精细化工工艺学-1绪论

精细化工工艺学Chapter1绪论精细化学工业（简称精细化工）是生产精细化学品的工业。精细化工是当今世界各国发展化学工业的战略重点，也是一个国家综合技术水平的重要标志之一。其基本特征是以高新技术为依托，为全球经济和人民生活生产提供高质量、多品种、专用或多功能的精细化学品。1.1精细化工的定义化学工业行业范畴与产品分类按4类分：原料工业（煤、石油、天然气等）无机化工（酸、碱、盐）有机化工（合成材料、加工业）合成工业（制药、精细化工）化学工业，是一个包含多个行业的工业部门。按8类分：石油炼制和裂解工业煤焦化及煤焦油工业有机合成工业高分子工业氯碱工业制酸工业肥料工业精细化学工业。精细化学品——当今世界各国竞相发展的重点和热点！是我国在本世纪调整大中型企业产品结构的发展战略重点之一。1960’日本最先提出精细化学品的概念1980’精细化工学会成立1983年，我国框定精细化工的范围，并提议建立精细化工专业1986年，化工部提出了精细化工产品暂行分类办法精细化工的诞生精细化工：生产精细化学品（finechemicals）的工业。精细化学品：指一些具有特定应用性能、合成工艺中合成步骤较多、反应复杂、产量小、品种多、产品附加值高的商品。精细化学品与通用化学品的区别通用化学品（大宗化学品）：指一些应用范围广泛、生产中化工技术要求高、产品吨位大，附加值与利润较低的产品。原料：天然资源如煤、天然气、石油、农副产品。产品：乙烯、合成NH3、苯及三大合成材料（塑料、纤维、橡胶）中国和日本称谓的精细化学品在欧美国家又分为两类：精细化学品：销售量小的化学型产品。（按分子组成来销售，强调的是产品的规格、纯度）专用化学品：销售量小的功能型产品。（据功能来销售，强调的是产品功能）精细化学品与专用化学品的区别精细化学品------化学型产品:强调产品的化学结构规格和纯度，产品按分子组成（化合物）来销售的；如：3-氯-4-氟-苯胺1-乙基-6-氟-1，4-二氢-4-氧代-7-（1-哌嗪基）-3-喹啉羧酸3，5-二甲氧基-苯甲酸专用化学品----功能型产品，强调产品的功能性，按功能来销售。如农药乳化剂；乳胶漆、阻燃剂FR－88、汽车蜡各种品牌车蜡各种品配涂料精细化学品(finechemicals)专用化学品(specialtychemicals)单一化合物，可用分子式表示较少为单一化合物（常为复合物、配方物，不能用分子式表示成分）用途较广为最终使用产品，用途面窄，应用单一由一种方法或类似方法制造不同厂家产品有差别，甚至完全不同按所含化学成分销售按功能销售（食品、化妆、药用等）产品生命期较长；生命期短，更新快附加值较低附加值较高，技术机密性强1.2精细化工的范畴和分类精细比工的范畴相当广泛。包括的范围也无定论，各国对精细化工范畴的规定是有差别的。纵观世界主要工业国家关于精细化学品的范围可以看出，虽然有些不同，但并无多大差别，只是划分的宽窄范围不同而己。随着科学技术的不断发展，一些新兴的精细化工行业正在不断出现，行业越分越细。日本1984年版《精细化工年鉴》中共分为35个行业类别，而到1985年，就发展为51个类别：医药、农药、合成染料、有机颜料、涂料、粘合剂、香料、化妆品、盥洗卫生用品、界面活性剂、合成洗涤剂、肥皂、印刷用油墨、塑料增塑剂，其它塑料添加剂、橡胶添加剂、成像材料、电子用化学品与电于材料、饲料添加剂与兽药、催化剂、合成沸石、试剂、燃树油添加剂、润滑剂、润滑油添加剂、保健食品、金属表面处理剂、食品添加剂、混凝土外加剂、水处理剂、高分子絮凝剂、工业杀菌防霉剂、芳香除臭剂、造纸用化学品、纤维用化学品、溶剂与中间体、皮革用化学品、油田用化学品、汽车用化学品、炭黑、脂肪酸及其衍生物、稀有气体、稀有金属、精细陶瓷、无机纤维、贮氢合金、非晶态合金、火药与推进剂、酶、生物技术、功能高分子材料等。