精細化學品（不含日化）合成原理及生產技術

1、主講：谷雪賢 中山火炬職業(yè)技術學院,精細化學品（不含日化）合成原理及生產技術,引入:,請大家談談我們的專業(yè)及我們身邊的精細化工產品？發(fā)展精細化工工業(yè)的必須性？,衣：纖維助劑、染料。 食：食品添加劑、化肥、農藥。 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。 ?。核幤?、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。 。,精細化工對國防建設和空間技術的發(fā)展起著特別重要的作用。(飛船、飛機、衛(wèi)星) 開發(fā)精細化工產品，可以降低能源消耗和節(jié)省資源。 精細化工不僅提供了質優(yōu)的半導體材料、磁性材料等，而且還提供了大量用于集成電路加工的超純化學試劑

2、和超純電子氣體,緒論,討論 關于課程 學習目標 緒論 精細化工工藝基礎,討論：,20 世紀 70 年代爆發(fā)了二次世界范圍石油危機，不僅日本，世界各貧油國均面臨石油緊缺、油價暴漲、成本猛增，危機沖擊各工業(yè)部門，許多企業(yè)只能停產甚至倒閉。 世界經濟出現了大蕭條。 日本是島國且資源匱乏，日本經濟快速發(fā)展??？,談談你的看法？,重視石油的深加工 發(fā)展精細化工,著名品牌: DHC KOSE 資生堂 花王 嘉娜寶 美伊娜多 詩芬 碧柔多芬 樂而雅 立邦油漆 橫濱輪胎第一生命（制藥武田藥品 田胃藥森永化工）,關于課程-課程性質,課程性質：必修課。 學分：5.5學分 學時：48學時（理論）+24學時（實驗),關

3、于課程-學習目標,能力目標： 針對某一精細化工產品能選擇合適的合成工藝； 能對精細化工工藝條件進行優(yōu)化：影響因素的分析、實驗設計、考察指標； 能設計簡單的精細化學品的配方（復配工藝、配料選擇） 能選擇正確的分離方法能根據相關標準確定精細化學品的檢測指標并會檢測 知識目標： 熟悉各類精細化學品的生產工藝路線、反應條件、性能和基本用途； 掌握反應條件的優(yōu)化方法； 掌握復配技術的基本原理。 掌握常用的分離技術,課程情境設計,公司A為生產各類精細化工產品的企業(yè)，可以針對客戶的需求，設計產品結構、確定合成工藝路線并最終生產出客戶所要求的產品。 一個產品的完成涉及到公司的各個部門：開發(fā)部（確定配方、工藝等

4、、進行初步試驗）、采購、生產車間、檢驗部門等。 組成公司的研發(fā)小組：5個人一個項目小組（項目經理1人，技術員4名）,典型工作任務,1）根據客戶要求或公司生產要求協(xié)助設計各類粘合劑等精細化學品的配方設計； 2）按照配方進行產品配制的小試、中試； 3）根據配方要求選擇生產設備并能熟練操作； 4）產品的性能檢測。,本課程的主要內容：,精細化學品的分類 各類精細化學品的基本性能、用途 精細化學品的合成路線、工藝設計 精細化學品和工工藝的優(yōu)化及分離技術 精細化學品的復配技術,1.1 精細化學品的定義及分類,相對于基本化工產品而言 我國：增進或賦予產品以特定功能，或自身就具有特定功能的小批量、深加工、附加

5、值和利潤高的化學品,分類-歐美分類標準：,任務：區(qū)分精細化學品和普通化學品：洗滌劑、香水、甲苯化工原料、色譜純甲苯 乙烯（例 P2）,分類-我國分類標準,中國:1986年3月6日 11大類 農藥、染料、涂料（油漆、油墨）、顏料、試劑和高純物、信息用化學品（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（p2-3）、化學藥品（原料藥）和日用化學品、功能高分子材料（功能膜、偏光材料）。,分類-從加工角度來看:,精細化學品就是對基本化學工業(yè)生產的初級或次級化學品進行深入加工而取得的具有特定功能、特定用途、小批量的系列產品,簡單加工 石油、煤、天然氣、礦物、農副產品 通用化工產品（

