第一章绪论宋启徨

主讲：代伟浙师大应化系Tel:139894124521.1精细化学品的定义及分类A1ClassificationofchemicalsandFinechemicalsHeavychemicals（大宗）Finechemicals（精细）ChemicalsChemicals:U.S.AC.H.Cline.doctorChemicalsDifferentiatedproducts(差别性)Undifferentiatedproducts(非差别性)产量大、用途广产量小、用途专产量大、用途广产量小、用途专Pseudo-CommoditySpecialty-ChemicalsCommodity-ChemicalsFine-Chemicals固定资产投资产量大小通用化学品（非）：如硫酸，碳酸钠，烯烃，芳烃等有差别的通用化学品（差），如合成树脂，合成橡胶，合成纤维，表面活性剂等。价格低高科技开发投资精细化学品（非）：如中间体，医药和农药的原料等。专用化学品（差）：如农药制剂，各种助剂，水处理剂等。表1化工产品的C.H.Kline分类（1）通用化学品（CommodityChemicals）(非差别性、量大)：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。（2）拟通用化学品（Pseudo－commodityChemicals）也称半通用化学品（SemicommedityChemicals）（差别性、量大）：炭黑、火药、合成纤维等（3）FC-FineChemicals精细化学品。（非差别性、量少）：化学试剂、染料、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。初级产品深加工制成。（4）SC-SpecialtyChemicals专用化学品。（差别性、量少）：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、洗涤剂、农药。以混合物形式销售,主要以复配显示专门功能为特点。A2Concept:finechemicalindustry凡能增进或赋予一种(一类)产品以特定功能、或本身拥有特定功能的小批量、高纯度化学品，称精细化学品（finechemicals）。生产精细化学品的工业称精细化学工业，简称精细化工（finechemicalindustry）。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。是高质量、多品种、专用或多功能的精细化学品。｛特征1.2.1Classificationoffinechemicals日本198435个198551个中国:1986年3月6日11大类农药、染料、涂料（油漆、油墨）、颜料、试剂和高纯物、信息用化学品（感光材料、磁性材料、）、食品和饲料添加剂、粘合剂、催化剂和各种助剂、化学药品（原料药）和日用化学品、功能高分子材料（功能膜、偏光材料）。1.2.2Characteristicoffinechemicalindustry（l）多品种小批量（2）综合生产流程和多功能生产装置（3）高技术密集度（4）商品性强（5）产品附加值高产品附加值：产品产值中扣去原材料、税金、设备和厂房的折旧费后剩余部分的价值，包括：利润、工人的工资、动力消耗以及技术开发费用。反映：劳动、技术利用情况以及利润是否高。投资效率：（%）=（附加值/固定资产）×100%基于以上特点精细化工一般适合乡镇企业生产。1.2.3Significanceofdevelopingfinechemicalindustry化工产业结构指标：精细化率（精细化工在整个化学工业中所占的比重）=（精细化工产值/化工产品总值）×100%日本和美国：精细化工的年平均增长速度大大超过化学工业的平均增长速度，其精细化率达到50％以上。英、法等国也都在进行化工产品结构的调整，也将战略重点转向精细化工，精细化率也在加快。俄罗斯虽未将化学工业的重点转向精细化工，但也在加快精细化工的发展。中国：85期间28~33%95期间45%世界工业发达国家都在加快精细化工的发展，都在调整化工产品的结构，并将化学工业的战略重点转向精细化工。精细化工已经成为人民生活水平提高、工农业发展潜力、军事与高新技术产业发展的象征。1.3精细化工的重要性和动向1.3.1人民生活：衣，纤维助剂、染料。食，食品添加剂（甜味剂、色素、香精、味精、防腐剂）、化肥、农药。住，装饰材料助剂、涂料、颜料、油漆、塑料。行，橡胶助剂、油料添加剂、防冻剂。健，药品、保健品、除臭剂。美，化妆品、洗涤剂、美容美发品、玻璃擦净剂、空气清新剂。1.3.2社会发展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，化学武器、防化武器、导弹材料、航空航天材料等。高新科技，信息材料、功能材料、人造器官、基因工程材料等。1.3.3Thedevelopingtendencyoffinechemicalindustry1.买资源向自开发技术的转化：原矿的浮选与矿产品的深加工，太空资源的开发、海洋开发等。2.高新技术的开发应用：纳米材料、钻石涂料、玻璃纤维（苏格兰桥）、高档陶瓷、染料等。3.特种食品：ATP、太空食品、保健食品等。4．新药的合成：抗癌、抗爱滋、SARS、。5．绿色材料与试剂：无甲醛黏合剂、无辐射装潢材料、太阳能发光涂料、CFC（氟氯烃）替代技术（保护臭氧层）等。6．绿色能源：氢能、生物质能（沼气、生物质发电）、太阳能。7．仿生材料：纳米材料与荷叶、人工固氮和固碳、人造器官、仿生催化剂（酶）、ATP能量片与光和磷酸化、香蕉皮与润滑剂（石墨、二硫化钼）等，先仿后创。8．模拟光合作用：C1化学（CO、CO2、→CH4→汽油）、固碳，ATP合成等。