日本提出51个类别的精细化工产品：中国把精细化工产品分为11大类，分别是：(1)农药(2)染料(3)涂料(包括油漆和油墨)(4)颜料(5)试剂和高纯物(6)信息用化学品(包括感光材料、磁性材料等能接受电磁波的化学品)(7)食品和饲料添加剂(8)粘合剂(9)催化剂和各种助剂(10)化学药品(原料药)和日用化学品(11)功能性高分子材料(包括功能膜、偏光材料等)。其中：绝大多数是专用化学品，强调功能化Function1)催化剂．2)印染助剂3)塑料助剂4)橡胶助剂5)水处理剂6)纤维抽丝用油剂7)有机抽提剂8)高分子聚合物添加剂9)表面活性剂10)皮革助剂11)农药用助剂12)油田用化学品13)混凝土用添加剂14)机械、冶金用助剂15)油用添加剂16)炭黑系添加剂17)吸附剂18)电于工业专用化学品19)纸张用添加剂20)其它助剂催化剂各种助剂一项，又包括以下内容：(A)以分子水平合成,提纯为主,结合少量的复配增效技术得到的有特定功能的化学品,如农药,染料,颜料等。(B)以配方技术为主要生产手段,配方技术能左右最终使用功能的化学品,如化妆品,洗涤剂,涂料，香料等。从生产角度将精细化学品划分为以下两类:在发展我国精细化工过程中，必须加强统筹规划，合理布局，在研究开发新产品的同时，不仅要注意数量，而且要注重质量，同时妥善解决“三废”治理问题。——“十一五”期间，单位GDP减排20％——全球变暖的步伐比科学家们预期的要快,极端天气的出现也会变得越来越常见。1.3精细化工的特点生产特性小批量、多品种；技术密集度高；采用间歇式多功能生产装置；大量采用复配技术经济特性投资少、附加价值高、利润大商业特性独家经营，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精细化工生产的特点：（1）多品种、小批量精细化工的领域不断扩大。专用化学品不断增加。多品种是国家科技水平综合发展的重要标志。（2）技术密集度高精细化学品生产工艺复杂;研究开发（R&D）费用高、周期长、成功率低；（3）附加值高，高利润。（4）商品性强。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多数在液相中进行，一般又是非均相，反应效率受限制。②合成步骤多，副产量大；③反应产物组成复杂，不稳定，沸点高，纯度要求高，分离困难；④物料腐蚀性大，毒性大，易燃易爆等；⑤过程控制分析困难；⑥合成工艺路线可供选择性大，如可采用不同的催化剂，或不同的反应形式如光化学、电化学、生物化学等。复杂性体现在以下几个方面：技术密集度高---工艺复杂收率问题20步过程，若每一步收率在90%，则总收率只有：0.920=12%精细化工生产要求高转化率、高选择性、反应条件尽量温和、操作安全、分离简单等，对合成技术要求更高。附产问题主产物副产物环境因子KgKgFactor)-E(产品类别环境因子E炼油产品0.1大宗化学品1-5精细化学品5-50药品25-100技术密集度高---工艺复杂以美国新农药的开发情况为例：平均费用：1976年1800万美元80年代初4000万美元最近统计＞1亿美元成功率：60年代3000：1最近统计30000：11961～1970年开发成功19个新品种1971～1979年4个新品种开发周期：60年代3年左右最近统计＞10年技术密集度高---研发费高、周期长、成功率低筛选实用性评价开发与获取注册登记申请数据注册登记制造销售X年2-3年3-5年1-2年温室试验毒性、环境的预测慢性毒性试验专利申请环境试验小规模苗圃试验大规模苗圃试验（药效、药害、作物残留量、施用方法）审查制造上市工厂建设制剂配方研究工业制造方法开发决定注册登记新化合物合成收集分子设计（药效、药害）制剂初步研究市场调查生产路线探索农药开发程序技术密集度高---研发费高、周期长、成功率低美国商业部工业经济局统计资料：石油化工原料脂肪烃、芳香烃等通用化学品乙二醇、苯胺等有机中间体农药配剂、医药原药、纺织印刷助剂、汽车材料等专用化学品50亿美元100亿美元200亿美元5300亿美元吡啶5.8万/吨3，5-二甲基哌啶85