精細(xì)化工第一、二章緒論

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1、精細(xì)化工工藝學(xué)教學(xué)內(nèi)容： 精細(xì)化工的基本面貌、技術(shù)范疇、重要系列的精細(xì)化工產(chǎn)品、基本原理、生產(chǎn)工藝、性能應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)。 參考書:宋啟煌等精細(xì)化工工藝學(xué)，化學(xué)工業(yè)出版社，1995年；李和平，葛虹，精細(xì)化工工藝學(xué)，科學(xué)出版社，1998年；廣東工學(xué)院精細(xì)化工教研室，精細(xì)化工基本生產(chǎn)技術(shù)及其應(yīng)用廣東科技出版社，1995年；劉程，表面活性劑應(yīng)用大全，北京工業(yè)出版社，1994年；曾繁滌，精細(xì)化工產(chǎn)品及工藝學(xué)，化工出版社，1997年；閆鵬飛等，精細(xì)化學(xué)品化學(xué)，化工出版社，2004年。 1.1 精細(xì)化工的定義1.2 精細(xì)化工的范疇和分類1.3 精細(xì)化工的特點(diǎn)1.4 精細(xì)化工在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用1.5 精細(xì)化工

2、的原料資源 第一章 緒論 1.1 精細(xì)化工的定義一、化工產(chǎn)品的分類化工產(chǎn)品通用化工產(chǎn)品（1）大噸位，非差別性化學(xué)品。同一產(chǎn)品，各廠生產(chǎn)的都有統(tǒng)一的規(guī)格(如尿素、甲醇、醋酸）。（2）大噸位，差別性化學(xué)品。同一類中，各廠生產(chǎn)的品種可能有不同的規(guī)格、性能和用途（如三大合成材料）。精細(xì)化工產(chǎn)品（1）小噸位，非差別性化學(xué)品。產(chǎn)品生產(chǎn)量少，但有統(tǒng)一的商品標(biāo)準(zhǔn)（如表面活性劑、醫(yī)藥農(nóng)藥的原料）。（2）小噸位，差別性化學(xué)品。這些產(chǎn)品能有專門用途，注重產(chǎn)品配方（如化妝品、洗滌用品）。 二、精細(xì)化工的定義 生產(chǎn)精細(xì)化工產(chǎn)品的工業(yè)叫精細(xì)化工。1.2 精細(xì)化工的范疇和分類 十九世紀(jì)前出現(xiàn)的精細(xì)化工行業(yè)有：醫(yī)藥、染料、油

3、漆、肥皂、農(nóng)藥等； 新興的精細(xì)化工行業(yè)正在不斷發(fā)展，一些老行業(yè)也不斷充實(shí)了新內(nèi)容：如染料從棉布用轉(zhuǎn)向合成纖維用；油漆轉(zhuǎn)向涂料；肥皂轉(zhuǎn)向合成洗滌劑。 精細(xì)化工產(chǎn)品指對(duì)基本化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的初級(jí)化學(xué)品（三烯、三苯、乙炔、萘）或次級(jí)化學(xué)品（醇、醛、酸、鹵代烴等）進(jìn)行深加工而取得的具有特定功能、特定用途、小批量的系列產(chǎn)品. 我國(guó)對(duì)精細(xì)化工產(chǎn)品的分類（1986年由化工部制定） (1) 農(nóng)藥； (2) 染料； (3) 涂料(包括油漆和油墨)； (4) 顏料； (5) 試劑和高純物； (6) 信息用化學(xué)品(包括感光材料、磁性材料等能接受電磁 波的化學(xué)品)； (7) 食品和飼料添加劑； (8) 粘合劑； (9)

