精细化工工艺学基础及技术开发.PPT

第二章精细化工工艺学基础及技术开发 2.1 精细化工的生产特性 2.2 精细化工工艺学基础 2.3 精细化工过程开发的一般步骤 2.4 精细化工的技术开发 2.5 精细化工发展的策略 2.1 精细化工的生产特性 多品种 多种多样的生产装置和生产流程 技术密集度高 商品性强 2.2 精细化工工艺学基础 2.2.1 概述 主要内容：对具体产品，选择和确定在技术上和经济上最合理的合成路线；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，以得到优质、高产的产品以及了解该产品的主要应用及发展动向。 合成路线：原料经几步单元反应得目的产品 工艺路线：原料预处理、后处理、采用的单元操作和设备流程等 反应条件：反应物的摩尔比、浓度、反应温度时间压力等 合成技术：催化方法（非均相、相转移、均相络合没、酶）光有机合成和电有机合成 完成反应的方法：间歇、连续、反应器的设计和选择 为了完成精细化学品的生产，需要对所涉及到的各种物料的性质有充分的了解： 1 稳定性：化学、光、热、及贮存稳定性 2 物料的熔点、沸点不同温度下的蒸气压、溶解度 3 密度、折光率、比热、导热系数、蒸发热、挥发性和黏度等 4 闪点 、爆炸极限和必要的安全措施 5 物料的毒性，对人体的危害性，在空气中的允许浓度、必要的防护措施及中毒的急救措施 6 物料的商品规格、各种杂质和添加剂的允许含量，价格，供应来源，包装和贮存要求等 2.2.2 化学计量学 1 反应物的摩尔比：加入反应器中的几种反应物的物质的量之比 2 化学计量比：化学反应式的物质的量之比 3 限制反应物：反应物不按化学计量比投料时，其中以最小化学计量数存在的反应物叫作限制反应物。 4 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，则该反应物就叫过量反应物。 5 过量百分数：过量反应物超过限制反应物所需理论量部分占所需理论量的百分数。以Ne表示过量反应物的物质的量，Nt表示它与限制反应物完全反应所消耗的物质的量，则过量百分数为： 例：氯苯二硝化为二硝基氯苯 物料 名称 化学 计量比 投料 摩尔数 投料 摩尔比 投料化学 计量数 氯苯 1 5.00 1 5 硝酸 2 10.70 2.14 5.35 % 7 2 2 14 . 2 5 5 35 5 10 7 . = - = - = = . 10 10 - 硝酸过量百分数 6 转化率(x):某一种反应物A反应掉的量NAR占其向反应器中输入量NA,in的百分数 7 选择性(s)：某一种反应物转变为目的产物，其理论消耗的摩尔数占该反应物自反应中实际消耗掉的总摩尔数的百分数 8 理论收率(yp) 9 重量收率(yw) 转化率、选择性和理论收率的关系 y=S*x 有关例题见教材p13 10 原料消耗定额：每生产1吨产品需消耗多少吨各种原料。对于主要反应物来说，它实际上就是重量分率的倒数。 11 单程转化率和总转化率： 有关例题见教材p14 2.2.3 配方研究的重要性及配方设计原理 一. 重要性 二. 配方设计原理 1 配方设计研究原则：从产品设计的用途出发，在要求产品配方的全部性能指标均应达到规定标准的前提下，使得产品配方综合性能指标达到最优化。 2 配方优化设计方法： 单因素优选法、多因素多水平试验设计法（全面试验法、正交试验法、均匀设计法、计算机辅助配方设计） 1、应用范围： （1）影响考察指标的因素较多,而且暂时无法确定主要因素。 （2）影响考察指标的因素较多,而且指标之间又有矛盾。 （3）试验因素多，周期长，希望一批做几个试验。 （4）试验误差大，对实验结果带来干扰。 2、优点： 试验次数少，效果好，方法简单，使用方便，效率高，完全表格化，试验均匀分散，整齐可比性。 正交试验法（★） 3、正交试验统计的基本思想 考虑进行一个三因素、每个因素有三个水平的试验。如果作全面试验，需作=27次。 如果进行正交试验设计，利用正交表安排试验，对于三因素三水平的试验来说，需要作9次试验，用“Δ”表示，标在图中。 如果每个平面都表示一个水平，共有九个平面，可以看到每个平面上都有三个“Δ”点，立方体的每条直线上都有一个“Δ”点，并且这些“Δ”点是均衡地分布着。 因素水平 温度，oC 时间，min 催化剂量，％ 1 200 60 5 2 400 90 10 3 600 120 15 选择原则： 正交表的因素数与水平数等于或大于要进行试验的因素数与水平数，使试验数最少。 正交表是正交试验设计的工具。 Ln(qm) L：正交表；n：实验总数；q：因素的水平数；m：表的列数。 L表示一张表，它的数字，