第二章精细化工计量学
精细化工概论2.1

金属醇盐是指金属置换醇中羟基的氢而生成
21
②醇盐法:
所谓醇盐法就是利用金属醇盐的水解制备超
细粉体材料的一种方法。
22
金属醇盐的特性
①一般具有挥发性
②金属醇盐容易进行水解
23
醇盐法应用举例
Ba(OC3H7)2 、Ti(OC5H11)4等分 子混合后,经水解过滤干燥后得到
BaTiO3 。
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市场预测:全年需5000吨
用于感光材料领域的nm-TiO2需50(t / a); 用于防晒化妆品领域的nm-TiO2需200( t / a ); 用于气体传感器和湿度传感器领域的nm-TiO2需25( t / a ); 用于电子陶瓷领域的nm-TiO2需240--340( t / a ); 用于光催化剂和催化剂载体领域的nm-TiO2需300( t / a ); 用于高级汽车面漆领域的nm-TiO2需500( t / a ); 用于功能性化学纤维织物领域的nm-TiO2需1000( t / a ); 用于新型无机杀菌剂领域的 nm-TiO2需1000( t / a ); 用于新型塑料领域的nm-TiO2需1500( t / a );
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均匀沉淀法举例
该法常用的试剂有尿素。其水溶液在
70℃左右发生分解反应:
(NH2)2CO+3H2O→2NH4OH+CO2 ↑
生成的NH4OH起到沉淀剂的作用。
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2、醇盐法
①金属醇盐: 的含M-O-C-键的金属有机化合物的总称。 化学通式为M(OR)n,M为金属,R代表烷 基或烯丙基。
15
共沉淀法举例
利用该法可以制备含有两种以上金属元 素的复合氧化物超细粉。如向BaCl2和 TiCl4混合溶液中滴加草酸溶液,能沉淀 出BaTiO(C2O4)2· 4H2O,经过滤、洗涤和 加热分解等处理,即可得到具有化学计 量组成的、所需晶型的BaTiO3超细粉。
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。
第二章精细化工工艺学基础及技术开发ppt课件

经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的,应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失,增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
(二)正交试验法
(参阅:侯化国,王玉民编.正交试验法[M].长春:吉林人民出版社.1985)
1.基本概念 正交试验法也叫正交试验设计法,它是用“正交表”来 安排和分析多因素试验的一种数理统计方法。这种方法 的优点是试验次数少,效果好,方法简单,使用方便, 效率高。
2.3 精细化工过程开发的一般规律
一个新的过程开发可分为三大阶段:
实验室研 究阶段
中间试 验阶段
工业化 阶段
提出新的技术路线、实验室 实验、测定数据、探索工艺 条件。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的,应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失,增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
单元反应
反应后处理
提纯、粉碎、干燥、 熔化、溶解、蒸发、 汽化、加热、冷却
蒸馏、精馏、吸收、 吸附、萃取、结晶、 冷凝、过滤、干燥
生产设备、生产流程
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的,应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失,增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
现在希望解决:(1)哪个因素起主要作用,哪个因素 是次要的?(2)各个因素中以哪个水平最好?(3)最优工 艺方案?
