化工過程開發(fā)的實驗室工作

第三章化工過程開發(fā)的實驗室工作2023/6/71第二章回顧選題市場需求調研所需資料立項來源3種原則4點定性定量專門外圍一元線性回歸2023/6/72主要內容第一節(jié)概述第二節(jié)測量技術第三節(jié)催化劑研究第四節(jié)反應動力學研究方法簡介第五節(jié)標準樣品及分析方法第六節(jié)化工單元過程和化工單元操作試驗2023/6/73第一節(jié)概述（參考P37-46）一、實驗分類預實驗系統(tǒng)實驗實驗的進展和目的的不同實驗＝試驗？2023/6/741.預實驗為提出設想流程而進行的實驗。內容：針對可行性研究中提出的疑問或前面實驗發(fā)現(xiàn)的新問題來進行研究。特點：無全面規(guī)劃、定性或半定量的實驗要求：研究者必須建立明確的思路。如對化學反應過程的研究，從三個方面建立思路：2023/6/75（1）從認識對象的特征來建立思路。（2）從影響過程的因素出發(fā)來建立思路（3）從工藝的特殊條件建立思路

化學反應的特征？影響反應速率的因素？如催化反應的控制步驟等目的：目標明確、簡化實驗2023/6/76預實驗的三種形式（1）認識實驗（2）析因實驗（3）驗證實驗2023/6/77（1）認識實驗認識試驗是為了認識過程研究對象的特征和初步規(guī)律而專門設計的試驗。方法：對比實驗如考察反應的轉化率和收率的高低，考察溫度或濃度對過程影響的敏感程度，以及考察傳熱方式或傳質條件改變對過程的影響等。目的：獲得感性認識，要求研究者善于思考、分析問題。2023/6/78（2）析因實驗析因試驗是為了弄清實驗的各種影響因素而專門組織的試驗。應注意以下法則：A、注意工程因素的等效性，不必對所有的因素都逐個進行試驗；B、分清可調和不可調因素，對不可調因素一般不作考察；C、分清敏感因素和非敏感因素，對非敏感因素，一般也不作重點考察直接工程非常規(guī)2023/6/79（3）驗證（鑒別）實驗針對已形成的技術結論或設想的技術措施，判別其是與非而專門設計的試驗。采取一些簡易設備和簡便方法來進行，要求研究者要善于運用工程因素等效性的概念來合理簡化試驗過程。2023/6/7102、系統(tǒng)實驗系統(tǒng)試驗是在預試驗的基礎上迸行，它是有目的有計劃地對預試驗測定的定性結論或技術方案作系統(tǒng)考察．并定量測取有關設計數(shù)據(jù)。預試驗-------概念設計；系統(tǒng)試驗-----基礎設計。2023/6/711包括：A、實驗目的B、實驗方案C、裝置設計和建立D、實驗點的安排E、獲得數(shù)據(jù)F、數(shù)據(jù)處理2023/6/712二、實驗工作程序基本程序：規(guī)劃---實驗及記錄---分析整理---報告1.