第1章 緒論到第九章建筑化學(xué)品

精細(xì)化工工藝學(xué)主講教師：張衛(wèi)國(guó)1.1精細(xì)化學(xué)品的定義及分類第一章緒論

Heavychemicals（大宗）Finechemicals

（精細(xì)）Chemicals1.1.1Classificationofchemicalsand

Finechemicals固定資產(chǎn)投資產(chǎn)量大小通用化學(xué)品（非）：如硫酸，碳酸鈉，烯烴，芳烴等有差別的通用化學(xué)品（差），如合成樹脂，合成橡膠，合成纖維，表面活性劑等。價(jià)格低高科技開發(fā)投資精細(xì)化學(xué)品（非）：如中間體，醫(yī)藥和農(nóng)藥的原料等。專用化學(xué)品（差）：如農(nóng)藥制劑，各種助劑，水處理劑等。表1化工產(chǎn)品的（C.H.Kline）克蘭分類（1）通用化學(xué)品（CommodityChemicals）(非差別性、量大)：指從價(jià)廉，易得的天然資源開始，經(jīng)一次或數(shù)次化學(xué)加工而制成的最基本的化工原料。（2）擬通用化學(xué)品（Pseudo－commodityChemicals）也稱半通用化學(xué)品（SemicommedityChemicals）（差別性、量大）：炭黑、火藥、合成纖維等（3）FC-FineChemicals精細(xì)化學(xué)品。（非差別性、量少）：化學(xué)試劑、染料、顏料、食品添加劑、催化劑、醫(yī)藥和農(nóng)藥的原藥等。以化合物的形式銷售,強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的規(guī)格和純度。初級(jí)產(chǎn)品深加工制成。（4）SC-SpecialtyChemicals專用化學(xué)品。（差別性、量少）：指全面要求產(chǎn)品功能和性能的一類化學(xué)品，可按商品使用性質(zhì)分為準(zhǔn)商品，多用途功能化合物和最終用途化學(xué)品。如化妝品、肥皂、洗衣粉、洗滌劑、農(nóng)藥。以混合物形式銷售,主要以復(fù)配顯示專門功能為特點(diǎn)。1.1.2概念:精細(xì)化工（finechemicalindustry）凡能增進(jìn)或賦予一種(一類)產(chǎn)品以特定功能、或本身擁有特定功能的小批量、高純度化學(xué)品，稱精細(xì)化學(xué)品（finechemicals）。生產(chǎn)精細(xì)化學(xué)品的工業(yè)稱精細(xì)化學(xué)工業(yè)，簡(jiǎn)稱精細(xì)化工（finechemicalindustry）。是當(dāng)今世界各國(guó)發(fā)展化學(xué)工業(yè)的戰(zhàn)略重點(diǎn)。是一個(gè)國(guó)家綜合技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。是以高新技術(shù)為依托。是高質(zhì)量、多品種、專用或多功能的精細(xì)化學(xué)品。｛特征1.2.1Classificationoffinechemicals日本198435個(gè)198551個(gè)中國(guó):1986年3月6日11大類農(nóng)藥、染料、涂料（油漆、油墨）、顏料、試劑和高純物、信息用化學(xué)品（感光材料、磁性材料、）、食品和飼料添加劑、粘合劑、催化劑和各種助劑、化學(xué)藥品（原料藥）和日用化學(xué)品、功能高分子材料（功能膜、偏光材料）。1.2精化產(chǎn)品的功能1.2.2精細(xì)化工的特點(diǎn)

（l）多品種小批量

（2）綜合生產(chǎn)流程和多功能生產(chǎn)裝置

（3）高技術(shù)密集度

（4）商品性強(qiáng)

（5）產(chǎn)品附加值高

產(chǎn)品附加值：產(chǎn)品產(chǎn)值中扣去原材料、稅金、設(shè)備和廠房的折舊費(fèi)后剩余部分的價(jià)值，包括：利潤(rùn)、工人的工資、動(dòng)力消耗以及技術(shù)開發(fā)費(fèi)用。反映：勞動(dòng)、技術(shù)利用情況以及利潤(rùn)是否高。投資效率：（%）=（附加值/固定資產(chǎn)）×100%基于以上特點(diǎn)精細(xì)化工一般適合鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)生產(chǎn)。1.2.3發(fā)展精細(xì)化工的重要意義化工產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)指標(biāo)：

