精细化工工艺学.ppt

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,1,精细化工工艺学,课程基本内容与学习方法,基本内容：,本课程面向应用化学专业、化学专业、化工专业的本专科生，目的是培养学生综合运用化学化工基础知识的能力。让大家了解和掌握精细化学品的基本概念和特点、化学结构、合成和生产方法及其应用，了解精细化学品国内外发展的新特点、新动向。重点在于化工工艺，包括合成路线,(,对加工或配方无此项,),、工艺路线、操作方法。,合成路线：采用何种起始原料、采用几步反应来制备目标产物，要求合成路线简单、高效、原料易得、成本低等。与精细化学品化学有重叠。,2,*,3,工艺路线：将合成路线或加工工艺付诸实施，包括原材料预处理、化学反应过程、后产物处理等。,操作方法：指采用何种反应器、何种操作形式来完成精细化学品的合成。如采用间歇操作还是连续操作等。,授课方法与学习方法：,1.PPT,为主，板书为辅。,2.,自学与听课相结合。,3,绪论,一、精细化工：概念与范畴,二、精细化学品的分类,三、精细化学品与精细化工的特点,四、精细化工发展概况,五、精细化学品现状与需求预测,六、国内精细化工的最新进展,七、精细化工与人才,4,一、精细化工,:,概念与范畴,5,石油化工,*,6,1,、精细化学品和通用化学品,6,代表性的精细化工产品,*,7,涂料,化妆品,药品,添加剂,7,化工产品,通用化学品：,从廉价、易得的天然资源（如煤、石油、天然气和农副产品等）开始，经一次或数次化学加工制成的最基本的化工原料。通常以其主要的化学成分名称来命名。如乙烯，氯乙烯，乙醇，乙烷等。,精细化学品（,Fine Chemicals,）,:,指对基本化学工业生产的初级或次级化学品进行深加工而制取的具有特定功能、特定用途、小批量、多品种、附加价值高、技术密集的一类化工产品。如医药,化学试剂等。,8,2.,精细化工（,fine chemical Technology),是精细化学工业的简称，,“,生产精细化学品和专用化学品的工业,”,。它是在,20,世纪,70,年代开始形成的独立学科和高新产业。,按照国家自然科学技术学科分类标准,精细化工的全称应为,“,精细化学工程,”,属化学工程学科范畴。,9,精细化工产品,起始原料 基础有机原料 基本有机化学品,高分子材料,3.,精细化学品的生产过程,初始原料：煤、石油、天然气、农林副产品,基础有机原料：乙烯、丙烯、丁二烯、苯、（甲苯）、二甲苯、（乙炔、萘）、合成气等,基本有机化学品（有机中间体）：醇、醛、酮、酸、胺类、酚类、卤代物、硝基化合物等,高分子材料：塑料、合成橡胶、合成纤维,精细化工产品：医药、染料、农药、涂料、表面活洗涤剂、催化剂等几十种。,10,4.,精细化学品和专用化学品的区别（欧美国家对精细化学品的划分,中国和日本将此两种归为一类即精细化学品）,欧美国家将精细化学品和专用化学品区别开：,精细化学品：,把产量小、按不同化学结构进行生产和销售的化学物质。,专用化学品：,把产量小、经过加工配制、具有专门功能或最终使用性能的产品。,中国、日本划分比较粗略，,强调以功能性为主，既包括纯化合物也包括复配物和聚合物,：,将上述两类产品统称为精细化学品。,基于各国专家对精细化学品的定义差别：欧美与中日划分不同,11,精细化学品,专用化学品,单一化合物，可用分子式,表示,很少为单一化合物（常为复合物、配方物，不能用分子式表示成分）,一般为非最终使用性产品，用途较广,为最终使用产品，用途面窄，应用单一,由一种方法或类似方法制造,不同厂家产品有差别，甚至完全不同,按所含化学成分销售,按功能销售（食品、化妆、药用等）,产品生命期较长；,生命期短，更新快,附加值较低,附加值较高，技术机密性强,12,二、精细化学品的分类,13,精细化学品与国民经济的各个领域，以及人们日常生活密切相关，因此门类很多。由于各国精细化工生产发展不平衡，根据各自精细化工的生产发展现状，各国分类有差别，有的国家分的细一些，有的国家粗一些。,日本：,1985,年版,精细化工年鉴,分为,35,个门类。,中国：,1986,年,3,月原化学工业部,精细化工产品分类暂行规定,将其分为,11,类，近年有人将其分为,18,类。