第2章+精细化工工艺学基础及技术开发

所谓合成技术，主要指的是非均相接触催 化、相转移催化、均相络合催化、光有机 合成和电解有机合成以及酶催化等，这些 合成技术将在部分产品的制造工艺中得到 应用。
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。
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2.2.2. 化学反应的计量学
例如：
(2-1)
化学计量比
物质的量
摩尔比
1 1 2 5.00 5.10～5.25 15～20 1 1.02～1.05 3～4
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2.1 精细化工的生产特性
4．商品性强
精细化学品商品繁多，已由通用型向专
用型发展，商品性强，用户对商品选择性很
高，市场竞争十分激烈。因而应用技术和技
术服务是组织精细化工生产的两个重要环节。
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2.2.2. 化学反应的计量学
4 转化率 某一反应物A反应掉的量 n Ar占其向反应器中输入量 n A,in 的 百分数称作反应物A的转化率XA。
n A.r n A.in n A.out XA 100％ n A.in n A.in
2.2.2. 化学反应的计量学
7 质量收率
理论收率一般用于计算某一步反应的收率。但是 在工业生产中，为了计算反应物经过预处理、化 学反应和后处理之后所得目的产物的总收率，还 常常采用质量收率Y质，它是目的产物的质量占 某一输入反应物质量的百分数：

所得目的产物的质量 Y质＝ 100％ （2-7） 输入的主反应物的质量
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a np p S 100 % n Ain n Aout
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（2-4）
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2.2.2. 化学反应的计量学
6 理论收率 当输入反应物A的物质的量为 nAin 时，实际上 得到的目的产物P的物质的量np占理论应得到的 产物P的物质的量 n Ain p / a 的百分数称为理 论收率Yp。
2.2 精细化工工艺学基础
2.2.1概述
精细化工工艺学主要包括以下内容： 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； 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，以及了解该产品的主要应用及发展动向。
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2.1 精细化工的生产特性
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。
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。
2.2.2. 化学反应的计量学
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”。
a np np p Yp 100 % 100 % p n A,in n A,in a
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（2-5）
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转化率(X)、选择性(S)和理论收率(Y)三者 之间的关系：
Y=S· X
（2-6）
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100/217=0.461t=461kg
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2.2.2. 化学反应的计量学
9 单程转化率和总转化率 在有些生产过程中，主要反应物每次通过反应器后的转 化率并不太高，有时甚至很低，但是未反应的主要反应物大 部分可以通过分离回收循环使用，这时要将转化率分为单程 R R 转化率X单和总转化率X总两项。设 n A ,in 和 n A,out 表示反应物 s A输入和输出反应器的物质的量， n sA,in 和 n A,out 表示反应物A 输入和输出全系统的物质的量，则：
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2.1 精细化工的生产特性
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。
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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。
精细化工的生产特性
4．商品性强 1．多品种
2．多种多样的 生产装置和 生产流程
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3．技术密集 度高
上式中 示。
（2-3）
n A.out 表示A从反应器中输出的量，均以物质的量表
一个化学反应，以不同的反应物为基准进行计算时，可得出 不同的转化率。在计算时应标明是某反应物的转化率。如没 有指明，通常指的是主要反应物或限制反应物的转化率。
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2.2.1概述
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。
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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。
精细化工工艺学 Fine Chemical Technology
第二章 精细化工工艺学基础 及技术开发
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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
2.2 精细化工工艺学基础 2.3 精细化工过程开发的一般步骤
2.4 精细化工的技术开发
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npin nA.in a / p . out
2.2.2. 化学反应的计量学
5 选择性
是指某一反应物转变成目的产物，其理论消耗的摩尔数占 该反应物在反应中实际消耗掉的总摩尔数的百分数。
某一反应物A转变为目的产物P时，A和P的化学计量系数 是a/p，设A输入和输出反应器的物质的量为 nA.in n A.out ，实际生成目的产物的物质的量为np，理论上应消耗的A 的物质的量为 np a / p 。则由A生成P的选择性S为：
单程转化率
X 单＝
R R n A,in n A,out
n
R A,in
பைடு நூலகம்
100 %
100 %
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总转化率
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X 总＝
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S S n A,in n A,out
n
S A,in
2.2.2. 化学反应的计量学
例如，在苯的一氯化制氯苯时，为了减少二氯苯的生成量， 每100mol苯用40mol氯气，反应产物中含38mol氯苯， 1mol二氯苯，还有61mol未反应的苯，经分离后可回收 60mol苯，损失1mol苯，如下所示。
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2.2.2. 化学反应的计量学
3 过量百分数 过量反应物超过限制反应物所需要理论量的 部分占所需理论量的百分数称作“过量百分数”。 若以ne表示过量反应物的物质的量，nt表示它使 限制反应物完全反应所需要的理论物质的量（摩 尔量），则过量百分数为：
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2.2.2. 化学反应的计量学
例如，100kg工业苯胺（纯度99％，相对分子质量93），经 烘焙磺化和分离精制后得到217kg对氨基苯磺酸钠（纯度 ≥97％，相对分子质量231.2），则按苯胺计，对氨基苯磺 酸钠的理论收率:
217 97％ 231 .2 Y理＝ 100％＝85.6％ 100 99% 93
对氨基苯磺酸钠的质量收率:
Y质
217 100 % 217 % 100
在这里，质量收率大于100％，是因为目的产物的相对分子 质量比反应物的相对分子质量大。
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2.2.2. 化学反应的计量学
8 原料消耗定额
原料消耗定额指每生产1t产品需要消耗多少吨 （或千克）各种原料。 对于主要反应物来说，它实际上就是质量收率的 倒数。在上例中，每生产一吨对氨基苯磺酸钠， 苯胺的消耗定额是：
1 1 100 % 90 .82 % S 100 2 1 89 1 100 % 89 .00 % Y 100 Y S X 98 .00 % 90 .82 % 89 .00 % 89
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或
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n e nt 过量百分数 100％ （2-2） nt
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2.2.2. 化学反应的计量学
例如，上述苯胺重氮化时，亚硝酸钠的过量百分 数是2％～5％，盐酸的过量百分数是50％～ 100％。
5.10 5.00 × NaNO 过量百分数（低值） 100％＝2.00％ 2 5.00 1.02 1 × 100％＝2.00％ ＝ 1
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2.2.2. 化学反应的计量学
例如，100mol苯胺在用浓硫酸进行溶剂烘培磺化时，反应
物中含89mol对氨基苯磺酸，2mol未反应的苯胺，另外还
有一定数量的焦油物等副产物。则
100 2 苯胺的转化率 X＝ 100％＝98.00％ 100 生成对氨基苯磺酸的选择性S和理论收率Y：
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2.2.2. 化学反应的计量学
苯的单程转化率 苯的总转化率 100 61 X 单＝ 100％＝39 .00％ 100 100 61 X 总＝ 100％＝97 .5％ 100 60 1 38 1 100％＝97 .44％ S＝ 100 - 61 1 38 1 100％＝95 .00％ Y总＝ 100 - 60 Y总＝97 .50％ 97 .44％＝95 .00％
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2.1 精细化工的生产特性
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。
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2.2.1概述
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。
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