精细化工工艺学绪论.docx
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精细化工工艺学绪论
1、绪论
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”。
精细化学品的含义，国外迄今仍在讨论中。
目前，凡具有以下特点的化工产品通称为精细化学品，即：
1.品种多，更新换代快；
2.产量小，大多以间歇方式生产；
3.具有功能性或最终使用性；
4.许多为复配性产品，配方等技术决定产品性能；
5.产品质量要求高；
6.商品性强，多数以商品名销售；
7.技术密集高，要求不断进行新产品的技术开发和应用技术的研究，重视技术服务；
8.设备投资较小；
9.附加价值率高等。
1.精细化工的定义
精细化学工业的简称，化学工业中生产精细化学品的经济领域。
精细化学品这个名词,沿用已久,原指产量小、纯度高、价格贵的化工产品，如医药、染料、涂料等。
但是，这个含义还没有充分揭示精细化学品的本质。
近年来，各国专家对精细化学品的定义有了一些新的见解，欧美一些国家把产量小、按不同化学结构进行生产和销售的化学物质，称为精细化学品（finechemicals）；把产量小、经过加工配制、具有专门功能或最终使用性能的产品,称为专用化学品（specialtychemicals）。
中国、日本等则把这两类产品统称为精细化学品。
精细化工与基础化工（如基本有机化工、无机化工）不同,后者多生产基本化工原料，而前者生产的产品,多为各工业部门广泛应用的辅助材料或人民生活的直接消费品。
因此，精细化工是国民经济不可缺少的工业部门，它与人民生活紧密关联。
精细化工产品（又名精细化学品）是化学工业中用来与通用化工产品或大宗化学品相区别的专用术语。
国内外许多学者对精细化工产品提出的定义到目前为止还没有一个公认的说法。
综合国外的释义，凡具有投资少、收益率高、利润率高和附加价值高、知识密集高、专利期长的小量多品种特性的化学品称为精细化学品，这是欧美定义的精细化学品和专用化学品的总称。
中国原则上采用这个精细化学品的命名法和定义。
“精细化学工业”，通常简称为“精细化工”，是生产精细化学品工业的总称。
近!
"年来，由于社会生产及生活水平的提高，化学工业产品结构的变化以及高新技术的要求，知识经济的兴起使得精细化工产品越来越受到重视。
精细化工在化学工业内所占产值比重（精细化率）逐年增长，精细化率大小被认为是一个国家化学工业发达程度的标志之一。
并已有把生产精细化工产品的工业单独作为一个部门从化学工业中独立出来的倾向。
2、分类
分类：
由于各国的分类方法不尽相同，精细化学品包括的范围也不完全一致。
目前，中国精细化学品大体上包括：
医药、农药、染料、涂料、颜料、信息技术用化学品（包括感光材料、磁记录材料等）、化学试剂和高纯物质、食品添加剂、和饲料添加剂、催化剂、胶粘剂、助剂、表面活性剂、香料等。
随着国民经济的发展，精细化学品的开发和应用领域将不断开拓，新的门类将不断增加。
特点：
精细化学品的品种繁多，有无机化合物、有机化合物、聚合物以及它们的复合物。
生产技术上所具有的共同特点是：
①品种多、更新快，需要不断进行产品的技术开发和应用开发，所以研究开发费用很大，如医药的研究经费,常占药品销售额的8％～10％。
这就导致技术垄断性强、销售利润率高。
②产品质量稳定，对原产品要求纯度高,复配以后不仅要保证物化指标,而且更注意使用性能，经常需要配备多种检测手段进行各种使用试验。
这些试验的周期长，装备复杂，不少试验项目涉及人体安全和环境影响。
因此，对精细化工产品管理的法规、标准较多。
如药典（见《中华人民共和国药典》、《英国药典》）、农药管理法规等。
对于不符合规定的产品，往往国家限令其改进，以达到规定指标或禁止生产。
