精细化工教案第一章绪论09应本.docx
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精细化工教案第一章绪论09应本
第一章绪论
§1精细化工的概念与范畴
一、精细化工的概念
一般化工产品可分为通用化工产品和精细化工产品两类。
通用化工产品又分为无差别产品（如硫酸、烧碱、乙烯、苯等）和有差别产品（如合成树脂、合成橡胶.合成纤维等）。
这些通用化工产品用途广泛，生产批量大，产品常以化学名称及分子式表示，且规格是以其中主要物质的含量为基础。
精细化工产品则分为精细化学品（如中间体、医药和农药的原料等）和专用化学品（如医药成药、农药配剂、各种助剂、水处理剂等），具有生产批量小、附加值高等待点，产品常以商品名称或牌号表示，规格以其功能为基础。
精细化学工业是生产精细化学品工业的通称，简称“精细化工”。
包括无机精细化工和有机精细化工。
无机精细化工是精细化工当中的无机部分。
无机精细化工
在整个精细化工中，相对起步较晚、产品较少。
然而，近年来崛起的趋势越来越明显，不管是类别还是品种，都在以较快的速度增长，并且对其他部门或化工本身的科技发展起着越来越重要的作用。
1、精细化学品
欧美对精细化学品的释义
传统的释义指的是产量小、纯度高的化工产品。
美国克林教授提出的释义是先将化学品分为两大类:
具有固定熔点或沸点，能以分子式或结构式表示其结构的称为无差别化学品；不具备上述条件的称为差别化学名。
然后再进一步分类和释义如下。
（1）通用化学品指大量生产的无差别化学品，例如无机的酸、碱、盐，以及有机的甲醇、乙醇、乙醛、丙酮、乙酸、氯苯、硝基苯、苯胺和苯酚等。
（2）准通用化学品指较大量生产的差别化学品，例如塑料、合成纤维、合成橡胶等。
（3）精细化学品指小量生产的无差别化学品，例如原料医药、原料农药、原料染料等。
（4）专用化学品指小量生产的差别化学品，例如医药制剂、农药制剂、商品染料等。
日本对精细化学品的释义
指的是具有高附加价值、技术密集型、设备投资少、多品种、小批量生产的化学品。
即把克林教授释义的精细化学品和专用化学品统称为精细化学品。
中国对精细化学品的释义
原则上采用日本对精细化学品的释义。
按照中国国家自然科学技术学科分类标准，精细化工的全称是“精细化学工程”，属化学工程学范畴。
我国目前所称的精细化学品的含义，与日本国的基本相同。
概括起来讲，就是“精细化学品是深度加工的、具有功能性或最终使用性的、品种多、产量小、附加价值高的一大类化工产品”。
2、精细化学品的特点：
（1）品种多，产量小，主要以其功能进行交易；
（2）多数采用间歇生产方式；
（3）技术要求比较高，质量指标高；
（4）生产占地面积小，一般中小型企业即可生产；
（5）整个产品产值中原材料费用的比率较低，商品性较强；
（6）直接用于工农业、军工、宇航、人民生活和健康等方面，重视技术服务；
（7）投资小，见效快，利润大；
（8）技术密集性高，竞争激烈。
3、精细化学品与专用化学品的区别
（1）精细化学品多为单一化合物，可用化学式表示其成分，而专用化学品很少是单一的化合物，常常是若干种化学品组成的复配物，通常不能用化学式表示其成分；
（2）精细化学品一般为非最终使用性产品，用途较广、专用化学品的加工度高，为最终使用性产品，用途针对性强；
（3）精细化学品大体是用一种方法或类似的方法制造的，不同厂家的产品基本上没有差别，而专用化学品的制造，各生产厂家互不相同，产品有差别，有时甚至完全不同；
（4）精细化学品是按其所含的化学成分来销售的，而专用化学品是按其功能销售的；