擬定實驗計劃2.實驗過程3.總結新產品？新技術對老工藝改造？認真操作、觀察現(xiàn)象、測數(shù)據(jù)、記錄成果、不足2023/6/713第二節(jié)測量技術一、溫度測量二、壓力測量三、流量測量2023/6/714一、溫度測量常用的測溫元件？玻璃液柱雙金屬熱電偶2023/6/715名稱測溫范圍℃優(yōu)點缺點玻璃液柱溫度計酒精-80～30水銀-10～300直觀，結構簡單，穩(wěn)定性好，價格低廉易碎、溫度范圍有限，安裝位置要求準確，熱響應慢雙金屬溫度計低溫型-80～80高溫型0～500直觀，堅固耐用，無汞危險性，價格低廉僅用于現(xiàn)場測量，需要一定浸入長度，表盤所限精度差，熱響應慢熱電偶低溫-200～40高溫0～1700測溫范圍寬，響應快安裝靈活需顯示儀表測溫元件特點2023/6/716二、壓力測量U型管液柱壓差計結構簡單、制作方便、讀數(shù)直觀、價格低廉缺點：易碎彈簧管壓力表測量范圍大，讀數(shù)精確度較差。2023/6/717三、流量測量轉子流量計皂膜流量計毛細管流量計2023/6/718第三節(jié)催化劑研究一、催化技術概況1.催化劑及性能指標（1）活性（2）選擇性（3）穩(wěn)定性2023/6/7192.催化劑開發(fā)內容催化劑開發(fā)包括了催化劑的設計、制備、測試、評價等各方面多專業(yè)的工作，也包括了實驗室研究（小試）、中試以及大廠生產和使用等各個工作段在內。是一個龐大的工作體系。一般來講，即使局部更新一個已經工業(yè)化的催化劑也需要3－5年的時間，而且需要耗費大量的資金和人力。開發(fā)工作的每一步都要仔細考慮經濟因素。2023/6/7203.催化劑開發(fā)中的實驗室工作實驗室工作包括幾個部分：（1）資料準備（2）催化劑參考樣品的剖析（3）配方篩選2023/6/721資料準備通過查閱文獻做以下幾項工作:1、待開發(fā)催化劑及其相關的工藝過程的歷史及其現(xiàn)狀2、課題的由來和意義3、技術路線的選擇4、技術上的先進性和可行性5、經濟上的合理性2023/6/722樣品剖析ICI46-1催化劑的剖析（剖析結果）（1）外觀（2）物理性質（3）催化劑的元素組成分析（4）催化劑中某些元素的分布（5）催化劑物相組成的測定2023/6/723（6）催化劑的差熱譜圖（7）催化劑可還原性的考察（8）催化劑中活性組分鎳晶粒大小和吸附氫氣的測定（9）催化劑熱穩(wěn)定性的考察（10）催化劑的活性和抗碳性能的考察推斷:高嶺土、氧化鋁、氧化鎂為載體；氧化鈣為助劑；鎳為活性組分；鋁酸鈣水泥為粘結劑；高溫處理2023/6/724二、催化劑制備方法沉淀1.單組分沉淀法

