精细化学品生产工艺 第二章 配方设计基础理论
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第二章 精细化工工艺基础
• 5．回推到适当阶段再切断 • 有些分子可以直接切断，但有些分子却不 可直接切断，或者经切断后得到的合成子 在正向合成时没有合适的方法连接起来。 此时，应将目标分子推到某一替代的目标 分子再行切断。经过逆向官能团互换、逆 向连接、逆向重排，将目标分子回推到某 一替代的目标分子是常用的方法。
• 例如，合成 得到的
• (2)逆向连接 将目标分子中两个适当的碳原 子用新的化学键连接起来，称为逆向连接； 它是实际合成中氧化断裂反应的逆向过程。 例如
• (3)逆向重排：把目标分子骨架拆开和重新 组装，称为逆向重排；它是实际合成中重 排反应的逆向过程。例如：
• 3.逆向官能团变换 • 所谓逆向宫能团变换就是在不改变目标分 子基本骨架的前提下变换官能团的性质或 位置的方法。一般包括下面三种变换： • 逆向官能团互换(FGI) 例如 • 它仅是官能团种类的变换，而位置没有变 化。
• 式中γi为反应中组分Ai的化学计量系数，γij 的正负号取法与简单反应相同 • 一、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 种反应物之间的摩尔数之比。理论上这个 摩尔比可以和化学反应式的摩尔数之比相 同，即相当于化学计量比。但是实际上对 于大多数有机反应来说，投料的各种反应 物的摩尔比并不等于化学计量比。
•
骨架和官能团都无变化，仅变化官能团的 位置 例如；
(2)骨架不变而官能团变化 例如
(3)骨架变而官能团不变 例如：
（4）骨架、官能团都变化
• 这四种变化对于复杂有机化合物的合成来 讲最重要的是骨架由小到大的变化。解决 这类问题首先要正确地分析、思考目标分 子的骨架是由哪些碎片(即合成子)通过碳— 碳成键或碳—杂原子成键而一步步地连接 起来的。如果不优先考虑骨架的形成，那 么连接在它上面的官能团也就没有归宿。
第2章 精细化工工艺学基础2010
理性、经济社会效益、承担优势、条件、风险、 2015年11月23日1时26分 人员组成、预算。
2 实验室小试
通过探索性试验，确定基础数据，包 括： 原料选择、催化剂体系、工艺、最佳 反应条件、中控指标 热力学、动力学数据－－传质、传热 毒性分析、质量分析方法
2015年11月23日1时26分
O C CH COOCH3
O C CH3 COOCH3
CH2CH2COOCH3
2015年11月23日1时26分
H2C
C
COOCH3
（三） 配方设计
1 配方设计的重要性 配方的筛选是精细化工常见的工作，是重点 重要性：精细化工产品的应用性很强、对产 品性能的要求各式各样，而原料性能有限， 需要改性、复配增效。 科学性和经验性：如涂料、香水
2分离、提纯方便
1、过量百分数
过量百分数％＝(Ne-Nt)/Nt ×100％ Ne：过量反应物的摩尔数 Nt：与限制反应物完全反应的摩尔数
CH3 CH3 NO2
+
1
2HNO3
+
NO2
2H2O
2
5
2015年11月23日1时26分e
10.7
过量％=(N -Nt)/Nt ×100％=(10.7-10)/10×100％=7％
?原料选择催化剂体系工艺最佳反应条件中控指标?热力学动力学数据传质传热?毒性分析质量分析方法3中试试验?试验的目的是检验试验的实用性工艺的合理性?原料变化的影响?传递变化中试试验是消耗人财物最多的环节4工业化设计成本核算5工业化生产
第二章 精细化工工艺学基础
一、精细化工的技术开发的一般步骤 （一）技术开发的重要性：
H5C2 C H5 C6
2015年11月23日1时26分
2 实验室小试
通过探索性试验，确定基础数据，包 括： 原料选择、催化剂体系、工艺、最佳 反应条件、中控指标 热力学、动力学数据－－传质、传热 毒性分析、质量分析方法
2015年11月23日1时26分
O C CH COOCH3
O C CH3 COOCH3
CH2CH2COOCH3
2015年11月23日1时26分
H2C
C
COOCH3
（三） 配方设计
1 配方设计的重要性 配方的筛选是精细化工常见的工作，是重点 重要性：精细化工产品的应用性很强、对产 品性能的要求各式各样，而原料性能有限， 需要改性、复配增效。 科学性和经验性：如涂料、香水
2分离、提纯方便
1、过量百分数
过量百分数％＝(Ne-Nt)/Nt ×100％ Ne：过量反应物的摩尔数 Nt：与限制反应物完全反应的摩尔数
CH3 CH3 NO2
+
1
2HNO3
+
NO2
2H2O
2
5
2015年11月23日1时26分e
10.7
过量％=(N -Nt)/Nt ×100％=(10.7-10)/10×100％=7％
?原料选择催化剂体系工艺最佳反应条件中控指标?热力学动力学数据传质传热?毒性分析质量分析方法3中试试验?试验的目的是检验试验的实用性工艺的合理性?原料变化的影响?传递变化中试试验是消耗人财物最多的环节4工业化设计成本核算5工业化生产
第二章 精细化工工艺学基础
一、精细化工的技术开发的一般步骤 （一）技术开发的重要性：
H5C2 C H5 C6
2015年11月23日1时26分
第二章 精细化工工艺学基础及技术开发
2.4.4 精细化工产品的市场预测
1 注意掌握国家产业发展政策和新法规
