精細化學(xué)品（不含日化）合成原理及生產(chǎn)技術(shù)

1、主講：谷雪賢 中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院,精細化學(xué)品（不含日化）合成原理及生產(chǎn)技術(shù),引入:,請大家談?wù)勎覀兊膶I(yè)及我們身邊的精細化工產(chǎn)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(nóng)藥。 ?。貉b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(shè)和空間技術(shù)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(chǎn)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(zhì)優(yōu)的半導(dǎo)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(xué)試劑

2、和超純電子氣體,緒論,討論 關(guān)于課程 學(xué)習目標 緒論 精細化工工藝基礎(chǔ),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(chǎn)甚至倒閉。 世界經(jīng)濟出現(xiàn)了大蕭條。 日本是島國且資源匱乏，日本經(jīng)濟快速發(fā)展?。?談?wù)勀愕目捶ǎ?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(guān)于課程-課程性質(zhì),課程性質(zhì)：必修課。 學(xué)分：5.5學(xué)分 學(xué)時：48學(xué)時（理論）+24學(xué)時（實驗),關(guān)

3、于課程-學(xué)習目標,能力目標： 針對某一精細化工產(chǎn)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(shè)計、考察指標； 能設(shè)計簡單的精細化學(xué)品的配方（復(fù)配工藝、配料選擇） 能選擇正確的分離方法能根據(jù)相關(guān)標準確定精細化學(xué)品的檢測指標并會檢測 知識目標： 熟悉各類精細化學(xué)品的生產(chǎn)工藝路線、反應(yīng)條件、性能和基本用途； 掌握反應(yīng)條件的優(yōu)化方法； 掌握復(fù)配技術(shù)的基本原理。 掌握常用的分離技術(shù),課程情境設(shè)計,公司A為生產(chǎn)各類精細化工產(chǎn)品的企業(yè)，可以針對客戶的需求，設(shè)計產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、確定合成工藝路線并最終生產(chǎn)出客戶所要求的產(chǎn)品。 一個產(chǎn)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(chǎn)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(jīng)理1人，技術(shù)員4名）,典型工作任務(wù),1）根據(jù)客戶要求或公司生產(chǎn)要求協(xié)助設(shè)計各類粘合劑等精細化學(xué)品的配方設(shè)計； 2）按照配方進行產(chǎn)品配制的小試、中試； 3）根據(jù)配方要求選擇生產(chǎn)設(shè)備并能熟練操作； 4）產(chǎn)品的性能檢測。,本課程的主要內(nèi)容：,精細化學(xué)品的分類 各類精細化學(xué)品的基本性能、用途 精細化學(xué)品的合成路線、工藝設(shè)計 精細化學(xué)品和工工藝的優(yōu)化及分離技術(shù) 精細化學(xué)品的復(fù)配技術(shù),1.1 精細化學(xué)品的定義及分類,相對于基本化工產(chǎn)品而言 我國：增進或賦予產(chǎn)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(xué)品,分類-歐美分類標準：,任務(wù)：區(qū)分精細化學(xué)品和普通化學(xué)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(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（p2-3）、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）。,分類-從加工角度來看:,精細化學(xué)品就是對基本化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的初級或次級化學(xué)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(chǎn)品,簡單加工 石油、煤、天然氣、礦物、農(nóng)副產(chǎn)品 通用化工產(chǎn)品（

6、特點？）,通用化工產(chǎn)品 復(fù)雜的生產(chǎn)工藝 精細化學(xué)品（特點？）,1.2精細化學(xué)品的特性,1.生產(chǎn)特性 小批量、多品種、復(fù)配型居多； 技術(shù)密集度高；采用間歇式多功能生產(chǎn)裝置 2.經(jīng)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(jīng)營，技術(shù)保密；重視市場調(diào)研，適應(yīng)市場需求；配有應(yīng)用技術(shù)和技術(shù)服務(wù),投資效率（）（附加價值固定資產(chǎn)）X100% 附加價值是指在產(chǎn)品的產(chǎn)值中扣去原材料、稅金、設(shè)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(shù)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(chǎn)出初級化學(xué)品價值為 200 美元，再產(chǎn)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(chǎn)生價值 800 美元的中間產(chǎn)品和價值 540 美元的最終產(chǎn)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(chǎn)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(jīng)濟中的作用,化工產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)指標： 精細化率（精細化工在整個化學(xué)工業(yè)中所占的比重） =（精細化工產(chǎn)值/化工產(chǎn)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(xué)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?wù)劸毣ぴ趪窠?jīng)濟中的作用。,1.4精細化工產(chǎn)品的發(fā)展趨勢,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

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(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）、細胞融合、膜催化反應(yīng)等。,談?wù)劸毣ぎa(chǎn)品的發(fā)展趨勢？,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(shè)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(chǎn)品的程序，主要包括哪些研究內(nèi)容和步驟？,研究內(nèi)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(xué)品的研究開發(fā)，要經(jīng)市場調(diào)查、方案的提出、實驗室研究（小試）、應(yīng)用研究、中試、生產(chǎn)、市場開發(fā)、甚至技術(shù)服務(wù)等各方面全面考慮和實施。,步驟,基礎(chǔ)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(shè) 計 與 施 工,建立模型,概念設(shè)計,工 業(yè) 化 生 產(chǎn),經(jīng)濟技術(shù)評價,模型修改,小試崗位,小試是對精細化工生產(chǎn)