,14,日本：医药、合成染料、农药、有机颜料、稳定剂、涂料、粘合剂、香料、化妆品、表面活性剂、肥皂与合成洗涤剂、印刷油墨、增塑剂、橡胶助剂、摄影感光材料、催化剂、试剂、高分子絮凝剂、石油添加剂、食品添加剂、兽药与饲料添加剂、纸浆与纸用化学品、塑料添加剂、金属表面处理剂、汽车用化学品、芳香除臭剂、工业用防菌防霉剂、脂肪酸、稀土、精细陶瓷、健康食品、有机电子材料、功能高分子、生物技术和酶利用等。,15,中国（,18,类）：医药和兽药、农药、粘合剂、涂料、染料和颜料、表面活性剂与合成洗涤剂、三大合成材料用助剂、香料、感光材料、试剂和高纯物、食品和饲料添加剂、石油用化学品、造纸用化学品、功能高分子材料、化妆品、催化剂、生化酶、无机精细化学品。,16,三、精细化学品与精细化工的特点,17,精细化学品的特点：,产品功能性强（专用性）,批量小,品种多,利润率高,更新换代快,18,精细化工的特点：,多品种、小批量,综合生产流程和多功能生产装置,高技术密集度,大量应用复配技术,新产品开发周期长，费用高，但附加值高，利润大。,商品性强、市场竞争激烈,生产属性,经济属性,商业属性,19,多品种、小批量,每种精细化工产品均具有其特定功能和专用性质，生产的针对性很强，以满足社会的不同需要，因此它们不可能象基本化工产品那样大批量生产。,20,综合生产流程和多功能生产装置,虽然精细化学品品种繁多，但是从合成角度看，其合成单元不外乎十几个，后处理设备也具有相近之处。尤其是一些同系列产品，其合成设备有很多相似之处。因此许多工厂广泛采用多品种综合生产装置（多功能生产装置），一套生产装置可生产多种产品（或经过简单调整组合即可生产不同产品），以适应精细化工产品多品种、小批量的特点。（有人称之为模块式、积木式）。,如聚醚装置，可生产非离子表面活性剂、破乳剂、泡沫塑料等。,21,高技术密集度,精细化工是综合性强的技术密集型工业，生产流程长。不仅要考虑化学合成、分离复配，还必须考虑如何使之商品化。这要求多学科、多种技术相互配合，并综合运用。涉及的学科：化学、物理、生理、工程技术、经济等。,22,大量应用复配技术,（,1,）（精细化工产品的作用往往是）多种化学组分的综合效应：为了满足各种专门用途的需要，单一组分往往无法满足其要求，必须进行多组分复配（即配方）。,（,2,）需要加工助剂和复合多功能添加剂：有些产品要求加工成多种剂型（粉剂、粒剂、可湿剂、乳剂、液剂等），因此需要加入加工助剂；有些产品需要多种功能，因此必须加入多种试剂复配。,23,（,3,）增效、改性的需要：采用复配技术所推出的商品，具有增效、改性和扩大应用范围等功能，其性能往往超过组成单一的产品（即所谓协同效应）。,因此，掌握复配技术是使精细化工产品具备市场竞争能力的一个极为重要的方面，但这也是我国目前精细化工发展上的一个薄弱环节。,24,新产品开发周期长，费用高,精细化工属高技术密集型行业，因此研究开发（,R&D,）投资高、成功率低、时间长。,25,商品性强、市场竞争激烈,精细化学品商品繁多，商品性很强，用户对商品的选择性很高，市场竞争非常激烈，因而应用技术和技术服务是组织精细化工生产的两个重要环节。国外所有精细化工企业极其重视技术开发和应用技术、技术服务这些环节间的协调，反映在人员配备比例上，技术开发、生产经营（不包括工人）和产品销售（包括技术服务）大体为,2:1:3,。,26,四、精细化工发展概况,27,精细化工发展概况中国,我国精细化工的基础较为薄弱，与国外先进水平相比差距较大，尤其是高新技术的精细化工发展水平更低。自改革开放后，我国已把精细化工的发展列入国民经济的战略重点，并在政策和资金上予以倾斜。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。,我国出台的,“,十一五,”,化学工业科技发展纲要,又将精细化工列为,“,十一五,”,期间优先发展的六大领域之一。,28,目前情况：,中国精细化工业生产企业约,8000,多家，主要分布在长江三角洲、珠江三角洲和环渤海湾地区，生产的产品品种数达,30000,种以上，年产量约,1300,多万吨，年产值约,3900,亿元。,29,（,1,）中国精细化工行业已有相当的基础和规模,：,制药业将呈高增速发展，平均年增速为,8,13,。年销售额已达,100,亿美元，中国已成为世界第,7,大药品生产国，预计到,2010,年将位居世界第,5,，销售额可达,150,亿美元,30,传统精细化学品染料、涂料、化学农药、精细无机化工产品等基础较好，生产规模较大,31,大部分产品已基本能满足国内市场的需求，还有相当数量的出口。