精細(xì)化率（精細(xì)化工在整個(gè)化學(xué)工業(yè)中所占的比重）=（精細(xì)化工產(chǎn)值/化工產(chǎn)品總值）×100%日本和美國(guó)：精細(xì)化工的年平均增長(zhǎng)速度大大超過化學(xué)工業(yè)的平均增長(zhǎng)速度，其精細(xì)化率達(dá)到50％以上。英、法等國(guó)也都在進(jìn)行化工產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，也將戰(zhàn)略重點(diǎn)轉(zhuǎn)向精細(xì)化工，精細(xì)化率也在加快。俄羅斯雖未將化學(xué)工業(yè)的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向精細(xì)化工，但也在加快精細(xì)化工的發(fā)展。中國(guó)：八五期間28~33%九五期間45%溫州在2008年的精細(xì)化率已達(dá)到80%世界工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都在加快精細(xì)化工的發(fā)展，都在調(diào)整化工產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，并將化學(xué)工業(yè)的戰(zhàn)略重點(diǎn)轉(zhuǎn)向精細(xì)化工。精細(xì)化工已經(jīng)成為人民生活水平提高、工農(nóng)業(yè)發(fā)展?jié)摿?、軍事與高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的象征。1.3精細(xì)化工的重要性和動(dòng)向

1.3.1人民生活：衣，纖維助劑、染料。食，食品添加劑（甜味劑、色素、香精、味精、防腐劑）、化肥、農(nóng)藥。住，裝飾材料助劑、涂料、顏料、油漆、塑料。行，橡膠助劑、油料添加劑、防凍劑。健，藥品、保健品、除臭劑。美，化妝品、洗滌劑、美容美發(fā)品、玻璃擦凈劑、空氣清新劑。1.3.2社會(huì)發(fā)展工業(yè)，煤、石油、天然氣的各種加工助劑和催化劑，電子材料，礦產(chǎn)品加工劑等。農(nóng)業(yè)，農(nóng)藥、飼料添加劑、除草劑、植物生長(zhǎng)劑、農(nóng)副產(chǎn)品加工藥劑等。國(guó)防，化學(xué)武器、防化武器、導(dǎo)彈材料、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。1.3.3精細(xì)化工的發(fā)展動(dòng)向1.買資源向自開發(fā)技術(shù)的轉(zhuǎn)化：原礦的浮選與礦產(chǎn)品的深加工，太空資源的開發(fā)、海洋開發(fā)等。2.高新技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用：納米材料、鉆石涂料、玻璃纖維（蘇格蘭橋）、高檔陶瓷、染料等。3.特種食品：ATP、太空食品、保健食品等。4．新藥的合成：抗癌、抗愛滋、SARS、。5．綠色材料與試劑：無甲醛黏合劑、無輻射裝潢材料、太陽能發(fā)光涂料、CFC（氟氯烴）替代技術(shù)（保護(hù)臭氧層）等。6．綠色能源：氫能、生物質(zhì)能（沼氣、生物質(zhì)發(fā)電）、太陽能。7．仿生材料：納米材料與荷葉、人工固氮和固碳、人造器官、仿生催化劑（酶）、ATP能量片與光和磷酸化、香蕉皮與潤(rùn)滑劑（石墨、二硫化鉬）等，先仿后創(chuàng)。8．模擬光合作用：C1化學(xué)（CO、CO2、→CH4→汽油）、固碳，ATP合成等。9．