沉淀劑與一種待沉淀組分溶液作用以制備單一組分沉淀物2.多組分共沉淀法

將催化劑所需的兩種或兩種以上組分同時沉淀的一種方法3.均勻沉淀待沉淀溶液與沉淀劑母體混合均勻，調節(jié)反應條件（溫度、PH值等）使體系逐步生成沉淀劑，使沉淀進行，得到均勻純凈固體。2023/6/725浸漬將載體浸泡在含有活性組分（主、助催化劑組分）的可溶性化合物溶液中，而后除去過剩溶液，再經干燥、焙燒和活化即可離子交換法1、無機離子交換劑制備（分子篩）2、有機離子交換劑制備（離子交換樹脂）2023/6/726共混法2023/6/7272023/6/728三、催化劑評價方法微反—檢測2023/6/729微反活性測試裝置

2023/6/730第四節(jié)反應動力學研究方法簡介

（P86-92）2023/6/731動力學研究的目的和作用目的：為研究的催化劑提供數(shù)學模型，使之能夠在較大的范圍內更有把握地、更準確地反映溫度、空速、壓力等參數(shù)對反應速率、轉化率和選擇性的影響規(guī)律。作用：為催化劑設計以及催化劑反應器的設計提供科學依據(jù)。2023/6/732多相催化機理對于多相催化反應，以化學物種與催化劑的接觸開始，需要經歷一系列的物理和化學基本步驟。稱這些步驟序列為“歷程”，而包括吸附、脫附、物理傳輸和化學變化步驟在內的序列關系稱為機理。2023/6/733動力學實驗方法動力學實驗內容：主要是測取不同溫度和反應物濃度條件下的反應速率，由此確定反應活化能、反應級數(shù)和頻率因子等動力學參數(shù)。測試方法：可以在間歇操作的反應器內進行，也可以在連續(xù)操作的反應器內進行。不論哪種方法，都不能直接測出反應速率；而必須通過測試數(shù)據(jù)計算方能求得。2023/6/734反應器1.間歇反應器2.連續(xù)反應器3.脈沖式反應器2023/6/7351.間歇反應器特點：反應速率隨時間而相應下降溫度、濃度均勻2023/6/7361.間歇反應器（續(xù)）測定的數(shù)據(jù)：適用的物料體系：時間與濃度的關系（t～C）液相反應系統(tǒng)慢反應2023/6/7371.間歇反應器（續(xù)）優(yōu)點：缺點：試驗方法簡便，測試所消耗的物料量很少。數(shù)據(jù)處理較為繁瑣，且準確程度較差。圖解微分積分How？2023/6/7382.連續(xù)反應器積分微分無梯度催化劑裝填量2023/6/739積分反應器特點：適用反應體系：催化劑床層高度大于反應器內徑2倍以上。催化劑裝填量大，反應轉化率較大；一般x＞25%連續(xù)多相催化快反應床層各個截面上，反應物的濃度不同，出口測定的反應的轉化率反應的積分結果。2023/6/740積分反應器（續(xù)）試驗數(shù)據(jù):反應速率：2023/6/7412023/6/742優(yōu)點：缺點：設備結構簡單，對分析儀器要求不高,試驗與工業(yè)生產過程相近不易恒溫，存在溫度梯度。數(shù)據(jù)處理有一定難度，誤差較大2023/6/7432023/6/744微分反應器特點：催化劑的填充量少（常在1g以下）高空速進料，控制很低的反應轉化率。2023/6/745微分反應器測定數(shù)據(jù)：反應速率：進出口轉化率2023/6/746微分反應器優(yōu)點：缺點：能直接給出反應速率，數(shù)據(jù)處理簡單；催化劑床層容易維持等溫分析的精度要求高，配料困難。如果催化劑床層內出現(xiàn)溝流，則對反應過程的影響很大。怎樣配料？2023/6/7472023/6/748無梯度反應器特點：理想混合反應器特點？能直接測出反應速率；無配料的困難；無需控制很小的進、出口轉化率之差，測試手段也容易解決。2023/6/749無梯度反應器測定數(shù)據(jù)：反應速率：進出口轉化率2023/6/7502023/6/7512023/6/752脈沖反應器簡稱“微反”。是用一臺氣相色譜儀與一個微型管式反應器串聯(lián)。2023/6/7532023/6/754動力學實驗的流程和方法

流程與方法

動力學實驗與催化劑評價實驗在設備、裝置和流程一般是基本相同的，但做評價實驗時，改變催化劑而不改變條件，做動力學實驗則不改變催化劑2023/6/755本征、宏觀動力學

只有在排除了內外擴散因素影響的前提下，才能評價催化劑的本征活性和研究催化劑的本征動力學。機理、數(shù)模宏觀—工業(yè)生產實際2023/6/756第五節(jié)標準樣品及分析方法一、標準樣品二、分析方法和產品標準2023/6/757一、標準樣品購買自制標準樣品提純的方法：意義：定性研究反應過程、定量計算、各種評價分析純、色譜純合成、表征精餾、結晶、色譜（閃柱色譜和薄層色譜）2023/6/758二、分析方法和產品標準產品標準：是具體產品應達到的規(guī)格指標，而這種規(guī)格指標又是按一定分析方法制定的。產品的標準由開發(fā)單位提出，完善認定后形成企業(yè)、部門、國家標準。已有產品可收集權威標準如美國ASTM、德國DIN2023/6/759分析方法：首先要準確，還要快速、簡單、實用（氣譜、液譜、紫外）。包括產品、中間體2023/6/760第六節(jié)化工單元過程和化工單元操作試驗