2 注意了解同类产品在发达国家的情况
3 了解国内外市场供求趋势
4 了解原料基地建设方面的信息
5 注意同行建厂情况 6 了解产品用户变化信息 7 增强保护意识，要保护好自己的产品
2.5 精细化工发展的策略
1. 依靠科技进步，以技术为核心 2. 培植技术力量，注意人才培养 3. 搞好行业内部、行业之间的协调 4. 产品方案向横向、纵向延伸 5. 采取多种技术引进方式 6. 加大科研开发投入和科技创新力度
经济技术评价 基础理论 实验探索 初步评价 建立模型 设 计 与 施 工 工 业 化 生 产
新方案 的提出
实验室 研 究
预 设 计
中 试
情报收
精细化工过程开发步骤示意图
精细化工过程开发的一般步骤是从一个新的技术思想的
提出，再通过实验室研究、中间试验到实现工业化生产
（3）性能发展阶段
当人们认识到了雏型发现和发明的前景时，便会广泛开展作 用机理及化合物结构和性能特点的研究工作，一般有两种方式对 雏型发现和发明进行改性：一方面通过机理研究找到在性能上优 于雏型产品的新产品；如青霉素药剂、合成染料、磷化液、洗涤 产品等。另一方面使雏型产品在工艺上、生产方法上以及价格上 实用化。如枪械发蓝液、保健食品。
（2）雏型发展阶段
原型发现导致一个全新的化工产品的雏型发明，1869年Ross 发明了最简单的磷化液配方，有时原形发现并不未导致雏型发明， 在弗莱明发明青霉素之前斯科特见过弗莱明观察到的现象，而弗 莱明用类似的发现于1929年发明了青霉素，但不能用于实际治疗。 雏型发明的实用价值一般都很低，还需要进行性能改进。产品日 益朝实际应用的方向发展，通常，雏型发现和发明容易引起人们 的怀疑和抵制，因为它的出现会冲击人们的传统观念。
精细化工工艺学 第2章 基础及技术开发20180312
59
60
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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 • 2.5 精细化工发展的策略
62
2.4 精细化工的技术开发
63
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 70
4、化工产品的经济核算
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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 • 2.5 精细化工发展的策略
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2.3 精细化工过程开发的一般步骤
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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 • 2.5 精细化工发展的策略
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2.5 精细化工发展的策略
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视频材料
• 三友：打造从基础化工到精细化工的产业链条
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2、化学计量学
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式2-1
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22 或者，
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3、配方研究的重要性及配方设计原理
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精细化学品合成与工艺
第四节 精细化学品的发展趋势
(1) 精细化学品在化学工业中所占的比重
迅速增大。
精细化工率的高低已成为衡量化工发展水平 的主要标志之一，发达国家的精细化工率达 到60％。
美国、西欧和日本是全球精细与专用化学品 生产和消费比较发达的国家和地区，三者的 总营业额约占全球营业额的75％左右。
以知识和信息的生产、分配、使用的知识经 济为精细化工产业的发展提供良好机遇和巨 大空间。
第二节 精细化学品的特点
精细化学品的特点一般归纳为五方面: 具有特定功能 大量采用复配技术 小批量、多品种 技术密集度高 附加值高
(1)具有特定功能
精细化学品是根据产品性能销售的化学品。 精细化学品的应用专用性强，通用性弱。 多数精细化学品的特定功能与消费者直接
相关的，例如，化妆品、合成洗涤剂、装 饰涂料、染料等。 还有针对专门的消费者，如医药，具有专 门功效的药用于治疗特定疾病。
使用品种多是精细化学品的另一特点。如染料，根 据《染料索引》(Colour Index)统计，不同化学结 构的染料品种有5200多个。
生产通常以间歇反应为主，采用批次生产，最合理 的设计方案是按单元反应来组织设备。近年来采用 多品种综合生产流程，如膜式SO3磺化装置装置。