4、催化劑和各種助劑； (10) 化學(xué)藥品(原料藥)和日用化學(xué)品； (11) 功能高分子材料(包括功能膜、偏光材料等)。 注意點(diǎn)：1、每一項(xiàng)都包括多項(xiàng)子項(xiàng)，如催化劑和助劑；2、仍在不斷發(fā)展之中，種類在不斷變化；3、考慮到化工部的管轄范圍，并未包含精細(xì)化工的全部?jī)?nèi)容。（如化妝品，酶，精細(xì)陶瓷等）1.3 精細(xì)化工的特點(diǎn)一、小批量，多品種 產(chǎn)品應(yīng)用面窄，針對(duì)性強(qiáng)，一種類型的產(chǎn)品可以有多種牌號(hào)，如洗發(fā)水、表面活性劑、染料。 二、生產(chǎn)工藝精細(xì)、技術(shù)密集性高（1）生產(chǎn)過(guò)程長(zhǎng)，包括化學(xué)合成和改性、復(fù)配，影響因素多。（2）技術(shù)含量高，開(kāi)發(fā)投入多。 一個(gè)定型產(chǎn)品通常要從幾十個(gè)甚至上百個(gè)配方中篩選出來(lái)。其研究開(kāi)發(fā)要經(jīng)

5、過(guò)市場(chǎng)調(diào)查、產(chǎn)品合成、應(yīng)用研究、市場(chǎng)開(kāi)發(fā)等過(guò)程。時(shí)間長(zhǎng)、成功率低、耗資大。如開(kāi)發(fā)一種新藥需5-10年。（3）技術(shù)保密性強(qiáng)，更新?lián)Q代快。 因精細(xì)化工產(chǎn)品附加值高，市場(chǎng)壽命短，故有很強(qiáng)的保密性，一段時(shí)間內(nèi)甚至?xí)霈F(xiàn)技術(shù)壟斷；如保健品市場(chǎng)壽命通常只有3-4年。 三、綜合生產(chǎn)流程和多功能生產(chǎn)裝置 雖然精細(xì)化工產(chǎn)品種類繁多，但合成單元反應(yīng)不外乎十幾種，其反應(yīng)、流程和設(shè)備有很多相似之處，廠家廣泛采用多品種總合市場(chǎng)流程，一套流程可經(jīng)常改變生產(chǎn)品種和牌號(hào)，以適應(yīng)精細(xì)化工多品種、小批量的特點(diǎn)。四、大量采用復(fù)配技術(shù) 利用物理方法使多種組分均勻混合，使產(chǎn)品體現(xiàn)多種性能和協(xié)同作用，配方的研究是決定性因素。 如化妝品、

6、洗滌劑。 五、投資效率高、附加值高、利潤(rùn)大投資效率（%）=（附加價(jià)值/固定資產(chǎn)）%附加價(jià)值指產(chǎn)品的產(chǎn)值中扣去原材料、稅金和廠房折舊費(fèi)后剩余部分的價(jià)值。 精細(xì)化學(xué)品產(chǎn)量小，裝置規(guī)模小，多采用間歇操作，通用性強(qiáng)、投資少、見(jiàn)效快。一般投產(chǎn)5年即可收回設(shè)備投資。（1）精細(xì)化工的附加價(jià)值在化學(xué)工業(yè)中是最高的；（2）精細(xì)化工的利潤(rùn)率高，加工深度越深，獲利潤(rùn)越大。 石油化工原料加工成三大合成材料可增值8倍，加工成精細(xì)化學(xué)品可增值100倍。 1.4 精細(xì)化工在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用精細(xì)化工產(chǎn)品的作用主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：1、直接用作最終產(chǎn)品，如：染料、香料、農(nóng)藥、醫(yī)藥、涂料、 黏合劑、化妝品。2、作為過(guò)程添加劑賦

7、予主產(chǎn)品特定的性能，如增塑劑、阻燃劑、抗靜電劑。 一、精細(xì)化工與農(nóng)業(yè)的關(guān)系 精細(xì)化工在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用主要有農(nóng)藥、獸藥、飼料添加劑和微量元素肥料。 使用農(nóng)藥所獲效益是農(nóng)藥費(fèi)用的5倍以上；除草劑的效率可十倍于物理除草；植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑能阻止蔬菜休眠，促進(jìn)果樹(shù)和花卉生根、調(diào)節(jié)開(kāi)花促進(jìn)成熟。 飼料添加劑以其完善的營(yíng)養(yǎng)促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)和防止疾病，如美國(guó)肉食雞上市日齡1934年為95天到1984年縮短為47天，料肉比從4.3降至1.96；德國(guó)的來(lái)航雞年產(chǎn)蛋量335-354個(gè)，平均蛋重63克，料蛋比2.36。 二、精細(xì)化工與輕工業(yè)和人民生活的關(guān)系 以表面活性劑為例，可用于： 洗滌劑工業(yè)：肥皂、合成洗滌劑、洗發(fā)水、餐

