精细化工作业

1.查阅了解世界精细化工现状
答：精细化工是当今化学工业中最具活力的新兴领域之一，是新材料的重要组成部分。

精细化工产品种类多、附加值高、用途广、产业关联度大，直接服务于国民经济的诸多行业和高新技术产业的各个领域。

大力发展精细化工已成为世界各国调整化学工业结构、提升化学工业产业能级和扩大经济效益的战略重点。

精细化工率(精细化工产值占化工总产值的比例)的高低已经成为衡量一个国家或地区化学工业发达程度和化工科技水平高低的重要标志。

一、世界精细化工总体发展态势综观近20多年来世界化工发展历程，各国、尤其是美国、欧洲、日本等化学工业发达国家及其著名的跨国化工公司，都十分重视发展精细化工，把精细化工作为调整化工产业结构、提高产品附加值、增强国际竞争力的有效举措，世界精细化工呈现快速发展态势，产业集中度进一步提高。

进入21世纪，世界精细化工发展的显著特征是：产业集群化，工艺清洁化、节能化，产品多样化、专用化、高性能化。

1、精细化学品销售收入快速增长，精细化率不断提高
2、加强技术创新，调整和优化精细化工产品结构
3、联合兼并重组，增强核心竞争力
二、我国精细化工发展现状与趋势近十多年来，我国十分重视精细化工的发展，把精细化工、特别是新领域精细化工作为化学工业发展的战略重点之一和新材料的重要组成部分，列入多项国家计划中，从政策和资金上予以重点支持。

目前，精细化工业已成为我国化学工业中一个重要的独立分支和新的经济效益增长点。

1、精细化工取得长足进步，部分产品居世界领先地位我国精细化工的快速发展
2、建设精细化工园区，推进产业集聚
3、跨国公司加速来华投资，有力推动精细化工发展
2.精细化工有哪些特点
答：具有品种多，更新换代快；产量小，大多以间歇方式生产；具有功能性或最终使用性：许多为复配性产品，配方等技术决定产品性能；产品质量要求高；商品性强，多数以商品名销售；技术密集高，要求不断进行新产品的技术开发和应用技术的研究，重视技术服务；设备投资较小；附加价值率高等特点。

3.什么是表面活性剂？
答：表面活性剂(surfactant)，是指具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。

表面活性剂的分子结构具有两亲性：一端为亲水基团，另一端为憎水基团；亲水基团常为极性基团，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，羟基、酰胺基、醚键等也可作为极性亲水基团；而憎水基团常为非极性烃链，如8个碳原子以上烃链。

表面活性剂分为离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂等。

4.表面活性剂的CMC是什么？
答：CMC是指表面活性剂开始形成胶束的浓度，也称为临界胶束浓度或。

当胶束在水中形成，胶束的尾形成能够包裹油滴的核，而它们的（离子/极性）头能够形成一个外壳，保持与水接触。

表面活性剂在油中聚集，聚集体指的是反胶束。

在反胶束中，头在核，尾保持与油的充分接触。

表面活性剂通常分为四大类：阴离子，阳离子，非离子和两性离子（双电子）。

表面活性剂系统的热动力学很重要，不论是理论上还是实践上。

因为表面活性剂系统代表的是介于有序和无序物质状态之间的系统。

表面活性剂溶液可能含有有序相（胶束）和无序相（自由表面活性剂分子和/或离子）。

胶束——表面活性剂分子的亲脂尾端聚于胶束内部，避免与极性的水分子接触；分子的极性亲水头端则露于外部，与极性的水分子发生作用，并对胶束内部的憎水基团产生保护作用。

形成胶束的化合物一般为两亲分子，因此一般胶束除可溶于水等极性溶剂以外，还能以反胶束的形式溶于非极性溶剂中。

5.简述表面活性剂的洗涤原理？
答：无论何种表面活性剂，其分子结构均由两部分构成。

分子的一端为非极亲油的疏水基，有时也称为亲油基；分子的另一端为极性亲水的亲水基，有时也称为疏油基或形象地称为亲水头。

两类结构与性能截然相反的分子碎片或基团分处于同一分子的两端并以化学键相连接，形成了一种不对称的、极性的结构，因而赋予了该类特殊分子既亲水、又亲油，便又不是整体亲水或亲油的特性。

正是由于表面活性剂的这种性质，当被玷污物放入洗涤剂溶液中后，先充分润湿、渗透，溶液进入被玷污物内部，使污垢容易脱落，然后洗涤剂把脱落下来的污垢进行乳化，分散于溶液中，经清水反复漂洗从而达到洗涤效果。