(4)技术密集度高
主要表现在：技术综合性强，研发费用高且成功 率低，生产过程复杂，应用高新技术多。
(2)大量采用复配技术
精细化学品要满足各种专门用途，应用对象特殊，单一化 合物难以满足要求，于是配方的研究成为决定性的因素。
复配技术主要表现在两方面： 1. 剂型：粉末、溶液、分散液、悬浊液、乳液等多种形态。 2.复合配方：配方由两种或两种以上主剂或主剂与助剂组
成，应用时效果优于单一组成产品的性能。
工艺学-第二章 精细化工工艺基础
求苯的单程转化率、总转化率、生成氯苯的选择性及生成 氯苯的总收率。 14
100 − 61 苯的单程转化率 = × 100% = 39.00% 100
100 − 61 苯的总转化率 = × 100% = 97.50% 100 − 60
1 38 × 1 × 100% = 97.44% 生成氯苯的选择性 = 100 − 61 1 38 × 1 × 100% = 95.00% 生成氯苯的总收率 = 100 − 60
第二章 精细化工工艺基础
• 2.1概述 概述 • 2.2化学计量学 化学计量学 • 2.3气固相接触催化 气固相接触催化 • 2.4均相络合（配位）催化 2.4均相络合 配位） 均相络合（ • 2.5相转移催化反应 相转移催化反应 • 2.6光有机合成 光有机合成 • 2.7电解有机合成 电解有机合成 • 2.8精细化工产品生产所采用的特殊技术和新技术 精细化工产品生产所采用的特殊技术和新技术
R R N A，in − N A，out 单程转化率 = ×100%， R N A，in
总转化率 =
N
S A，in
−N
S A，in
S A，out
N
×100%
10
例1 氯苯二硝化为二硝基氯苯 ClC6H5 + 2HNO3 →ClC6H3(NO2)2
+ 2H2O 5 5.35
物料名称 化学计量比（系数） 投料摩尔数 投料摩尔比 投料化学计量数
或 97.50%×97.44%=95.• 2.3.1概述 • 气—固相接触催化反应：是将气态反应物 气态反应物在一定的温度、 气态反应物 压力下连续地通过固体催化剂 固体催化剂的表面而完成的反应。 固体催化剂 • 固体催化剂组成 固体催化剂组成*：主要催化活性物质、助催化剂和载体 （成型剂或造孔物质） 。 • 固体催化剂的分类*： 固体催化剂的分类 • A.固体催化剂按粒度 按粒度可以分为颗粒状 粉末状两种类型。 颗粒状和粉末状 按粒度 颗粒状 粉末状 颗粒状催化剂用于固定床 固定床反应器。粉末状催化剂用于流 固定床 流 化床反应器。 化床 • B.固体催化剂按照表面积 按照表面积又可以分为高比表面型 低比 高比表面型和低比 按照表面积 高比表面型 表面型两类。 表面型
第2章 精细化工工艺基本理论
2.3 化学反应器
一、反应器要求及特点
化学反应器在结构和材料上必须满足以下要求： （1）对反应物料（特别是非均相的气液反应物、液液反应物、 气固反应物、液固反应物、气液固三相反应物）提供良好的 传质条件，便于控制反应物系的浓度分布，以利于反应的顺 利进行； （2）对反应物料（特别是强放热或强吸热的反应物系）提供 良好的传热条件，便于热效应的移除或供给，以利于反应物 系的温度控制； （3）在反应的温度、压力和介质条件下，具有良好的力学强 度和耐腐蚀性能； （4）能适应反应器的操作方式（间歇操作或连续操作）。
图2-9
流化床反应器
2-10
圆筒形，催化剂靠气速 或液速呈流化状态 类似喷射器结构
放热量较大的气固相或气液 固相催化反应，如芳烃的氧 化、硝基物催化加氢还原 气液、液液相快速反应，例 如某些中和及酯化反应、气 体的化学吸收 液相、气液相等快速反应如 烷基苯的磺化反应等。
喷射型反应器
2-11
泵式反应器
2-7d
水平管带螺杆搅拌器 粘稠物料与半固体物料的反应
d
图2-7 管式反应器
型式 塔式 反应 器
图号 2-8a
结构特点 圆柱形塔体内设挡板 及鼓泡器
适用场合及应用举例 气液相反应，汽液固三相反应，如芳烃液相 氧化及烃化反应．硝基物加氢还原
2-8b
2-8c 2-8d
塔内部有填充物
塔体内部有塔板结构 塔体内部有搅拌装置 或脉冲振动装置
列管式，管内装催化 列管式，管内装催化 剂 剂
适用场合及应用举例 适用场合及应用举例 气固、液固、气液固相催化反应．如硝 气固、液固、气液固相催化反应．如硝 基物气相加氢还原及液相加氢还原 基物气相加氢还原及液相加氢还原 反应热较大的快速气固相催化反应，如芳 反应热较大的快速气固相催化反应，如芳 烃的气相催化氧化 烃的气相催化氧化
精细化工第一、二章绪论
化学工艺： 化学工艺（chemical technology）即化工生产技术，系指 将原料主要经过化学反应转变为产品的方法和过程，包括实 现这种转变的全部化学的和物理的措施。 化学工艺学研究的范畴：一般包括原料的选择和预处理；生 产方法的选择及方法原理；设备的作用、结构和操作；催化 剂的选择和使用；操作条件的影响和选定；流程组织；生产 控制；产品规格和副产物的分离与利用；能量的回收和利用； 对不同工艺路线和流程的技术经济评比等问题。 化学工程与化学工艺相结合，可以解决化工过程开发、装置 设计、操作原理及方法等方面的问题。
所得目的产物的重量
yw =
通入某反应物的重量
七、单程转化率和总转化率
