第三章 精细有机合成工艺学基础幻灯片

nRA,in]×100%
总转化率
＝[(nS A,in
-
n )/ S A,out
nSA,in]×100%
R：反应器； S：全过程
例题：P.42. 。
产物
精细有机合成的工艺学基础
化学计量学
例题： （P.42. ）
C6H6, 60
C6H6, 100
反应器
分离器
产物
每100mol苯用 40mol氯（为减少 二氯苯的生成量）
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基础
一、概述
对一具体产品，工艺学上要解决的问 题主要包括：合成路线的确定、原料预处 理方法、反应方式及反应条件的选择、产 物后处理方法、工艺流程的组织等。这些 问题既要从技术角度考虑，又要从经济角 度考虑，还要从对环境的影响（污染物、 付产物的处理与排放）上考虑。应使得最 终产品高质量、高收率、成本最低。
精细有机合成的工艺学基础
化学计量学
9、单程转化率和总转化率 某些反应过程，反应物一次经过反应器后的转化
率并不高，有时很低。因此有时需将主反应物从产 物中分离后循环使用，有时甚至是多次循环使用。 故有单程转化率和总转化率之分。如
循环A
反应物A
反应器
分离器
单程转化率＝[(nRA,in-
n )/ R A,out
化学计量比 1
2
投料摩尔数 5.00
10.70
限制反应物 过量反应物
ClC6H3(NO2)2 ＋ 2H2O
∴ ne = 10.70, nt =10.0 ,过量%= (10.7-10)/10=7%
或按照书上(P.40.)的计算方法。(书上的投料化学计量数指将反应物均折算 成1:1的比例)。
精细有机合成的工艺学基础
化学计量学
4、转化率：通常以X表示。
某反应物A反应掉的量(nA,R)占反应器输入量(nA,in)的百分数。
原料
反应器
产物
A
P
XA＝（ / nA,R nA,in ）×100％ ＝ 100％ ×(nA,in— )/ nA,out nA,in
式中， nA,out －从反应器输出的A量。 注意：一个化学反应，用不同反应物作基准所得转化率不同。
精细有机合成的工艺学基础
化学计量学
5、选择性： （以S表示）
某一反应物转变成目的产物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。对反应：
原料 A
反应器
产物 P
反应： aA
pP
S ＝ 100％ × （ np (a/p) / ( — nA,in n ) A,out
式中， np －生成目的产物的摩尔数。
精细有机合成的工艺学基础 概述
精细有机合成反应过程主要特点有：产品种类多、原料多、 反应种类多（各种单元反应）、反应形式多（均相：气相、液 相，非均相：气－液、气－固、液－固等，光有机合成、电解 有机合成、酶催化等）、催化剂多（Cat.有固相、液相、气相， 还有光、热引发等）。
原料、产物、催化剂之间纵横交错。如同一种产品可以用不 同的原料、不同的催化剂、或不同的反应形式得到。例如，苯 酐的合成，既可以用萘、也可以用邻二甲苯作原料，既可以用 固定床、也可以用流化床反应器反应得到。再如苯酚的合成， 工业上可以采用的路线有5条：如苯磺化碱熔法、氯苯催化水解 法、异丙苯氧化法、甲苯氧化法等。
（2）对反应物料提供良好的传热条件，便于热效应 的移除或供给，以利于反应系统的温度控制。
（3）在反应的温度、压力、和介质条件下，具有良 好的机械强度和耐腐蚀性能。
E tO 2C
RCHO
R
O
E tO 2C
O R4
CO2R2 R1
RNH2
EWG
R2O2C EWG
R1
EWG
EWG
R4OC R3
R2OC N R
R1
O
O
R1
R3
O R3
CN CN
R4 O
R2O2C
O R4
HCHO
R1
O
R3 O
O
R1 R3O2C CO2R4
HCHO EtO2C
R N
RHN2 EtO2C NC CN
Y= S.X
(3-5)
精细有机合成的工艺学基础
化学计量学
7、质量收率： （以Y质表示）
目的产物的质量占某一输入反应物质量的百分数。
Y质=(所得目的产物的质量 / 某输入反应物的质量)×100%
例题，P.42.上部。 8、原料消耗定额：
生产一吨产品需要消耗的原料量。 （ 对主要反应物来说，实际上是质量收率的倒数）
精细有机合成过程的复杂性，给工艺路线选择带来很大困难。
EtO2C
R2 N
RN
R1
O
H
R2
N
R N R3 R1
O H
O
R N R2 R1
H
CO2Et CO2EtH2NR1 CH2(EWG)2
H
CO2Et
R NHR1
R
R CH(EWG)2
O
O
R
R1
EWG
O
O
R GWE EWG
EtO2C
R1 N
R GWE EWG
精细有机合成的工艺学基础
化学计量学
6、理论收率 (以Y表示 )
指某一反应物转变成目的产物的摩尔数占输入的该反应 物摩尔数的百分数。对反应：
反应： aA
pP
Yp＝ 100％ × （ np (a/p) / nA,in
式中， np －生成目的产物的摩尔数。
转化率、选择性、理论收率三者之间的关系：y = 例题见P.41. 。
C6H6, 61 C6H5Cl, 38
C6H6, 1 C6H5Cl, 38
C6H5Cl2, 1
C6H5Cl2, 1
苯的单程转化率＝[(100-61)/ 100]×100% =39.00% 苯的总转化率 ＝[(100-61)/ (100-60)]×100% =97.50% 生成氯苯的选择性＝[(38×1/1)/ (100-61)]×100% =97.44%
生成氯苯的总收率＝[(38×1/1)/ (100-60)]×100% =95.00%
或
97.50%× 97.44% = 95.00%
3.3化学反应器
3.3.1概述 化学反应器(chemical reactor)：反应原料在其中进行 化学反应，生成目的产物的设备。
化学反应器应满足的条件：
（1）对反应物料提供良好的传质条件，便于控制反 应系统的浓度分布，以利于目的反应的顺利进行。
精细有机合成的工艺学基础
化学计量学
3、过量百分数 ：
过量反应物超过限制反应物所需理论量部分占所需理论量的百分数叫过量百 分数。即
过量百分数 = 100 %×（ne—nt）/nt 式中，ne -过量反应物的摩尔数，nt -与限制反应物完全反应所消耗的摩尔数。 例：氯苯的二硝化
ClC6H5 + 2HNO3