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的,应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失,增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
2.正交表
(1)定义 最简单的正交表是L4(23)
精细化工教案设计

精细化工教案设计第一章:精细化工概述1.1 教学目标了解精细化工的定义和发展历程掌握精细化工的主要产品类型和应用领域理解精细化工的重要性和发展趋势1.2 教学内容精细化工的定义和发展历程精细化工的主要产品类型:日用化学品、食品添加剂、医药化学品、农药化学品、涂料油墨等精细化工的应用领域:日常生活、医药、农业、环保等精细化工的重要性和发展趋势1.3 教学方法讲授法:讲解精细化工的定义、发展历程和主要产品类型案例分析法:分析精细化工在日常生活、医药、农业等领域的应用实例讨论法:探讨精细化工的发展趋势和重要性1.4 教学评价课堂问答:了解学生对精细化工定义和发展历程的掌握情况小组讨论:评估学生对精细化工应用领域和重要性的理解程度第二章:精细化工原料与反应2.1 教学目标掌握精细化工原料的分类和特点了解精细化工反应的基本原理和常用反应类型熟悉精细化工常用催化剂和反应条件2.2 教学内容精细化工原料的分类:有机原料、无机原料、合成原料等精细化工原料的特点:纯度高、反应活性强、选择性好等精细化工反应的基本原理:化学反应速率、化学平衡等常用反应类型:加成反应、消除反应、取代反应、氧化还原反应等精细化工常用催化剂和反应条件:催化剂的选择、温度、压力、溶剂等2.3 教学方法讲授法:讲解精细化工原料的分类、特点和反应原理实验演示法:展示精细化工反应的实验过程和现象案例分析法:分析精细化工原料和反应在实际应用中的例子2.4 教学评价课堂问答:评估学生对精细化工原料分类和特点的理解程度实验报告:评价学生对精细化工反应实验过程和现象的掌握情况第三章:精细化工产品设计3.1 教学目标掌握精细化工产品设计的基本原则和方法了解精细化工产品的设计流程和关键步骤熟悉精细化工产品的性能评估和优化策略3.2 教学内容精细化工产品设计的基本原则:安全性、有效性、稳定性、可生产性等精细化工产品的设计流程:需求分析、分子结构设计、筛选评估、优化改进等精细化工产品的性能评估:物理性能、化学性能、生物性能等优化策略:结构优化、工艺优化、性能优化等3.3 教学方法讲授法:讲解精细化工产品设计的基本原则和方法案例分析法:分析精细化工产品设计实例和优化策略小组讨论法:讨论精细化工产品性能评估和优化过程3.4 教学评价课堂问答:了解学生对精细化工产品设计原则和方法的掌握情况小组报告:评估学生对精细化工产品性能评估和优化策略的理解程度第四章:精细化工工艺与设备4.1 教学目标掌握精细化工工艺的基本概念和设计原则了解精细化工常用设备类型和操作条件熟悉精细化工工艺优化和放大方法4.2 教学内容精细化工工艺的基本概念:反应过程、分离过程、纯化过程等精细化工工艺的设计原则:安全性、效率、经济性、可操作性等精细化工常用设备类型:反应器、蒸馏塔、离心机、膜分离设备等操作条件:温度、压力、流量、浓度等精细化工工艺优化和放大方法:反应条件的优化、工艺流程的优化、设备选型的优化等4.3 教学方法讲授法:讲解精细化工工艺的基本概念和设计原则实验演示法:展示精细化工设备的操作过程和现象案例分析法:分析精细化工工艺优化和放大实例4.4 教学评价课堂问答:评估学生对精细化工工艺基本概念和设计原则的理解程度实验报告:评价学生对精细化工设备操作过程和条件的掌握情况第五章:精细化工安全与环保5.1 教学目标掌握精细化工安全的基本知识和防护措施了解精细化工环保的基本原则和处理技术熟悉精细化工事故应急预案第六章:精细化工安全与防护6.1 教学目标理解精细化工安全的重要性掌握精细化工安全的基本知识和防护措施熟悉精细化工事故的预防和管理6.2 