Transcript 精细化工生产技术-绪论

第一章 绪论
Chapter 1 Introduction
第五节 精细化工工艺学基础
Chemical Engineering Department
一、 概 述
（一）化学工艺学的研究范畴
1. 定义：化学工艺学（chemical technology），即
化工生产技术，是指将原料物质经化学反应转变为产
品的方法和过程，包括实现这种转变的全部化学的和
物理的措施。
1) 无机化工工艺学
2) 基本有机化工工艺学：石油化工工艺学、煤化工工
艺学等
3) 高聚物合成工艺学
4) 精细化工工艺学
5) 生物工艺学：发酵工艺学、氨基酸工艺学等
2
化学工艺学
3
（一）化学工艺学的研究范畴
2. 内容：是研究综合利用各种原料生产出化工产
品的方法原理、操作条件、流程和设备
1) 原料的选择和预处理
2) 生产方法的选择及方法原理
3) 生产设备的结构、作用和操作
4) 催化剂的选择和使用
5) 其他物料的影响
6) 操作条件的影响和选定
7) 流程组织
8) 生产控制
9) 产品规格和副产品的分离与利用
10)能量的回收和利用
11)对不同工艺路线和流程的技术经济评比等问题
4
一、 概 述
（二）精细化工工艺学的主要内容
对具体产品：选择和确定技术经济最合
理的合成路线和工艺路线
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
5
（二）精细化工工艺学的主要内容
1. 合成路线
指的是选用什么原料，经由哪几步单元反应制备产品
2. 工艺路线
原料预处理（提纯、粉碎、干燥、熔化、溶解、蒸发、
汽化、加热、冷却等）和反应物的后处理（蒸馏、精馏
、吸收、吸附、萃取、结晶、冷凝、过滤、干燥等）→
化工单元操作的选择和相应的设备及流程的组织等

工艺条件
反应物摩尔比、转化率、浓度、温度、压力、时间、催化
剂和溶剂的使用与选择等

合成技术
非均相接触催化、相转移催化、均相络合催化、酶催化、
光有机合成、电解有机合成等

完成反应的方法
间歇操作与连续操作的选择，反应器的选择和设计等
6
精细化工工艺学-精细化工生产技术
7
（三）精细化工生产技术的两种类型
精细化学品开发过程
产品生产
市场调查
应用研究
市场开发
技术服务
精细化学品生产过程
原料净化
化学合成
产物分离纯化
剂型加工与应用
 精细化工工艺-化学合成型与配方制剂型
8
精细化工工艺-化学合成型
原料药生产
9
精细化工工艺-配方制剂型
制剂药生产
10
精细化工工艺-化学合成型
新型绿色表面活性
剂APG，可广泛应
用于个人保护用品
（如香波、浴液、
化妆品、牙膏），
家庭洗涤用品（如
餐具洗涤剂）,工业
清洗剂和农业用化
学品（如农药乳化
增效剂）等方面。
表面活性剂APG生产
11
精细化工工艺-配方制剂型
12
二、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.
化学计量比:化学反应式的物质的量之比
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.
Ne - Nt
过量%=
 100%
3. 过量百分数
Nt
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的量
13
例1：氯苯硝化制二硝基氯苯
NO2
Cl
+ 2 HNO3
+ 2 H2O
Cl
NO2
物料名称
氯苯
硝酸
化学计量比 投料摩尔数 投料摩尔比
1
5.00
1
2
10.70
2.14
限制反应物：氯苯
过量反应物：硝酸
硝酸过量百分数：
2.14-2
100% = 7%
2
14
二、化学计量学
４.转化率ｘ:反应物消耗的量占起始反应物量的
百分数
N A,in  N A,out
N AR
xA 