6.综述蔗糖酯的合成研究进展
答：蔗糖酯的合成方法主要有4种：酰氯酯化法、直接脱水法、酯交换法及微生物法。

酰氯酯化法是蔗糖和脂肪酸酰氯反应生成蔗精酯。

直接脱水法是蔗糖与脂肪酸反应生成蔗糖酯。

酯交换法包括溶剂法和无溶刑法。

溶剂法采用 N，N一二甲基甲酰胺(DMF)、二甲旺砜(DMSO)、丙二醇或水为溶剂，但DMF和DMSO这两种溶刺均有毒．限制r其在食品等行业的应用，采用丙-二醇或水作溶剂，需加入乳化剂，产品纯化网难；无溶剂法则是通过向反应体系中加入乳化剂使熔融相成均一相，但反应温度比较高。

产率低。

微生物法是一种新的牛物合成方法，采用酶代替传统的催化剂合成蔗糖酯，该法反应条件温和，选择性强，产品易纯化。

蔗糖脂肪酸酯简称蔗糖酯(Sucrose Esters，简称SE)，是～种新型的多元醇型非离子型表面活性剂。

其外观为白色至黄褐色的粉末状、块状或无色至微黄色的粘稠树脂状。

蔗糖酯的蔗糖部分为亲水基，长链脂肪酸部分为亲油基。

蔗糖酯具有良好的乳化、分散、增溶、润滑、渗透、起泡、粘度调节、防老化、抗菌等性能。

同时，它还具有无毒、易生物降解等特性。

现已被批准作为食品添加剂。

蔗糖酯还广泛应用于医药、化工、石油开采、化肥、化妆品、制糖和果蔬保鲜等工业中。

为了保证蔗糖酯在食品等行业的应用, 蔗糖酯的合成反应首先应向着环保无毒的方向
进行, 采用无毒溶剂或无溶剂法合成。

另外, 在保证产率的前提下, 降低反应温度是合成的重点, 而寻找合适的乳化剂, 使反应体系成为均相反应体系, 或添加有效的催化剂都是降低反应温度、提高反应速率的有效方法。

蔗糖酯的生物降解性, 受脂肪酸链的长度和饱和度的影响, 为了环保的需要, 蔗糖酯的合成原料脂肪酸酯应选择长度偏小、饱和度较低的脂肪酸链, 这将
利于蔗糖酯的降解。

7.什么是重氮化反应？分析影响因素
答：
1.重氮化反应：芳香族伯胺和亚硝酸作用（在强酸介质下）生成重氮盐的反应标为重氮化（一般在低温下进行，伯胺和酸的mol比是：1：
2.5），芳伯胺常称重氮组分，亚硝酸为重氮化剂，因为亚硝酸不稳定，通常使用亚硝酸钠和盐酸或硫酸使反应时生成的亚硝酸立即与芳伯胺反应，避免亚硝酸的分解，重氮化反应后生成重氮盐。

脂肪族、芳香族和杂环的一级胺都可进行重氮化反应。

通常，重氮化试剂是由亚硝酸钠与盐酸作用临时产生的。

除盐酸外，也可使用硫酸、过氯酸和氟硼酸等无机酸。

脂肪族重氮盐很不稳定，能迅速自发分解；芳香族重氮盐较为稳定。

芳香族重氮基可以被其他基团取代，生成多种类型的产物。

所以芳香族重氮化反应在有机合成上很重要。

重氮化反应的机理是首先由一级胺与重氮化试剂结合，然后通过一系列质子转移，最后生成重氮盐。

重氮化试剂的形式与所用的无机酸有关。

当用较弱的酸时，亚硝酸在溶液中与三氧化二氮达成平衡，有效的重氮化试剂是三氧化二氮。

当用较强的酸时，重氮化试剂是质子化的亚硝酸和亚硝酰正离子。

因此重氮化反应中，控制适当的pH值是很重要的。

芳香族一级胺碱性较弱，需要用较强的亚硝化试剂，所以通常在较强的酸性下进行反应。

芳香族伯胺和亚硝酸作用生成重氮盐的反应标为重氮化，芳伯胺常称重氮组分，亚硝酸为重氮化剂，因为亚硝酸不稳定，通常使用亚硝酸钠和盐酸或硫酸使反应时生成的亚硝酸立即与芳伯胺反应，避免亚硝酸的分解，重氮化反应后生成重氮盐。

重氮化反应可用反应式表示为：
Ar-NH2 + 2HX + NaNO2--—Ar-N2X + NaX + 2H20
2.影响因素
酸的用量
在重氮化反应中，无机酸的作用是：首先使芳胺溶解，次之和亚硝酸钠生成亚硝酸，最后与芳胺作用生成重氮盐。