（5）精细化学品的生命期相对较长，而专用化学品的生命期较短，产品更新很快。
（6）专用化学品的附加价值率、利润率更高，技术密集性更强，更需依靠专利保护或对技术诀窍严加保密，新产品的生产完全需依靠本企业的技术开发。
4、精细化学品的分类
1．农药；2．染料；3．涂料（包括油漆和油墨）；4．颜料；5．试剂和高纯物；
6．信息用化学品（包括感光材料、磁性材料等能接受电磁波的化学品）；
7．食品和饲料添加剂；
8．粘合剂；
9．催化剂和各种助剂；
10．化工系统生产的化学药品（原料药）和日用化学品；
11．高分子聚合物中的功能高分子材料（包括功能膜、偏光材料等）。
其中催化剂和各种助剂，又包括以下种类：
（1）催化剂炼油、石油化工、有机化工、合成氨、硫酸、环保用催化剂和其他催化剂，
（2）印染助剂柔软剂、匀染剂、分散剂、抗静电剂、纤维用阻燃剂等，
（3）塑料助剂增塑剂、稳定剂、发泡剂、塑料用阻燃剂等，
（4）橡胶助剂促进剂、防老剂、塑解剂、再生胶活化剂等，
（5）水处理剂水质稳定剂、缓蚀剂、软水剂、杀菌灭藻剂、絮凝剂等，
（6）纤维抽丝用油剂涤纶长丝用、涤纶短丝用、锦纶用、腈纶用、丙纶用、维纶用、玻璃丝油剂等，
（7）有机抽提剂吡咯烷酮系列、脂肪烃系列、乙腈系列、糠醛系列等，
（8）高分子聚合物添加剂引发剂、阻聚剂、终止剂、调节剂、活化剂等，
（9）表面活性剂除家用洗涤剂以外的阳性、阴性、中性和非离子型表面活性剂，
（10）皮革助剂合成鞣剂、涂饰剂、加脂剂、光亮剂、软皮油等，
（11）农药用助剂乳化剂、增效剂等，
（12）油田用化学品油田用破乳剂、钻井防塌剂、泥浆用助剂、防蜡用降粘剂等，
（13）混凝土用添加剂减水剂、防水剂、脱模剂、泡沫剂（加气混凝土用）、嵌缝油膏等，
（14）机械、冶金用助剂防锈剂、清洗剂、电镀用助剂、各种焊接用助剂、渗碳剂、汽车等机动车用防冻剂等，
（15）油用添加剂防水、增粘、耐高温等各类添加剂、汽油抗震、液力传动、液压传动、变压器油、刹车油添加剂等，
（16）炭黑（橡胶制品的补强剂）高耐磨、半补强、色素炭黑、乙炔炭黑等，
（17）吸附剂稀土分子筛系列、氧化铝系列、天然沸石系列、二氧化硅系列、活性白土系列等，
（18）电子工业专用化学品（不包括光刻胶、掺杂物、MOS试剂等高纯物和高纯气体）显像管用碳酸钾、氟化物、助焊剂、石墨乳等，
（19）纸张用添加剂增白剂、补强剂、防水剂、填充剂等。
（20）其他助剂玻璃防霉（发花）剂、乳胶凝固剂、……等。
§2精细化工在国民经济中的地位和作用
§3精细化工的的特点
一、精细化工的生产特点
1、小批量、多品种
2、综合生产流程、多功能生产装置
3、技术密集度高
4、大量采用复配和剂型加工技术
二、精细化工的商业特点
1、技术保密、专利垄断
2、重视市场调研、适应市场需求
3、重视应用技术和技术服务
三、精细化工的发展特点
世界精细化工的发展特点
（1）产品品种多、系列化程度高且更新换代快
（2）新技术含量高且为高新技术服务
（3）注重环保型和可降解型精细化工产品的开发
（4）企业兼并和专业化分工不断加剧
（5）全球市场向亚洲特别是中国转移
我国精细化工的发展特点：
§4精细化工的发展趋势
一、世界精细化工总体发展态势
1、精细化学品销售收入快速增长，精细化率不断提高
2、加强技术创新，调整和优化精细化工产品结构
3、联合兼并重组，增强核心竞争力
二、我国精细化工发展现状与趋势
1、精细化工取得长足进步
2、建设精细化工园区，推进产业集聚
3、跨国公司加速来华投资，有力推动精细化工发展
三、无机精细化工的发展趋势