对有循环物料的反应系统，单程转化率指原料一次通过反 应器时的转化率；总转化率指原料经过整个系统的转化率。 2.3 化学反应器
一、间歇操作和连续操作
间歇操作是将反应物料一次加入反应器中，经一定时间 完成特定的反应后，将产物从反应器中取出。 连续操作是将各种反应物按一定比例和恒定的速度连续 加入反应器中，同时以恒定的速度连续排出反应产物。
精细化工工艺学
教学内容：
精细化工的基本面貌、技术范畴、重要系列的精细 化工产品、基本原理、生产工艺、性能应用和发展趋势。
参考书:
宋启煌等《精细化工工艺学》，化学工业出版社，1995年； 李和平，葛虹，《精细化工工艺学》，科学出版社，1998年； 广东工学院精细化工教研室，《精细化工基本生产技术及其应 用》广东科技出版社，1995年； 刘程，《表面活性剂应用大全》，北京工业出版社，1994年；
三、精细化工与军工、高科技领域的关系 用于航空工业的特种黏合剂，如：巨型火箭上液态氢、 液态氧贮箱的粘接；人造卫星上太阳能电池的粘接；导弹 弹头的装配。生物陶瓷可被用作人工骨骼、关节、牙齿及 人造器官（心脏瓣膜、人造喉管），与生物体具有很好的 相容性、耐蚀、无毒、无刺激、有足够的机械强度。
第2章 精细化工工艺学基础及技术开发
（8）原料消耗定额 （9）单程转化率和总转化率
第2章
精细化工工艺学基础及技术开发
2.2 精细化工工艺学基础
2.2.3 配方研究的重要性及配方设计原理
2.2.3.1 配方研究的重要性
配方研究在化学工业中，特别是对精细化工产品的开发极为重要。西方工业发达国家对此十分重
视，在一家化学公司中，研究配方的工作人员有时会比研究合成工艺的工作人员还要多。这是一 种重视应用开发的结果。其原因在于很少有一种单一的化学品能完全符合某一项特定的最终用途。
2.4.4.7 要保护自己的产品
第2章
精细化工工艺学基础及技术开发
2.4 精细化工的技术开发
2.4.4 精细化工产品市场预测
2.4.4.1 掌握国家产业发展政策和新法规
2.4.4.2 了解同类产品在发达国家的情况 2.4.4.3 了解产品在国际、国内市场上的供、求总量及其变化动向 2.4.4.4 了解国家在原料基地建设方面的信息
2.4.4.5 了解同行业建厂情况
2.4.4.6 了解产品用户信息 2.4.4.7 要保护自己的产品
第2章
精细化工工艺学基础及技术开发
2.4 精细化工的技术开发
2.4.4 精细化工产品市场预测
表 2-4近年国外投资国内精细化工的主要情况
第2章
精细化工工艺学基础及技术开发
2.5 精细化工发展的策略
第2章
精细化工工艺学基础及技术开发
2.4 精细化工的技术开发
2.4.1 精细化工新产品开发程序
1 2 3 4 5
选择研究课题
课题的可行性分析和论证
实验研究
中间实验
性能、质量检测和鉴定
第2章
精细化工工艺学基础及技术开发
第2章
精细化工工艺学基础及技术开发
2.2 精细化工工艺学基础
2.2.3 配方研究的重要性及配方设计原理
2.2.3.1 配方研究的重要性
配方研究在化学工业中，特别是对精细化工产品的开发极为重要。西方工业发达国家对此十分重
视，在一家化学公司中，研究配方的工作人员有时会比研究合成工艺的工作人员还要多。这是一 种重视应用开发的结果。其原因在于很少有一种单一的化学品能完全符合某一项特定的最终用途。
2.4.4.7 要保护自己的产品
第2章
精细化工工艺学基础及技术开发
2.4 精细化工的技术开发
2.4.4 精细化工产品市场预测
2.4.4.1 掌握国家产业发展政策和新法规
2.4.4.2 了解同类产品在发达国家的情况 2.4.4.3 了解产品在国际、国内市场上的供、求总量及其变化动向 2.4.4.4 了解国家在原料基地建设方面的信息
2.4.4.5 了解同行业建厂情况
2.4.4.6 了解产品用户信息 2.4.4.7 要保护自己的产品
第2章
精细化工工艺学基础及技术开发
2.4 精细化工的技术开发
2.4.4 精细化工产品市场预测
表 2-4近年国外投资国内精细化工的主要情况
第2章
精细化工工艺学基础及技术开发
2.5 精细化工发展的策略
第2章
精细化工工艺学基础及技术开发
2.4 精细化工的技术开发
2.4.1 精细化工新产品开发程序
1 2 3 4 5
选择研究课题
课题的可行性分析和论证
实验研究
中间实验
性能、质量检测和鉴定
第2章
精细化工工艺学基础及技术开发
精细化工工艺学第二章
4 Company Name
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 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， 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， 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， 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， 这就可以充分利用设备和装置的潜力，大 大提高经济效益。 大提高经济效益。