意義：對認識過程規(guī)律、設備選型，能提出最直接的依據(jù)。反應過程與分離新技術2023/6/761MTBE催化精餾技術的開發(fā)工藝概況：C4餾分中的異丁烯與甲醇反應生成甲基叔丁基醚?？梢詫崿F(xiàn)C4中正丁烯與異丁烯的分離2023/6/762反應、精餾分別進行2023/6/763工藝改進：1981年，美國ChemicalResearch&Licensing公司采用反應精餾技術，提高了單程轉化率，選擇性99%。2023/6/7642023/6/765本章總結實驗預實驗系統(tǒng)實驗認識析因驗證定性、半定量定量思路（3點）概念設計基礎設計2023/6/766動力學實驗目的方法反應器間歇連續(xù)積分微分無梯度特點；測試方法2023/6/767Theend!2023/6/768《化妝品術語》起草情況匯報中國疾病預防控制中心環(huán)境與健康相關產品安全所一、標準的立項和下達時間2006年衛(wèi)生部政法司要求各標委會都要建立自己的術語標準。1ONE二、標準經費標準研制經費：3.8萬三、標準的立項意義術語標準有利于行業(yè)間技術交流、提高標準一致性、消除貿易誤差，作為標準體系中的基礎標準，術語標準在各個領域的標準體系中均起著重要的作用。隨著我國化妝品衛(wèi)生標準體系建設逐步加快，所涉及的術語和定義的數(shù)量也在迅速增長，在此情形下，化妝品術語標準的制定就顯得尤為重要。四、標準的制訂原則1.合法性遵守《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例》、《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例實施細則》中關于化妝品的定義。2.協(xié)調性直接引用或修改采用的方式，與相關標準中的術語和定義相協(xié)調。3.科學性對于沒有國標或定義不統(tǒng)一的術語，在定義時體現(xiàn)科學性的原則。4.實用性在標準體系中出現(xiàn)頻率較高，與行業(yè)聯(lián)系較緊密的術語優(yōu)先選用。五、標準的起草經過

第一階段：資料搜集

搜集國內外相關法規(guī)、標準、文獻并對國外文獻如美國21CFR進行翻譯。第二階段：2007年末形成初稿

初稿內容包括一般術語、衛(wèi)生化學術語、毒理學術語、微生物術語、產品術語、人體安全和功效評價術語，常用英文成份術語等７部分。第三階段：專家統(tǒng)稿1.2007年12月第一次專家統(tǒng)稿會（修訂情況：1.在結構上增加原料功能術語、相關國際組織和科研機構等內容；2.在內容上增加一般術語、產品術語的種類，將化妝品行業(yè)的新產品類別納入本標準；3.對于毒理學、衛(wèi)生化學、微生物學術語進行修改；4.刪除與化妝品聯(lián)系不緊密、無存在必要的常用英文成分術語。2.2009年1月第二次專家統(tǒng)稿會會議意見：1.修改能引用國家標準的盡量引用國家標準；對存在歧義的個別用詞進行修改。2.刪除由于本標準中的“產品術語”一章和香化協(xié)會所制定的某個標準存在重復，因此刪除“產品術語”一章的內容；對“原料功能術語”的內容進行梳理，刪除了20余條內容。3.增加專家建議增加“化妝品限用物質”等若干項術語。第四階段：征求意見2009年2月面向全國公開征求意見。第五階段：征求意見的處理與形成送審稿。在征求意見的處理階段再次征求了相關專家的意見。六、標準的內容依據(jù)1.《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例》、《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例實施細則》;2.《化妝品衛(wèi)生規(guī)范》;3.美國21CFR；4.相關領域國家標準如：GB5296.3-2008消費品使用說明化妝品通用標簽，GB/T14666-2003分析化學術語等；5.國內外化妝品的相關文獻，如《化妝品監(jiān)督管理及安全性評價》等。七、標準的結構和主要內容（一）結構：1.范圍2.一般術語3.毒理學試驗方法術語4.衛(wèi)生化學檢驗方法術語5.微生物檢驗方法術語6.人體安全性和功效性評價術語7.常用原料術語8.縮寫9.中英文索引（二）主要內容：1).一般術語39條涉及化妝品的基本定義、化妝品生產和監(jiān)督管理中出現(xiàn)頻率較高的術語。2).毒理學試驗方法術語40條收錄了《化妝品衛(wèi)生規(guī)范》中涉及的術