精细化工工艺学基础及技术开发

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1、第二章精细化工工艺学基础及技术开发教学内容与要求[教学内容]1.化学计量学。2.化工产品的经济核算。3.精细化工过程开发的一般步骤。4.精细化工技术开发。[教学要求]1.掌握化学计量学中的一些重要计量方法。2.理解转化率、选择性、收率的概念及计算。3.了解精细化工过程开发的一般步骤及技术开发。主要教学内容2.1精细化工工艺学基础2.2精细化工产品的配方设计原理2.3精细化工产品的研制与开发习题2.1精细化工工艺学基础2.1.1概述1、精细化工工艺学的主要内容精细化工工艺学主要包括：①对具体产品，选择与确定在技术上和经济上最合理的合成路线与工艺路线。②对单元反应，确定最佳工艺条件、合成技术与

2、完成反应的方法，以得到高质量(优质)、高产率(高产)的产品，以及了解该产品的主要应用及发展动向。2、几个概念合成路线、工艺路线、反应条件、合成技术、完成反应的方法2.1.2化学计量学1、反应物的摩尔比（1）概念指加入反应器的几种反应物之间的摩尔数之比。（2）说明它如与化学反应式的摩尔数比相同，即相当于化学计量比。实际操作中一般有所不同。2、限制反应与过量反应物（1）前提：化学反应不按化学计量比投料。（2）限制反应物：以最小化学计量数存在的反应物。（3）过量反应物：投料量超过“限制反应物”完全反应的理论量的反应物。例1：3H2+N2=2NH3表2－1配料表故：H2——限制反应物N2——过量反

3、应物原料计量比投料摩尔数投料摩尔比H237mol3.5N212mol13、过量百分数（1）概念过量反应物超过限制反应所需理论量部分所占理论需要量的百分数。（2）公式若以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：（3）计算例1中：H2：过量%=（3.5－3）/3×100%=16.7%例2：氯苯二硝化为二硝基氯苯表2－2配料表因此，氯苯是限制反应物，硝酸是过量反应物。硝酸过量百分数＝（5.35－5）/5×100%=7%或＝（2.14-2）/2×100%=7%物料化学计量比投料摩尔数投料摩尔比投料化学计量数氯苯硝酸125.0010.7012.145

4、5.354、转化率（X）（1）概念某一种反应物A反应掉的量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。（2）计算公式=反应消耗原料的量/反应投入的总原料的量上式中:NA,out表示A从反应器输出的量。均以摩尔数表示（也可转化为产品的量计算）（3）说明5、选择性（S）（1）概念选择性是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在反应中实际消耗掉的总摩尔数的百分数。（2）计算公式设反应物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：（3）选择性计算例3：投料：苯3mol氯5mol得到：二氯苯

5、0.5mol一氯苯1.5mol回收：苯1mol计算转化率与选择性。解：X苯=（3-1）/3*100%=（0.5+1.5）*100%=66.7%对一氯苯：S=1.5/（3-1）*100%=1.5（0.5+1.5）*100%=75.0%对二氯苯：S=0.5/（3-1）*100%=25.0%6、理论收率（y）（1）概念收率是指生成的目的产物的摩尔数占输入的反应物摩尔数的百分数。这个收率又叫做理论收率。（2）计算（3）说明三者的关系：例4乙醇在装有AL2O3催化剂的固定床反应器中脱水生产乙烯，测得每投料0.460kgC2H5OH,能得到0.252kgC2H4,剩余0.023kg未反应的C2H5OH

6、，求算C2H5OH的转化率，C2H4的收率与选择性。解：M462818反应前0.460kg00反应后0.023kg0.252kgX=(0.460-0.023)/0.460*100%=95%y=(0.252*46/28)/0.460*100%=90.0%S=(0.252*46/28)/(0.460-0.023)=94.7%=y/x=90.0%/95.0%例5100mol苯胺在用浓硫酸进行焙烘磺化时，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。则苯胺的转化率：x＝（100－2）÷100×100％＝98.00％生成对氨基苯磺酸的选择性为：生成对氨基苯磺酸的理

7、论收率为：7、重量收率（yw）（1）概念目的产物的重量占某一输入反应物重量的百分数。（2）应用理论收率一般用于计算某一反应步骤的收率。但在工业生产中，为了计算反应物经预处理、化学反应和后处理之后所得目的产物的总收率。例6100kg苯胺（纯度99%，M=93）经烘熔磺化和精制后得到217kg对氨基苯磺酸钠（纯度≥97%，M=231.2），则按苯胺计，对氨基苯磺酸钠的理论收率：问题：为什么yw中不考虑纯度？8、原料消耗定额（