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， 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” 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” 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” 的理论量，则该反应物称为“过量反应物”。 在式（ 在式（2-1）中，NaNO2和HCl的投料摩尔比 ） 和 的投料摩尔比 都超过了化学计量比，称作“过量反应物” 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” 苯胺则称作“限制反应物”。
n A.r n A.in − n A.out XA = = × 100％ n A.in n A.in
2-3） （2-3）
表示A从反应器中输出的量 从反应器中输出的量， 上式中 n A.out 表示 从反应器中输出的量，均以物质的量表 示。 一个化学反应，以不同的反应物为基准进行计算时， 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。 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。 有指明，通常指的是主要反应物或限制反应物的转化率。
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 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， 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， 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， 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， 这就可以充分利用设备和装置的潜力，大 大提高经济效益。 大提高经济效益。
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， 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” 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” 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” 的理论量，则该反应物称为“过量反应物”。 在式（ 在式（2-1）中，NaNO2和HCl的投料摩尔比 ） 和 的投料摩尔比 都超过了化学计量比，称作“过量反应物” 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” 苯胺则称作“限制反应物”。
n A.r n A.in − n A.out XA = = × 100％ n A.in n A.in
2-3） （2-3）
表示A从反应器中输出的量 从反应器中输出的量， 上式中 n A.out 表示 从反应器中输出的量，均以物质的量表 示。 一个化学反应，以不同的反应物为基准进行计算时， 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。 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。 有指明，通常指的是主要反应物或限制反应物的转化率。
第2章 精细化工工艺学基础
中国科学家巧妙的将“数论方法” 和“统计试验设计”相结合，发 明了一种全新的试验设计方法， 这就是均匀设计法。
均匀设计法诞生于１９７８年。 由中国著名数学家方开泰教授和王 元院士合作共同发明。
• 正交设计可使试验点“均匀分散、整齐可比”， 为保证“整齐可比性”，使试验设计的均匀性 受到了一定限制，使试验点的代表性还不够强， 试验次数不能充分地少。 • 均匀设计是另一种部分实施的试验设计方法。 它可以用较少的试验次数，安排多因素、多水 平的试验，是在均匀性的度量下最好的试验设 计方法。它可以使试验点在试验范围内充分地 均匀分散，不仅可大大减少试验点，而且仍能 得到反映试验体系主要特征的试验结果。
工艺路线:对原料的预处理和反应物的后处理 采用哪些化工过程（如干燥、蒸馏、精馏、 溶解、萃取等单元操作）、采用什么设备和 什么生产流程等。
工艺条件指反应物的摩尔比，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，催化剂 和溶剂的选择和使用等。 合成技术，主要是指非均相催化技术、均 相络合催化、相转移催化、光有机合成、电 解有机合成和酶催化等合成技术。
对氨基苯磺酸钠的重量收率：
y = w 100
217 * 100% = 217 %
（7）原料消耗定额 原料消耗定额是指每生产1t产品所消耗 的各种原料的量（多少吨或多少公斤）。 对于主要反应物来说，它实际上就是重 量收率的倒数。 如上例，每生产1t对氨基苯磺酸钠，苯胺 的消耗定额为 100/217 = 0.461t = 461kg
(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”。 某种反应物的量超过“限制反应物”完 全反应的理论量，该反应物称为“过量 反应物”。