③精细化工生产过程与一般化工生产不同，它的生产全过程，不仅包括化学合成（或从天然物质中分离、提取），而且还包括剂型加工和商品化，由两个部分组成。
其中化学合成过程,多从基本化工原料出发,制成中间体，再制成医药、染料、农药、有机颜料、表面活性剂、香料等各种精细化学品。
剂型加工和商品化过程对于各种产品来说是配方和制成商品的工艺，它们的加工技术均属于大体类似的单元操作。
④大多以间歇方式小批量生产。
虽然生产流程较长，但规模小，单元设备投资费用低，需要精密的工程技术。
⑤产品的商品性强，用户竞争激烈，研究和生产单位要具有全面的应用技术，为用户提供技术服务。
综上所述，精细化工产品作为一个知识门类来，在不同目的的要求下有多种分类方法。
精细化工产品的分类和范围，不仅国际上缺少统一准则，即使在一个国家内，由于分类的目的不同，其分类法和包含的范围也不尽相同。
但有一点，即分类和范围必须符合国情，符合国家经贸政策，且不断作出必要的调整。
3、世界现状
世界精细化学工业最发达的要推美国、联邦德国和日本，其产品产量分别居于世界第一、二、三位。
美国精细化工新门类不断涌现，在20世纪60年代美国发展了水处理剂；1973年石油大幅度涨价，迫使石油公司开发新的油气资源，油田化学品就应运而成为热门产品。
70年代末随着电子工业的蓬勃发展，电子工业用试剂又成了重点。
1982年美国专用化学品销售额（表21982年美国专用化学品销售额（百万美元））以农用化学品和油田化学品为最高。
联邦德国精细化工自70年代起，采用所谓“差别增长战略”，即有选择、有重点地发展具有自己特点和技术优势的精细化工产品，使这类产品的销售额不断提高（表3联邦德国精细化学品销售额在全部化工产品中的比例（％））。
世界主要生产者是几家有名的大化工公司，如美国的杜邦公司（其精细化工生产比重已超50％）、联邦德国的拜耳股份公司以及日本的住友化学工业公司等。
中国精细化工基础弱，近年产量增长很快。
1985年中国生产的染料89kt，医药（12大类化学原料药）79kt，农药205kt,涂料769kt,电影胶片170Mm。
化学试剂（1983年产值）近5亿元,粘合剂（1983）110kt，增塑剂（1983）215kt，洗涤剂（1983）670kt，磁带（1984）约240Mm。
从70年代以来，一些工业发达国家相继将化学工业发展的战略重点转向精细化工，故加快发展精细化工己成为世界性的趋势。
其原因是：
（1）出于科学技术和工农业各部门的发展，以及人们生活水平的提高．迫切要求加快精细化工的发展，以提供各种性能优异、用途广泛的精细化学品；
（2）出于一些工业发达同家的石油化工已发展到相当规模，并具有技术优势，能为精细化工的发展提供充足的原料、中间体和技术条件；
（3）一些缺乏资源的工业发达国家，由于二次能源危机的冲击，不得不改变化工产品的结构，将其战略重点由石油化工转向省资源、省能源、附加价值高和技术密集的精细化工，以便用技术优势弥补资源劣势；
（4）出于一些工业发达国家的石油化工已经发展到由量到质的转变阶段，目前其通用产品的量已能基本满足需要，故要求进一步开发新产品，开拓新的市场，那只有转向发展功能性材料、特种材料和专用商品；
（5）由于新技术的挑战，例如新材料、生物工程、新功能元件等是新一代产业的基础技术，它与精细化工有着非常密切的关系，故要求精细化工迅速发展。
日本早在1968年就提出发展精细化工；1975年日本通产省指出，日本化学工业应向精细化工方向发展；1977年提出，日本的化学工业，重要的是加强精细化学品的国际竞争力。
80年代以来，日本采取了一系列的措施促进精细化工的发展，从而使精细化工获得了较快的发展．其精细化率（精细化工在整个化学工业中所占的比重）已从1979年的40％上升到50％以上。
从日本1987年几个化学工业部门产品生产的年平均增长率，可见其精细化工发展速度很快。
日本l987年某些精细化工产品的年平均增长率为：