首先，要立足于本国的丰富的资源，积极发展系列化、多规格、多性能、高质量的产品。
第二，注意发展与信息科学、生命科学和材料科学有关的无机精细化工产品。
第三，注意开发新的工艺技术，大力发掘无机物潜在的特殊功能。
第四，积极发展为农业服务的以及农产品加工工业需要的无机精细化工产品。
第五，面对现状，积极研制当前急需的产品，解决燃眉之急，同时也为深入发展无机精细化工打好基础。
四、有机精细化工的发展趋势
1、传统精细化学品的更新换代
（1）染料工业重点是发展纺织印染需求量大的活性染料、分散染料、还原染料等，近期以“外引内联嫁接”的方法发展后加工技术为主。
（2）涂料工业以发展满足建筑、汽车、电器、交通（船舶、路标）、家具需要的高档涂料，解决恶劣条件下的防腐难题，着重抓好低污染、节能型新品种的研制。
主要有水性涂料、高固体分涂料、粉末涂料、光固化涂料等。
（3）粘合剂工业重点是发展低毒（或无毒）、中低温固化和高强耐候品种，开发功能型的新产品，尤其注重开发鞋用粘合剂。
（4）化学试剂重点加强分离提纯技术研究，注意试剂门类品种的开发，实现超净高纯试剂、生物技术试剂、临床诊断试剂、有机合成试剂的产品系列化。
（5）感光材料和磁记录材料瞄准世界先进水平，走“先仿后创”的路子。
2、当前要优先发展的关键技术
（1）新催化技术
（2）新分离技术
（3）增效复配技术
（4）气雾剂（CFC）无污染替代技术
（5）生物技术
§5精细化工产品的研制与开发
精细化工是综合性较强的技术密集型工业，要生产出一种优质的精细化工产品，除了技术以外，还必须考虑使之商品化，这就要求多门学科的相互配合，并综合运用。
﹙化学、物理、生物等﹚
一、基础与前期工作
1、新产品的分类
按新产品的地域特征分类
（1）国际新产品指在世界范围内首次生产和销售的产品。
（2）国内新产品指国外已生产而国内首次生产和销售的产品。
（3）地方或企业新产品指市场已有，但在本地区或本企业第一次生产和销售的产品。
﹙新产品要开发市场，老产品要挤进市场。
﹚
按新产品的创新和改进程度分类
（1）全新产品指具有新原理、新结构、新技术、新的物理和化学特征的产品。
（2）换代新产品指生产基本原理不变，部分地采用新技术、新的分子结构，从而使产品的功能、性能或经济指标有显著提高的产品。
（3）改进新产品指对老产品采用各种改进技术，使产品的功能、性能、用途等有一定改进和提高的产品。
改进新产品的工作，是企业产品开发的一项经常性工作。
﹙如金属表面处理液）
2、信息收集和文献检索
信息收集是进行精细化工开发的基础工作之一。
企业在开发新产品时，必须充分利用这种廉价的“第二资源”。
据统计，现代一项新发明或新技术，90%左右的内容可以通过各种途径从已有的知识中取得信息。
信息工作做得好，可以减少科研的风险，提高新产品的开发速度，避免在低水平上的重复劳动。
包括：
信息的内容；信息的查阅和收集；国外精细化工文献的检索；国内精细化工文献的检索。
3、市场预测和技术调查
⑴注意掌握国家产业发展政策
国家产业发展重点的变化，往往导致某些产品的需求量大增而另一些产品的需求量减少。
例如：
随着环保的重视，某些剧毒农药逐渐淘汰，毒性低的迅速增长。
⑵了解同种类产品在发达国家的命运
随着现代化水平的提高，人民的生活在不断改善，某些正在使用的产品将逐渐被淘汰，新产品也将不断出现。
这一过程发达国家比我国较早发生，应予以借鉴（固体酸催化剂）。
⑶了解产品在国际国内市场上的供求总量及其变化动向
企业应该针对产品在国际国内市场的需求量与供应量的对比、及其变化确定是否生产或生产规模的大小（甲基叔丁基醚—辛烷值改进剂）。