精细第2章精细化工基础及技术开发
2) 正交试验法(正交试验设计法)
是使用一套规格化的“正交表”来安排和分析多因素试验的一种数理 统计方法，排出最有代表性的试验次数，并能从仅做的少数试验中充分 得到所需信息。 该法优点是试验次数少，效果好，方法简单，使用方便，效率高。 被广泛应用。
第二章 精细化工工艺学基础及技术开发
A 正交试验所处理的问题
0.618法
第二章 精细化工工艺学基础及技术开发
第二章 精细化工工艺学基础及技术开发
(2) 多因素多水平试验设计法
1) 全面试验法
让每个因素的每个水平都有配合的机会，并且配合 的次数一样多。通常全面实验的次数至少是各因素水平 的乘积。 该法优点是可以分析出事物变化的内在规律，结论 较精确。但试验次数较多。
反 就 物 A输 入 和 输出全过程的摩尔数
第二章 精细化工工艺学基础及技术开发
2.2.3 配方研究的重要性及配方设计原理
一、配方研究的重要性 配方是精细化学品产品开发的重要方面，往往配方决定产 品性能。配方技术也是精细化学品专利最多，保密性最强的技 术。精细化学品的配方研究要求我们活用合成化学，结构化学 ，物理化学及化学工艺学理论。配方研究的目的在于产品功能 化和降低生产成本，获得较高的利润和满足用户对性能的要求。 它不是原料材料的简单混合，而是即要满足用户对性能特别要 求来精心设计和选择原料，还要选定合适的方法，所以开展配 方研究是完全必要的。
4. 转化率(以x表示)
N AR xA= N A ,in = N A ,in N A ,out X 100 % N A ,in
N A R :反 应 物 A 反 应 掉 的 量 。 N A ,in ： 进 入 反 应 器 A 的 量 ； N A ,o u t ： A 从 反 应 器 输 出 的 量
第二章 化学工艺基础-lsyppt课件
原料资源及其加工原料资源及其加工化工生产过程及其流程化工生产过程及其流程化工过程的主要效率指标化工过程的主要效率指标反应条件对化学平衡和反应速率的影响反应条件对化学平衡和反应速率的影响催化剂的性能及使用催化剂的性能及使用反应过程的物料衡算和热量衡算基础反应过程的物料衡算和热量衡算基础ppt精选版原料资源及其加工原料资源及其加工主要包括石油天然气煤生物质空气水
精选PPT课件
20
煤的加工包括干馏（包括高温干馏（炼焦）和低温干馏） 、气化、液化。
干馏在隔绝空气条件下进行。高温干馏指900－1100 ℃，
产生焦炭、焦炉气（H2+CH4）、粗笨、氨和煤焦油。低 温干馏指500－600 ℃，产生半焦、低温焦油和煤气等产
物，是人造石油的重要来源之一。
气化指高温(900－1300 ℃ )下使煤、焦炭或半焦等固体燃 料与气化剂反应，转化成主要含H2、CO等气体过程。
•
在中东地区-波斯湾一带有丰富的储藏，而在俄
罗斯、美国、中国、南美洲等地也有很大量的储藏。
石油的常用衡量单位“桶”为一个容量单位，即42
加仑。因为各地出产的石油的密度不尽相同，所以
一桶石油的重量也不尽相同。一般地，一吨石油大
约有7桶。
精选PPT课件
6
(2) 分类 1）根据沸程的不同，将石油分类
石脑油（轻汽油）50－140℃（C1-C4烷烃）
－35＃: －14℃至－29℃
－50＃: －29℃至－44℃
根据使用时的气温选用不同标
号
精选PPT课件
11
(3)加工
一次加工和二次加工。一次加工方法为常压蒸馏和减压蒸 馏。
精选PPT课件
12
一次加工仅将 原油切割成几个馏分，生产的燃料量有限， 不能满足化工原料的要求。二次加工是对馏分油的化学加 工，目的在于调整烃类的组成。
精选PPT课件
20
煤的加工包括干馏（包括高温干馏（炼焦）和低温干馏） 、气化、液化。
干馏在隔绝空气条件下进行。高温干馏指900－1100 ℃，
产生焦炭、焦炉气（H2+CH4）、粗笨、氨和煤焦油。低 温干馏指500－600 ℃，产生半焦、低温焦油和煤气等产
物，是人造石油的重要来源之一。
气化指高温(900－1300 ℃ )下使煤、焦炭或半焦等固体燃 料与气化剂反应，转化成主要含H2、CO等气体过程。
•
在中东地区-波斯湾一带有丰富的储藏，而在俄
罗斯、美国、中国、南美洲等地也有很大量的储藏。
石油的常用衡量单位“桶”为一个容量单位，即42
加仑。因为各地出产的石油的密度不尽相同，所以
一桶石油的重量也不尽相同。一般地，一吨石油大
约有7桶。
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6
(2) 分类 1）根据沸程的不同，将石油分类
石脑油（轻汽油）50－140℃（C1-C4烷烃）
－35＃: －14℃至－29℃
－50＃: －29℃至－44℃
根据使用时的气温选用不同标
号
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11
(3)加工
一次加工和二次加工。一次加工方法为常压蒸馏和减压蒸 馏。
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12
一次加工仅将 原油切割成几个馏分，生产的燃料量有限， 不能满足化工原料的要求。二次加工是对馏分油的化学加 工，目的在于调整烃类的组成。
精细有机合成化学与工艺学课件第2章精细有机合成基础
CH2=CH-CH 3 AlCl3,110℃