有少数产品在国际市场上也占比较重要的位置，如柠檬酸、山梨酸、糖精、香兰素等,部分以植物资源为原料的产品处于世界前列，如甜叶菊、茶多酚、木糖醇、天然色素等,32,（,2,）产业布局：,精细化工产业大部分分布在浙江、江苏、山东、上海、天津和广东等沿海地区,20,世纪,80,年代后，先后在北京、济南、无锡、杭州等地分别建立了饲料添加剂、食品添加剂、电子化学品、表面活性剂、水处理化学品、油田化学品、造纸化学品等多个研发中心,33,20,世纪,90,年代中期，根据各地区化工基础和特点，在全国建立了南通、苏州、无锡、中山、抚顺、湘潭、台州、湖州、泸洲、德阳、芜湖、滨州、开封、辛集、沙市等十五个精细化学品生产基地。每个基地从事不同领域的化学品生产，发挥各自的特点和优势,中国石化和中国石油则集中了燃料和润滑油添加剂、炼油和石油化工催化剂等主要精细化工产品的生产，发挥了行业优势,34,（,3,）主要差距及存在问题,技术水平低仅相当于发达国家,20,世纪,80,年代末,90,年代初的水平，原材料消耗以及生产成本均高于国外同类产品,企业规模小我国有数千厂家，与国外相比，规模小。如我国饲料磷酸氢钙生产企业，多数为,5000,10000,吨规模。而国外多为,10,万吨级以上，最大为,50,万吨以上,35,产品品种少如饲料添加剂，全世界有,300,多种，而我国不足,100,种；食品添加剂全世界有,14000,多种，而我国仅为国外的一半,产品档次低如合成胶粘剂，我国现多为脲醛胶、聚乙烯醇缩甲醛等，热熔胶产量仅占合成胶粘剂总量的,3,。我国胶粘剂产量占全世界的,15,以上，而产值仅占,7.3,36,低水平重复建设严重地方行为、企业行为、无序、缺乏规划,环境污染严重企业规模小、资金薄弱，有的又近农村，对环保不够重视。有些因环保问题在国外不允许上的项目转移到国内等。造成严重环境污染,37,五、精细化学品现状与需求预测,38,食品添加剂全世界有,14000,多种食品添加剂，其中直接使用的有,3000,多种，常用的,680,种。销售额约,150,亿美元；美、欧、日约占销售额的,80,。预计今后几年消费的增长速度为,3,5,。,我国食品添加剂产量为,180,万吨以上，产值约,170,亿元。其中产量比较大的品种有：味精,6.5,万吨,柠檬酸,35,万吨（其中,80,出口）。预计未来几年，我国食品添加剂将以,5,的速度增长。,39,表面活性剂全世界有,5000,多个品种，表面活性剂消费量约为,1250,万吨，,2005,年全世界表面活性剂市场需求量在,1300,万吨以上。美国产量为,385,万吨，我国为,157.23,万吨（,2002,年）。,据我国轻工总会预测，,2005,年我国合成洗涤剂产量达到,400,万吨，相当于人均消费,3,公斤。这一数据，远低于世界平均消费水平。,40,六、国内精细化工的最新进展,41,（,1,）,中国石化中国石化是我国生产精细化工原料和中间体以及精细化工产品的主要大型国有企业，在精细化工产品方面，尤其在炼油催化剂、油品添加剂、塑料和橡胶助剂等产品生产上占有重要地位。,国内精细化工的最新进展大型国有企业,42,C5,石油树脂中国石化在,C5,石油树脂的生产方面发展较快。上海石化公司建成,2.5,万吨,/,年,C5,分离和综合利用项目，上海石化与埃克森美孚公司合资组建金森石油树脂公司，目前生产,C5,石油树脂,2.5,万吨,/,年，扬子石化也与伊士曼公司成立合资公司生产,1.8,万吨,/,年加氢,C5,石油树脂。,新上装置及新产品上海石化,2500,吨芳樟醇工业装置、丙酸（南京扬巴）、丁辛醇装置,(,齐鲁,),、各类石油化工催化剂,(,长岭炼化公司催化剂厂，齐鲁石化公司催化剂厂,),43,C5,石油树脂由石油裂解副产品,-,碳五馏份间戊二烯合成。可用于制造压敏粘合剂、热熔胶熔剂、热熔涂料封装材料、热熔交通标志涂料，橡胶增粘剂、油漆和清漆、印刷油墨等。,芳樟醇（,Linalool,）用于配制各种花香型香精和合成维生素,C,。芳樟醇是香水香精、家化产品香精及皂用香精配方中使用频率最高的香料品种，现在全世界的年用量达一万多吨。芳樟醇也是重要的化工原料。,产品用途,44,（,2,）中国石油中国石油也是我国生产精细化工原料和中间体以及精细化工产品的主要企业，在精细化工产品方面，尤其在炼油催化剂、油品添加剂、油田化学品等产品生产上占有重要地位。,45,C5,石油树脂兰州化学工业公司投产,8000,吨,/,年,C5,石油树脂加氢装置。