教学内容精细化工安全的基本知识:化学品分类、危险性评估、安全数据表(SDS)等防护措施:个体防护装备(PPE)、安全操作规程、紧急应变处理等精细化工事故的预防和管理:事故原因分析、风险控制、安全管理制度等6.3 教学方法讲授法:讲解精细化工安全的基本知识和防护措施情景模拟法:模拟精细化工事故场景,让学生掌握应对方法小组讨论法:讨论精细化工事故的预防和管理措施6.4 教学评价课堂问答:评估学生对精细化工安全知识的掌握程度情景模拟报告:评价学生对精细化工事故应对方法的掌握情况第七章:精细化工环保与可持续发展7.1 教学目标理解精细化工环保的重要性掌握精细化工环保的基本原则和处理技术熟悉精细化工可持续发展的策略7.2 教学内容精细化工环保的基本原则:预防原则、最小化废物、清洁生产等处理技术:废水处理、废气处理、固体废物处理等精细化工可持续发展的策略:绿色化学、产品生命周期管理、资源循环利用等7.3 教学方法讲授法:讲解精细化工环保的基本原则和处理技术案例分析法:分析精细化工环保实践案例和可持续发展策略小组讨论法:讨论精细化工可持续发展的方法和途径7.4 教学评价课堂问答:评估学生对精细化工环保原则和处理技术的理解程度小组报告:评价学生对精细化工可持续发展策略的掌握情况第八章:精细化工质量管理与控制8.1 教学目标理解精细化工质量管理的重要性掌握精细化工质量管理与控制的基本原则和方法熟悉精细化工质量管理与控制的流程和关键点8.2 教学内容精细化工质量管理的基本原则:客户需求导向、过程方法、持续改进等质量管理与控制的方法:质量管理工具、统计过程控制(SPC)、质量管理体系等精细化工质量管理与控制的流程:质量计划、质量控制、质量改进等关键点:原料质量控制、生产过程控制、产品检验与放行等8.3 教学方法讲授法:讲解精细化工质量管理的基本原则和方法案例分析法:分析精细化工质量管理与控制的实践案例小组讨论法:讨论精细化工质量管理与控制的关键点8.4 教学评价课堂问答:评估学生对精细化工质量管理原则和方法的掌握程度小组报告:评价学生对精细化工质量管理与控制流程的理解程度第九章:精细化工市场与营销9.1 教学目标理解精细化工市场的重要性掌握精细化工市场分析的基本方法和工具熟悉精细化工市场营销的策略和手段9.2 教学内容精细化工市场的重要性:市场导向、客户需求、竞争力等市场分析的基本方法和工具:市场调研、竞争分析、SWOT分析等精细化工市场营销的策略:产品策略、价格策略、渠道策略、推广策略等手段:广告、促销、公关、网络营销等9.3 教学方法讲授法:讲解精细化工市场分析的基本方法和工具案例分析法:分析精细化工市场营销的实践案例小组讨论法:讨论精细化工市场营销的策略和手段9.4 教学评价课堂问答:评估学生对精细化工市场分析方法和工具的掌握程度小组报告:评价学生对精细化工市场营销策略和手段的理解程度第十章:精细化工发展趋势与创新10.1 教学目标理解精细化工发展的趋势掌握精细化工创新的基本途径和方法熟悉精细化工未来发展的重要方向10.2 教学内容精细化工发展的趋势:绿色化、高性能化、多功能化、智能化等创新的基本途径和方法:科学研究、技术革新、工艺改进、产品开发等精细化工未来发展的重要方向:生物化工、纳米化工、环保化工等10.3 教学方法讲授法:讲解精细化工发展的趋势和创新途径案例分析法:分析精细化工创新实践案例和发展方向重点和难点解析1. 精细化工的定义和发展历程:理解精细化工的概念,以及它是如何从传统的化工产业中分化出来的,精细化工与传统化工的区别和特点是什么。
《精细化工工艺学》课程教学大纲