重氮盐一般是容易分解的，只有在过量的酸液中才比较稳定。

所以，尽管按反应式计算，一摩氨基重氮化仅需2摩酸；但要使反应得以进行，酸必须适当过量。

酸的过量取决于芳胺的碱性。

碱性越弱，过量越多，一般是过量25%-100%.有的过量更多，甚至需浓硫酸。

重氮化反应时若酸用量不足，生成的重氮盐容易和未反应的芳胺偶合，生成重氮氨基化合物。

这是一种不可逆的自偶合反应，它使重氮盐的质量变差，影响偶合反应的正常进行并降低偶合收率。

在酸不足的情况下，重氮盐容易分解，且温度越高分解越快。

一般重氮化反应完成后，溶液仍称强酸性，能使刚果红试纸变色。

酸的浓度
无机酸的浓度对重氮化的影响可以从不溶性的芳胺的溶解生成铵盐，铵盐水解生成溶解的游离胺及亚硝酸的电离等几个方面加以讨论。

HNO2用量
按重氮化反应方程式，1摩尔氨基重氮化需要1摩尔的亚硝酸钠。

重氮化反应进行时，自始至终必须保持亚硝酸钠稍微过量，否则引起自偶合反应。

这可由加入亚硝酸钠的速度来控制。

加料速度太慢，未重氮化的芳胺会和重氮盐作用发生自偶合反应。

加入速度过快会发生亚硝酸分解或其他副反应。

反应时可用淀粉-碘化钾试纸检验，根据颜色的不同来判断。

过量的亚硝酸对下一步偶合也不利，会使偶合组分亚硝化、氧化或发生其他反应。

所以，反应结束后，要加尿素或氨基磺酸来分解过量的亚硝酸。

反应温度
重氮化反应一般在0-5℃进行，这是因为大部分重氮盐在低温下较稳定，在较高温度下重氮盐分解速度加快的结果。

另外亚硝酸在较高温度下也容易分解。

重氮化反应温度常取决于重氮盐的稳定性，对-氨基苯磺酸重氮盐稳定性高，重氮化温度可在10-15℃进行；1-氨基萘-4-磺酸重氮盐稳定性更高，重氮化温度可在35℃进行。

重氮化反应一般在较低温度下进行这一原则不是绝对的，在间歇反应锅中重氮反应时间长，保持较低的反应温度是正确的，但在管道中进行重氮化时，反应中生成的重氮盐会很快转化，因此重氮化反应可在较高温度下进行。

芳胺碱性
从反应机理看，芳胺的碱性越强，越有利于N-亚硝化反应，从而提高了重氮化反应速率。

但强碱性的胺类能与酸生成铵盐降低了游离胺的浓度，因此，这也抑制了重氮化反应速率。

当酸的浓度低时，芳胺的碱性对N-亚硝化的影响是主要的，这时芳胺的碱性越强，反应速率越快。

在酸的浓度很高时，铵盐的水解难易事主要影响因素，这时碱性较弱的芳伯胺的重氮化速率快。

8.什么是偶合反应？分析影响因素
答：
1.偶合反应：体系若存在两个或两个以上反应，（a）、（b）、…，其中反应（a）单独存在时不能自动进行；若反应（a）至少有一个产物是反应（b）的反应物，并且（b）的存在使得反应（a）可以进行，这种现象叫做反应的耦合，所发生的反应即所谓的耦合反应。

主要根据反应的标准吉布斯自由能变来判断，最特殊的情况是，一正一负，将二者相加后恰好为负，这样为正的反应在强负值的帮助下也能顺利发生。

芳伯胺的重氮盐与酚或芳胺等作用生成偶氮化合物的反应过程。

一般可用以下通式表示：
Ar-N娚X-+H-Ar′─→Ar-N＝N-Ar′+HX
式中Ar为芳基；X-为酸根；H-Ar′为酚或芳胺。

偶合是生产偶氮染料（见染料）和有机颜料的重要反应过程。

偶合反应中，包括两个反应组分，通常将芳伯胺的重氮盐称为重氮组分；把与重氮盐偶合的酚或芳胺称为偶合组分。

2.影响因素：重氮与偶合组分的性质，介质的pH值，盐效应，反应温度等
(1).芳环上的取代基
①重氮盐芳环上的取代基
由于偶合反应是亲电取代反应，因此重氮盐芳核上的吸电子取代基对偶合反应起活化作用，反之芳核上有给电子取代基时则使偶合活性降低。

