精細(xì)化工第一、二章緒論

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。,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)化工在國民經(jīng)濟(jì)中的

2、作用 1.5 精細(xì)化工的原料資源,第一章 緒論,1.1 精細(xì)化工的定義,一、化工產(chǎn)品的分類,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)品指對基本化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的初級化學(xué)品（三烯、三苯、乙炔、萘）或次級化學(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.,我國對精細(xì)化工產(chǎn)品的分類（1986年由化工部制定）,(1) 農(nóng)

3、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) 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)化工的全部內(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，針對性強(qiáng)，一種類型的

4、產(chǎn)品可以有多種牌號，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)過程長，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，開發(fā)投入多。 一個定型產(chǎn)品通常要從幾十個甚至上百個配方中篩選出來。其研究開發(fā)要經(jīng)過市場調(diào)查、產(chǎn)品合成、應(yīng)用研究、市場開發(fā)等過程。時間長、成功率低、耗資大。如開發(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，市場壽命短，故有很強(qiáng)的保密性，一段時間內(nèi)甚至?xí)霈F(xiàn)技術(shù)壟斷；如保健品市場壽命通常只有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)

5、備有很多相似之處，廠家廣泛采用多品種總合市場流程，一套流程可經(jīng)常改變生產(chǎn)品種和牌號，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、洗滌劑。,五、投資效率高、附加值高、利潤大,投資效率（%）=（附加價值/固定資產(chǎn)）% 附加價值指產(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)化工的附加價值在化學(xué)工業(yè)中是最高的； （2）精細(xì)化工的利潤率高，加工深度越深，獲利潤越大

6、。 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、作為過程添加劑賦予主產(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；植物生長調(diào)節(jié)劑能阻止蔬菜休眠，促進(jìn)果樹和花卉生根、調(diào)節(jié)開花促進(jìn)成熟。 飼料添加劑以其完善的營養(yǎng)促進(jìn)動物生長和防止疾病，如美國肉食雞上

7、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；德國的來航雞年產(chǎn)蛋量335-354個，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

8、態(tài)氧貯箱的粘接；人造衛(wèi)星上太陽能電池的粘接；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、無毒、無刺激、有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。,目前，精細(xì)化率已成為衡量一個國家現(xiàn)代化程度的標(biāo)準(zhǔn)。,發(fā)達(dá)國家精細(xì)化率在60%以上，1995年我國約35%。,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。,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2-6%的二甲苯，可通過精餾將其分離

9、。 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、二氯甲烷、CHCL3,四、農(nóng)副產(chǎn)

10、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、附加價值、精細(xì)化率。 4 、簡述精細(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？簡述與精細(xì)化工密切相關(guān)的煤、石油的加工

11、途徑。,2.1 概述 化學(xué)工業(yè)： 化學(xué)工業(yè)(chemical industry)又稱化學(xué)加工工業(yè)，泛指生產(chǎn)過程中化學(xué)方法占主要地位的過程工業(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)和其他過程工業(yè)生產(chǎn)中所進(jìn)行的化學(xué)過程和物理過程的共同規(guī)律，它的一個重要任務(wù)就是研究有關(guān)工程因素對過程和裝置的效應(yīng)，特別是放大中的效應(yīng)。 化學(xué)工程研究內(nèi)容與方向包括單元操作、化工熱力學(xué)、傳遞過程、化學(xué)反應(yīng)工程、分離工程、過程系統(tǒng)工程及其它學(xué)科分支。,化學(xué)工藝： 化學(xué)工藝（chemical tech

12、nology）即化工生產(chǎn)技術(shù)，系指將原料主要經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的方法和過程，包括實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變的全部化學(xué)的和物理的措施。 化學(xué)工藝學(xué)： 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；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；對不同工藝路線和流程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評比等問題。 化學(xué)工程與化學(xué)工藝相結(jié)合，可以解決化工過程開發(fā)、裝置設(shè)計、操作原理及方法等方面的問題。,精細(xì)化工工藝學(xué)包括的內(nèi)容：對具體產(chǎn)品選擇和確定合理的合成路線和工藝路線；對單元反應(yīng)確定最佳工藝條件、合成技術(shù)和完成反應(yīng)的

13、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)來制備目的 產(chǎn)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)器的選擇等問題。,幾個重要指標(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)計量學(xué),二、限制反應(yīng)物和過量反應(yīng)物 反應(yīng)物不按化學(xué)計量投料時，以最小化學(xué)計量數(shù)存在的反應(yīng)物叫限制反應(yīng)物，超過的叫過量反應(yīng)物

14、。,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。,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。,六、重量收率,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反應(yīng)器時的轉(zhuǎn)化率；總轉(zhuǎn)化率指原料經(jīng)過整個系統(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度連續(xù)加入反應(yīng)器中，同時以恒定的速度連續(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)過程（氣液、液液），可逆流、