第二章 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1.精细化工工艺学基础2.精细化工过程开发的一般规律3.精细化工产品的配方设计原理4.精细化工的技术开发2.1精细化工工艺学基础2.1.1精细化工工艺学内容2.1.2化学计量学2.1.3化工产品的经济核算2.1.4精细化工产品的配方设计原理2.1.5精细化工的技术开发2.1.1精细化工工艺学内容具体产品：技术和经济上的最佳合成路线及工艺路线单元反应：工艺条件、合成技术、反应方法原料原料预处理单元反应反应后处理产品提纯、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、干燥合成路线生产设备、生产

2、流程反应条件合成技术完成反应的方法反应物摩尔比、转化率、反应物浓度、反应过程中的T、P，催化剂和溶剂等。非均相接触催化、相转移催化、均相络合催化、光有机合成、电解有机合成、酶催化等。间歇操作和连续操作的选择、反应器的选择和设计等。物料性质(1)一定条件下的化学稳定性、热稳定性、光稳定性以及贮存稳定性等。(2)物料熔点（m.p）、沸点（b.p）、不同温度下的蒸气压、水中的溶解度、水在液态物料中的溶解度、与水是否形成恒沸物、恒沸温度及恒沸组成等。(3)比重、折光率、比热、导热系数、蒸发热、挥发性、粘度等。(4)闪点、爆炸极限、必要的安全措施。(5)毒性、对人体危害、在空气中

3、的允许浓度、必要的防护措施及中毒后的急救措施。(6)物料的商品规格、各种杂质和添加剂的允许含量，价格、供应来源、包装和贮运要求等。2.1.2化学计量学1.反应物的摩尔比2.限制反应物与过量反应物3.过量百分数反应物的摩尔比不一定等于化学计量比以最小化学计量数存在的反应物用量超过“限制反应物”完全反应的理论量限制反应物过量反应物(过量百分数=7%)NA，out表示A从反应器输出的量。均以摩尔数表示。45.选择性（S）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实际消耗掉的总摩尔数的百分比。例：aApP式中Np为生成目的产物的摩尔数。6.理论收率（y）指生成的目

4、的产物的摩尔数占输入的反应物摩尔数的百分数。7.重量收率（yw）在化工生产中，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，通常采用重量收率。它上是指目的产物的重量占某一输入反应物重量的百分数。例：教材P13。计算理论收率（y）、重量收率（yw）及原料消耗定额。8.原料消耗定额定义：指每生产一吨产品需要消耗多少吨（或公斤）各种原料。对于主要反应，原料消耗定额为重量收率的倒数。6P142.2.3化工产品的经济核算1．成本成本是任何一种商品进行经济核算中最重要的问题。最简单的方法可把成本分为两个部分：固定成本:是指工厂不管是否开工，只要它存在一天就必

5、须支付的，例如，行政管理人员工资，厂房及设备的折旧费，必须上交的税金，基建投资贷款的利息，保险费等；可变成本:则与产品生产有关，例如，工人的工资，原材料以及能源消耗等。2．价格由原材料成本来确定产品的价格起的作用较大公司在考虑建设一个新工厂时，总是希望得到的收益除补偿固定及可变成本外，还必须获得利润。所以应有一个合理的价格。不盈亏点：产品的价格下降到只够抵偿固定及可变成本的总和。在经济学上称为不盈亏点。关厂点：如果售价跌到只能抵偿可变成本，也就是所谓的关厂点。提出新的技术路线、实验室实验、测定数据、探索工艺条件。实验室研究阶段中间试验阶段工业化阶段2.3精细化工过程开发

6、的一般规律一个新的过程开发可分为三大阶段:一.配方设计原则配方研究人员是精细化工产品应用技术开发的中心人物。配方本身确有一定的科学性，但很大程度上也依赖于经验的积累。2.4精细化工产品的配方设计原理配方研究和设计的基本原则是：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。二、配方优化设计方法配方的优化设计系指主要性能优化，其它性能全面满足要求的配方设计。配方优化设计方法有很多，常用的有单因素优选法,多因素、多水平优选法（包括全面试验法、正交试验法、均匀设计法等）。(一)单因素优选法在n个组

7、分(因素)的配方体系中，将n-1个因素固定，逐步改变某一个因素的水平(各因素的不同状态)，根据目标函数评定该因素的最优水平。然后，依次求取体系中各因素的最优水平，最后将各因素的最优水平组合成最好配方。黄金分割法（也叫0.618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。（二）正交试验法我们把准备考察的有关影响试验指标的条件称为因素，例如配方中