100%
N A,in
N A,in
NAR :某反应物A反应掉的量
NA,in：向反应器输入的量
NA,out:从反应器输出的量
NA,in 反
应
器
aA
NA,out
pP
15
二、化学计量学
５.选择性Ｓ（Selectivity）:某反应
物转化成目的产物，理论消耗反应物摩
NA,in 反
应
尔数占该反应中实际消耗反应物总摩尔
器
数的百分数
aA
pP
？
Np
aA
NA,out
pP
反应物Ａ生成目的产物P，a,p为计量系数
Np为生成目的产物的摩尔数
a
S 
p
 Np
N A ,in  N A ,out
 100 %
16
二、化学计量学
６. 理论收率Ｙ（Yield）: 生成目的产物的
反应物摩尔数占输入反应物摩尔数的百分
数
a
 Np
p
Y 
 100 %
N A ,in
NA,in 反
应
器
aA
NA,out
pP
转化率，选择性和收率三者之间的关系：
Y  S x
17
例2：苯胺烘焙磺化制对氨基苯磺酸
H2N
浓 H2SO 4
烘焙磺化
H2N
SO3H
87 mol 对氨基苯磺酸
100 mol 苯胺
2 mol 未反应苯胺
若干焦油物
100  2
100%  98.00%
 苯胺转化率： x 
100
1
87 
1 100%  87.78%
 生成对氨基苯磺酸的选择性： S 
100  2
1
87 
1 100%  87.00%
 生成对氨基苯磺酸的理论收率： Y 
18
100
二、化学计量学
７. 重量收率Ｙｗ（Yield of weight）: 用来
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，是目的产物重量占某一
输入反应物重量的百分数。
所得目的产物重量
Yw 
100%
某输入反应物重量
NA,in 反
应
器
aA
NA,out
pP
收率含义：输入的反应物中（kg），（回收）变成了多少产物。
19
例3：苯胺烘焙磺化制对氨基苯磺酸
所得目的产物重量
Yw 
100%
某输入反应物重量
H2N
浓 H2SO 4
烘焙磺化
H2N
SO3H
217 kg 对氨基苯磺酸
100 kg 苯胺
（纯度 99% ，分子量93）
（纯度 97%，分子量231.2 ）
 对氨基苯磺酸理论收率：
217  97%  231.2
Y
 100%  85.6%
100  99%  93
 对氨基苯磺酸重量收率：
217
Yw 
100%  217%
100
20
二、化学计量学
8. 原料消耗定额:
每生产1t产品需消耗多少吨（
或千克）各种原料。
H2N
浓 H2SO 4
烘焙磺化
H2N
SO3H
217 kg 对氨基苯磺酸
100 kg 苯胺
（纯度 99% ，分子量93）
（纯度 97%，分子量231.2 ）
 对氨基苯磺酸生产，苯胺消耗定额
100
 0.461
（t/t）
=461kg苯胺
217
21
二、化学计量学
9. 单程转化率和总转化率:
 问题的提出：主要反应物每次经过反应器后转化率不高，
但未反应的物料大部分可经分离回收循环利用
循环反应物A
反应器
反应物 A
单程转化率 =
总转化率 =
N AR,in  N AR,out
N
R
A,in
N AS,in  N AS,out
N AS,in
产物P
100%
100%
分离器
产物P
反应物输入和输出
反应器的摩尔数
反应物输入和输出
全过程的摩尔数
22
例4：苯一氯化制氯苯
循环C6H6
N
N AS,in  ?
R
A,in
N




?
N
R
A,out
?
反应器
N
S
A,out
1
分离器
C6H6 100 mol
Cl2
S
A,in
60mol
 100  60
40 mol
C6H6
61 mol
C6H6
1 mol
C6H5-Cl 38 mol
C6H5-Cl 38 mol
C6H4-Cl2 1 mol
C6H4-Cl 2 1 mol
100-61
100%=39.00%
100
苯的单程转化率：
苯的总转化率：
生成氯苯的选择性：
生成氯苯的总收率：
100-61
100%=97.50%
100-60
1
1 100%=97.44%
100-61
1
38 
1 100%=95.00%
100-60
38 
23
小 结 Summary
 投料摩尔比与化学计量比
 限制反应物与过量反应物
 转化率、选择性、收率及相互关系
 原料消耗定额
 单程转化率与总转化率：
物料衡算范围