《精细化工工艺学》课程教学大纲Curriculum Outline of Fine Chemicals Technology课程编号:适用专业:应用化学总学时数:48 学分:2.5编制单位(或执笔者):化学工程学院(应用化学教研室)编制时间:2014年5月14日一、课程的地位、性质和任务《精细化工工艺学》是高等院校应用化学专业开设的一门重要的专业领域必修课,本课程的任务是在已学过一些先行课(如物理化学、有机化学、化工原理、精细有机合成)的基础上,系统学习精细化工产品的定义、分类方法、工艺学基础和主要领域系列产品的基本原理、性能特点、应用范围、发展动向,以及某些有代表性的产品名称、化学结构、功能作用、生产配方、生产工艺以及应用技术,为学生将来宽口径就业和从事精细化工生产和科学研究奠定较扎实的基础。
二、本课程与其他专业课程的关系(本课程学习所必备的知识)在学习本课程之前,必须学习《无机化学》、《有机化学》、《物理化学》、《化工原理》、《精细有机合成》、《高分子化学与物理》中关于无机物、有机物、高分子化合物、有机合成单元反应以及热力学、动力学有关知识。
三、教学内容、学时安排和基本要求第一章绪论(2学时)1.基本内容:(1)精细化工的定义;(2)精细化工的范畴和分类;(3)精细化工的特点:多品种、小批量;技术密集度高;综合生产流程和多功能生产装置;大量采用复配技术;投资少、附加价值高、利润大;(4)发展精细化工的战略意义;(5)精细化工发展的重点和动向内容包括传统大宗精细化学品的更新换代、加快精细化学品新领域的开发、优先发展的关键技术;(6)本课程的性质与基本内容。
2.基本要求:(1) 明确精细化工的定义,了解精细化工的范畴和分类;(2) 掌握精细化工的特点;(3) 了解精细化工在国民经济中的作用和精细化工产品的发展趋势和重点。
3.重点、难点:重点是精细化工的定义和特点,难点是精细化工的范畴和分类。
4.说明:(1) 以讲授为主;(2)课后自学精细化工在国民经济中的作用和精细化工产品的发展趋势和重点;(3) 作业:1题精细化工的定义和特点第二章精细化工工艺学基础及技术开发(4学时)1.基本内容:(1) 精细化工的生产特性;(2) 精细化工工艺学基础包括概述、化学计量学、配方研究的重要性、化工产品的经济核算;(3) 精细化工产品的配方设计原理。
全套课件精细化工概论

第三节 非 晶 化
一、坚硬耐蚀的“理想新金属” ⑴ 非晶态合金具有高强度、高韧性 一些非晶态合金的强度非常高,抗拉强度可达相应晶 态合金的5~6倍,这使高强度钢望尘莫及。但由于目前仅 能制得条带形或薄片形的非晶态合金,所以尚且还只能用 于制作轮胎、传送带、水泥制品及高压管道的增强材料, 以及制作各种切削刀具和保安刀片等。随着科学技术的发 展,非晶态合金只要能制得型材,依其优异的机械性能, 它不仅可以充分发挥高强度和高韧性的作用,而且可望大 大降低成本,由液体金属一次直接成型,省去了铸、锻、 轧、拉等工序,且边角料也可全部回收,在能源和材料上 都有很大的节省。
第三节 精细化工的发展趋势
2.当前要优先发展的关键技术 (1)新催化技术 (2)新分离技术 (3)增效复配技术 (4)气雾剂(CFC)无污染替代技术 (5)生物技术
精细化工概论
第二章 无机精细化学品
第一节 超 细 化
目前,超细颗粒的制备途径大体上有两个方面:一是 通过机械力将常规粉末材料进一步超细粉化;一是借助于 各种化学和物理的方法,将新形成的分散状态的原子或分 子逐渐生长成或凝聚成所希望的超细颗粒。前者难以得到 微米级以下的粉末,这有待于技术的进一步发展来实现; 后者是当今超细化的主要方法,其最大优点是容易制得超 细粉末,具体方法很多,若按原料物质的状态分,可分为 气相法、液相法和固相法。
第一节 超 细 化
2、物理法 物理法的主要过程是将溶解度大的盐的水溶液雾化成 小液滴,使其中的水分迅速蒸发,而使盐形成均匀的球状。 如再将微细的盐粒加热分解,即可制得氧化物超细粉。该 法与沉淀法比较,由于不需添加沉淀剂,可以避免随沉淀 剂可能带入的杂质。已用这类方法生产的超细粉有PLZT、 铁氧体、氧化锆、氧化铝等。由于盐类分解往往会产生大 量的有害气体,对环境造成污染,所以在很大程度上限制 了这类方法的工业化生产。属于这类方法的有:喷雾干燥 法,喷雾热解法,冷冻干燥法等。由于前两法工业上使用 较多、较普遍,其过程简单、容易理解,所以下面仅介绍 冷冻干燥法。
