第二章 精细化工工艺学基础与技术开发.doc

第二章 精细化工工艺学基础及技术开发 2.1 精细化工的生产特性 精细化学品的生产全过程，由化学合成、剂型加工、商品化三个生产部分组成，精细化工的综合生产特性主要表现为以下几点。 1．多品种 2．多种多样的生产装置和生产流程 3．技术密集度高 4．大量采用复配技术 1．多品种 国际上精细化工发展的总趋势是：不断地开发新品种、新剂型和提高新品种的创新能力。 因此，多品种不仅是精细化工生产的一个特征，也是评价精细化工综合水平的一个重要标志。 目前世界上约有8万种化工产品，其中精细化工产品约5万种。 2．多种多样的生产装置和生产流程 精细化工的多品种、小批量,反映在生产上表现为经常更换和更新品种，可以考虑建立多功能的生产装置和多品种的综合生产流程，即一套流程装置可以经常改变产品的品种和牌号，有相当大的适应性，这就可以充分利用设备和装置的潜力，大大提高经济效益。 3．技术密集度高 精细化学品是以商品的综合功能出现的，这就需要在化学合成中筛选不同的化学结构，在剂型生产中充分发挥精细化学品自身功能与其他配合物质的协同作用。从制剂到商品化又有一复配过程，其中内在和外在的多种因素既相互联系又相互制约，这就造成精细化学品的生产必然是高度技术密集型的。其次，精细化学品技术开发成功率低，时间长，费用高是精细化学品生产高技术密集的另一个因素，其结果必然导致技术垄断性强，销售利润率高。 4．大量应用复配技术 （1）（精细化工产品的作用往往是）多种化学组分的综合效应：为了满足各种专门用途的需要，单一组分往往无法满足其要求，必须进行多组分复配（即配方）。 （2）需要加工助剂和复合多功能添加剂：有些产品要求加工成多种剂型（粉剂、粒剂、可湿剂、乳剂、液剂等），因此需要加入加工助剂；有些产品需要多种功能，因此必须加入多种试剂复配。 (3)如在合纤纺丝用油剂中，除润滑油外，还须加入表面活性剂、抗静电剂等多种助剂，而且还要根据高速纺和低速纺等不同的应用要求，采取不同的配方。再如炼油助剂、油田助剂等情况也类似。 2.2.1 概述 精细化工工艺学主要包括以下内容： 1.对具体产品，选择和确定在技术上和经济上最合理的合成路线和工艺路线； 所谓合成路线，指的是选用什么原料，经由哪几步单元反应来制备目的产品。 所谓工艺路线，指的是对原料的预处理（提纯、粉碎、干燥、熔化、溶解、蒸发、汽化、加热、冷却等）和反应物的后处理（蒸馏、精馏、吸收、吸附、萃取、结晶、冷凝、过滤、干燥等）应采用哪些化工过程（单元操作），采用什么设备和什么生产流程等。 工艺（技术）路线选择的主要原则 （1）原料价廉可靠。在一般生产中，原料成本是产品成本的主要部分。要考虑：首先选择价格便宜、来源可靠的原料；还要考虑原料的质量和辅助原料的供应。 （2）技术先进可靠。考虑目前生产合理的现实意义与持续生产的长远意义。技术先进包括能使用廉价可靠的原料、先进的反应装置、高效的催化剂、设备少、流程短、能耗低、污染物少、以及管理方便、操作安全等。 （3）产品合格化和综合利用。符合产品标准(国家、行业、企业)。 （4）环境保护：切实可行。 （5）特殊材料及设备：来源有保障或有代用品。 （6）消耗指标：主要原材料消耗指标、热、能耗指标低。技术路线选择的合适与否，最终表现在消耗指标上。 2. 对单元反应，确定最佳工艺条件和完成反应的 方法，以得到高质量、高产率的产品，以及了解该产品的主 要应用及发展动向。 所谓反应条件，指的是反应物的摩尔比，主要反应物的转化率，反应物的浓度，反应过程的温度、时间和压力以及反应剂、辅助反应剂、催化剂和溶剂的使用和选择等。 所谓完成反应的方法，主要指的是间歇操作和连续操作的选择，反应器的选择和设计。 2.2.2. 化学反应的计量学 1.反应物的摩尔比 反应物的摩尔比指的是加入反应器中的几种反应物之间的物质的量之比。 这个摩尔比可以和化学反应式中的物质的量之比相同，即相当于化学计量比。但对于大多数有机反应来说，投入的各反应物之间的摩尔比并不等于化学计量比。这时摩尔比通常以主反应物为基准来表示。 例如 化学计量比 1 1 2 物质的量 5.00 5.10～5.25 15～20 摩尔比 1 1.02～1.05 3～4 2. 限制反应物和过量反应物 化学反应物不按化学计量比投料时，其中以最小化学计量数存在的反应物叫作“限制反应物”，而某种反应物的量超过“限制反应物”完全反应的理论量，则该反应物称为“过量反应物”。 在式（2-1）中，NaNO2和HCl的投料摩尔比都超过了化学计量比，称作“过量反应物”，而苯胺则称作“限制反应物”。 3 过量百分数