万/吨哌啶8万/吨替米考星（兽药原药）300万/吨NNNCH3H3C技术密集度高---附加值高•发达国家占据有机和精细化工的主要市场化工公司全球排名发达国家精细化工比例重要精细化工公司专用化学品的销售额和比例•在发展精细化工的同时固守有机化工原料的战略地位重视石油化工基础原料的综合利用有机化工基本原料的发达国家占主导地位•精细有机化学品中间体转向发展中国家•定制生产和一站式销售成为专用化学品的市场模式国内外有机化工和精细化工的发展概况美国《化学周刊》2003年对销售额在十亿美元以上的化工公司进行了排名化工公司全球排名发展现状---市场份额back杜邦公司是世界上最大的化学公司，成立于1802年。它从1980年前后才从石油化工大幅度地转向精细化工，比德国和日本起步晚，但发展速度却很快。该公司对以往通用产品以提高质量、降低成本和提高市场竞争力为目标，80年代以来，扩大了专用化学品的生产，主要为农药、医药、特种聚合物、复合材料等精细化工产品的生产。该公司的长远目标为发展生命科学制品，为保健品、抗癌、抗衰老等药物和仿生医疗品，1995年该公司利润为33亿美元杜邦公司陶氏化学公司（Dow，）成立于1897年。70年代末，通过产品的结构调整，加强了对医药和多种工程用聚合物的生产，特别是汽车涂料和黏合剂方面有所特长。该公司在1973年精细化学品产值只有5.4亿美元，精细化工率为18%，1996年猛增到50%。90年代初总产值为200亿美元，而精细化工产值占110亿美元。陶氏化学公司巴斯夫公司、赫斯特公司和拜尔公司是德国化工企业的三大支柱。重点开发保健医药用品、农用化学品、电子化学品、医疗诊断用品、信息影像用品、宇航用化学品和新材料等高新领域，大大提高了精细化工产品的科技含量和经济效益。拜尔公司1994年营业额为267亿美元。它们都非常重视开发高新技术，拜尔公司至1995年底已获得15.5万件专利，产品2.4万个，它在医药中的主导产品阿司匹林已有百年的历史。巴斯夫公司、赫斯特公司和拜尔公司瑞士的汽巴-嘉基公司是世界上著名的农药、医药、染料、添加剂、化妆品、洗涤剂、宇航用胶粘剂等的生产企业，是世界上唯一全部外购原材料发展精细化工的大企业。1994年，其营业额为161亿美元，其精细化工率占世界首位，高达80%以上。汽巴-嘉基公司目前全球精细与专用化学品的营业额：＞3800亿~3900亿美元；其中美国：1250亿~1300亿美元（最高）欧洲：1000亿~1050亿美元日本：60亿~65亿美元发达国家全球精细化工市场的份额美国、西欧和日本是全球精细与专用化学品生产和消费比较发达的国家和地区，他们是全球专用化学品的代言人。三者的总营业额约占全球专用化学品营业额的77%左右发展现状---市场份额发展现状---市场份额预计未来五年全球精细与专用化学品的市场将以年均3.1%的速度增长，预计2008年市场规模将达到4500亿美元，发展较快的领域有:原料药、酶制剂、特殊聚合物、纳米材料、分离膜、特种涂料、电子化学品和催化剂等，但农药、染料、和纺织化学品将呈下降趋势。美国、西欧和日本主要精细与专用化学品市场规模(万美元)市场需求将继续健康发展发展现状---市场份额1.4发展精细化工的战略意义工业发达国家经过70年代两次石油危机，由于原料价格猛涨．致使经济受到很大的冲击。这促使其大型石化企业大量采用高新技术，在节能、技改、降低成本的同时、调整产品结构,向下游深度加工，向产品精细化、功能化、向综合生产的方向发展，走高附加值的生产路线，来发展精细化工产品。发展精细化工产品已成为发达国家生产经营发展战略的重心。美国精细化工在化学工业中的产值已由70年代的40％上升为现在的55％，德国由38.4％上升为65％。日本为60％，到2002年时，发达国家的精细化工产值率最高可达60一65％；我国现在的精细化工产值率仅为40％，致使石化工业和各项工业中所需的精细比学品有相当数量需要进口。近几年来，我国在精细比工产品的开发、生产和应用上也有可观的成就，