,新上装置及新产品锦州石化,4,万吨重芳烃装置，大庆炼化公司,7.3,万吨,/,年聚丙烯酰胺系列油田化学品、吉化公司,1.5,万吨,/,年甲基异丁基酮（,MIBK,）装置、,7,万吨,/,年苯胺装置、丁醇和辛醇、异丙醇、异辛酸及其盐类、香兰素、各类石油化工催化剂,(,兰州炼油化工催化剂厂、抚顺石油化工三厂催化剂厂,),46,重芳烃均三甲苯、偏三甲苯、连三甲苯、偏苯三酸酐、进一步开发人造麝香产品,甲基异丁基酮（,MIBK,）主要用于涂料溶剂、稀有金属萃取剂、医药和农药溶剂、润滑油脱蜡剂和化学合成原料,异辛酸及其盐类主要做各类不饱和聚酯树脂促进剂、催化剂；涂料、油墨催干剂；聚氯乙烯加工助剂；金属加工和润滑助剂；油品添加剂；橡胶硫化促进剂,产品用途,47,香兰素香草醛，,C8H8O3,，食用香料，有独特的奶油香甜味，广泛用于食品、烟酒和香料工业,广泛用于配制香草、巧克力、奶油等香精，用量可达,25-30%,；直接用于饼干、糕点，用量,0.4-0.1%,；冷饮,0.01-0.3%,；糖果,0.2-0.8%,。此外，本品还有抗真菌活性。,产品用途,48,化工园区的建设和发展中国对化工产品和精细化学品需求的不断增长，促进了国家和地方化工园区的建设与发展。许多化工园区都将精细化学品和专用化学品列为重要发展项目。,国内精细化工的最新进展化工园区,中国各地化工园区的快速发展为外商寻求发展提供了商机，使外商在华投资力度加大，成为外商投资的热土和中国经济增长的热点，这也为中国精细和专用化学品工业的发展提供了良机。,49,化工园区的分布上海化学工业园区（漕泾）、南京化学工业区、江苏扬子江国际化学工业区（张家港）、中国精细化学工业泰兴园区、中国精细化工（常州）开发园区、中国石油化学（泰州）开发园区、江西星火化工区（九江）、重庆长寿化工园区、浙江杭州湾精细化工区（上虞）、珠海石化基地、广东茂名石化工业区、沧州临港化工园区、齐鲁化学工业区、抚顺石化工业园区等。,50,上海化学工业园区（漕泾）园区期望吸收投资,250,亿美元（,04,年已到位,80,亿，建设面积,23.4,平方公里,),。装置与产品：裂解、聚氨酯、聚碳酸酯、颜料、涂料、,MDI,（二苯甲烷二异氰酸酯）、,TDI,（甲苯二异氰酸酯）、聚醚多元醇、氟化学品、四氢呋喃,/,聚四氢呋喃,(THF/PolyTHF),、生物医药、高纯度,CO,等。,毗邻上海石化,51,南京化学工业区,-,重点发展石油化工业、基本有机原料、精细化工、高分子材料、生命医药、新型化工材料等六大支柱产业。园区规划面积,45,平方公里，计划投资,600,亿，一期,26,平方公里（长芦片区）主要为石油与天然气化工、有机化工原料、精细化工等。碳黑、醋酸乙烯、聚甲醛、甲基丙烯酸甲酯装置等。,化工园区将与金陵石化、扬子石化、南化公司、南京化工厂等大企业联成一片，形成总面积约,100,平方公里的沿江化工产业带。,52,苏州（张家港）精细化工园,-,重点发展五大合成树脂工业为主。雪佛龙菲利浦斯,13,万吨,/,年,PS,（聚苯乙烯树脂）和陶氏,-,旭化成合资的,12,万吨,/,年,PS,项目已投产，陶氏化学公司正在建设胶乳和环氧树脂装置，杜邦旭化成合资约,2,万吨,/,年聚甲醛、,100,万吨的液体硫磺制酸、日本油墨化学品公司（,DIC,）在张家港的江苏扬子国际工业园区内建设多功能工厂，产品聚氨酯树脂、改性剂和涂料树脂等。精细化工园将形成硫化工、氯化工、煤化工,“,三位一体,”,的产品架构。,53,中国精细化学工业泰兴园区,-,计划发展特种化学品生产。园区规划面积,40,平方公里（现面积为,20,平方公里），现已成为全国最大的高品质氯乙酸、聚丙烯酰胺生产基地，靛蓝产量和出口量位居世界第一，计划采用先进技术改造区内现在的高能耗、高污染的农药、染料、医药中间体，同时发展新领域精细化工、塑料加工助剂和特种合成材料。,54,中国石油化学（泰州）开发园区,-,规划,60,平方公里园区（一期,9.58,平方公里）。国内最大的甲烷氯化物生产企业江苏梅兰集团、国内最大的甲乙酮生产企业江苏陵光集团、扬子江药业集团、新加坡金鹰纸业和韩国,LG,等已纷纷入园。到,“,十一五,”,末，进区石化企业超亿元项目将达,50,家，销售增加值达,500,800,亿元，可望成为国内外知名的石化工业园区。,55,中国精细化工（常州）开发园区,-,目前已有,72,家化工企业在此落户，其中有世界,500,强中的日本普利司通轮胎公司和韩国现代公司等知名企业。目前，已累计投资近,200,亿元。