9．现代生化技术：DNA重组技术、干扰素（性激素杀虫技术）、生物反应器（多肽合成）、细胞融合、膜催化反应等。10．新分离技术：临界萃取、天然产物的超临界萃取（色素、香油、中草药有效成分）、无机膜分离（超纯水、超纯气）等。11．增效复配技术：表面活性技术、微胶囊化技术、薄膜化技术、高效洗涤技术等。12．超细粉体与纳米化：高档陶瓷、染料、油漆，橡胶、塑料填充剂，13．计算机分子设计，定向嫁接：有机全合成、不对称合成、功能高分子。开发思路：“人无我有，人有我优，人优我新”。“资源有限，创意无限”。“唯实求真，协力创新”。1.4精细化工基础1.4.1化学计量学几个概念1.反应物的摩尔比:加入反应器中的几种反应物之间的物质量之比.2.限制反应物:以最小化学计量数存在的反应物过量反应物:某种反应物的量超过”限制反应物”完全反应的理论量.3.过量百分数Ne:过量反应物的物质的量Nt:与限制反应物完全反应所消耗的物质量例：P124.转化率xNAR:某反应物A反应掉的量NA,in：向反应器输入量NA,out:从反应器输出量100%NtNtNe过量%%100,,,,inAoutAinAinAARANNNNNx5.选择率某一反应物转化成目的产物的反应速率和副反应的速率之比。率转化为副产物的反应速速率转化为目的产物的反应选择率选择性（S）：某反应物转化成目的产物，理论消耗摩尔数占该反应中实际消耗掉的总摩尔数的百分数。转化率，选择性和收率三者之间的关系：y=S.x例P13%100,,outAinApNNNpaS例P137.原料消耗定额每生产1t产品需消耗多少吨各种原料8.单程转化率和总转化率P146.重量收率100%yw入反应反应物的某的重量所得目的产输物%单程转化率100NNNRinA,RoutA,RinA,100%NNNRinA,SoutA,SinA,总转化率a.应用范围：影响考察指标的因素较多,而且暂时无法确定主要因素。影响考察指标的因素较多,而且指标之间又有矛盾。试验因素多，周期长，希望一批做几个试验。试验误差大，对实验结果带来干扰。优点：试验次数少，效果好，方法简单，使用方便，效率高，完全表格化，试验均匀分散，整齐可比性。1.4.2精细化工工艺条件的优化正交试验法b.正交试验统计的基本思想考虑进行一个三因素、每个因素有三个水平的试验。如果作全面试验，需作=27次。如果进行正交试验设计，利用正交表安排试验，对于三因素三水平的试验来说，需要作9次试验，用“Δ”表示，标在图中。如果每个平面都表示一个水平，共有九个平面，可以看到每个平面上都有三个“Δ”点，立方体的每条直线上都有一个“Δ”点，并且这些“Δ”点是均衡地分布着。因素水平温度，oC时间，min催化剂量，％120060524009010360012015选择原则：正交表的因素数与水平数等于或大于要进行试验的因素数与水平数，使试验数最少。正交表是正交试验设计的工具。Ln(qm)L：正交表；n：实验总数；q：因素的水平数；m：表的列数。最简单的正交表是L9(34)，此外还有L16(45)L25(56)，等。L表示一张表，它的数字，有三层不同的含义，以L9(34)为例加以说明。因素的水平数实际试验次数L9(34)表的列数c.正交设计应用[例]某化工厂生产一种试剂，产率较低，希望通过试验探索好的生产工艺以提高产率。考察的因子与水平如下表:表8－11因子水平A反应温度(摄氏度)B反应时间(小时)C搅拌速度一水平301快二水平401.5中三水平502慢正交表与直观分析法列号试验号1反应温度(摄氏度)A2反应时间(小时)B3搅拌速度C1130111快213021.52中3130323慢4240112中524021.53慢6240321快7350113慢835021.51快9350322中表8－12试验计划表在A因子水平相同的三组试验中,极差它表示反应温度40摄氏度与50摄氏度相比,试剂的产率平均提高15.6%.用同样的方法可以比较B因子和C因子各水平的好与差.6.157.663.82AR结论反应温度对产率影响最大,其次是反应时间,再其次是搅拌速度.反应温度是40度好,反应时间是1.5小时好,搅拌速度是快速好.最好的生产工艺是A2B2C1:即反应温度40摄氏度;反应时间1.5小时;搅拌速度快速.B1Summaryfinechemicalindustry：EngineeringandtechnologyEngineering：生产设备功能多样化，间歇釜式反应器。Technology：技术（工艺条件）密集，增效复配。浙江黄岩县、江苏、上海、大连、北京。B2Thetechnologyprocessoffinechemicalindustry原料予处理化学反应后处理大宗产品纯化市场精细化学品d.Technologyoffinechemicalindustry例:〔Ca（H2PO4）2H2O〕脱氟磷酸氢钙(FC)↓磷肥(PC)2Ca5F（PO4）3+7H2SO4+3H2O===3〔Ca（H2PO4）2H2O〕+7CaSO4+2HF稀硫酸磷矿粉水HF一级吸收二级吸收碳酸钠氟硅酸钠脱氟磷酸氢钙(FC)混合脱氟磷肥PC)熟化化合纯化中和e.Theprocessofthenewproduct'sexploitation1．市场调研到产业化—Theprocessofproduce'sexploitation科研课题选题立项→实验室研究→科研成果→小试→中试→工业化试生产↑↓↓↓市场论文←失败△产业化↓产、学、研紧密结合↑例：娃哈哈、DMF、锑白、脱氟磷酸氢钙。2．科研课题选题立项—theplanofthenewproduct'sexploitation（1）掌握信息,市场预测。（2）边、空、少（紧）、特、新。（3）因地制宜，因时制宜，因财制宜，领先开发。Weshouldgraspevery