感光材料，l2％；医药，9．1％；有机化工产品，5．8％；石油芳香烃与煤焦油产品．6．4％；塑料，6．4％。
德国精细化工发展的历史较长，基础也较好。
该国为了发挥自己在精细化工方面的技术优势，为了保持在国际市场上的优势地位和获得更高的附加价值及利润，近年来也在大力调整化工产品的结构，将发展重点转向精细化工，且其精细化率已超过53％。
在德国化学工业中起举足轻重作用的Hoechst公司、Bayer公司和Basf公司都在加快精细化工的发展。
Hoechst公司的精细化工发展最快，现在是世界上最大的医药企业和欧洲最大的涂料企业。
Bayer公司对通用塑料等原材料型的化工已经不感兴趣，正集中力量发展精细化工，目前农药和医药两个部门的销售额已占总销售额的35％以上，Basf公司的精细化工比重也已达30％以上。
美国尽管有丰富的天然气和石油资源，且受能源危机的冲击不大，但在70年代就开始重视精细化工的技术开发，许多化工公司纷纷调整化工产品结构，加快精细化的步伐。
例如DuPont公司为了发展精细化工，关闭了在国外的纤维企业．购买了ConocoChemicals公司，并决定重点发展精细化工。
Dowchemica1s公司也决定把发展重点转向精细化工，并准备在较短时间内将精细化工的比重提高到50％以上。
其他如Monsamo公司和UCC公司，亦在加快精细化工的发展。
美国精细化工的年平均增长速度达到12％，大大超过化学工业的平均增长速度，其精细化率达到50％以上。
英、法等国也都在进行化工产品结构的调整，也将战略重点转向精细化工，精细化率也在加快。
前苏联虽未将化学工业的重点转向精细化工，但也在加快精细化工的发展。
上述情况，说明世界工业发达国家都在加快精细化工的发展，在调整化工产品的结构，并将化学工业的战略重点转向精细化工。
4、精细化工技术特点
由于精细化工的含义，决定了精细化工生产特点，它的生产全过程不同于一般化学品。
由化学合成、剂型、商品化三个生产部分组成，由于其产品专用性能，就导致精细化工必然是高技术密集度的产业。
对精细化工产品的生产特点可归结为以下四点。
（l）多品种小批量精细化工产品本身用量相对说不是很大，因此对产品质量要求较高，对每一个具体品种来说年产量不可能很大，从几百千克到几吨，上千吨的也有。
由于产品必须具有特定功能，故而它又是多品种的。
随着精细化学品的应用领域不断扩大和商品的更新换代，专用品种和定制品种越来越多。
不断地开发新品种和提高开发新品种的能力是精细化工发展水平的一个重要标志。
（2）综合生产流程和多功能生产装置由于精细化工产品系多品种、小批量，生产上又经常更换和更新品种，故要求工厂必须具有随市场需求调整生产的高度灵活性，在生产上需采用多品种综合的生产流程和多用途多功能的生产装置，以便取得较大的经济效益。
同时由此对生产管理及工程技术人员和工人的素质提出了更严格的要求。
（3）高技术密集度技术密集是精细化工的另一特点，因为在实际应用中精细化学品是以商品综合功能出现的，这就需要在化学合成中筛选不同化学结构，在剂型上充分发挥自身功能与其他配合物的协同作用，在商品化上又有一个复配过程以更好发挥产品优良性能。
以上这些过程是相互联系又是相互制约的，这就形成精细化学品技术密集度高的一个重要因素。
其次，由于技术开发的成功率低，时间长，造成研究开发投资较高。
因此，它一方面要求情报密集、信息快，以适应市场的需要和占领市场，同时又反映在精细化工生产中技术保密性与专利垄断性强，竞争剧烈。
（4）商品性强由于精细化学品商品繁多，用户对商品选择性很高，商品性很强，市场竞争剧烈，因而应用技术和技术的应用服务是组织生产的两个重要环节，在技术开发的同时，积极开发应用技术和开展技术服务工作，以增强竞争机制，开拓市场，提高信。
5、精细化工的发展趋势
从科学技术的发展来看，各国正以生命科学、材料科学、能源科学和空间科学为重点进行开发研究。
其中主要的研究课题有：