,56,江苏省,-,江苏省依托化工园区，加快实施新一轮化工沿江沿海开发，抢抓国际化工产业转移机遇，将江苏化工建设成为国际化工产业基地，其中，发展精细化工是极其重要的一环。预计,2005,年全省化工销售收入达到,2288,亿元，精细化工产品产值率在,2005,年达到,45,，,2010,年达到,50,，接近发达国家先进水平；,2010,年石油化工技术基本接近国际先进水平，精细化工达到,20,世纪,90,年代末水平。其中，苏锡常沿江连片的精细化工，园区形成以合成树脂、有机原料农药中间体、染料中间体、医药中间体、生物化工、氟化工、化工新材料、感光材料等为特色的精细化工、专用化学品工业区。,57,浙江杭州湾精细化工区,(,上虞,)-,其开发拟使每平方公里每年产出效益达,10,亿元。上虞化工区历来是中国颜料和染料领先的生产地，上虞生产的分散性染料占中国产量的,40,和全球产量的,25,。已有近百家公司在此落户，其中有,10,多家染料公司（龙盛化工公司年产分散染料,10,万吨，世界第一）。其他公司产品有医药中间体、生物化学品、工业表面活性剂和水处理剂。杭州湾是继亚马逊河湾的世界第二大潮汐区，高低潮位落差达,8,米。当地排放的污水允许,COD,为,300PPm,，而其他地区允许,COD,为,80PPm,得天独厚的自净能节减了排水处理费用。该区可接受工厂,1000PPm COD,的废水在集中设施中处理后排放，园区内己拥有,10,万吨,/,年污水处理场。,58,沧州临港化工园区,-,我国北方最大化工园区。规划,100,平方公里，一期,26,平方公里。以,3,家大型化工企业（神华、沧州化工等）和港口为依托，以石化、氯碱和精细化工有机结合，协调发展。到,2010,年投资,120,亿，销售收入,150,亿；,2020,年，投资,300,亿，销售收入,600,亿；到,2050,年建成具有国际影响力的化学工业中心和化学品基地。近期产品：,40,万吨,PVC,树脂项目（总投资,18,亿元）、年产,5000,吨间氨基苯磺酸项目（总投资,1,亿元）、酞氰蓝技改项目（投资,6000,万元）、溴素、氯化镁、氢氧化镁项目等。,59,齐鲁化学工业区,-,山东省与中国石化合作。面积,42.11,平方公里（齐鲁石化等企业的现有区,22,平方公里，新规划,20.11,平方公里）。齐鲁化工区有,5,个功能区块：炼油化工园区、乙烯联合化工园区、伊士曼项目化工园区、精细化工园区、塑料加工（出口加工）及化工塑料产品技术贸易园区。定位：以石油化工、煤化工、氯碱化工的,“,三化,”,有机结合发展为主线，依托齐鲁石化公司原料优势，发展配套和加工产品。主导产品为石油化工产品、碳一化学品、精细化工产品、高分子材料、综合性深加工产品、高新技术生物医药产品等。,60,*,61,第七章 精细化工的发展机遇、趋势以及精细化工专业毕业生就业,61,*,62,我国现代精细化工发展的四个机遇,现代精细化工关系到国家的安全，是中国的支柱产业之一,精细化工定位为高新技术,世界性产业结构调整,高新技术的发展推动了精细化工的发展，二者互动发展,62,*,63,纳米技术与精细化工的结合,纳米聚合物、纳米日用化工、粘合剂和密封胶、涂料、高效助燃剂、贮氢材料、催化剂。,现代生物化工与精细化工的结合,维生素、生物农药、生物表面活性剂。,集中化方向发展，,有利于提高产品质量、有利于降低成本、有利于三废处理、有利于市场化竞争,发展趋势,现代精细化工的发展重点及动向,各类新型化工材料（功能高分子材料、复合材料）、新能源、电子信息技术、生物技术（包括发酵技术、生物酶技术、细胞融合技术、基因重组技术等）、航空航天技术和海洋开发技术等。,63,*,64,就业市场广阔,行业的进步，企业的发展，需要优秀的专业人才作支撑。,精细化工专业的毕业生每年的一次就业率高达,95%,以上。,精细化工企业的经济效益普遍较好，精细化工产品出口和国内市场潜力巨大，精细化工产品开发前景广阔，所以精细化工专业毕业生的社会容量很大。,目前中国精细化工企业规模不是很大，大的企业相对较少，急需技术人才进行技术支撑。,64,精细化工工艺基础,及技术开发,65,二 精细化工过程开发的一般步骤,一 精细化工工艺学基础,化学计量学,配方研究,66,化学计量学,化学计量关系,:,在化学反应进行的过程中，反应物及产物量的变化，必定符合一定关系,即所谓化学计量关系。,化学计量学,:,就是研究反应物系组成改变的数学关系的科学。