第3章 精细有机合成的工艺学基础

+ 焦油
100mol
87mol 100－2 100 87×1 100－2
2mol
少量
X苯胺＝ S＝
×100％ ＝98％ ×100％ ＝88.7％
Y＝X苯胺×S＝98％×88.7％＝87.0％
＝ 87 ×100％ 100×1
3.1.7 质量收率(Y质)
目的产物的质量占某一输入反应物的 质量百分数，叫做质量收率。
例：
质量 纯度 相对分子量
NH2 + H2SO4 SO3H NH2
100kg 99％ 93 217×97％÷231.2
217kg ≥97％ 231.2
Y＝
100×99％÷93×1 217×97％ Y质 ＝ ×100％＝212.6％ 100×99％
×100％＝85.6％
3.1.8 原料消耗定额
每生产一吨产品需要消耗的各种原料的量 （吨或千克）叫做原料消耗定额。
X单 ＝ X总＝
R R nA,in － nA,out R nA,in S S nA,in － nA,out S nA,in
×100％
×100％
R R nA,out nA,in ， ——反应物A输入和输出反应器的物质的量
S S ， ——反应物A输入和输出全过程的物质的量 nA,out nA,in
例：
nP a p ＝ n －n ×100％ A,in A,out
3.1.6 理论收率(Y)
生成的目的产物的物质的量占理论上应得 到的目的产物的物质的量的百分数，叫做理论 收率。
YP ＝ nP nA,in
p ×100％ a
Y＝S（选择性）×X（转化率）
例：H N
2
H2N + H2SO4 SO3H
H 2N
应物物质的量。
Cl
Cl NO 2
+ 2HNO 3
例：
限制反应物 化学计量比 投料摩尔数 投料摩尔比 1 5 1 过量反应物 2 10.7 2.14
NO 2
+ 2H2O
硝酸过量百分之多少？
10.7 5 2 100 % 7% 硝酸的过量百分数＝ 5 2
3.1.4 转化率(X)
某一反应物A反应掉的量nA,R占其投料量 nA,in的百分数叫做反应物A的转化率XA。
第 3章
精细有机合成的工艺学基础
精细有机合成的工艺学 范畴

对具体产品选择和确定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反应条件、合成技术和完成反
应的方法。

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。 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)、什么设备和什么生产流程。
水是否形成共沸物，以及共沸温度和共沸物组成等。
(3)相对密度、折光率、比热、导热系数、蒸发热、挥发
性和粘度等。 (4)闪点、爆炸极限和必要的安全措施。 (5)毒性、对人体的危害性，在空气中的允许浓度、必要 的防护措施以及中毒的急救措施。 (6)物料的商品规格、各种杂质和添加剂的允许含量、价 格、供应来源、包装和贮运要求等。


选择，反应器的选择和设计等。
为了完成化工生产，我们必须对所涉及的物料的性质 有充分了解。各种物料的重要性质主要有：
(1)物料在一定条件下的化学稳定性、热稳定性、光稳定 性以及贮存稳定性(包括与空气和水份长期接触的稳定 性)等。 (2)熔点(凝固点)、沸点、在不同温度下的蒸汽压；物料 在水中的溶解度、水在液态物料中的溶解度；物料与
Cl + 2HNO 3
Cl NO 2 + 2H2O NO 2
限制反应物
化学计量比 投料摩尔数 投料摩尔比 1 5 1
过量反应物
2 10.7 2.14
3.1.3 过量百分数
过量反应物超过理论量部分占所需理论 量的百分数，叫做过量百分数。
ne nt 100% 过量百分数＝ nt
ne——过量反应物的物质的量； nt——与限制反应物完全反应所消耗的过量反
以上性质可以查阅相关手册。

化学反应的计量学 化学反应器


精细有机合成中的溶剂效应

反应物的摩尔比 限制反应物和过量反应物 过量百分数 转化率 选择性 理论收率 质量收率 原料消耗定额 单程转化率和总转化率
3.1.1 反应物的摩尔比
nA,R ×100％ XA ＝ n A,in
nA,in - nA,out ＝ ×100％ nA,in
3.1.5 选择性(S)
某一反应物转化为目的产物理论消耗的 物质的量占该物质在反应中实际消耗的量物 质的量的百分数，叫做选择性。
aA ＋ Bb = pP
SA ＝ n A,R
nP a p
化学计量比
×100％
Cl + Cl2 + HCl + Cl Cl +
100mol 40mol
38mol
1mol
61mol 回收
60mol
指加入反应器中的几种反应物之间的物质 的量（摩尔）之比。例如：
Cl + 2HNO 3
Cl NO 2 + 2H2O NO 2
化学计量比 投料摩尔数 反应物的摩尔比
1 5 1
2 10.7 2.14
3.1.2 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，以最小化 学计量数存在的反应物叫做限制反应物，而投入量 超过限制反应物完全反应的理论量的反应物叫做过 量反应物。


反应条件指的是反应物的分子比、主要反应物的转化
率(反应深度)、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。 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。 完成反应的方法主要指的是：间歇操作和连续操作的
例：
NH2 + H2SO4 SO3H NH2
质量 纯度 相对分子量
100kg 99％ 93
217kg ≥97％ 231.2
苯胺的消耗定额＝ (100×99 %)÷(217×97 %)＝0.47t＝470kg
3.1.9 单程转化率(X单)和总转化率(X总)
有些生产过程，主要反应物每次经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 经分离回收循环套用。这时要将转化率分为单程转化率和总 转化率两项。