CH(CH3)2 1~2% 65~70% CH(CH3)2 28~30%
2013-8-9
28
反应介质
NHCOCH3
NHCOCH3
NHCOCH3
NHCOCH3
硝化
NO 2
反应介质
+
NO 2
+
NO 2
乙酸酐 硫酸
约92％ 约30％
少量 少量
约8％ 约70％
2013-8-9
18
两类定位基：
邻、对位定位基（第一类定位基）：
-F,-Cl,-Br,-I,-CH3,-CH2Cl,-CH2COOH,-CH2F等。
-O-,-N(CH3)2,-NH2,-OH,-OCH3,-NHCOCH3,-OCOCH3,
间位定位基（第二类定位基）：
-COOCH3,-COCH3,-CONH2,-N+H3,-CCl3等。
CH3
SO3H SO3H 43% CH3 4% CH3 SO3H 53% CH3
磺化
200℃
SO3H 4.3% 54.1%
SO3H 35.2%
2013-8-9
27
CH3
CH3 CH(CH3)2
CH2=CH-CH3 AlCl3,0℃
CH3
CH3
实例2：
CH(CH3)2 34% CH3 CH(CH3)2 CH(CH3)2 25% CH3 41% CH3
综合 性质
NR2、NHR、NH2、OH、OR OCOR、NHCOR NHCHO、C6H5、CH3*、CR3* F、Cl、Br、I、CH2Cl、 CH=CHCOOH、CH=CHNO2 COR、CHO、COOR、CONH2、 COOH， SO3H、CN、NO2、CF3**、CCl3**
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润湿过程可分为三类： A. θ≤180°时，沾湿润湿； B. θ≤90°时，浸入润湿； C. θ = 0°时，铺展润湿。
θ
液滴与固体表面的接触角
接触角示意图
表 面 活 性 剂 在 洗 涤表面活性剂的起泡性和消泡性
泡沫是不溶性气体分散于液体或熔融固体中形成的分散体系。
在精细化学品的配伍和加工中，常利用这些性 质对某些组分进行乳化、分散、润湿、发泡、洗 涤等处理
表面活性的有关概念
表面活性剂：加入很少量即能显著降低溶剂 (一般为水)的表面张力，改变体系界面状态、 从而产生润湿、乳化、起泡、增溶等一系列 作用(或其反作用)，以达到实际应用要求的 一类物质。
表面活性剂是一类具有双亲性结构的有机化合物。
典型表面活性剂—油酸钠水溶液的表面张力
一、表面活性剂水溶液的性质
表面活性剂的特点 亲水基: 极性基团。 易溶于水，具有亲水性质。
常见的亲水基有羧基、磺酸基、醚基和羟基等。
亲油基: 非极性基团。 易溶于油，具有亲油性质。
(憎水基) 一般为长链烃基。
双亲媒性 溶解度 界面吸附 界面定性 生成胶束 临界胶束浓度cmc 多功能性
一、表面活性剂水溶液的性质
表面活性剂的稀溶液服从理想溶液的规律，它在 溶液表面的吸附量随浓度的增大而增大，当浓度达到 或超过某一值后，吸附量就不再增加。这时溶液中过 多的表面活性剂分子就会形成分子聚集体----胶束 （micelle）
临界胶束浓度----
表面活性剂在溶液中 形成胶束的起始浓度
在使用表面活性剂时， 一般要求其浓度在cmc以上
精细化学品设计及生产
化妆品OEM_有效成分
配方设计的基础理论
配方，涉及各种 组分间发生混合、 溶解、结晶、电 离、化学反应、 形成胶体、固体 表面的润湿、吸 附等。
低分子间比较简 单、涉及到聚合 物则变得复杂。
第一节 物质间的溶解与共混规律
一、极性相似相溶
聚合物与溶剂的化学结构和极性相似时，两者是相互溶解的
临界胶束浓度(CMC)
（c）表面活性剂浓度逐渐升高，表面活性剂毫无间隙地密集 于液面上，形成了单分子吸附膜。空气与水处于完全隔离状 态，表面吸附达饱和。在溶液内部，增加表面活性剂,先是三 三两两以疏水基互相靠拢，形成球形胶束的最初形式。水表面 张力急剧下降。
球形胶束和层状胶束
棒状胶束
脂质双层与细胞膜
1949年，W.C.Gimn首次正式提出 HLB的概念，认为它是分子中亲水基和亲油 基这两个相反亲性基的大小和力量的平衡， 并给每个表面活性剂一个数值，以表示分子 内部平衡后整个分子的综合倾向是亲水的还 是亲油的。这即是表面活性剂本身的HLB值。
HLB值表示表面活性剂亲水性的大小
HLB值是由表面活性剂的基本结构亲水
δ
9.8 9.3
9.3 8.6 9.9 8.75 8.8 15.9 8.7 12.9 12.1 11.1 8.9 8.7 8.2 9.4
第一节 物质间的溶解与共混规律
三、溶剂化原则
溶剂-溶质间作用力大于溶质间作用力时，溶质将发生溶解 含亲电基团的高分子易和含亲核基的溶剂相互作用而溶解。
四、混合溶剂原则
从广义上讲，能使体系表面张力降低的溶质均 可称为表面活性物质；但习惯上只将显著降低表面 张力的这类化合物称为表面活性剂。
表面活性的有关概念
界面和表面
界面－物质相与相的分界面 表面－当组成界面的两相中
有一相为气相时的分界面
表面活性剂的功能
改变液体的表面的性质 改变液－液界面的性质 改变液－固界面的性质
表面活性剂溶液中胶束结构的形成
CMC可以作为表面活性剂表面活性的一种度量
以cmc为界限，在较小浓 度范围内，其水溶液的许 多物理化学性质，如表面 张力、渗透压、密度、洗 涤能力等都将发生突变。 可以利用测定表面张力， 电导率等方法达到测定临 界胶束浓度目的.