6、特點？）,通用化工產品 復雜的生產工藝 精細化學品（特點？）,1.2精細化學品的特性,1.生產特性 小批量、多品種、復配型居多； 技術密集度高；采用間歇式多功能生產裝置 2.經濟特性 投資效率高、附加價值高、利潤率高 3.商業(yè)特性 獨家經營，技術保密；重視市場調研，適應市場需求；配有應用技術和技術服務,投資效率（）（附加價值固定資產）X100% 附加價值是指在產品的產值中扣去原材料、稅金、設備和廠房的折舊費后，剩余部分的價值。它包括利潤、工人勞動、動力消耗以及技術開發(fā)等費用。 國外有一個統(tǒng)計，每投入價值 100 美元的石油化工原料，產出初級化學品價值為 200 美元，再產出有機中間體 480

7、美元和最終成品 80 美元；如果進一步加工為塑料、合成橡膠和纖維以及清洗劑和化妝品，則可產生價值 800 美元的中間產品和價值 540 美元的最終產品；如再深一步加工成用戶直接使用的家庭耐用品、紡織品、鞋、汽車材料、書刊印刷物等，則總產值可達 10600 美元，也即比原來的 100 美元投人增值為 106 倍。 *,投資效益高、利潤率高、附加值高,1.3精細化工在國民經濟中的作用,化工產業(yè)結構指標： 精細化率（精細化工在整個化學工業(yè)中所占的比重） =（精細化工產值/化工產品總值）100% 資料： 日本和美國： 精細化工的年平均增長速度大大超過化學工業(yè)的平均增長速度，其精細化率達到50以上。 中

8、國： 85期間 2833% 95期間 45%,談談精細化工在國民經濟中的作用。,1.4精細化工產品的發(fā)展趨勢,1.買資源向自開發(fā)技術的轉化：原礦的 浮選與礦產品的深加工，太空資源的 開發(fā)、海洋開發(fā)等。 2.高新技術的開發(fā)應用：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（保護臭氧層）等。 6 綠色能源：氫能、生物質能（沼氣、生物質發(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

9、造器官、仿生催化劑（酶）、ATP能量片與光和磷酸化、香蕉皮與潤滑劑（石墨、二硫化鉬）等，先仿后創(chuàng)。 8 模擬光合作用：C1化學（CO、CO2、 CH4 汽油）、固碳，ATP合成等。 9 現代生化技術：DNA重組技術、干擾素（性激素殺蟲技術）、生物反應器（多肽合成）、細胞融合、膜催化反應等。,談談精細化工產品的發(fā)展趨勢？,10新分離技術：臨界萃取、天然產物的超臨界萃?。ㄉ?、香油、中草藥有效成分）、無機膜分離（超純水、超純氣）等。 11增效復配技術：表面活性技術、微膠囊化技術、薄膜化技術、高效洗滌技術等。 12超細粉體與納米化：高檔陶瓷、染料、油漆，橡膠、塑料填充劑， 13計算機分子設計，定向嫁

10、接：有機全合成、不對稱合成、功能高分子。,人無我有，人有我優(yōu)，人優(yōu)我新,資源有限，創(chuàng)意無限,討論：開發(fā)一個新產品的程序，主要包括哪些研究內容和步驟？,研究內容： 原料 路線 工藝流程 操作方式（間歇、半間歇、連續(xù)和聯(lián)合操作） 放大,一個精細化學品的研究開發(fā)，要經市場調查、方案的提出、實驗室研究（小試）、應用研究、中試、生產、市場開發(fā)、甚至技術服務等各方面全面考慮和實施。,步驟,基礎理論研究與實驗,新 方 案 的 提 出,情報收集分析研究,實 驗 室 研 究,小試,初步評價,中 試,設 計 與 施 工,建立模型,概念設計,工 業(yè) 化 生 產,經濟技術評價,模型修改,小試崗位,小試是對精細化工生產