⑷注意国家在原料基地建设方面的信息
有些市场较好的化工产品，由于原料来源短缺，无法在国内广泛生产和应用，有的可能在原料基地建厂（运输问题，如铅、锌，60页）。
⑸了解产品用户信息
产品用户的生产规模变化及生产经营态势，必然导致产品需求量的变化，如能及时获取信息，将有利于企业作好应变准备（鼠药）。
⑹设法保护本企业的产品
在我国，一旦一种产品销路广、利润高，便容易出现一哄而起的状况。
企业对此应有准备，对于自己独创的“拳头”产品，应申请专利或采用其它措施进行保护（技术保密）。
﹙精细化工与通用化工主要区别之一﹚
⑺技术调查和预测
了解产品的技术状况与技术发展趋势，本企业能够达到的水平、国内的先进水平以及国际的先进水平，并作出预测（文献、市场调研）。
⑻注意“边空少特新”产品发展动向
凡是几个部门的边缘产品、几个行业间空隙产品、市场需要量少的产品、用户急需的特殊产品、最新产品，都具有较好的市场，可经过开发并投向市场（生物农药）。
⑼注意本地资源的开发利用
应该充分利用本地资源开发产品，因为利用本地资源开发的产品的市场竞争力很强，而且生命力一般都比较旺盛。
特别是一些大吨位运输原料的产品（精细化工厂—异丁烯）。
4、产品的标准化及标准级别
产品标准是对产品结构、规格、质量和检验方法所作的技术规定。
它是一定时期和一定范围内具有约束力的产品技术准则，是产品生产、质量检验、选购验收、使用、保管和洽淡贸易的依据。
⑴国际标准
是国际上有权威的组织制订、为各国承认和通用的标准，例如国际标准化组织（ISO）。
⑵国家标准
是全国范围内统一的标准。
是一项重要的技术法规，必须严格贯彻执行，不得更改或降低标准。
⑶企业标准
是由生产企业制订发布并报当地技术监督部门审查备案的标准。
有的是国家尚未制订标准，有的是国家标准太低。
包括：
①产品的品种、规格和主要成分
②产品的主要性能
③产品的适用范围
④产品的试验、检验方法和验收规则﹙难度最大的部分﹚
⑤产品的包装、储存和运输
有的产品还要提出使用方法、有的产品还要提出售后服务方式。
二、精细化工产品的研究与发展
1、科研课题的来源
精细化工产品开发课题的来源多种多样，但从研究设想产品的方式来考虑，主要有下述两种情况。
⑴起源于新知识的科研课题
研究者通过某种途径，如文献资料、日常生活等，了解到某一种科学现象或一个新产品，在寻找该科学现象或新产品的实际应用的过程中提出了课题。
⑵解决具体问题的科研课题
针对某一具体的精细化工产品，通过缺点列举、希望列举所提出的，或在工业生产实际中提出来的，或是一些久攻不克的研究课题。
2、科研课题的研究方法
在研究课题选择的同时或课题选定之后，便要开始考虑怎样着手进行研究，即制定研究方案。
一个课题的研究方法往往很多，常用的研究方法有以下几种：
（1）模仿和类比研究法即模仿别人在研究同类产品时的研究方法开展研究；或以已有的产品为蓝本，根据其在某一特征上与待开发产品的类似之处，通过模仿进行研究的方法。
（2）仿天然物研究法这是类比研究法的一种特殊形式，即以自然界中天然存在的物资为蓝本。
通过结构分析和机理研究，模拟天然物质的结构，研究出性能相近或更为优越的产品。
（3）应用科学技术原理或现象法即通过查阅文献，深入了解有关的科学原理、作用机理、特殊科学现象，并应用这些科学技术原理进行研究的方法。
（4）筛选研究法通过对大量物质和配方的尝试，找到所期望的物质或配方的研究方法。
（5）样品解剖分析法如果掌握了某一精细化工产品的样品，而由于技术保密的原因无法知道其组成和配方，在研制同类产品时，可以采用分析化学的方法对其组成进行定性、定量分析，以便了解产品的大致成分及配方，在不侵犯其专利权的情况下作为研究工作参考。