化工计量知识点总结

化工计量知识点总结一、化工计量概述化工计量是化工生产中非常重要的一个环节,它涉及到在生产过程中对各种物质的测量、计量、调节和控制。
正确的化工计量可以保证产品质量和生产效率,也可以确保生产过程中的安全。
化工计量主要涉及的内容包括流量、压力、温度、液位、浓度、质量、体积等物理量的测量和计量。
在化工生产过程中,各种原料、辅助剂、中间体和成品都需要进行不同形式的计量和控制,因此化工计量是非常复杂和多样化的。
二、流量计量在化工生产中,流量是一个非常重要的参数,它直接影响到生产过程中物质的输送速度和产量。
流量计量是化工生产中的一个重要环节,它直接影响到生产过程的安全性和稳定性。
流量计量主要通过流量计来实现,流量计种类繁多,常见的有涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、超声波流量计等。
不同类型的流量计适用于不同的测量场合,有的适合对腐蚀性液体的测量,有的适合测量高温高压下的流体。
除了流量计,还需要考虑流量调节的问题,在化工生产中,往往需要通过调节阀来实现对流体流速的调节和控制。
三、压力计量压力是化工过程中另一个非常重要的参数,它直接影响到系统的稳定性和安全性。
在化工生产中,需要对系统中的压力进行准确的测量和控制。
常见的压力计包括压力传感器、压力变送器和压力表等。
压力传感器的种类很多,包括压电式、电容式、电阻应变式等。
不同类型的压力传感器适用于不同的压力测量场合。
在化工生产中,需要不断对系统中的压力进行实时的监测和调控,以确保系统的运行稳定。
四、温度计量温度是一个非常重要的物理参数,它对化工生产的影响非常大。
在化工生产中,需要对系统中的温度进行准确的测量和控制。
常见的温度计包括热电偶、热电阻和红外线温度计等。
热电偶适用于高温场合,热电阻适用于常温场合,红外线温度计适用于远距离、无接触式的温度测量。
温度测量在化工生产中非常重要,它涉及到对反应器、蒸发器、换热器等设备的温度监测和控制。
五、液位计量液位是化工生产中一个非常重要的参数,它直接影响到容器中物质的储存和输送。
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。
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5. 选择性(selectivity):s 某一反应物转化为目标产物时,理论上消耗的摩尔数占 该实际消耗的摩尔数的百分比,设反应为:
rR
反应前: NR,in 反应后: NR,out
pP
0 Np
则: R反应物实际消耗的mol数=NR,in-NR,out=NR,r 生产目标产物的量Np时,理论上消耗R的mol数为: r r (Np×r)/R N p p p Np 100% ∴选择性s为:
y
2170.97 213.2 1000.99 93
100% 85.6%
质量收率ym
217 0.97 yw 100 % 212 .6% 100 0.99
注:ym100%,是由于产物分子量(213.2)大于反应分子 量(93)。
8. 原料消耗定额 生产1t产品,所需各种原料的t数。对于主要反 应物,是ym的倒数。 例如上例中,苯胺的消耗定额为:
§2.1 基本概念 1. 反应物的摩尔比
加入反应器中的几种反应物之间的摩尔比。可以和 化学计量相同;也可以不同(为了某一反应物转化完 全)。 例如1:生产邻苯二甲酸二异丁酯(增塑剂DIBP)反应。
O C C O CH3 O + 2CH 3CHCH 2OH CH3 COOCH 2CHCH 3 + H 2O COOCH 2CHCH 3 CH3
1 1 0.470 t 212 .6%
9. 单程转化率与总转化率 反应物一次经过反应器所消耗的mol数,占 输入反应物mol数的百分比,称为单程(one pass) 转化率。 反应物经过全过程所消耗的mol数,占输入反 应物mol数的百分比,称为总(overall)转化率。