11、的小型模擬試驗，這是進行精細化工產品開發(fā)不可缺少的基本步驟。小試一般在實驗室中進行，采用小量的原材料和小型的儀器設備，通過研究提示出工業(yè)化生產的基本原理和規(guī)律，并加快研究的速度，降低研究的費用。,小試的主要任務：,（1）對設計方案進行可行性研究，對原材料可配方進行篩選；確定工藝流程和操作條件；考察影響產品制備的因素；得出產品精細純化的方案；完成物料衡算及熱量衡算；并盡可能認識產品制備的機理。 （2）建立產品的質量檢測方法及工藝過程監(jiān)測方法，并測定和收集研究過程中的各種物理化學數據。 （3）在完成小型實驗的基礎上，寫出產品開發(fā)的可行性研究報告。,小試研究的具體內容,原料的篩選：原料是生產的物質基

12、礎，應充分考慮原料的價格、利用率、來源供應、穩(wěn)定性、毒性和安全性等因素。對于選用的原料路線，進行實驗篩選，并計算各種原輔材料的單耗、成本和總成本，比較技術經濟可靠性和合理性，否則，實驗室的小試研究成果就很難實現工業(yè)轉化。 確定工藝流程和操作條件：當原料路線和生產方法確定之后，就需要進一步研究產品制備的工藝流程。工藝流程的可行性、可靠性和先進性，是確保產品優(yōu)質、高產、低耗的關鍵。在確定了工藝路線以后，還需對影響過程的因素進行比較實驗，如溫度、壓力、時間、催化劑和某些工藝單元操作條件，都應該逐一考察。通過對實驗結果的分析和總結，得出最佳的工藝條件范圍和產品指標。 毒性實驗 ：許多精細化工產品由于使

13、用的需要，常常應該作毒性實驗。LD50表示產品的急性毒性，即進行動物實驗，一次口服、注射或皮膚用藥后，到50%動物死亡的半數用藥致死量，其單位為mg/kg。LD50的值越小，藥劑量的毒性越大。對于食品、飲料添加劑、醫(yī)藥、農藥及與為類健康密切相關行業(yè)使用的精細化工產品，還應該增加亞急性和慢性毒性實驗。 質量分析：無論是小試、中試還是全面的工業(yè)實驗，都需要對原料、中間控制過程洋洋大觀及三廢處理利用進行準確的分析檢測，才能得出有價值的結果。分析檢測的方法，一般應根據需要按照現有的標準選定，如果沒有標準可以借用，還應該進行分析方法的研,精細化工中涉及的特殊技術,模塊式多功能集成生產技術 反應技術 分離

14、技術 極限技術 GMP技術,例：,H2SO4,影響該反應反應速率、轉化率的影響因素有哪些？如何確定最佳的工藝條件？,（1）反應溫度 （2）反應物摩爾比 （3）反應時間 （4）催化劑用量（種類）,問題：,尼伯金甲酯的合成實驗在確定了影響因素以后，如何對這些影響因素進行考察，以確定最佳的工藝條件？,（1）反應溫度 （2）反應物摩爾比 （3）反應時間 （4）催化劑用量（種類）,同樣在生產同規(guī)格的產品，為什么有些廠商的良品率就是比較高。 同樣是在生產同類型的產品，為什么有些人的產品性能以及壽命就是比較好，而成本又比較低呢？,精細化工工藝條件的優(yōu)化 正交試驗法,正交試驗設計助手軟件,什么叫交試驗設計?為