新材料（含精细陶瓷、功能高分子材料、金属材料、复合材料）；现代生物技术（即生物工程，包含遗传基因重组利用技术、细胞大量培养利用技术、生物反应器）；新功能元件，如三维电路元件、生物化学检测元件等。
所有这些方面的研究都与精细化工有着非常密切的关系，必将有力地推动精细化工的发展。
功能高分子材料是指具有物理功能、化学功能、电气功能、生物化学功能、生物功能等的高分子材料，其中包括功能膜材料、导电功能材料、有机电子材料、医用高分子材料、信息转换与信息记录材料等。
在90年代，功能高分子材料已有许多重大进展，并获得蓬勃发展。
1．几种功能高分子材料的发展趋势
（1）功能膜经实际应用的功能膜有电渗析膜、扩散透析膜、微孔滤膜、超滤膜、逆渗析膜和气体分离膜等。
膜材料正在向具有耐化学药品、耐氧化、耐细菌、耐有机溶剂、耐污染、耐洗、耐压、耐热、生物机体适应性和机械强度高等特性方向发展。
美、日的研究处于领先地位。
（2）电功能材料由于电子工业、情报和信息科学技术的发展，对导电功能材料的需要越来越多。
目前，导电塑料、导电橡胶、透明导电薄膜、导电胶粘剂和导电涂料等的发展很快，并已经工业化。
（3）医用高分子材料医用高分子材料分为体外使用的与体内使用的两大类。
体外使用的有医疗器具，这在国外已大量生产。
体内使用的如人工脏器、医用粘合剂、整形材料和心导管等。
此外，还有高分子药物和在药物制剂上的应用等。
（4）有机电子材料作电子材料的高分子材料，主要用于绝缘材料、半导体材料、导电材料、光刻胶和封装材料等。
由于大型集成电路元件的封装密度越来越高，故要求开发能在300℃使用2×104h以上的耐热性薄膜，要求具有更优良性能的电子元器件封装材料，要求具有更高分辨率的新型光刻胶。
（5）信息转换与信息记录材料对信息技术的发展来说，十分重要的材料是光导纤维材料、各种信息记录材料和新型传感器用的高分子材料等。
这些材料，目前国外正在大力发展中。
此外，精细陶瓷的研究、开发日益受到重视。
目前，主要开发的材料有：
高绝缘性陶瓷，它用于集成电路的基极和放热性绝缘基板；软磁性陶瓷，它用于电子计算机、变压器和磁带录音机；压电性陶瓷，它用于超声元件、电子电路和时钟等；诱电性陶瓷，它用于高容量电容器。
2现代生物技术的发展趋势
生物工程（Boiengineering）是直接利用动物、植物、微生物的机体或模拟其功能而进行物质生产的技术。
此处所指的物质生产，包括医药、农药、食品添加剂等生物活性物质；有机化工原料及甲醇、乙醇等能源物质；粮食和饲料的生产，以及为了净化环境而实行的物质分解。
生物工程在美国、日本和欧洲，都把它作为21世纪的革新技术而集中大量人力物力进行研究、开发，并主要围绕如下几方面进行。
（l）重组DNA技术DNA（脱氧核糖核酸）具有储存遗传信息的功能。
生物由于DNA的核苷酸的碱基部分的排列不同，故储存的遗传信息也不同，并按照此种遗传信息生产各种物质。
生物如果没有自己的DNA而复制异种DNA，那就只能按异种DNA的遗传信息生产异种物质。
欲使此情况实现，就要应用DNA重组技术。
（2）生物反应器现在，生物反应器已进入第二代，即最大限度地利用酶反应的特异性和精密的、多阶段的反应系统。
正在研究、开发的生物反应器，根据其使用目的可分为两类：
通过特定的酶和底物，合成有用物质的“合成用生物反应器”，例如多肽的合成；利用特定的化合物与酶反应而进行定量或定性分析的装置，如诊断用生物反应器，它能精确地测定血液中的糖和胆固醇等微量成分。
今后，生物工程在精细化工的领域，将会有许多新技术被开发，并用于产品的生产，且使其实现工业化。
生长激素和干扰素已商品化。
另外，尿激酶等医用酶和工业用酶已经或正在实现工业化生产。
再如，在精细化学品的食用色素等食品添加剂、兽药（如疫苗、激素等），以及石油钻井泥浆添加剂等方面也有应用。
由上述不难看出，生物工程将促进精细化工的技术水平迈向新的阶段。