,一 精细化工工艺学基础,67,一、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。,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。,68,二、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,的反应物叫做,“,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,”,。,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做,“,过量百分数,”,。若以,Ne,表示过量反应物的摩尔数，,Nt,表示它与限制反应物完全反应所消耗的摩尔数，则过量百分数为：,69,三、转化率（,x,）,某一种反应物,A,反应掉的量占其向反应器中输入量的百分数称反应物,A,的转化率,x,A,。,70,当加入反应器中反应物的摩尔比等于化学反应方程式的计量关系时,？,各反应物的转化率的关系,问题,：,注：,1.,必须指明,某物质,的转化率。,2.,若没有指明，通常指,主要反应物,或是,限制反应物,的转化率。,当加入反应器中反应物的摩尔比不等于化学反应方程式的计量关系时,71,四、选择性（,S,）,某一反应物转变成目的产物时，理论消耗的摩尔数占该反应物在反应中实际消耗的总摩尔数的百分数。,72,五、理论收率（,y,）,生成目的产物所需的某反应物的摩尔数占输入的反应物摩尔数的百分数。,73,理论收率、选择性和转化率三者之间的关系是：,74,六、重量收率（,y,w,）,目的产物的重量占某一输入反应物重量的百分数。,注,理论收率一般用于计算某一反应步骤的收率。,质量收率是为了计算反应物经过预处理、化学反应和后处理之后，所得目的产物的总收率。,75,七、原料消耗定额,每生产,1t,（或公斤）产品需要消耗多少吨,(,或公斤,),各种原料。,实际上就是质量收率的倒数。,76,反应器,预处理,分离系统,八、单程转化率和总转化率,77,配方研究,配方研究和设计的原则：,从产品设计的用途出发，在要求产品配方的,全部性能指标均达到规定标准前提下,，使得产品配方综合性能,(,特别是主要性能,),指标达到,最优化,。,系指主要性能优化，其它性能全面满足要求的配方设计。,配方的优化设计：,78,基 本 概 念,目标函数,实验中要考察的产品主要性能。,因素,实验中准备考察的有关影响目标函数的 条件。例如配方中的组分。,水平,各因素所处的各种不同的状态。每个,水平又称为实验的一个处理。例如配方试 验中某组分的不同含量,(,或比例,),。,79,设计过程：,首先将产品主要性能作为设计的,目标函数,，然后进行,配方设计,；参与反应的主要组分按照反应机理的计量关系选择，其它组分按照其互相作用等原则进行选择；以主要性能指标作为评价标准，,进行配方试验,、,性能测试,，,确定其优化配方,。,配方优化设计方法常用的有,：,单因素优选法,多因素优选法（全面实验法、正交实验法、均匀实验法等）,计算机辅助设计,80,单因素实验设计和多因素实验设计,单因素实验,如果在一项实验中只有一个因素改变，,其它的可控因素不变,，则该类实验称为,单因素实验。,多因素实验,实验中研究的自变量可以是两个或更多。多因素实验设计通常叫作因素实,验设计，又叫做因子实验设计或析因,实验设计。最重要的有,正交试验法、,均匀试验法,等。,81,正交试验,正交试验设计是利用“,正交表,”进行科学地安排与,分析多因素试验的方法。其主要优点是能在很多试验,方案中挑选出代表性强的少数几个试验方案，并且通,过这,少数试验方案,的试验结果的分析，,推断出最优方,案,，同时还可以作进一步的分析，得到比试验结果本,身给出的还要多的有关各因素的信息。,82,正交表是一种特别的表格，是正交设计的基本工具。我们只介绍它的记号、特点和使用方法。,正交表的记号及含义,记号及含义,正交表的列数,（最多能安排的因素个数，,包括交互作用、误差等）,正交表的行数,（需要做的试验次数）,各因素的水平数,（,各因素的水平数相等）,q,正交表,的代号,83,如,表示,？,表示各因素的,水平数,为,2,，,做,8,次试验,，最多考虑,7,个,因素,（含交互作用）的,正,交表,。,84,L,9,(3,4,),85,正交试验设计的基本步骤,确定目标、选定因素（包括交互作用）、确定水平；,2.,选用合适的正交表；,3.,按选定的正交表设计表头，确定试验方案；,4.,组织实施试验；,5.,试验结果分析。