②偶合组分芳环取代基
②偶合组分芳环取代基
当偶合组分芳环上有供电子取代基时（如存在-OH、-NH2、-OCH3等）增加芳环上电子云密度，使偶合反应更易进行。

重氮盐常向电子云密度较高的取代基邻位或对位碳原子进攻。

当有吸电子基时（如-Cl、-SO3H、-NO2等）偶合反应便不易进行。

(2).介质的PH值
实验证明，偶合反应速度与重氮离子和酚氧离子或游离胺的浓度成正比，而它们的浓度与介质的酸度有关。

(3).反应温度
偶合反应温度随反应物的活性、重氮组分的稳定性和介质的酸度不同而异。

从0℃~40℃不等，或者更高，一般为0~15℃。

(4).盐效应
反应介质中电介质对反应速度的影响称为盐效应。

若A、B二离子反应时，加入的电介质的浓度为C，在溶液中电介质解离成离子的正负电荷数为Z,，则A、B二离子反应速度常数和加入电介质浓度之间的关系为：
logK=logK0+1.02ZAZBI0.5
偶合反应是重氮盐和偶合组分离子间发生的反应。

偶合时加入电介质，它对反应速度的影响视重氮盐和偶合组份所带电荷而定。

(5).催化剂的影响
当因空间位阻使偶合反应不易进行时，加入催化剂吡啶，常有加速反应的效果，如对氯苯胺重氮盐和2-萘酚-6，8-二磺酸的偶合反应，而对1-磺酸-4-萘酚，则反应速度正常，不受吡啶影响。

前者由于空间位阻，生成的活化中间物因空间位阻很不稳定，容易分解成原来的反应物质。

由于活化中间物的浓度小，在反应过程中其浓度可以当作不变，催化剂吡啶的存在，有利于帮助活化中间物脱去氢质子转化为反应产物，加速了整个反应。

催化剂一般为碱性物质如吡啶，有时溶剂水分子也有催化作用。

(6).偶合反应的分析控制
偶合反应的控制主要是通过测定重氮盐和偶合组分来实现，一般要求在反应终点重氮盐消失，偶合组份只有微量。

以苯胺重氮盐和G盐的偶合为例：用玻璃棒蘸反应液滴于滤纸上，染料沉淀的周围生成无色润圈，其中溶有重氮盐或是偶合组份。

以对硝基苯胺重氮盐溶液在润圈旁点一滴，也生成润圈。

若有G盐存在，两润圈相交处生成橙色。

同样以H酸
试液检查，若生成红色，则表示有苯胺重氮盐存在。

(7).偶氮化合物
偶氮化合物都有颜色，其中有不少可用做染料，这类染料被定名为偶氮染料，据估计，偶氮染料的总数约在1600种，因此是合成染料中最重要的一种。

但是1994年7月16日德国政府颁布法令，规定从1995年1月1日起，禁止生产和进口用能致癌的芳酰胺偶氮染料染色的纺织品（包括衣服和床单）、皮革制品和鞋类，并从1995年7月1日起停止上述物品在德国的销售。

德国政府还公布了20种致癌或怀疑致癌的染料中间体及其相关的118种染料。

尽管德国政府推迟了执行上述法令的时间，但偶氮染料禁用是迟早的事情，积极开发偶氮染料的代用品也是刻不容缓的。

9.查阅分散2BLN的工业制法(包括工艺流程和工艺参数)
答：非汞法新工艺如图所示：
经过上述步骤后，可使染料总收率（以蒽醌记）小试达47%（略高于上海甲氧基法，42%），中试总收率45%，略低于小试结果。

每生产一吨商品染料，需加入原料量为143.602吨。

排出废液139.949吨。

其中：
直接回收套用水量23.947吨，占三废总量的16.8%；
需要治理的废液44.602吨，占三废总量的31.24%；
直接沉降排放水量71吨，占三废排放总量的50.1%；
排出废气2.452吨，占三废排放总量的1.72%；
需要治理的废液经分别补加二氧化碳（0.198吨）、盐酸（0.520吨）、硫酸（4.054吨）以及碱液（2.320吨）处理后，可套用水量为9.180吨，占治理废液的17.75%。

可回收的原料和副产品11.023吨，占治理废液总量的21.34%；
可排放水量5.4吨，占治理废液总量的10.43%；
10.查阅靛蓝的工业制法：1.4—萘二甲酸的合成
1,4—萘二甲酸的合成：
（1）由1-甲基-4-乙酰萘与重铬酸钾在200-300℃、约4MPa下氧化18h制得。

（2）由1,4-二甲基萘以钴-锰-溴为催化剂，在120℃、约3kPa下液相氧化而得。