精细化工工艺学(课堂PPT).ppt

精细化工工艺学1 课程性质及评分标准课程性质：考试课课程性质：考试课学时总数：学时总数：40学时学时考试方式：闭卷考试方式：闭卷成绩评定：考勤成绩评定：考勤 10%课堂表现课堂表现 10%课后作业课后作业 10%期末考试期末考试 70%2主要教学内容章节章节内容内容学时学时章节章节内容内容学时学时第第1 1章章 绪论绪论 2 2第第6 6章章涂料涂料6 6第第2 2章章 高分子加工用助剂高分子加工用助剂 4 4第第7 7章章香料提取香料提取4 4第第3 3章章 表面活性剂表面活性剂 4 4第第8 8章章化妆品化妆品4 4第第4 4章章 食品添加剂食品添加剂6 6第第9 9、1010章章2 2第第5 5章章 胶黏剂胶黏剂8 8其他其他总计总计40403主要参考书1.宋启煌主编宋启煌主编.精细化工工艺学精细化工工艺学.第第2版版.北京：北京：化学工业出版社，化学工业出版社，2004.2.李和平主编李和平主编.精细化工工艺学精细化工工艺学.第第2版版.北京：北京：科学出版社，科学出版社，2007.马榴强主编马榴强主编.精细化工工艺学精细化工工艺学.北京：化学北京：化学 工业出版社，工业出版社，2008.选用教材选用教材4第1章 绪 论5671.1 精细化工和精细化学品精细化学品精细化学品（Fine chemicals）化学品化学品（Chemicals）通用化学品通用化学品（Heavy chemicals）大宗化学品大宗化学品8Chemicals:Dr.C.H.ClineChemicalsDifferentiated products(差别性差别性)Undifferentiated products(非差别性非差别性)产量大、用产量大、用途广途广产量小、用产量小、用途专途专 产产量量大大、用用途广途广产产量量小小、用用途专途专Pseudo-CommoditySpecialty-ChemicalsCommodity-Chemicals Fine-Chemicals无差别化学品无差别化学品无差别化学品无差别化学品具有固定熔点或沸点，能以分子式或结构式具有固定熔点或沸点，能以分子式或结构式具有固定熔点或沸点，能以分子式或结构式具有固定熔点或沸点，能以分子式或结构式 表示其结构的化学品称为表示其结构的化学品称为表示其结构的化学品称为表示其结构的化学品称为“无差别化学品无差别化学品无差别化学品无差别化学品”。差别化学品差别化学品差别化学品差别化学品不具备上述条件的化学品。不具备上述条件的化学品。不具备上述条件的化学品。不具备上述条件的化学品。9产产量量 /固固定定资资产产投投资资大大小小通用化学品（非）通用化学品（非）如硫酸、碳酸钠、烯烃、芳烃等。半通用化学品（差）半通用化学品（差）如合成树脂、合成橡胶、合成纤维等。低低高高价价格格 /科科技技开开发发投投资资精细化学品（非）精细化学品（非）如中间体、医药和农药的原料药等。专用化学品（差）专用化学品（差）如农药制剂、各种助剂、水处理剂等。化工产品的C.H.Cline分类10p通用化学品通用化学品（Commodity Chemicals）：）：特点：非差别性、量大；定义：指从价廉，易得的天然资源开始，经一次或数次化学加工而制成的最基本的化工原料。p拟通用化学品拟通用化学品（Pseudo-commodity Chemicals）定义：也称半（或准）通用化学品特点：差别性、量大，如炭黑、火药、合成纤维等。11p精细化学品精细化学品（Fine Chemicals，FC）：）：特点：非差别性、量少；例如：化学试剂、燃料、颜料食品添加剂、催化剂、医药和农药的原药等。以化合物的形式销售，强调产品的规格和纯度；用初级产品深加工制成。p专业化学品专业化学品（Specialty Chemicals，SC）特点：差别性、量少；定义：指全面要求产品功能和性能的一类化学品，可按商品使用性质分为准商品、多用途功能化合物和最终用途化学品，如化妆品、肥皂、洗衣粉、农药等；以混合物形式销售，主要以复配显示专门功能为特点。