8、具洗滌劑； 紡織印染工業(yè)：柔軟劑、抗靜電劑及其他紡織助劑； 食品工業(yè)和化妝品工業(yè)：食品添加劑、化妝品中使用的乳化劑等。 與人民生活密切相關(guān)的精細(xì)化工產(chǎn)品還有香精、香料、各類化妝品、粘合劑、涂料、感光材料、紡織工業(yè)助劑（硬挺整理劑、防水整理劑、阻燃劑等）。 三、精細(xì)化工與軍工、高科技領(lǐng)域的關(guān)系 用于航空工業(yè)的特種黏合劑，如：巨型火箭上液態(tài)氫、液態(tài)氧貯箱的粘接；人造衛(wèi)星上太陽(yáng)能電池的粘接；導(dǎo)彈彈頭的裝配。生物陶瓷可被用作人工骨骼、關(guān)節(jié)、牙齒及人造器官（心臟瓣膜、人造喉管），與生物體具有很好的相容性、耐蝕、無(wú)毒、無(wú)刺激、有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。目前，精細(xì)化率已成為衡量一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化程度的標(biāo)準(zhǔn)。精細(xì)化率=精

9、細(xì)化工總產(chǎn)值化工總產(chǎn)值發(fā)達(dá)國(guó)家精細(xì)化率在60%以上，1995年我國(guó)約35%。 化學(xué)工業(yè)有機(jī)化工無(wú)機(jī)化工基本有機(jī)化工精細(xì)有機(jī)化工基本無(wú)機(jī)化工精細(xì)無(wú)機(jī)化工三酸（硫酸、鹽酸、硝酸）二堿（燒堿、純堿）肥料（合成氨、尿素）1.5 精細(xì)化工的原料資源 精細(xì)化工的原料資源主要是煤、石油、天然氣和農(nóng)副產(chǎn)品。煤石油天然氣農(nóng)副產(chǎn)品基本有機(jī)化工產(chǎn)品包括初級(jí)產(chǎn)品：三烯、三苯、乙炔、萘。次級(jí)產(chǎn)品：醇、醛、酸、鹵代烴等精細(xì)化工產(chǎn)品三大合成材料 一、煤的加工 煤的加工主要有焦化、氣化、生產(chǎn)電石，其中與精細(xì)化工有密切關(guān)系的是焦化，其副產(chǎn)物煤焦油和粗苯可分離出多種芳香族原料。 粗苯中含有50-70%的苯，12-22%的甲苯和2

10、-6%的二甲苯，可通過(guò)精餾將其分離。 煤焦油組成復(fù)雜，已驗(yàn)證的約有500多種組分，其中含有多種石油化工不能得到的組分，如萘、蒽、菲、苯酚等。 二、石油加工 石油先經(jīng)常減壓精餾分割成汽油、煤油、柴油、重油等餾分，將這些餾分進(jìn)一步加工可得到各種化工原料。 以制取化工原料為目的的加工方法主要有以下幾種：1、催化重整 烴類原料在催化劑存在下進(jìn)行碳架結(jié)構(gòu)的重新調(diào)整，以制取芳烴，如：環(huán)烷烴脫氫芳構(gòu)化、環(huán)烷烴異構(gòu)化脫氫、烷烴脫氫芳構(gòu)化。2、烴類熱裂解 將石油餾分經(jīng)高溫作用，使烴類分子發(fā)生碳鏈斷裂或脫氫反應(yīng)，生成分子量較小的烯烴、炔烴和芳烴的過(guò)程。 2、氧化裂解制乙炔3、直接生產(chǎn)各種化工產(chǎn)品，如一氯甲烷、二氯

