精细化工工艺学课件

主讲：刘秀奇1.1精细化工的定义精细化工是生产精细化学品的工业。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。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。1.1精细化工的定义凡能增进或赋予一种(一类)产品以特定功能、或本身拥有特定功能的小批量、高纯度化学品，称精细化学品。生产精细化学品的工业称精细化学工业，简称精细化工（finechemicalindustry）。是当今世界各国发展化学工业的战略重点。是一个国家综合技术水平的重要标志之一。是以高新技术为依托。是高质量、多品种、专用或多功能的精细化学品。｛特征Heavychemicals（大宗化学品）Finechemicals（精细化学品）Chemicals1.2精细化工产品的范畴和分类精细化学品可以分为三大类，即精细有机化学品、精细无机化学品及精细生物制品。日本把精细化学品分为51个类别。我国：1986年原化学工业部将精细化学品分为11大类;目前可以把精细化学品分为18类。分别是:1.2精细化工产品的范畴和分类Classificationoffinechemicals1.2精细化工产品的范畴和分类1.医药和兽药10.试剂和高纯物2.农药11.食品和饲料3.黏合剂12.石油化学品4.涂料13.造纸用化学品5.染料和颜料14.功能高分子6.表面活性剂和合成洗涤剂15.化妆品7.塑料、合成纤维和橡胶的助剂16.催化剂8.香料17.生化酶9.信息用材料（感光材料）18.无机精细化学品1.3精细化工产品的特点（l）具有特定功能a、精细化工产品的应用范围狭窄，专用性强，通用性弱b、针对特定消费者c、用量小，效果显著（2）多品种小批量（3）高技术密集度a、研究开发投资较高b、工艺流程长，单元反应多，原料复杂，中间过程控制要求严c、情报密集信息快（4）大量采用复配技术（5）产品附加值高1.4精细化工的发展历程早期：以医药、染料、颜料为代表。近代：石油化工兴起、合成材料的发展，出现了稳定剂、增塑剂等等。伴随着生活与食品质量的要求，出现了食品添加剂等；工业的各种不同要求出现了不同的添加剂。当前：进一步研发更加先进的产品。生活实际是促使精细化工新产品、新种类出现的源动力。譬如：最早，食品添加剂以防止食品腐败变质为主；发展到中期是以能改善食品色、香、味为目标；发展到则以改善食品品质、提高食品营养为目标。1.5精细化工生产特点与一般化学品的生产不同的地方，它由三个生产部分组成：原料的合成根据性质和使用的要求制成成品符合使用要求和消费心理学合适的剂型是为了发挥该化学品的最佳疗效，减少毒副作用，以及便于使用、贮存和运输。同一种药物剂型不同，作用有时也不同。1.5精细化工生产特点种类繁多用量不大品质要求高品种非常多经常更换和更新产品，需要跟随市场需求技术开发成功率低，开发周期长，研发投资高。需要筛选化学结构，考虑复配过程和协同作用。品种繁多用户选择性强市场竞争激烈•衣，纤维助剂、染料。•食，食品添加剂（甜味剂、色素、香精、味精、防腐剂）、化肥、农药。•住，装饰材料助剂、涂料、颜料、油漆、塑料。•行，橡胶助剂、油料添加剂、防冻剂。•健，药品、保健品、除臭剂。•美，化妆品、洗涤剂、美容美发品、玻璃擦净剂、空气清新剂。1.6精细化工的重要性和动向人民生活:社会发展:•工业，煤、石油、天然气的各种加工助剂和催化剂，电子材料，矿产品加工剂等。•农业，农药、饲料添加剂、除草剂、植物生长剂、农副产品加工药剂等。•国防，化学武器、防化武器、导弹材料、航空航天材料等。•高新科技，信息材料、功能材料、人造器官、基因工程材料等。1.6精细化工的重要性和动向1.7精细化工工艺学的内涵精细化工工艺学是指从初级原料、次级原料到精细化工产品的加工方法和过程。各个生产单元按照一定的目的要求，有机地组合在一起，形成一个完整的生产工艺过程，并用图形描绘出来，即工艺流程图。其方法和过程可以采用化学反应，也可采用复配技术，但这些方法和过程应该是技术上可行的、工艺上先进的、经济上合理的、环保上允许的。工艺流程图围绕工艺流程的四个重要部分：1.7精细化工工艺学的内涵1、生产准备过程精细化工生产的原料主要是各种有机化合物。根据生产目的的不同，原料要求等级也不尽一致。