上述五种常用的研究方法并不是孤立存在的，在解决一个具体的研究课题时，科研人员往往把上述几种方法交织在一起使用。
﹙如油污洗涤剂﹚
3、精细化工新产品的研发规律
一个精细化工产品从无到有，从低级到高级的不断发展，往往要经历很长时间，随着现代科学技术的进步，这个时间过程被大大缩短。
新产品的发展一般要经历以下几个阶段。
⑴原型发现阶段
精细化工产品的原型，即是其发展的起点，原型的发现是一种科学现象。
它往往预示着一类产品即将诞生，一系列根据原型发现的原理做出的新发明即将出现。
例如：
磷化膜对金属有保护作用，可以提高金属的防锈能力原型的发现，出现了很多的磷化方法。
⑵雏形发明阶段
雏形发明的出现可视为精细化工产品研究的开始，为开发该类产品提供了客观可能性。
一般而言，在雏形发明诞生之后，针对该雏形发明的改进工作便会兴起，许多有类似性质和功能的物质会逐渐发现，有关的科技论文也会逐渐增多，产品日益朝实际应用的方向发展。
例如：
金属表面处理先分别采用除油、除锈、磷化、钝化……。
⑶性能改进阶段
雏形发明出现之后，对雏形发明的性能、生产方式进行改进并克服雏形发明的各种缺陷的应用研究工作便会广泛地开展，科技论文数量大幅度增加，对作用机理及化合物结构和性能特点的研究也开始进行。
一般通过两种方式对雏形发明进行改进。
第一，通过机理研究，初步弄清雏形发明的作用机理，从而从理论上提出改进的措施，并通过大量的尝试和筛选工作，找到在性能上优于雏形发明的新产品。
第二，使雏形发明在工艺上、生产方法上以及价格上实用化。
⑷功能扩展阶段
在一种新型精细化工产品已在工业或人们生活中实际应用之后，便面临研究工作更为活跃的功能扩展阶段。
功能扩展主要表现在以下几个方面：
①品种日益增多为了满足不同使用者和应用场合的具体要求，在原理上大同小异的新产品和新配方大量涌现，出现一些系列产品。
②产品的性能和功能日益脱离原型虽然新产品仍留有原型的影子，但在化学结构、生产工艺和配方组成上离原型会越来越远，性能也更为优异。
③产品的使用方式日益多样化经常出现不同使用方法的产品或系列产品。
例如：
不同金属表面的处理……。
三、精细化工过程开发试验及步骤
精细化工过程开发的一般步骤是从一个新的技术思想的提出，再通过实验室试验、中间试验到实现工业化生产取得经济实效并形成一整套技术资料这一个全过程；即可分为以下三大阶段。
1、实验室研究（小试）
实验室研究阶段包括根据物理和化学的基本理论、或从实验现象的启发与推演、信息资料的分析等出发，提出一个新的技术思路，然后在实验室进行实验探索，明确过程的可能性和合理性，测定基础数据，探索工艺条件等。
具体事项说明如下：
（1）选择原料
小试的原料通常用纯试剂。
它杂质少、能本质地显露出反应条件和原料配比对产品收率的影响，减少研制新产品的阻力。
取得成功后，逐一改用工业原料。
（2）确定反应和催化剂体系
催化剂可使反应速度大大加快，能使一些不宜用于工业生产的缓慢反应得到加速，建立新的产业。
（3）提出和验证实施反应的方法、工艺条件范围、最优条件和指标
包括进料比和流速、反应温度、压力、接触时间、催化剂负荷、反应的转化率和选择性、催化剂的寿命或失活情况等等，这些大部分可以通过安排多因素正交试验来得出结论。
（4）收集或测定必要的物理数据和热力学数据
包括密度、粘度、导热系数、扩散系数、比热、反应的热效应、化学平衡常数、压缩因子（pV=ZnRT）、蒸气压、露点（空气湿度达到饱和时的温度）、泡点（液体混合物处于某压力下开始沸腾的温度）、爆炸极限等等。