,86,例,1,：如何提高硬度指标,提高钢质工件硬度的 基本生产过程为：,淬火,把,850,的工件投入某液态介质，,提高其硬度,回火,冷却后再把工件加温到,430,并保持,1,小时，再冷却，释放内应力。,问如何改变工艺参数,以提高硬度指标？,87,试 验 任 务 书,任务：提高钢材硬度,.,目标函数,:,硬度指标,记作,y.,因素,:A,淬火温度,(,),B,回火温度,(,),C,回火时间,(,分钟,).,水平,:,每个因素可以选三个水平,88,例,1,的因素水平表,89,L,9,(3,4,),它们都具有,出现的机会均等,和,搭配均衡,的特点,.,90,91,表头设计与填表,92,做 实 验,93,完成试验，选出其中最优的,第,6,号实验,A,2,B,1,C,2,是,这,9,个试验中,最好的,94,极差分析法,95,极差分析法,96,极差分析法,97,极差分析法,98,交互作用表,99,表示位于第二、第四列的两因素的交互作用要放于第六列。,注意：主效应因素尽量不放交互列。如,A,、,B,因素已放,C1,、,C2,列，则,C,因素就不放,C3,列。,L,8,（,2,7,）的交互作用表,列号,1 2 3 4 5 6 7,1,（,1,）,3 2 5 4 7 6,2,（,2,）,1 6 7 4 5,3,（,3,）,7 6 5 4,4,（,4,）,1 2 3,5,（,5,）,3 2,6,（,6,）,1,交 互 作 用,100,例,2,一个化工试验项目,四因素二水平问题,如下表,:,目标函数：收率,.,考察：交互作用,例,2,的因素水平表,101,找一个正交表,102,例,2,的试验总报告,103,AB,的极差为,19,表明交互性是显著的,.,104,均匀设计,是一种,试验设计方法,。它可以用较少的试验次数，安排多因素、多水平的析因试验，是在,均匀性,的度量下,最好,的析因试验设计方法。,均匀设计,也是,仿真试验设计,和,稳健设计,的重要方法,。,均匀试验,105,均匀设计表的记号同正交试验类似，它有如下的含义,:,U,n,(q,s,),均匀设计,试验次数,水平数,因素的最大数,106,例如,:,107,每个表还有一个,使用表,，建议我们如何选择适当的列。其中,偏差,为均匀性的度量值，数值小表示均匀性好。例如,U,7,(,7,4,),的使用表为,:,108,精细化工过程开发的一般步骤,指从最初提出有关的科学设想，经实验室研究、中间试验、模拟放大和设计、建设，直到在工业化生产规模下实现一种化学工艺或制造一种化工产品的全部过程。化工研究和开发是一门范围很广的综合性工程技术和创造性活动。现代工业竞争激烈，技术更新迅速，研究和开发在发展新产品、改造生产方法和设备、增强竞争能力和提高经济效益等方面，具有重要的作用。,109,化工过程开发的三个阶段,1.,实验室研究阶段,2.,中间试验阶段,3.,工业化阶段,110,1.,实验室研究阶段,针对开发项目作基础研究部分；,情报收集,筛选技术路线和工艺方法,比较可能的流程和反应器,筛选分析方法和研制催化剂,建立动力学模型,小试；,初步优选工艺条件,111,文献检索的方法,：,手工检索,国家、地方或高校图书馆,计算机检索,普通搜索引擎,专业搜索引擎,书籍、报刊资料、会议文献、学位论 文、专利文献等,文献检索的内容,：,112,表面活性剂,113,表面活性剂是,20,世纪,40,年代初开发研制、,50,年代迅速发展起来的一种新型化学品。,表面活性剂是许多工业部门必要的化学助剂，广泛地应用于纺织、制药、化妆品、食品、造纸、皮革、土建、采矿以及民用洗涤等各个领域，主要用作润湿剂、渗透剂、洗涤剂、乳化剂、匀染剂、固色剂、发泡剂、消泡剂等，其用量虽小，但收效甚大，被喻为工业味精。,概 述,114,2005,年世界各地区表面活性剂,年市场份额分布图,115,21,世纪中国表面活性剂工业发展,5%-6%,的增长率,116,表面活性剂的结构,表面活性剂分子的结构特点，分子结构具有不对称性，由非极性的（亲油的或疏水的）碳氢链和极性的（亲水的或疏油的）基团两部分组成，而且两部分通常分处分子链的两端。,疏水基,亲水基,117,直链烷基（,C,8,C,20,）；,支链烷基（,C,8,C,20,）；,烷基苯基（烷基为,C,8,C,16,）；,烷基萘基（烷基碳原子数在,3,以上，且烷基数目一般为两个）；,松香衍生物；,高分子量聚氧丙烯基；,长链全氟（或高氟代）烷基；,全氟聚氧丙烯基（低分子量）；,聚硅氧烷基。