12精精细细化学品（化学品（fine chemicals）：凡是增凡是增进进或或赋赋予一种（一予一种（一类类）产产品以特定功能，或本品以特定功能，或本身身拥拥有某些有某些特定功能特定功能的的纯纯物物质质或或多元复配物多元复配物。换换句句话说话说：对对基本化学工基本化学工业业生生产产的初的初级级或次或次级级化学品化学品进进行深加工而制取的具有特定功能、特定用途、小批行深加工而制取的具有特定功能、特定用途、小批量生量生产产的系列的系列产产品。品。13精细化工：全称精细化学工程(fine chemical engineering)是指生产精细化学品的工业。属化学工程学科(chemical engineering)范畴。精细化工与基础化工（如基本有机化工、无机化工）不同，后者多生产基本化工原料，而前者生产的产品，多为各工业部门广泛应用的辅助材料或人民生活的直接消费品。是当今世界各国发展化学工业的战略重点。是一个国家综合技术水平的重要标志之一。是以高新技术为依托的工业。是生产高质量、多品种、专用或多功能精细化学品的工业。14 精细化学品十九世纪以前即已有，如药物、油漆、肥皂、农药等等。天然物为原料。在20世纪初，随着石油化工的发展，以合成化学品为原料的精细化学品产生了第一次飞跃。在20世纪中叶，随着高分子化学的发展和高分子材料的大量出现，为精细化学品带来了第二次飞跃，其特征之一是部分老行业更新换代，如合成洗涤剂的出现，油漆扩展为涂料；其另一特征是新生行业崛起如合成聚合物胶粘剂、合成材料用助剂、信息化学品、功能高分子等。进入21世纪以来，精细化学品的发展基本特征是以高新技术为依托。环保意识的提高，提出了可持续发展的思路：精细化学品必须朝着“绿色”方向发展。肥皂油漆药物农药 随着时代的发展而发展随着时代的发展而发展 向大宗化学品发展，或者走向衰亡向大宗化学品发展，或者走向衰亡 技术密集和高附加值也非一成不变技术密集和高附加值也非一成不变发展特点发展特点精细化工的发展15目前世界上主要发达国家的精细化工率已超过50以上，如日本的精细化工率已超过60，而我国还处于较低的水平，需要进一步的发展。16我国精细化工的发展我国精细化工的发展 目前我国精细化工门类已达25个，品种达3万多种，已建成精细化工技术开发中心10个，精细化学品生产能力近1350万吨/年，年总产量近970万吨，年产值超过1000亿元。2004年，我国精细化工率已上升到45%。染料产量达到了59.83万吨，约占世界染料产量的60%，2004年出口量达到22.66万吨，约占世界出口总数的25%。涂料产量2004年达到298万吨，成为世界第二大涂料生产国。农药产量居世界第二位 柠檬酸的年出口量已接近40万吨，约占全球总消费量的三分之一。维生素C的出口量已突破5万吨，占全球总消费量的50%以上 17精细化工的发展与经济地位：精细化工的发展与经济地位：精细化工的发展与经济地位：精细化工的发展与经济地位：基本原料基本原料基本原料基本原料精细化学品精细化学品精细化学品精细化学品大宗化学品大宗化学品大宗化学品大宗化学品化工产品产业链化工产品产业链化工产品产业链化工产品产业链社会发展社会发展社会发展社会发展国民经济国民经济国民经济国民经济国防建设国防建设国防建设国防建设附加值：附加值：附加值：附加值：1 1 1.5-5 1.5-5 5-100+5-100+18精细化工产品分类（1986年3月6日化工部颁布）1农药；农药；2染料；染料；3涂料（包括油漆和油墨）；涂料（包括油漆和油墨）；4颜料；颜料；5.试剂和高纯物；试剂和高纯物；6.信息用化学品；信息用化学品；7.食品和饲料添加剂；食品和饲料添加剂；8.粘合剂；粘合剂；9.催化剂和各种助剂；催化剂和各种助剂；10.化工系统生产的化学药品和日用化学品化工系统生产的化学药品和日用化学品;11.高分子聚合物中的功能高分子材料高分子聚合物中的功能高分子材料.