11、的小型模擬試驗，這是進行精細化工產(chǎn)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(shè)備，通過研究提示出工業(yè)化生產(chǎn)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(wù)：,（1）對設(shè)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(chǎn)品制備的因素；得出產(chǎn)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(chǎn)品制備的機理。 （2）建立產(chǎn)品的質(zhì)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(xué)數(shù)據(jù)。 （3）在完成小型實驗的基礎(chǔ)上，寫出產(chǎn)品開發(fā)的可行性研究報告。,小試研究的具體內(nèi)容,原料的篩選：原料是生產(chǎn)的物質(zhì)基

12、礎(chǔ)，應(yīng)充分考慮原料的價格、利用率、來源供應(yīng)、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(shù)經(jīng)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(xiàn)工業(yè)轉(zhuǎn)化。 確定工藝流程和操作條件：當原料路線和生產(chǎn)方法確定之后，就需要進一步研究產(chǎn)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(chǎn)品優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗的關(guān)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(yīng)該逐一考察。通過對實驗結(jié)果的分析和總結(jié)，得出最佳的工藝條件范圍和產(chǎn)品指標。 毒性實驗 ：許多精細化工產(chǎn)品由于使

13、用的需要，常常應(yīng)該作毒性實驗。LD50表示產(chǎn)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(shù)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(nóng)藥及與為類健康密切相關(guān)行業(yè)使用的精細化工產(chǎn)品，還應(yīng)該增加亞急性和慢性毒性實驗。 質(zhì)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(jié)果。分析檢測的方法，一般應(yīng)根據(jù)需要按照現(xiàn)有的標準選定，如果沒有標準可以借用，還應(yīng)該進行分析方法的研,精細化工中涉及的特殊技術(shù),模塊式多功能集成生產(chǎn)技術(shù) 反應(yīng)技術(shù) 分離

14、技術(shù) 極限技術(shù) GMP技術(shù),例：,H2SO4,影響該反應(yīng)反應(yīng)速率、轉(zhuǎn)化率的影響因素有哪些？如何確定最佳的工藝條件？,（1）反應(yīng)溫度 （2）反應(yīng)物摩爾比 （3）反應(yīng)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(yīng)溫度 （2）反應(yīng)物摩爾比 （3）反應(yīng)時間 （4）催化劑用量（種類）,同樣在生產(chǎn)同規(guī)格的產(chǎn)品，為什么有些廠商的良品率就是比較高。 同樣是在生產(chǎn)同類型的產(chǎn)品，為什么有些人的產(chǎn)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(shè)計助手軟件,什么叫交試驗設(shè)計?為

15、什么要進行實驗設(shè)計?,在精細化學(xué)品的生產(chǎn)實際和科學(xué)研究過程中，經(jīng)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(chǎn)量、降低消耗、提高產(chǎn)品性能或質(zhì)量等，特別是新產(chǎn)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(xué)地實驗設(shè)計，才能用較少的試驗次數(shù)，在較短的時間內(nèi)達到預(yù)期的實驗?zāi)康模环粗?，不合理的試驗設(shè)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(fù)試驗則至少812=162次）?？煞窈侠淼剡M行試驗設(shè)計，使得僅做少量試驗而同

16、樣達到目的？,b正交設(shè)計的要點,因素影響試驗結(jié)果的每種原因或要素,稱為因素。凡是對試驗結(jié)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(shù)。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(zhì)量因素,應(yīng)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(shù)只能取3;對數(shù)量因素,選取水平數(shù)的靈活性就大了,如溫度、反應(yīng)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(xué)品的產(chǎn)率以百分比表示，產(chǎn)品質(zhì)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(shù)，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?zāi)繕司陀袃身椫笜耍皇窍礈煨Ч?，二是生產(chǎn)成本。這樣，最終的試驗結(jié)果就應(yīng)當由這兩項指標的綜合評價結(jié)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(shè)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(shè)計的工具。 Ln(qm) L：正交表；n：實驗總數(shù)；q：因素的水平數(shù)；m：表的列數(shù)。 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(shù)字，有三層不同的含義，以L9(34)為例加以說明。,因素的水平數(shù),實際試驗次數(shù),L8(27),表的列數(shù)（因素數(shù)）,c.正交設(shè)計應(yīng)用,例 某化工廠生產(chǎn)一種試劑，產(chǎn)率較低，希望通過試驗探索好的生產(chǎn)工藝以提高產(chǎn)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(yīng)溫度40攝氏度與50攝氏度相比,試劑的產(chǎn)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(jié)論,反應(yīng)溫度對產(chǎn)率影響最大,其次是反應(yīng)時間,再其次是攪拌速度.,反應(yīng)溫度是40度好,反應(yīng)時間是1.5小時好,攪拌速度是快速好.,最好的生產(chǎn)工藝是A2B2C1: 即 反應(yīng)溫度 40攝氏度; 反應(yīng)時間 1.5小時; 攪拌速度 快速.,歸納總結(jié)：,1、本課程的主要研究內(nèi)容 2、精細化學(xué)品的定義、分類、特征 3、精細化工開發(fā)過程,作業(yè)：,預(yù)習,參考文獻：,宋啟煌主編，精細化工工藝學(xué)，（為主） 化學(xué)工業(yè)出版社，2004年； 1，張鑄勇