第2章 精细化工工艺学基础幻灯片.pptVIP

1概述 （1）精细化工艺学的主要内容： ①对具体产品，选择和确定在技术和经济上最合理的合成路线和工艺路线； ②对单元反应，确定最佳工艺条件、合成技术和完成反应的方法，以得到高质量、高产率的产品； ③产品的主要应用、 商品化和发展动向。 （2）几个概念 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。 有机合成的有关反应和影响反应的有关因素；产品的分离、纯化方法、特点。 在精细化工生产中，需对所涉及的各种物料的性质有充分的了解，这些性质主要有： ①物料在一定条件下的稳定性（化学稳定性、热稳定性、光稳定性和贮存稳定性等）； ②物料的熔点（凝固点）、沸点和不同温度下的蒸汽压，溶解度，是否能形成恒沸物及其恒沸物的组成； ③密度、折光率、比热、挥发度、黏度等物理性质； ④闪点、爆炸范围和必要的安全措施； ⑤物料的毒性，必要的防护措施和中毒的急救措施； ⑥商品规格、质量要求、添加剂的规格和要求，包装和贮运要求，价格等。 2 化学计量学 （1）反应物的摩尔比 指加入反应器中的几种反应物之间的物质的量之比。 对于大多数有机反应来说，反应物的摩尔比并不等于化学计量比（按化学反应式的物质的量之比）。 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”。 过量百分数 即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。 （3）转化率（以x表示） 某一种反应物A反应消耗掉的量NAR占其向反应器中输入量NA，in的百分数，叫做反应物A的转化率XA。 (4)选则性（以S表示） 指某一反应物转变成目的产物，其理论消耗的摩尔数占该反应物反应中实际消耗掉的总摩尔数的百分数。 设反应物 A生成目的产物P，NP表示生成目的产物的摩尔数，a, p分别为反应物A和目的产物P的化学计量系数，则选择性为 (5)理论收率（以у表示） 指生成的目的产物的摩尔数占理论上应得到的目的产物的摩尔数的百分数。这个收率又叫做理论收率。 例题100mol苯胺在浓硫酸中进行焙烘磺化，反应物中含87mol对氨基苯磺酸，2mol未反应的苯胺，另外还有一定数量的焦油物 ,苯胺的转化率 ?对氨基苯磺酸的选择性 ?对氨基苯磺酸的理论收率 ? 苯胺的转化率： 对氨基苯磺酸的理论收率： （6）重量收率（以уw表示） 理论收率一般用于计算某一反应步骤的收率。但是在工业生产中，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，还常常采用重量收率yw,它是目的产物的重量占某一输入反应物重量的百分数。 例题 100kg苯胺（纯度99%，分子量93），经焙烘磺化和精制后得217kg对氨基苯磺酸钠（纯度≥97%，分子量231.2）。对氨基苯磺酸钠的理论收率 ?对氨基苯磺酸钠的重量收率 ? 对氨基苯磺酸钠的理论收率： （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 （8）单程转化率和总转化率 有些生产过程，主要反应物每次经过反应装置后的转化率并不太高，有时甚至很低，但是未反应的主要反应物大部分可以经分离回收循环再用。这时转化率分为单程转化率和总转化率。 例题 在苯一氯化制备氯苯时，为了减少副产二氯苯的生成量，每100mol苯用40mol氯，反应产物中含38mol氯苯，1mol二氯苯，还有61mol未反应的苯，经分离后可回收60mol苯，损失1mol苯。 转化率？选择性？ 3配方研究 3.1配方研究的重要性 配方研究开发对精细化学品极为重要。单一化学品难于完全符合某一项特定的最终用途，如乙醇可作为燃料，但难于直接用于汽车为燃料，需与其它助剂等与汽油一起构成乙醇汽油；洗涤剂是由若干表面活性剂和助剂组成的。 3.2配方设计原理 （1）配方设计研究的原则 配方设计研究的基本原则是：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应达到规定标准的前提下，使得产品配方综合性能（特别是主要性能）指标达到最优化。 （2）配方优化设计的方法 配方优化设计的系指主要性能优化，其他性能全面满足要求的配方设计。 配方优化设计方法很多，常用的有单因素优选法，多因素、多水平试验设计法（包括全面试验法、正交试验法、均匀设计法等）、计算机辅助配方设计等。 3.3 配方优化设计方法 3.3.1 单因素法 1. 黄金分割法 采用这