15、什么要進行實驗設計?,在精細化學品的生產實際和科學研究過程中，經常會遇通過試驗來尋找所研究對象的變化規(guī)律，并通過對規(guī)律的研究達到各種使用的目的，如提高產量、降低消耗、提高產品性能或質量等，特別是新產品試驗，未知的東西很多，要通過大量的試驗來摸索工藝條件或配方。進行試驗時，只有科學地實驗設計，才能用較少的試驗次數，在較短的時間內達到預期的實驗目的；反之，不合理的試驗設計，往往會浪費大量的人力、物力和財力。假如有4個因子影響試驗指標，每個因子各取3種位級，采用全面試驗法，各個位級組合只做一次試驗也需要34=81次（若采用重復試驗則至少812=162次）?？煞窈侠淼剡M行試驗設計，使得僅做少量試驗而同

16、樣達到目的？,b正交設計的要點,因素影響試驗結果的每種原因或要素,稱為因素。凡是對試驗結果可能有較大影響的因素1個也不要漏掉;一般來說,正交表是安排多因素試驗的得力工具,不怕因素多;有時增加1、2個因素,并不增加試驗次數。故一般傾向于多考察些因素,除了事先能肯定作用很小的因素和交互作用不安排外,凡是可能起作用或情炕明或意見有分歧的因素都值得考察。另外,必要時將區(qū)組因素加以考慮,可以提高試驗的精度。水平 對質量因素,應選入的水平通常是早就定下來的,如要比較的品種有3種,該因素(即品種)的水平數只能取3;對數量因素,選取水平數的靈活性就大了,如溫度、反應時間等,通常取2或3水平,只是在有特殊要求的

17、場合,才考慮取4以上的水平。指標 每當進行一次試驗時，首先要明確試驗的目的或目標是什么？用什么指標來衡量試驗的效果？如精細化學品的產率以百分比表示，產品質量可以從顏色、密度、折射率、純度等項指標來考核。像這種用來衡量試驗效果的一個特征量就稱為指標。 指標分為兩大類：定量指標和定性指標， 按考核指標的個數，試驗可分為單指標試驗和多指標試驗。例如，對洗衣粉的配方進行試驗時，它的試驗目標就有兩項指標，一是洗滌效果，二是生產成本。這樣，最終的試驗結果就應當由這兩項指標的綜合評價結果來決定。,c.正交試驗統(tǒng)計的基本思想,考慮進行一個三因素、每個因素有三個水平的試驗。如果作全面試驗，需作=27次。,如果進

18、行正交試驗設計，利用正交表安排試驗，對于三因素三水平的試驗來說，需要作9次試驗，用“”表示，標在圖中。,正交表是正交試驗設計的工具。 Ln(qm) L：正交表；n：實驗總數；q：因素的水平數；m：表的列數。 最簡單的正交表是L9(34) ，此外還有L16(45) L25(56) ，等。 L表示一張表，它的數字，有三層不同的含義，以L9(34)為例加以說明。,因素的水平數,實際試驗次數,L8(27),表的列數（因素數）,c.正交設計應用,例 某化工廠生產一種試劑，產率較低，希望通過試驗探索好的生產工藝以提高產率。考察的因子與水平如下表:,正交表與直觀分析法,試驗計劃表,在A因子水平相同的三組試驗中,極差它表示反應溫度40攝氏度與50攝氏度相比,試劑的產率平均提高15.6%. 用同樣的方法可以比較B因子和C因子各水平的好與差.,結論,反應溫度對產率影響最大,其次是反應時間,再其次是攪拌速度.,反應溫度是40度好,反應時間是1.5小時好,攪拌速度是快速好.,最好的生產工藝是A2B2C1: 即 反應溫度 40攝氏度; 反應時間 1.5小時; 攪拌速度 快速.,歸納總結：,1、本課程的主要研究內容 2、精細化學品的定義、分類、特征 3、精細化工開發(fā)過程,作業(yè)：,預習,參考文獻：,宋啟煌主編，精細化工工藝學，（為主） 化學工業(yè)出版社，2004年； 1，張鑄勇