,表面活性剂的亲油基,118,表面活性剂的亲油基主要有四类：,脂肪族烃基，如肥皂：,C,17,H,35,COONa,芳香族烃基，如扩散剂,N,（扩散剂,NNO,）：,带有脂肪族烃基侧链的芳香族烃基，如洗衣粉和用于制革生产浸水、染色等工序的助剂拉开粉：,119,带有弱亲水基的烃基，如硫酸化蓖麻油：,120,以上亲油基的亲油性强弱顺序为：,脂肪族烃基脂肪族侧链芳烃基芳烃基带弱亲水基的烃基,聚硅氧烷基、长链全氟烷基等类型亲油基的表面活性剂也在皮革上得到应用。,121,C,8,时，表面活性随碳链的增长而提高。,C=8,12,时（碳链较短），润湿、渗透作用好；,C=12,18,时（碳链较长），洗涤、乳化分散,作用好。,例：烷基磺酸钠：,C=14,18,，洗涤剂；,C12,时，润湿剂。,聚氧乙烯醚：渗透剂,JFC,：,C8,C13,乳化剂平平加：,C12,C20,规 律,122,直链的烃基：较好的洗涤、乳化、分散性能；,（正十二烷基苯磺酸钠）,带支链的烃基：较好的润湿与渗透性能。,（四聚丙烯苯磺酸钠）,亲水基在亲油基一端：好的乳化、洗涤性能；,亲水基在亲油基中间：润湿、渗透性能好。,规 律,123,有机酸盐,羧酸盐（,-COOM,），如快速浸水剂（环烷酸钠）：,磺酸盐（,-SO,3,M,），如洗衣粉的主要成分（活性成分）十二烷基苯磺酸钠；,硫酸酯盐（,-OSO,3,M,）如硫酸化蓖麻油；,磷酸酯盐（,-OPO,3,M,），如磷酸化油。（,M,为碱金属、碱土金属及其它金属，,NH,4,+,等）,表面活性剂的亲水基,124,胺盐及季铵盐：包括伯胺盐，仲胺盐，,叔胺盐及季铵盐；,不离解的羟基（,-OH,，一般为多个羟,基），如“斯盘”（,Span,）；,醚链（,-O-,，与水形成氢键而具有亲水性，,一般为多个），如渗透剂,JFC,，其分子式,RO(CH,2,CH,2,O)nH,（,R,为,C8,C13,烷基）,。,125,亲水基类型不同，表面活性剂形成胶束的容易程度及降低液体表面张力的能力不同，顺序如下（亲油基相同的条件下）：,-COO,-,-N,+,(CH,3,),3,-SO,3,-,-OSO,3,-,两性型多元醇型聚氧乙烯型,一个好的表面活性剂其亲水基与亲油基应有一个很好的匹配关系：,亲水,-,亲油平衡值（,Hydrophilic-Lipophilic Balance,，缩写为,HLB,）。,126,表面活性剂分类,常用的分类方法：按表面活性剂分子的化学结构和它在水中的离解状态来进行分类。,表面活性剂,阴离子型,阳离子型,两,性,型,非离子型,高分子型,特,种,127,表面活性剂分类,表面活性剂通常采用按化学结构来分类，分为离子型和非离子型两大类，离子型中又可分为阳离子型、阴离子型和两性型表面活性剂。显然阳离子型和阴离子型的表面活性剂不能混用，否则可能会发生沉淀而失去活性作用。,1.,离子型,2.,非离子型,阳离子型,阴离子型,两性型,表面活性剂,128,常用表面活性剂类型,阴离子表面活性剂,RCOONa,羧酸盐,R-OSO,3,Na,硫酸酯盐,R-SO,3,Na,磺酸盐,R-OPO,3,Na,2,磷酸酯盐,129,常用表面活性剂类型,阳离子表面活性剂,R-NH,2,HCl,伯胺盐,CH,3,|,R-N-HCl,仲胺盐,|,H,CH,3,|,R-N-HCl,叔胺盐,|,C,H,3,CH,3,|,R-N,+,-CH,3,Cl,-,季胺盐,|,CH,3,130,常用表面活性剂类型,两性表面活性剂,R-NHCH,2,-CH,2,COOH,氨基酸型,CH,3,|,R-N,+,-CH,2,COO,-,甜菜碱型,|,CH,3,131,常用表面活性剂类型,R-(C,6,H,4,)-O(C,2,H,4,O),n,H,烷基酚聚氧乙烯醚,非离子表面活性剂,R,2,N-(C,2,H,4,O),n,H,聚氧乙烯烷基胺,R-CONH(C,2,H,4,O),n,H,聚氧乙烯烷基酰胺,R-COOCH,2,(CHOH),3,H,多元醇型,R-O-(CH,2,CH,2,O),n,H,脂肪醇,聚氧乙烯醚,132,双亲油基,-,双亲水基型表面活性剂,双子表面活性剂是一类性能卓越的新型表面活性剂,具有高的表面活性,好的水溶性和流变性等多种优点,有广泛的商业应用前景。目前国内外对该类还处在研究开发阶段,它能否工业化,将取决于生产成本。,133,高分子表面活性