表面活性剂水溶液，其浓度 只有在稍高于其cmc值时， 才能充分显示其作用。
9.5-10.5 高密度聚乙烯
23.4 8.0 8.2
常用溶剂的溶解度参数
溶剂
水 苯
乙醚 甲醇 乙醇 丙酮 丁酮 甲苯 苯胺 苯酚 氯苯 吡啶 乙二醇 二噁烷 三乙胺 正戊烷 正己烷
沸点
/℃
100 80.1
34.5 65 78.3
56.1 79.6 110.6
184.1 181.8 125.9 115.3 198 101.3 89.7 36.1 69.0
HLB值的计算
J.T.Dowis(也有说是Davies)将HLB作为结构因子的 总和来处理，把表面活性剂结构分解为一些基团，每一 基团对HLB值均有确定的贡献。自实验结果可得出各种 基团的HLB数值，称其为基团的HLB数。一些基团的 HLB数列于表2-1中。将基团的HLB数代入下式，即可 算出表面活性剂的HLB值。
δ
23.4 9.2
7.45 14.5 12.7 10.0 9.3 8.9 10.8 14.5 9.5 10.7 15.7 10.0 7.3 7.05 7.3
溶剂
正庚烷 正辛烷
正丙醇 正丁醇 正辛醇 环己烷 环己酮 丙三醇 丙烯腈 异丙醇 苯乙烯 松节油 乙酸乙酯 乙酸丁酯 二氯乙烯 二氯甲烷 二硫化碳
表面活性剂在cmc附近的性质
表面活性剂浓度变大
C < cmc时，以单 C ＝cmc时，溶液表面 C > cmc时，以单分子和
分子方式或离子形 定向排列已经饱和， 胶束的动态平衡状态存
式存在于溶液中， 表面张力达到最小值。 在于溶液。溶液中分子
分在溶液表面呈定 再加入表面活性剂， 的憎水基相互吸引，分
沸点
/℃
98.4 125.8
97.4 117.3 194 80.7 155.8 290.1 77.4 82.3 143.8
77.1 126.5 60.25 39.7 46.3
δ
溶剂
7.41 7.8
11.9 11.4 10.3 8.2 9.9 16.5 10.45 11.5 8.66 8.1 9.1 8.55 9.7 9.78 10.0
表面活性剂溶于水后的结构
二、表面活性剂的亲水亲油平衡值
作为一种乳化剂，表面活性剂必须满足： a 在所应用的体系中具有良好的表面活性，产生低的界面张力。这就表明，此种表 面活性剂有趋集于界面的倾向，而不易留存于界面两边的体相中。因而，要求表面 活性剂的亲水、亲油部分有恰当的(平衡)比例。在任一体相中有过大的溶解性，则 不利于产生低界面张力(即不易吸附)。 b 在界面上形成相当结实的吸附膜。根据分子结构的要求，希望界面上的吸附分子 间有较大的侧向引力，这也和表面活性剂分子的亲水、亲油部分的大小、比例有关。
向排列，表面张力 开始形成小胶束，单 子自发聚集，形成球状、
迅速降低，
分子浓度不再增加， 层状胶束，将憎水基埋
只增加胶束的数量。 在胶束内部。
影响表面活性剂cmc值的因素
cmc值的大小主要决定于表面活性剂的分子结构和 在水中的强电解质的浓度，与强电解质的种类和非电解 质无关。
反离子的影响：无机盐类强电解质的加入会使 表面活性剂cmc值降低。lg(cmc)=a - b lg ci
1，2-二氯乙烷 三氯乙烯
三氯甲烷 四氯化碳 四氢呋喃 对二甲苯 间二甲苯 间苯二酚 乙酸乙烯酯 二甲基亚砜 二甲基甲酰胺 二甲基乙酰胺 癸二酸二丁酯 甲基丙烯酸甲酯 甲基丙烯酸丁酯 邻苯二甲酸二丁酯
沸点
/℃
83.5 87.2
61.7
76.5 64
138.4 139.1 280
72.9 189 153 165 314 102 160 325
泡沫生成的模式
C
气泡A--溶液中的气泡
气泡B--水溶液表面的气泡
B
气泡C--离开液面的气泡
A
两个气泡之间由于向外的疏水基之间存在引 力而使两气泡集合而成泡沫。
消泡剂
某些物质(包括表面活性剂)的内聚力很低,扩散速度又 快，能使局部区域的表面张力降到很低的程度，导致这 些区域受到周围较高表面张力部位的作用，使泡沫液膜 迅速变薄，直至达到破裂点而发生破裂。同时还能促使 液体从泡沫中流失而缩短泡沫的寿命。这类物质被称为 消泡剂
常见的界面
气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面
表面活性剂与表面活性
各种水溶液表面张力与浓度的关系可归结为三类：
第一类：表面张力在稀浓度 时随浓度急剧下降（曲线 1）:某些物质的加入量很少 时，就可使水的表面张力显 著下降；
第二类：表面张力随浓度逐 渐下降（曲线2）；
第三类：表面张力随浓度稍 有上升（曲线3）。
表面活性剂分子在溶液表面吸附状态
(a) 浓度极稀时的状态 (b) 中等浓度时的状态 (c) 吸附近于饱和时的状态
表面活性剂形成胶束的过程
б c
临界胶束浓度(CMC)
（a）是极稀溶液，界面上 没聚集很多的表面活性剂， 空气和水直接接触，水的表 面张力下降不多，接近于纯 水的状态。
（b）浓度相对升高，很快地聚集 到水表面上，即表面吸附量大 为增加、空气和水的接触相对 减少，水表面张力下降。
对于一般表面活性剂，其亲油基为碳氢链，故 ∑(亲油的基团数)可写为0.475m (m为亲油基的碳原子数)。 则可对用于下只式有计-(算C2：H4O)-为亲水基的非离子表面活性剂，
其中，E代表表面活性剂分子中的环氧乙烷(C2H4O)的质量百分数。
阴、阳离子型表面活性剂的HLB值在1～40之间， 而非离子型表面活性剂的HLB值在1～20之间。
一些基团的HLB数
一些商品表面活性剂的HLB值
三、表面活性剂的性质
1.表面活性剂的润湿性
润湿作用可看作是表面活性剂的一种界面定向作用,是将一种流体从基质表面把另 一种流体取代掉的过程。