精细有机化学品精细无机化学品精细生物制品19近年有人将其分为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。(18类)201.2 精细化工及精细化学品的特性1.2.1 精细化工的生产特性 小批量；小批量；多品种；多品种；大量采用复配技术；（大量采用复配技术；（协同作用协同作用）技术密集度高；技术密集度高；间歇生产装置和多功能生产装置；间歇生产装置和多功能生产装置；生产流程呈多样化生产流程呈多样化211.2.2 精细化工的经济特性 附加价值高；附加价值高；投资效率高；投资效率高；利润率高。利润率高。附加价值附加价值：指在产值中扣除原材料、税金、设备、：指在产值中扣除原材料、税金、设备、厂房的折旧费所剩余部分的价值。它包括工人劳动、厂房的折旧费所剩余部分的价值。它包括工人劳动、利润、动力消耗以及技术开发等费用。利润、动力消耗以及技术开发等费用。投资效率投资效率：附加价值与固定资产的比值：附加价值与固定资产的比值。投资效率：化肥（投资效率：化肥（62%）；纤维（）；纤维（94.3%）；）；感光材料（感光材料（170.9%）；医药（）；医药（2401.4%）22100美元变成10600美元的故事：石油化工原料初级化学品最终成品进一步加工为塑料中间产品有机中间体再进一步加工为家庭用品等中间产品100$480$200$380$800$540$10600$23独家经营，技术保密；重视市场调研，适应市场需求；配有应用技术和技术服务。1.2.3 精细化工的商业特性精细化工的商业特性 1.2.4 精细化工的产品特性精细化工的产品特性 多品种、小批量多品种、小批量和和具有特定功能、专用性质具有特定功能、专用性质构成构成了精细化学品了精细化学品量量与与质质的两个基本特性。的两个基本特性。特定功能：物理功能、化学功能和生物活性。特定功能：物理功能、化学功能和生物活性。241.3 精细化工的重要性精细化工的发展，促进了其它行业如农业、医药、纺织印染、皮革、造纸等衣、食、行和用水平的提高，同时为这些行业带来了经济效益的提高。精细化工的发展，为生物技术、信息技术、新材料、新能源技术、环保等高新技术的发展提供了保证。精细化工的发展，直接为石油和石油化工三大合成材料的生产及加工、农业化学品的生产，提供催化剂、助剂、特种气体、特种材料、阻燃剂、膜材料、工业表面活性剂、环境保护治理化学品等各种添加剂，保证和促进了石油和化学工业的发展。25人民生活：人民生活：衣衣：纤维助剂、染料。食食：食品添加剂（甜味剂、色素、香精、味 精、防腐剂）、化肥、农药。住住：装饰材料助剂、涂料、颜料、油漆、塑料。行行：橡胶助剂、油料添加剂、防冻剂。健健：药品、保健品、除臭剂。美美：化妆品、洗涤剂、美容美发品、玻璃擦净剂、空气清新剂。26社会发展社会发展工业工业：煤、石油、天然气的各种加工助剂和催 化剂，电子材料，矿产品加工剂等。农业农业：农药、饲料添加剂、除草剂、植物生长 剂、农副产品加工药剂等。国防国防：化学武器、防化武器、导弹材料、航空 航天材料等。高新科技高新科技：信息材料、功能材料、人造器官、基因工程材料等。27精细化工的发展，提高了国家的化学工业的整体经精细化工的发展，提高了国家的化学工业的整体经济效益，增强了国家的经济实力。济效益，增强了国家的经济实力。据报道一台电视机与据报道一台电视机与2000多种化学品有关，其中绝多种化学品有关，其中绝大部分是精细化学品。大部分是精细化学品。281.4 精细化工工艺学的内涵精细化工工艺学的内涵初级原料、次级原料初级原料、次级原料精细化工产品精细化工产品反应/复配1、生产准备过程精细化工生产的原料主要是各种有机化合物。根据生产目的的不同，原料要求等级也不尽一致。控制住原料的来源、产地、纯度等，是保障生产顺利进行的首要条件。如：试剂等级及选用原则、试剂贮存原则、试剂预处理化工生产过程主要由化工生产过程主要由生产准备过程生产准备过程、化学反应过程、化学反应过程、产品后处理过程产品后处理过程所组成。所组成。