11、甲烷、CH CL3四、農(nóng)副產(chǎn)品的利用1、含淀粉類物質(zhì)經(jīng)發(fā)酵制乙醇、丁醇、丙酮。2、含纖維素、半纖維素的物質(zhì)水解可得己糖和戊糖，己糖發(fā)酵得乙醇，戊糖水解得糠醛。3、各種動(dòng)物油和植物油（油脂）水解可得甘油和各種脂肪酸。三、天然氣的利用 天然氣的主要成分是甲烷，其化工利用主要有三條途徑： 1、經(jīng)高溫水蒸氣轉(zhuǎn)化生產(chǎn)合成氣，進(jìn)一步生產(chǎn)化工產(chǎn)品。 第一章 思考題1、化工產(chǎn)品通常分為哪些類別？其中哪些可列入精細(xì)化工產(chǎn)品的范疇？2、精細(xì)化工有哪些特點(diǎn)?3 、名詞解釋：投資效率、附加價(jià)值、精細(xì)化率。4 、簡(jiǎn)述精細(xì)化工與農(nóng)業(yè)、輕工業(yè)、軍工及高科技的關(guān)系。 5 、精細(xì)化工的原料資源有哪些？簡(jiǎn)述與精細(xì)化工密切相關(guān)的煤

12、、石油的加工途徑。 2.1 概述 化 學(xué) 工 業(yè) ：v 化 學(xué) 工 業(yè) (chemical industry)又 稱 化 學(xué) 加 工 工 業(yè) ， 泛 指生 產(chǎn) 過(guò) 程 中 化 學(xué) 方 法 占 主 要 地 位 的 過(guò) 程 工 業(yè) 。 在 化 學(xué) 工 業(yè)范 圍 內(nèi) ， 如 果 以 化 工 產(chǎn) 品 分 類 ， 可 包 括 無(wú) 機(jī) 化 工 、 基 本 有機(jī) 化 工 、 高 分 子 化 工 、 精 細(xì) 化 工 等 。第二章 精細(xì)化工工藝學(xué)基礎(chǔ) 化學(xué)工程學(xué)： 化學(xué)工程學(xué)主要研究化學(xué)工業(yè)和其他過(guò)程工業(yè)生產(chǎn)中所進(jìn)行的化學(xué)過(guò)程和物理過(guò)程的共同規(guī)律，它的一個(gè)重要任務(wù)就是研究有關(guān)工程因素對(duì)過(guò)程和裝置的效應(yīng)，特別是放

13、大中的效應(yīng)。 化學(xué)工程研究?jī)?nèi)容與方向包括單元操作、化工熱力學(xué)、傳遞過(guò)程、化學(xué)反應(yīng)工程、分離工程、過(guò)程系統(tǒng)工程及其它學(xué)科分支。 v化學(xué)工藝：v化學(xué)工藝（chemical technology）即化工生產(chǎn)技術(shù)，系指將原料主要經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的方法和過(guò)程，包括實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變的全部化學(xué)的和物理的措施?；?學(xué) 工 藝 學(xué) ：v 化 學(xué) 工 藝 學(xué) 研 究 的 范 疇 ： 一 般 包 括 原 料 的 選 擇 和 預(yù) 處 理 ； 生產(chǎn) 方 法 的 選 擇 及 方 法 原 理 ； 設(shè) 備 的 作 用 、 結(jié) 構(gòu) 和 操 作 ； 催 化劑 的 選 擇 和 使 用 ； 操 作 條 件 的 影 響 和 選 定

14、； 流 程 組 織 ； 生 產(chǎn)控 制 ； 產(chǎn) 品 規(guī) 格 和 副 產(chǎn) 物 的 分 離 與 利 用 ； 能 量 的 回 收 和 利 用 ；對(duì) 不 同 工 藝 路 線 和 流 程 的 技 術(shù) 經(jīng) 濟(jì) 評(píng) 比 等 問(wèn) 題 。 v 化 學(xué) 工 程 與 化 學(xué) 工 藝 相 結(jié) 合 ， 可 以 解 決 化 工 過(guò) 程 開(kāi) 發(fā) 、 裝 置設(shè) 計(jì) 、 操 作 原 理 及 方 法 等 方 面 的 問(wèn) 題 。 精細(xì)化工工藝學(xué)包括的內(nèi)容：對(duì)具體產(chǎn)品選擇和確定合理的合成路線和工藝路線；對(duì)單元反應(yīng)確定最佳工藝條件、合成技術(shù)和完成反應(yīng)的方法，以得到高質(zhì)量、高產(chǎn)率的產(chǎn)品。合成路線指選用什么原料，經(jīng)哪些單元反應(yīng)來(lái)制備目的 產(chǎn)