精细化学品新品种的研究、开发将出现质的变化，将从目前的经验式方法，走向定向分子设计阶段，从而定向开发新品种。
这就可以缩短时间、减少费用、提高筛选几率，从而创造性能更优异的完全新型的品种。
例如在医药方面，可能在防治肿瘤、心血管病、病毒性疾病、精神病等方面取得突破，从而开发出较理想的防治药物；在提高人的智力和抗衰老方面，也将会取得进展。
在农药方面，会出现高效、无公害和无残毒的新农药。
当然，精细化工的其他行业也将获得突破性的进展。
1、精细化学品销售收入快速增长，精细化率不断提高
上世纪九十年代以来，基于世界高度发达的石油化工向深加工发展和高新技术的蓬勃兴起，世界精细化工得到前所未有的快速发展，其增长速度明显高于整个化学工业的发展。
近几年，全世界化工产品年总销售额约为1.5万亿美元，其中精细化学品和专用化学品约为3800亿美元，年均增长率在5～6%，高于化学工业2～3个百分点。
预计至2010年，全球精细化学品市场仍将以6%的年均速度增长。
2008年，世界精细化学品市场规模将达到4500亿美元。
目前，世界精细化学品品种已超过10万种。
精细化率是衡量一个国家和地区化学工业技术水平的重要标志。
美国、西欧和日本等化学工业发达国家，其精细化工也最为发达，代表了当今世界精细化工的发展水平。
目前，这些国家的精细化率已达到60～70%。
近几年，美国精细化学品年销售额约为1250亿美元，居世界首位，欧洲约为1000亿美元，日本约为600亿美元，名列第三。
三者合计约占世界总销售额的75%以上。
我国精细化工的快速发展，不仅基本满足了国民经济发展的需要，而且部分精细化工产品，还具有一定的国际竞争能力，成为世界上重要的精细化工原料及中间体的加工地与出口地，精细化工产品已被广泛应用到国民经济的各个领域和人民日常生活中。
统计表明，目前我国精细化工门类已达25个，品种达3万多种，已建成精细化工技术开发中心10个，精细化学品生产能力近1350万吨/年，年总产量近970万吨，年产值超过1000亿元。
2004年，我国精细化工率已上升到45%。
近年来，我国的染料产量已跃居世界首位，2004年，染料产量达到了59.83万吨，约占世界染料产量的60%。
目前已能生产的品种超过1200个，其中常年生产的品种约700个。
我国不仅是世界第一染料生产大国，而且是世界第一染料出口大国，染料出口量居世界第一，约占世界染料贸易量的25%，已成为世界染料生产、贸易的中心，在世界染料市场占有显著地位，2004年出口量达到22.66万吨。
涂料产量2004年达到298万吨，比2000年净增104万吨，成为世界第二大涂料生产国。
农药产量居世界第二位。
柠檬酸的年出口量已接近40万吨，约占全球总消费量的三分之一；维生素C的出口量已突破5万吨，占全球总消费量的50%以上。
2003年中国精细化工产品生产概况
行业名称
产量（万吨）
备注
染料
54.2
不含有机颜料
涂料
241.5
农药
86.3
饲料添加剂
170
食品添加剂
220
胶粘剂
335
表面活性剂
95
水处理剂
35
造纸化学
60
塑料助剂
115
2003年中国主要精细化工领域的进出口贸易额（万美元）
产品门类
出口金额
进口金额
备注
染料
54534
28979
农药
72966
13398
食品添加剂
45911
6237
饲料添加剂
17335
33802
不含饲用无机盐
表面活性剂
19317
69953
2003年中国主要精细化学品进出口量
产品名称
进口数量（吨）
出口数量（吨）
柠檬酸及其盐和酯
1540
362467
扑热息痛
1.1
28163
维生素C
297
54101
维生素E
1003
20814
维生素B6
7.3
2094
糖精及其盐
87
19736
胆碱及其盐
4377
51615
甜蜜素
17
18465
香兰素
185
3394
分散染料
5295
92026
酸性染料
10322
17863
赖氨酸及其盐
75697