現(xiàn)代生化技術(shù)：DNA重組技術(shù)、干擾素（性激素殺蟲技術(shù)）、生物反應(yīng)器（多肽合成）、細(xì)胞融合、膜催化反應(yīng)等。10．新分離技術(shù)：臨界萃取、天然產(chǎn)物的超臨界萃?。ㄉ?、香油、中草藥有效成分）、無機(jī)膜分離（超純水、超純氣）等。11．增效復(fù)配技術(shù)：表面活性技術(shù)、微膠囊化技術(shù)、薄膜化技術(shù)、高效洗滌技術(shù)等。12．超細(xì)粉體與納米化：高檔陶瓷、染料、油漆，橡膠、塑料填充劑，13．計(jì)算機(jī)分子設(shè)計(jì)，定向嫁接：有機(jī)全合成、不對(duì)稱合成、功能高分子。開發(fā)思路：“人無我有，人有我優(yōu)，人優(yōu)我新”?！百Y源有限，創(chuàng)意無限”?！拔▽?shí)求真，協(xié)力創(chuàng)新”。1.4精細(xì)化工產(chǎn)品的研制與開發(fā)1.4.1基礎(chǔ)與前期工作1.4.1.1新產(chǎn)品的分類按新產(chǎn)品的地域特征分類國(guó)際新產(chǎn)品國(guó)內(nèi)新產(chǎn)品地方或企業(yè)新產(chǎn)品按新產(chǎn)品的創(chuàng)新和改進(jìn)程度分類全新產(chǎn)品換代新產(chǎn)品改進(jìn)新產(chǎn)品1.4.1.2信息收集和文獻(xiàn)檢索1.4.1.3市場(chǎng)預(yù)測(cè)和技術(shù)調(diào)查注意掌握國(guó)家產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策了解同類產(chǎn)品在發(fā)達(dá)國(guó)家的命運(yùn)了解產(chǎn)品在國(guó)際國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的供求總量及其變化動(dòng)向。注意國(guó)家在原料基地建設(shè)方面的信息了解產(chǎn)品用戶信息設(shè)法保護(hù)本企業(yè)的產(chǎn)品技術(shù)調(diào)查和預(yù)測(cè)注意“邊空少特新”產(chǎn)品發(fā)展動(dòng)向注意本地資源的開發(fā)利用1.4.1.4產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化及標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1.4.2精細(xì)化工產(chǎn)品的研究與發(fā)展1.4.2.1科研課題的來源a.起源于新知識(shí)的科研課題b.解決具體問題的科研課題1.4.2.2科研課題的研究方法a.模仿和類比研究法b.仿天然物研究法c.應(yīng)用科學(xué)技術(shù)原理或現(xiàn)象法d.篩選研究法f.樣品解剖分析法1.4.2.3.精細(xì)化學(xué)品的發(fā)展規(guī)律（1）原形發(fā)展階段原形發(fā)展階段是發(fā)展的起點(diǎn),是一種科學(xué)發(fā)現(xiàn),原形的發(fā)現(xiàn)是該類產(chǎn)品研究和發(fā)展的依據(jù),為開發(fā)該產(chǎn)品提供了基本思路。1869年Ross發(fā)現(xiàn)磷化膜對(duì)金屬有保護(hù)作用。150年前發(fā)現(xiàn)的除蟲菊花，數(shù)千年前發(fā)現(xiàn)的天然染料：植物中提取的靛藍(lán)、由茜草提取的紅色染料、由貝殼類動(dòng)物提取的紫色染料等便是合成染料的原形。應(yīng)時(shí)時(shí)刻刻關(guān)心自然，注意發(fā)現(xiàn)新的科學(xué)現(xiàn)象，做出創(chuàng)造發(fā)明。（2）雛型發(fā)展階段