29实验室用试剂等级包括以下几类：基准试剂（JZ，绿标签）：作为基准物质，标定标准溶液；优级纯（GR，绿标签，一级品）：主成分含量很高、纯度很高，适用于精确分析和研究工作，有的可作为基准物质；分析纯（AR，红标签，二级品）：主成分含量很高、纯度较高，干扰杂质很低，适用于工业分析及化学实验；化学纯（CP，蓝标签，三级品）：主成分含量高、纯度较高，存在干扰杂质，适用于化学实验和合成制备；实验纯（LR，黄标签）：主成分含量高、纯度较差，杂质含量不做选择，只适用于一般化学实验和合成制备；指定级（ZD）、高纯试剂（EP）、色谱纯（GC或LC）、指示剂（ID）、生化试剂（BR）、可替代指示剂、当量试剂、电泳试剂等。30单体原料的贮存应注意：防止与空气接触产生易爆炸的混合物或产生过氧化物；提供可靠的措施，保证在任何情况下贮罐不会产生过高的压力，以免贮罐爆破；防止有毒易燃的单体泄露出贮罐、管道和泵等输送设备；为防止单体贮存过程中发生自聚现象，必要时应添加阻聚剂；贮罐还应当远离反应装置，以减少着火危险；贮存气体状态单体的贮罐和贮存常温下为气体，经压缩冷却液化为液体的单体的贮罐应当是耐压容器。其它：用氮气保护贮罐以防止进入空气；为防止单体受热后发生自聚，应当防止阳光照射并采取隔热措施；或安装冷却水管，必要时进行冷却。31聚合反应过程的引发剂贮存注意事项：过氧化物采用小包装、低温环境、防火、防撞击；固体过氧化物，如过氧化二苯甲酰中加适量水，使之保持潮湿状态；液态的过氧化物，通常加适当溶剂使之稀释以降低其浓度；烷基金属化合物最危险，低级烷基的铝化合物常制备为15%25%的溶液，并且用惰性气体（如氮气）予以保护；过渡金属卤化物接触潮湿空气易水解，生成腐蚀性烟雾，因此应严格防止接触空气；贮存地点应当与生产区、单体贮存区隔离开，并要有适当的安全地带；酸性催化剂具有腐蚀性，应注意容器的密闭性，防止泄露而伤人。322、生产过程p以合成为主的精细化学品，需明确：合成路线：选用什么原料，经由哪几步单元反应；工艺路线：原料的预处理和反应物的后处理应采用哪些化工过程、采用什么设备和生产流程等；反应条件控制：反应物的总摩尔比、反应物和生成物的初始浓度、pH、T、P反应操作方式：间歇、连续、半间歇（半连续）反应效率：转化率、收率、选择性p以复配为主的精细化学品，应明确：采用什么原料、方法、设备、过程、条件；复配技术：经验重要性、计算机仿真、模拟333、产品后处理过程经反应得到的物料，多数情况下不是单纯的产物，而是含有部分原料、催化剂残渣、反应介质（水或有机溶剂）等的混合物。因此，必须将产物与反应物、反应介质等进行分离。分离方法与反应所得到物料的形态有关。34产品处理（作为下一工序原料、筛选、包装、灌装、计量、贮存、输送等）未反应物循环利用（返回反应过程或加工成副产物）副产物处理（设计制备、包装、贮运等）后处理过程：后处理过程：三废处理：三废：废气、废液、废渣所含有害物质在排放前应该达到排放标准；尽量综合利用，变废为宝；污染问题不解决，不允许投产。相关政策法规35围绕工艺流程的四个重要部分：工艺流程设计各个生产单元按照一定的目的要求，有机地组合在各个生产单元按照一定的目的要求，有机地组合在一起，形成一个完整的生产工艺过程，并用图形描一起，形成一个完整的生产工艺过程，并用图形描绘出来，即是绘出来，即是工艺流程图工艺流程图。工艺流程图有工艺流程图有方块流程图方块流程图、装备流程图、装备流程图、带控制点带控制点工艺流程图工艺流程图等。等。36保险粉的生产工艺（保险粉：连二亚硫酸钠，广泛用于纺织工业的还原性染色、漂白）371.5 精细化工的发展方向指在生产过程中，或产品生命周期中均对环境无危害。指在生产过程中，或产品生命周期中均对环境无危害。这包括原料来源广泛，最好是可再生资源；生产工艺这包括原料来源广泛，最好是可再生资源；生产工艺安全有效、节能、无废弃物排放或废弃物可资源化；安全有效、节能、无废弃物排放或废弃物可资源化；设备使用寿命长，无跑冒滴漏现象，废弃的设备也不设备使用寿命长，无跑冒滴漏现象，废弃的设备也不对环境产生威胁；产品使用安全，无污染，废弃的产对环境产生威胁；产品使用安全，无污染，废弃的产品可作为资源再生，或经处理成为无污染的物质等品可作为资源再生，或经处理成为无污染的物质等。