8196
蛋氨酸
72907
263
糊精及其他改性淀粉
136778
15057
邻苯二甲酸二辛酯
401833
10895
初级形状的聚硅氧烷
101710
10737
6、我国最有发展前景的几类精细化工产品
1.生活中的日用化工产品（化妆品）
众所周知，作为精细化工专用品的化妆品已经深入于我们的日常生活之中，每天，每个人都在使用，而且长期连续地使用。
并伴随着人们的日常生活，其发展趋势必然受到世界潮流、现代生活方式以及人们的审美观和消费意识的支配而变化。
化妆品包括基础化妆品、美容化妆品和特殊用途化妆品三大部分。
基础化妆品是为了保护皮肤、毛发以及增进皮肤和毛发健康的制品。
而美容化妆品是为了修饰脸面、指甲等部位，使之增加魅力而使用的制品。
特殊用途化妆品乃指用于面部、毛发等部位具有防御功能或需经过一些特殊的理化处理的制品，还具有一定的缓和的治疗作用。
回顾化妆品科学的发展过程，我们可以发现人们在化妆品的消费上，其主要动机是实现个人的幻想——美，希望所购得的产品能符合和满足自己的欲望。
开始时，仅满足于护肤即为美的感受，逐步向美容和科学性过渡，从接受美开始向追求美进展。
20世纪70年代人们重视化妆品的安全性，要求化妆品无刺激性以及无任何副作用，长期使用亦无不良反应；80年代对化妆品除安全性外，还要求每种产品都有自己的独持功能，尤其是在回归自然的呼声中人们逐步地认识到“天然”的真正含义及其独特的魅力；20世纪90年代人们对化妆品更有高安全性、高功能性及低公害性的环保要求，针对全球环境污染日益严重的现状，一些著名的化妆品厂已树立了“化妆品应具有防污染功能”的观念，除了护肤、洁肤、润肤功能外，还可以在皮肤表面形成保护层，防止紫外线、污染气体、粉尘等对皮肤的侵害；至21世纪化妆品的趋势是“使人年轻”更为突出，由于人们审美观念和生活方式的更新，对健康有了新的认识和追求，保持青春、延缓衰老已成为男女老少普遍的愿望，具备疗效佳，营养皮肤、促进细胞新陈代谢，要求生物型化妆品——对表面细胞的吸收有效原料的开发和要求生理物质含量高，由于生物技术化妆品更接近自然，且没有许多化学化妆品的副作用，因此在目前化妆品市场上生物技术化妆品以它独特功效脱颖而出，成为广大消费者首选的第三代化妆品。
纵观国际化妆品市场：
天然品牌流行走俏；男士化妆品异军突起；环保主题日益风行……这一切都形成了化妆品市场的消费新潮。
1997年世界化妆品销售接近500亿美元（见表1-1）。
当然各国每人每年对化妆品的消费水平差异还很大，如美国47美元、德国41美元、法国39.6美元、东欧12.5美元、日本36美元，而我国仅0.3美元，消费的差距也反映了一个国家的物质及文化水准的差异。
近年来，有些工业观察家竟然称20世纪90年代为“α－羟酸的10年”。
旁氏公司是在护肤产品中开发α一羟酸较早的公司之一。
事实表明α－羟酸产品的研究与开发仍在进行中。
科研工作的方向朝着皮肤细嫩、难以维护的区域（如眼圈部位）以及减少药物刺激性，提高皮肤不受阳光损伤的保护能力来开发新产品和新工艺。
除了α－羟酸外、还有从天然界取得的物料中进行探索，明显趋向药效化妆品，还着重于寻找许多特殊功效的化妆品添加剂。
如：
营养剂、抗菌剂、保湿剂、紫外吸收剂、各种特效功能的调整剂等，对香精和色素亦提出了—定的质量要求，甚至国外有些妇女认为市售产品加香太多，怕香精中的香料对皮肤有刺激而要求或自制不加香产品。
在日本，已有以生物工艺学应用于化妆品的动向，资生堂、钟纺公司均已有产品问世。
利用天然动、植物来用于化妆品，这是一个新的起点。
随之，利用现代生物技术，使人们对皮肤的研究进一步深入，现代护肤化妆品是在对皮肤细胞代谢过程和细胞基质组成的全面理解的基础上，再创一个保持皮肤健康状况的最佳环境，从而达到护肤目的。
地球上，
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