例5:苯的一氯化反应,制备氯苯,为了减少二 氯苯的生成,使Cl2为限制反应物。每100mol苯, 用40molCl2反应,产物中有38mol氯苯,1mol二 氯苯,61mol未反应的苯,该苯经分离得60mol苯 回用(1mol苯损失),即
H2SO4
实际反应时,反应物的摩尔比为苯酐/异丁醇=1/1.38, 与化学计量比(1/2)不同。 目的:保证异丁醇完全转化。
2. 限制反应物,过量反应物: 当反应物不按化学计量比投料时,其中以最小化学 计量数的反应为“限制反应物”。而投料量大于“限制 反应物”完全反应所需的反应物。为“过量反应物”。 如上例的异丁醇为限制反应物,苯酐为过量反应物。 3. 过量百分数: 过量反应物超过限制反应物所需的理论量,与所需 过量反应物的理论量之比。如Ne——过量反应物的mol数; Nt——过量反应物与限制反应物全部反应所消耗的理论 量mol数,则过量百分数:
⑵ 化学过程(间歇操作):
该过程有物质的转化,所以质量守恒定律中要考虑物 质的转化量,一般可由化学方程式计量。 【例2.7】萘磺化制备2-萘磺酸的反应中,萘磺化为间隙 操作。已知每批操作的投料量为:精萘1600L(纯度 98.4%,密度963㎏/m3),浓硫酸690L(纯度98%,密度 1840 ㎏/m3)。磺化产物组成为:1-萘磺酸8%,2-萘磺酸 71%,游离硫酸7%,游离萘5.5%。在磺化过程中有1.8% (质量)的物料转化为蒸汽排出。要求对此全过程进行 物料衡算 。
(1或2-萘磺酸)
由于生成1和2萘磺酸量=221+1960=2181㎏
128 ∴ 消耗萘量= 2181 208
=1342㎏
98 消耗H2SO4量= 2181 =1028㎏ 208
18 生成水量= 2181 208
=189㎏
所以,蒸汽中: 萘量=加入量-转化量-液相输出量 =1515-1342-152=21㎏ SO3量=(加入量-H2SO4反应量H2SO4输出量)= (1254-1028-193)=19.6㎏ 水量*=50-萘量-SO3量 =50-21-19.6=9.4㎏ (*水量也可以用H2SO4分解反应来算)。 所以,蒸汽中各组分的组成为:
第二章 精细化工计量学
特点及目的 §2.1 基本概念 §2.2 反应过程的物料衡算
第二章 精细化工计量学
精细有机合成的特点: 多数为间歇式生产。部分产量大,周期长的实 现自动化;(小批量) 建立了多功能的生产车间;(多品种) 分析测试设备较先进;(纯度高) 计量学的目的: 各个过程的物料有定量的了解; 确定最佳反应条件,提高效益。
② 出料衡算(产物) 磺化产物=2810×(1-1.8%)=2760㎏。 由于产物中各物质的百分含量已知,所以: 1-萘磺酸=2760×8%=221㎏ 2-萘磺酸=2760×71%=1960㎏ H2SO4=2760×7%=193㎏ 萘=2760×5.5%=152㎏ 水=2760×(1-8%-71%-7%-5.5%)=234㎏ ③ 蒸汽衡算 蒸汽质量=2810×1.8%=50㎏ 组成如何?待下面求算:
解:苯胺(R):NR,in=100mol,NR,out=2mol 对氨基苯磺酸(P),Np=87mol ∴ N R ,r N R ,in N R.out 100 2 xR 100% 98% N R ,in N R ,in 100
sR
r p
Np
1 1
N R ,in N R ,out
Np
N 于某一反应物R,转化率、选择性和收率: y=s×x ② 收率有时也称为产率。
例3:苯胺的烘焙磺化反应。反应式为
NH2 NH2 H2SO4 NH3+·-SO3H -H2O -NHSO 3H 重排 SO3H
反应时,100mol苯胺,产物中对氨基本磺酸 87mol、苯胺2mol,R一定量焦油。求:苯胺的转 化率,生产对氨基苯磺酸的选择性和理论收率。
Ne Nt 100 % 过量%= Nt