原形發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致一個(gè)全新的化工產(chǎn)品的雛型發(fā)明，1869年Ross發(fā)明了最簡(jiǎn)單的磷化液配方，有時(shí)原形發(fā)現(xiàn)并不未導(dǎo)致雛型發(fā)明，在弗萊明發(fā)明青霉素之前斯科特見過弗萊明觀察到的現(xiàn)象，而弗萊明用類似的發(fā)現(xiàn)于1929年發(fā)明了青霉素，但不能用于實(shí)際治療。雛型發(fā)明的實(shí)用價(jià)值一般都很低，還需要進(jìn)行性能改進(jìn)。產(chǎn)品日益朝實(shí)際應(yīng)用的方向發(fā)展，通常，雛型發(fā)現(xiàn)和發(fā)明容易引起人們的懷疑和抵制，因?yàn)樗某霈F(xiàn)會(huì)沖擊人們的傳統(tǒng)觀念。（3）性能發(fā)展階段

當(dāng)人們認(rèn)識(shí)到了雛型發(fā)現(xiàn)和發(fā)明的前景時(shí)，便會(huì)廣泛開展作用機(jī)理及化合物結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)的研究工作，一般有兩種方式對(duì)雛型發(fā)現(xiàn)和發(fā)明進(jìn)行改性：一方面通過機(jī)理研究找到在性能上優(yōu)于雛型產(chǎn)品的新產(chǎn)品；如青霉素藥劑、合成染料、磷化液、洗滌產(chǎn)品等。另一方面使雛型產(chǎn)品在工藝上、生產(chǎn)方法上以及價(jià)格上實(shí)用化。如槍械發(fā)藍(lán)液、保健食品。（4）功能擴(kuò)展階段一種新型的化工產(chǎn)品達(dá)到廣泛應(yīng)用之后，便會(huì)面臨更加活躍的功能發(fā)展階段，表現(xiàn)在：a.品種日益增多，形成系列產(chǎn)品。b.產(chǎn)品的性能和功能日益脫離原形，更加優(yōu)異。c.產(chǎn)品的使用方式更加多樣化。不同的包裝、不同的使用對(duì)象、不同的使用場(chǎng)合。如娃哈哈飲料，納愛斯、白貓洗滌產(chǎn)品等。1.4.3精細(xì)化工過程開發(fā)試驗(yàn)及步驟基礎(chǔ)理論實(shí)驗(yàn)探索新方案的提出情報(bào)收集分析研究實(shí)驗(yàn)室研究預(yù)設(shè)計(jì)中試設(shè)計(jì)與施工工業(yè)化生產(chǎn)初步評(píng)價(jià)建立模型技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)模型修改大型冷模實(shí)驗(yàn)概念設(shè)計(jì)1.4.3.1實(shí)驗(yàn)室研究（小試）實(shí)驗(yàn)室研究階段包括根據(jù)物理和化學(xué)的基本理論、或現(xiàn)象的啟發(fā)與推演、信息資料的分析等出發(fā)，提出一個(gè)新的技術(shù)思路，然后在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探索，明確過程的可能性和合理性，測(cè)定基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，探索工藝條件等。具體包括以下幾個(gè)方面：a.選擇原料b.確定催化體系c.提出和驗(yàn)證實(shí)施反應(yīng)的方法、工藝條件范圍、最優(yōu)條件和指標(biāo)。d.收集和測(cè)定必要的物理數(shù)據(jù)和熱力學(xué)數(shù)據(jù)。e.動(dòng)力學(xué)研究f.傳遞過程研究g.材料抗腐蝕性能研究h.毒性研究i.質(zhì)量分析1.4.3.2中試放大是過渡到工業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵階段預(yù)設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)中試的任務(wù)①檢驗(yàn)和確定系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)條件和可靠性。②全面提供工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，供數(shù)學(xué)模型或設(shè)計(jì)之需。③考察設(shè)備結(jié)構(gòu)的材質(zhì)和材料性能。④考察雜質(zhì)的影響。⑤提供部分產(chǎn)品或副產(chǎn)品的應(yīng)用研究和市場(chǎng)開發(fā)之需。⑥研究解決三廢處理問題。⑦研究生產(chǎn)控制方法。⑧確定實(shí)際的經(jīng)濟(jì)消耗指標(biāo)。⑨修正和檢驗(yàn)數(shù)學(xué)模型。（3）中試放大方法①經(jīng)驗(yàn)放大法②部分解析法③數(shù)學(xué)模型放大法④相似模擬法1.4.3.3工業(yè)化生產(chǎn)試驗(yàn)一般正式化工業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模約為中間試驗(yàn)廠的10-50倍，當(dāng)腐蝕情況及物性常數(shù)都明確時(shí)，規(guī)模可擴(kuò)大到100-200倍。

總之，對(duì)于精細(xì)化工生產(chǎn)的單元操作和設(shè)備，經(jīng)過中試后，即可比較容易地進(jìn)行工業(yè)設(shè)計(jì)并投入工業(yè)化生產(chǎn)試驗(yàn)。但對(duì)于化學(xué)反應(yīng)裝置，由于其中進(jìn)行著多種物理與化學(xué)過程，而且相互影響，情況錯(cuò)綜復(fù)雜，理論解析往往感到困難，甚至實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也不易歸納為有把握的規(guī)律性的形式，工業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵就在這里。精細(xì)化工產(chǎn)品大致分為配方型產(chǎn)品和合成型產(chǎn)品。配方型產(chǎn)品：復(fù)配；化學(xué)反應(yīng)簡(jiǎn)單。中試后可直接進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)。合成型產(chǎn)品：反應(yīng)過程復(fù)雜，影響因素多，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需建立工業(yè)反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型，然后再進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)試驗(yàn)。數(shù)學(xué)模型可分為兩大類：一類是從過程機(jī)理出發(fā)推到得到的，這一類模型叫做機(jī)理模型。另一類是由于對(duì)過程的實(shí)質(zhì)了解得不甚確切，而是從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)歸納得到的模型，叫做經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀９I(yè)反應(yīng)器中的過程都是十分復(fù)雜的，需要抓住主要矛盾，將復(fù)雜現(xiàn)象簡(jiǎn)化，構(gòu)成一個(gè)清晰的物理圖像。一