绿色精细化工（清洁精细化工、环境友好精细化工）38纳米技术，是指研究由尺寸在0.1100nm之间的物质组成的体系的运动规律和相互作用，以及可能的实际应用中技术问题的科学技术。p 纳米技术与精细化工的结合 由于纳米材料具有由于纳米材料具有量子尺寸效应量子尺寸效应、小尺寸效应小尺寸效应、表表面效应面效应和和宏观量子隧道效应宏观量子隧道效应等特性，使纳米微粒的等特性，使纳米微粒的热磁、光、敏感特性热磁、光、敏感特性、表面稳定性表面稳定性，扩散和烧结性扩散和烧结性能能，以及，以及力学性能力学性能明显优于普通微粒，所以在精细明显优于普通微粒，所以在精细化工上纳米材料有着极其广泛的应用化工上纳米材料有着极其广泛的应用。39 贮氢材料 FeTi和Mg2Ni是贮氢材料的重要候选合 金，吸氢很慢，必须活化处理，即多次进行吸氢脱氢过程。纳米晶FeTi的吸氢活化性能明显优于普通多晶材料。催化剂 由于纳米晶材料可以提供大量催化活性位置，因此很适宜作催化材料。如超细硼粉、高铬酸铵粉可以作为炸药的有效催化剂；超细的铂粉、碳化钨粉是高效的氢化催化剂；超细银粉可以为乙烯氧化的催化剂；铜及其合金纳米粉体用作催化剂，效率高、选择性强，可用于二氧化碳和氢合成甲醇等反应过程中的催化剂；纳米镍粉具有极强的催化效果，可用于有机物氢化反应、汽车尾气处理等。p 应用实例 40p 现代生物化工与精细化工的结合 与传统的化学工业相比，生物化工有以下几个特点：a.主要以可再生资源作主要原料。b.反应条件温和，多为常温、常压，能耗低，选择 性好，效率高。c.环境污染较少。d.设备简单，投资较少。e.能生产目前不能生产或还不为人知的性能优异的 化合物，并能开发生产新品种。f.原子利用率高，是理想的绿色化学技术。41 生物农药 农业生产中最常用的是化学农药，它杀虫灭菌，保证了农业丰收，它所带来的好处是不言而喻的。但同时也不可避免地伤害有益的生物，残留于农产品中，并且污染环境，造成生态的破坏。为了克服化学农药的这些弊端，生物农药的研究与开发得到快速的发展。生物法合成丙烯酰胺生物法合成丙烯酰胺 宁波甬鑫生物化工有限公司采用生物法由丙烯腈生宁波甬鑫生物化工有限公司采用生物法由丙烯腈生产丙烯酰胺产丙烯酰胺421.6 几种精细化学品简介1.6.1 免水洗手液431.6.2 喜之郎果冻与空气清新剂441.6.3 口香糖与阿拉伯胶451.6.4 蓝色妖姬与染料它是用一种对人体无害的染色剂和助染剂调合成着色剂，等白玫瑰（或白月季）快到花期时，开始用染料浇灌花卉，让花像吸水一样，将色剂吸入进行染色。461.6.5 浆糊、胶水与固体文具胶471.6.6 央视大楼起火与塑料阻燃剂“大楼是从楼顶起火，自上而下燃烧，大楼是从楼顶起火，自上而下燃烧，如果阻火材料如果阻火材料达标，情况不会这样。达标，情况不会这样。”481.6.7 果冻蜡烛、窗贴与防震垫491.6.8 瘦肉精与饲料添加剂瘦肉精是一类瘦肉精是一类动物用药动物用药，有数种，有数种药物药物被称为瘦肉精，例如被称为瘦肉精，例如莱克多莱克多巴胺巴胺（Ractopamine）及）及克伦特罗克伦特罗（Clenbuterol）等。将瘦肉精）等。将瘦肉精添加于饲料中，可以增加动物的瘦肉量、减少饲料使用、使肉品添加于饲料中，可以增加动物的瘦肉量、减少饲料使用、使肉品提早上市、降低成本。提早上市、降低成本。501.6.9 食品、化妆品与香精51习题1、什么是精细化工，精细化工的特点是什么？、什么是精细化工，精细化工的特点是什么？2、什么是精细化学品，请列举五类主要的精细化、什么是精细化学品，请列举五类主要的精细化学品。学品。3、精细化学品的原料来源主要有哪些？、精细化学品的原料来源主要有哪些？4、精细化学品与专用化学品的区别有哪些？、精细化学品与专用化学品的区别有哪些？52