导图社区 第二章 、精细化工工艺学基础及技术开发
本章主要讲的是精细化工及精细化工工艺学的基础内容,包括转化率、收率、选择性、复配技术等。
编辑于2022-08-16 16:29:18 山东省精细化工工艺学基础及技术开发
1. 精细化工的生产特性
精细化学品的生产全过程
化学合成
剂型加工
商品化(标准化)
生产特性
i. 多品种
不断地开发新品种、新剂型和提高开发新品种的创新能力是当前国际上精细化工发展的总趋势。
多品种不仅是精细化工生产的一个特征,也是评价精细化工综合水平的一个重要标志。
ii. 多种多样的生产装置和生产流程
iii. 技术密集度高
iv. 商品性强
应用技术和技术服务是组织精细化工生产的两个重要环节
2. 精细化工工艺学基础
I. 概述
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和工艺路线;对单元反应,确定最佳工艺条件、合成技术、合成反应的方法,以得到高质量(优质)、高产率(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:指的是选用什么原料,经由哪几步单元反应来制备目的产品。
工艺路线: 指的是对原料的预处理(提纯、粉碎、干燥、熔化、溶解、蒸发、汽化、加热、冷却等)和反应物的后处理(蒸馏、精馏、吸收、吸附、萃取、结晶、过滤、干燥等),应该采用哪些化工过程(单元操作),采用什么设备和什么生产流程等。
反应条件(工艺条件):指的是反应物的摩尔比,主要反应物的转化率(反应深度),反应物的浓度,反应过程的温度,时间和压力以及反应剂、辅助反应剂,催化剂和溶剂的使用和选择等。
合成技术:主要指的是非均相接触催化、相转移催化、均相络合催化、光有机合成和电解有机合成以及酶催化等,这些合成技术将在部分产品的制造工艺中得到应用。
完成反应的方法:主要指的是间歇操作和连续操作的选择,反应器的选择和设计。
物料的性质有哪些?
1| 物料在一定条件下的化学稳定性、热稳定性、光稳定性以及贮存稳定性(包括与空气和水分长期相处的稳定性)等
2| 物料的熔点(凝固点)、沸点及在不同温度下的蒸气压,物料在水中的溶解度,水在液态物料中的溶解度,物料与水是否形成恒沸物,以及恒沸温度和恒沸物组成等
3| 密度、折光率、比热容、热导率、蒸发热、挥发性和粘度等
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、必要的防护措施以及中毒的急救措施
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,包装和贮运要求等
II. 化学计量学
(1) 反应物的物质的量比:指的是加入反应器中的几种反应物之间的物质的量之比。(摩尔比通常以主反应物为基准)
(2) 限制反应物和过量反应物:化学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称为“限制反应物”,而某种反应物的量超过“限制反应物”完全反应的理论量,则该反应物称为“过量反应物”。
(3) 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,称为过量百分数。若以Ne表示过量反应物的物质的量(mol),Nt表示它与限制反应物完全反应所消耗的物质的量(mol)。
(4) 转化率(x)
若没有指明,则常常是主要反应物或限制反应物或关键组分的转化率
(5) 选择性(S):是指某一反应物转变成为目的产物,其理论消耗的物质的量(mol)占该反应物在反应中实际消耗掉的总物质的量(mol)的百分数。
(6) 理论收率(y):是指生成的目的产物的物质的量(mol)占输入的反应物物质的量(mol)的百分数。
(7) 质量收率(yw):是目的产物的重量占某一输入反应物质量的百分数。
(8) 原料消耗定额:指每生产1t产品,需要消耗(吨或公斤)的各种原料。对于主反应物来说,它实际上就是质量收率的倒数。
(9) 单程转化率和总转化率
III. 配方研究的重要性及配方设计原理
(1) 配方研究的重要性:其原因在于很少有一种单一的化学品能完全符合某一项特定的最终用途。
(2) 配方设计原理
1| 配方设计研究的原则: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(特别是主要性能)指标达到最优化。
2| 配方优化设计方法:指主要性能优化,其他性能全面满足要求的配方设计。
i. 单因素优选法
黄金分割法(0.618法)
ii. 多因素、多水平试验设计法
a. 全面试验法:通常全面试验的次数至少是各因素水平数的乘积。试验次数等于水平的因素次方。
b. 正交试验法
正交表
正交表的选择: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,并且使试验次数最少。
正交表的应用
直观分析法(极差分析法)
i. 确定同因素的不同水平对试验指标的影响
ii. 极差分析,确定各因素对试验指标的影响
iii. 最优化工艺方案的确定
R大时是主要因素,R小时是次要因素
c. 均匀设计法:均匀设计的最大优点是可以节省大量的试验,即大大减少试验次数。
iii. 计算机辅助配方设计:应用数理统计理论设计变量因子的水平试验
主要步骤:变量因子水平设计→配方设计→建立数学模型→配方最优化→验证实验→最优配方
IV. 化工产品的经济核算
成本
固定成本
可变成本
价格
不盈亏点:价格只够抵偿固定及可变成本的总和
关厂电:只能抵偿可变成本
“市场可忍受的价格”:工厂生产的产品量基本上等于消费者购买的量,此时的价格就是市场可忍受的价格。
3. 精细化工过程开发的一般步骤
(1) 实验室阶段:它包括根据物理的化学的基本理论或从实验现象的启发与推演,或从情报资料的分析等出发,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,摸索工艺条件等。
(2) 中间试验阶段(中试):这一步是从实验室过渡到生产的关键阶段。中式的时间对一个过程的开发周期往往具有决定性的影响。
(3) 工业化阶段:主要任务是根据前两个阶段的研究成果作出工业装置的“基础设计”,然后由工程设计部门进行工程和施工设计。
4. 精细化工的技术开发
精细化工新产品开发程序
(1) 选择研究课题
(2) 课题的可行性分析和论证
(3) 实验研究
(4) 中间试验
(5) 性能、质量检测和鉴定
精细化工新产品开发的新技术
精细化工发展的关键技术——过程模型化
过程模型化、控制和优化技术已成为制约国内精细化工发展的瓶颈之一
精细化工新产品发展的一般规律
(1) 原型发现阶段
(2) 雏形发现阶段
雏形发现的出现可视为精细化工产品研究的开始
(3) 性能改进阶段
(4) 功能扩展阶段
品种日益增多
产品的性能和功能日益脱离原型
产品的使用方式也日益多样化
5. 精细化工发展的策略
(1) 依靠科技进步,以技术为核心
(2) 培植技术力量,注意人才培养
(3) 搞好行业内部、行业之间的协调
(4) 产品方案向横向、纵向延伸
横向延伸:是指以现有产品为基础,在开发出几个产品,这些产品使用相同的主要原料,其生产工艺、生产装置和非主要原料也基本一致。
纵向延伸:以现有产品为基础,向上延伸,为自己的产品配套生产原料和中间体。向下延伸,以现有产品作为原料和中间体,加工成制成产品,或向更深加工。
(5) 采取多种技术引进方式
(6) 加大科研开发投入和科技创新力度
三种方法比较
转化率、选择性和理论收率的关系: y=Sx