15、品。工藝條件指反應(yīng)物的摩爾配比、轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)物濃度、 溫度、壓力、催化劑等條件。工藝路線指對(duì)原料的預(yù)處理和粗產(chǎn)品的后處理采用哪些單元 操作來(lái)完成，采用什么設(shè)備和什么工藝流程等。 合成技術(shù)指均相反應(yīng)、非均相反應(yīng)、均相絡(luò)合催化、 酶 催化等。完成反應(yīng)的方法指間歇操作還是連續(xù)操作及反應(yīng)器的選擇等問(wèn)題。幾個(gè)重要指標(biāo)一、反應(yīng)物的摩爾比 指加入反應(yīng)器的幾種反應(yīng)物間的摩爾配比。2.2 化學(xué)計(jì)量學(xué)二、限制反應(yīng)物和過(guò)量反應(yīng)物 反應(yīng)物不按化學(xué)計(jì)量投料時(shí)，以最小化學(xué)計(jì)量數(shù)存在的反應(yīng)物叫限制反應(yīng)物，超過(guò)的叫過(guò)量反應(yīng)物。 xA=反應(yīng)掉原料A的量通入原料A的量四、選擇性 轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物消耗的A量與反應(yīng)掉A的總量之比。S=

16、轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物的A量反應(yīng)掉的A量三、轉(zhuǎn)化率 反應(yīng)掉的A量占通入反應(yīng)器A量的百分?jǐn)?shù)。 五、收率 生成目的產(chǎn)物消耗的A量與通入反應(yīng)物的A量之比。yp=轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物的原料A量通入的原料A量六、重量收率 y w= 所得目的產(chǎn)物的重量通入某反應(yīng)物的重量轉(zhuǎn)化率、選擇性、收率之間的關(guān)系： 收率=轉(zhuǎn)化率選擇性 七、單程轉(zhuǎn)化率和總轉(zhuǎn)化率 對(duì)有循環(huán)物料的反應(yīng)系統(tǒng)，單程轉(zhuǎn)化率指原料一次通過(guò)反應(yīng)器時(shí)的轉(zhuǎn)化率；總轉(zhuǎn)化率指原料經(jīng)過(guò)整個(gè)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化率。2.3 化學(xué)反應(yīng)器一、間歇操作和連續(xù)操作 間歇操作是將反應(yīng)物料一次加入反應(yīng)器中，經(jīng)一定時(shí)間完成特定的反應(yīng)后，將產(chǎn)物從反應(yīng)器中取出。 連續(xù)操作是將各種反應(yīng)物按一定比例和恒定的速

17、度連續(xù)加入反應(yīng)器中，同時(shí)以恒定的速度連續(xù)排出反應(yīng)產(chǎn)物。 二、常用反應(yīng)器類型 管式：長(zhǎng)度遠(yuǎn)較直徑大，內(nèi)部中空，多用于均相反應(yīng). 管 式 裂 解 爐 釜式：高度與直徑大致相當(dāng)，用于均相或多相反應(yīng). 串 聯(lián) 反 應(yīng) 釜 塔式：高度為直徑數(shù)倍至十余倍，用于兩流體相反應(yīng)過(guò)程（氣液、液液），可逆流、也可并流操作。 固定床：反應(yīng)器內(nèi)裝有固定不動(dòng)的固體顆粒，它可以是催化劑或固體反應(yīng)物. G 流化床：顆粒處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，如沸騰的液體。G G S移動(dòng)床：固體顆粒從頂部連續(xù)加入，自上而下移動(dòng)，由底部 卸出. 第二章思考題1、解釋下列名詞：合成路線、工藝路線、合成技術(shù)。2、幾個(gè)重要指標(biāo)：轉(zhuǎn)化率、選擇性、收率、重量收率 、單程轉(zhuǎn)化率和總轉(zhuǎn)化率的概念及應(yīng)用。3、工業(yè)上常用化學(xué)反應(yīng)器有那些？了解其結(jié)構(gòu)。4、分別簡(jiǎn)述化學(xué)工程學(xué)和化學(xué)工藝學(xué)研究的主要內(nèi)容。