（5）动力学研究
对于化学反应体系应研究其主反应速度、重要的副反应速度，必要时测定失活速度、处理动力学方程式并得出反应的活化能。
（6）传递过程研究
流体流动的压降、速度分布、混合与返混、停留时间分布、气含率、固含率、固体粒子的磨损、相间交换、传热系数、传质系数以及有内部构件时的影响等。
（7）材料抗腐蚀性能研究
所用原料应考虑对生产设备的腐蚀等影响。
（8）毒性试验
许多精细化工新产品都要做毒性试验。
（9）质量分析
小试产品的质量是否符合标准或要求，须用分析手段来鉴别。
原材料的质量、工艺流程的中间控制、三废处理和利用等都要进行分析。
2、中试放大
从实验室研究到工业生产的开发过程，一般易于理解为量的扩大而忽视其质的方面。
为使小试的成果应用于生产，一般都要进行中试放大试验，它是过渡到工业化生产的关键阶段。
其主要内容有：
⑴预设计及评价
结合已有的小试结果、资料或经验，较粗略地预计出全过程的流程和设备，估算出投资、成本和各项技术经济指标，然后加以评价或进行可行性研究，然后进行中试设计。
⑵中试的任务
酚醛树脂生产工艺流程图
1—熔酚桶；2—甲醛桶；3—烧碱桶（或酒精桶）；4、5—高位计量罐；6—反应釜；7—气体通导管；8—冷凝器；9—磅秤；10—树脂桶；11—U形回流管；12—贮水罐；13—安全罐；14真空泵；Z—蒸汽管道；S—水管；ZK真空管道
主要任务如下：
﹙建立中试装置﹚
①检验和确定系统的运转条件和可靠性。
②全面提供工程设计数据，包括动力学的、传递过程的诸方面数据；
③考察设备结构的材质和材料的性能；
④考察杂质的影响；
⑤提供部分产品的应用研究和市场开发之需；
⑥研究解决“三废”的处理问题；
⑦研究生产控制方法；
⑧确定实际的经济消耗指标；
（9）修正和检验数学模型。
⑶中试放大方法
根据目前国内外研究进展情况，放大方法一般分为：
①经验放大法
这是依靠对类似装置或产品生产的操作经验而建立起来的以经验认识为主实行放大的方法。
②部分解析法
这是一种半经验、半理论的方法，即根据化学反应工程的知识，对反应系统中的某些部分进行分析，确定各影响因素之间的主次关系，并以数学形式作出部分描述，然后在小装置中进行试验验证，探明这些关系式的偏离程度，找出修正因子，或者结合经验的判断，定出设计方法。
③数学模型放大法
该法是针对一个实际放大过程用数学方程的形式加以描述，即用数学语言来表达过程中各种变量之间的关系，再运用计算机来进行研究、设计和放大。
④相似模拟法
该法可应用于许多物理过程，但对化学反应过程，由于一般不能做到既物理相似又化学相似，故除特殊情况外，多不采用。
⑷工业化生产试验
一般正式工业化生产厂的规模约为中间试验厂的10～20倍，当腐蚀情况及物性常数都明确时，规模可扩大到100～200倍。
但组成一个过程的许多化工单元和设备，能够有把握放大的倍数不一致。
例如：
①对于通用的流体输送机械，泵、压缩机，因是定型产品，不存在这个问题。
②对于一般的换热设备，只要物性数据准确，可以放大数百倍而误差不超过10%。
③对于蒸馏、吸收等塔设备，如有正确的平衡数据，也可放大100～200倍。
④对于化学反应装置，由于其中进行着多种物质与化学过程，而且相互影响，情况错综复杂，理论解析往往感到困难，甚至实验数据也不易归纳为有把握的规律性的形式，工业化生产的关键就在这里。
这是一个全新的开发过程，工业生产中经常会遇到部分变化，其它不变或可以找到相关资料，重点解决这部分。
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