更趋有效；使油漆、油墨的色彩艳美而光亮；使涂料粘合得更为牢固；作为橡胶与塑料的填充物时，可以改善两者的物化性质，使其更好地满足技术要求等。因而，对该技术的实用化应用技术的研究前景广阔。,5、气雾剂（ CFC ）无污染替代技术 臭氧层被破坏这一全球性的环境问题，自20世纪70年代以来就引起世界各国的极大关注，由于受控制物质的禁用时间表不断提前，所以研究其替代物质就更为迫切。 研究在空调制冷、塑料发泡、高效杀虫气雾剂等方面氟氯烃（ CFC ）无污染替代物及替代技术，研究可工业化的合成路线及其实用化技术具有重要意义。 其他如生物技术、聚合物改性技术、计算机化工应用技术、综合治理技术

13、等都与化学工业、精细化工的发展密切相关。它们的突破与发展，都会给经济的发展和社会的进步产生巨大的影响。 总之，生产高功能精细化学品，离开了高技术的应用和发展关键技术，是不可能实现的。,第二章 精细化工工艺学基础及技术开发,2.1 概述 精细化工工艺学包括的内容：对具体产品选择和确定合理的合成路线和工艺路线；对单元反应确定最佳工艺条件、合成技术和完成反应的方法，以得到高质量、高产率的产品。,合成路线指选用什么原料，经哪些单元反应来制备目的 产品。,工艺路线指对原料的预处理和粗产品的后处理采用哪些单元 操作来完成，采用什么设备和什么工艺流程等。,工艺条件指反应物的摩尔配比、转化率、反应物浓度、 温

14、度、压力、催化剂等条件。,合成技术指均相反应、非均相反应、均相络合催化、酶催化 等。 完成反应的方法指间歇操作还是连续操作及反应器的选择等 问题。,几个重要指标 一、反应物的摩尔比 指加入反应器的几种反应物间的摩尔之比，多数反应为提高反应速率，投料的摩尔比不等于化学计量比，常取价格便宜、易除去的组分过量。,2.2 化学计量学,二、限制反应物和过量反应物 反应物不按化学计量投料时，以最小化学计量数存在的反应物叫限制反应物，超过的叫过量反应物。,四、选择性 转化为目的产物消耗的A量与反应掉A的总量之比。,三、转化率 反应掉的A量占通入反应器A量的百分数。,五、收率 生成目的产物消耗A的摩尔数与通入反应物A的摩尔数之比。,六、质量收率,转化率、选择性、收率之间的关系： 收率=转化率选择性,七、单程转化率和总转化率 对有循环物料的反应系统，单程转化率指原料一次通过反应器时的转化率；总转化率指原料经过整个系统的转化率。,2.3 化学反应器 一、间歇操作和连续操作 间歇操作是将反应物料一次加入反应器中，经一定时间完成特定的反应后，将产物从反应器中取出。 连续操作是将各种反应物按一定比例和恒定的速度连续加入反应器中，同时以恒定的速度连续排出反应产物。,二、常用反应器类型,精