例2:氯苯的二硝化反应:
Cl + 2HNO 3 O2N Cl + 2H 2O NO2
投料摩尔数为氯苯5.00mol,硝酸10.70mol,求限制反 应物,过量反应物,过量百分比。 解:化学计量比,氯苯/HNO3=1/2, 反应物mol比,氯苯/HNO3=1/2.14 所以,HNO3是过量反应物,氯苯是限制反应物。 Nt=2×5.00=10.00 , Ne=10.70 ∴过量%=
4. 转化率(conversion ratio):x 某一反应物R反应掉的量NR,r,占其反应器中输入量 NR,in的百分比,称为反应物R 的转化率。即:
xR=
N R ,r N R.in
N R ,in N R.out N R ,in
100%
其中NR,out是反应物R的剩余量,均以mol数表示。
r p
1 1
87
100 2
100% 88.8%
yp
Np
N R ,in
87 100% 87% 100
或yP=sR×xR=98%×88.8%=87%
7. 质量收率(mass yield):ym 目标产品质量占某一输入反应物质量的百分比,在工 业上应用较多,用yw表示。 例4:100kg苯胺(分子量93,纯度99%),经烘焙磺化和 精制后,得对氨基苯磺酸217kg(分子量213.2,纯度 97%),求理论收率和质量收率。 解: 理论收率y
N R ,in N R ,out
N R ,r
注意:
① 有副反应发生时,s<100% ② 实际反应时,s往往是不断变化的,与转化率 x 有 关,这是由副反应。
6. 理论收率(yield):y 得到目标产物所需的反应物理论摩尔数,占输入反应器 的反应物mol数之比,称为理论收率。见下式:
y
r p
19 .6 21 100 %=39%, 100 % 萘%= =42%, SO3%= 50 50
H2O%=
9.4 100 % =19 50
④
物料衡算表:P12,表2-1(每批)
物料名称
工业品量/ kg
纯度(%) 98.4 98
纯品量(kg) 1515 1245
输入
精萘 浓H2SO4
1540 1270
苯60mol
(苯40mol)
反应器
分离器
苯100mol Cl240mol
苯 60mol 一氯苯38mol 二氯苯 1mol
苯 1 mol 一氯苯38mol 二氯苯 1 mol
解:苯的单程转化率(一次反应):
N in N out 100 61 x1 100% 39.00% N in 100
分析:蒸汽中有萘、水、SO3三个组分;萘量=加入量- 转化量-输入量,水=加入量+生成量-输出量; SO3=80/98(H2SO4加入量-反应量-输出量)。所以要 由产物中1,2-萘磺酸的量计算反应中萘、H2SO4、H2O的 变化量。 由反应式:
+ H 2SO4 128 98 208
SO3H + H 2O 18
10.70 10.00 100 % 7% 10.00
注意: ①过量%≠
10.70 10.00 100 % 6.5% 10.70
因为过量%是以所需过量反应物的理论量为准(Nt)。 ②限制反应物一般是价格较贵的。 或者限制某副反应时,不确定某一物为限制反应物。 如苯的一硝化过程,为限制二硝化,HNO3为限制反应物。
解:为方便起见,可将磺化过程列成下图,
萘 1600L H2SO4 690L H2O 磺化反应 蒸汽(萘,SO 3,H2O),1.8% 产物(1,2 萘磺酸,萘,H2SO4,H2O) 8%,71%,5.5%,7%
① 进料衡算 963 1600 加入 精萘kg数= 1000 =1540㎏ 其中 萘=1540×98.4%=1515㎏, 水=1540×(1-98.4%)=25㎏ 1840 加入 浓H2SO4㎏数= 690 =1270㎏ 1000 其中 H2SO4=1270×98%=1245㎏, 水=1270×(1-98%)=25㎏ ∴ 共加料㎏数=1540+1270=2810㎏, 其中萘=1515㎏,H2SO4=1245㎏,H2O=25+25=50㎏。