控制住原料的来源、产地、纯度等，是保障生产顺利进行的首要条件。原料预处理：预热（冷）、汽化、干燥、粉碎、提纯精制、混合、配制、压缩等。1.7精细化工工艺学的内涵1.7精细化工工艺学的内涵2、化学反应过程鉴于精细化学品的特点，精细化学品的生产方式是多种多样的。以合成为主的精细化学品生产，需要明确采用何种合成路线，即选用什么原料，经由哪几步单元反应来制备目的产物。反应过程中涉及的问题：(1)操作方式（连续、间歇）(2)能量供给、移出方式(3)催化反应1.7精细化工工艺学的内涵3、产品后处理过程经反应得到的物料，多数情况下不是单纯的产物，而是含有部分原料、催化剂残渣、反应介质（水或有机溶剂）等的混合物。因此必须将产物与反应物、反应介质等进行分离。分离方法与反应所得到物料的形态有关。1.7精细化工工艺学的内涵产物后处理：产物处理（分离净化）产品处理（作为下一工序原料、筛选、包装、灌装、计量、贮存、输送等）未反应物循环利用（返回反应过程或加工成副产物）副产物处理（设计制备、包装、贮运等）三废处理：（废气、废液、废渣）所含有害物质在排放前应该达到排放标准；尽量综合利用，变废为宝；污染问题不解决，不允许投产。1.8精细化工的发展方向——绿色精细化工绿色精细化工指的是对环境无公害的低污染或者无污染精细化学品工业，故又可以称为清洁精细化工或环境友好精细化工。1.合成材料助剂2.表面活性剂3.食品添加剂4.胶黏剂5.涂料6.香料7.化妆品8.其它2.1概述一、定义及类别在工业生产中，为改善生产工艺条件，或提高产品质量，或使产品赋予某种特性而在产品的生产加工过程中添加的辅助化学品称为助剂。也称“添加剂”或“配合剂”。广泛应用：塑料、橡胶、合成纤维等合成材料部门，及纺织、印染、农药、造纸、皮革、食品、饲料、水泥、油田、机械、电子和冶金等部门。在橡胶和塑料两大合成材料及其制品生产、加工、使用过程中所添加的各种辅助化学品统称为橡塑助剂或橡塑添加剂。它已形成精细化工中一重要的分支，产量逐年增加。其中橡塑助剂中的填充剂（包括增强剂）消耗量最大，占总量50%，其次是增塑剂，约占30%。2.1概述助剂的用量虽少但作用不小。目前助剂随着合成材料应用领域及技术要求的不断扩大也在日益发展中。品种繁多而效能各异这是它的特点，所以适当的选用助剂及其配方，也是塑料、橡胶工业中一个重要的研究领域。2.1概述2.1概述二、橡塑助剂分类(1)加工性能(2)力学性能(3)光学性能(4)抗老化性能(5)表面性能(6)降低成本(7)其他性能三、应用原则2.1概述选择BECDA配伍性耐久性适应性协同性用途性2.1概述四、助剂的发展1.大吨位的品种趋于大型化和集中生产。2.品种构成发生重大变化。3.几个活跃的研究领域：稳定化助剂、阻燃剂、偶联剂、硫化体系助剂等。2.2增塑剂1.概念：凡添加到橡塑材料中能使其玻璃化温度降低，塑性增加，更易于加工的助剂即为增塑剂。2.特点：它们通常是高沸点，较难挥发液体或低熔点固体，一般不与橡塑材料发生化学反应。3.增塑剂的分子结构中包含有极性部分（酯基、氯原子、苯环等）和非极性部分（主要是较长的烷链）。它能使塑料变软并降低脆性。改变增塑剂的用量能调节塑料的柔软度，另外还可简化塑料的加工过程。2.2增塑剂一、增塑剂的发展1.增塑剂的发展与PVC密切的关系。1953年德国法本公司将聚氯乙烯（简称PVC）工业化以来，增塑剂工业才得到急速发展。现代增塑剂主要用于PVC制品中，用量占总增塑剂的80%—85%。2.随着PVC生产和石油化工的发展，目前增塑剂己经成为石油化工的基础，以邻苯二甲酸酯类为中心、多品种、大生产的化工行业，其品种和产量在各种助剂中居首位。2.2增塑剂并非每种塑料都要添加增塑剂，如聚丙烯和聚乙烯，它们不用增塑剂就能制造出薄膜，另有些树脂，如不添加增塑剂就不能制造出软质制品，如聚氯乙烯和聚苯乙烯等。二、增塑剂的分类2.2增塑剂相溶性：主增塑剂辅助增塑剂功能：适用型专用型1分子结构：单体型聚合型23化学结构：酯类环氧类含氯类45作用方式：内增塑剂外增塑剂三、理想增塑剂的要求2.2增塑剂1.增塑剂和聚合物有良好的相溶性2.塑化效率高3.低挥发性4.耐寒性好5.耐老化性好6.耐久性好7.电绝缘性好三、理想增塑剂的要求2.2增塑剂8、具有难燃性能9、要求尽可能是无色、无臭、无味、无毒10、耐霉菌性好11、配置增塑剂糊的黏度稳定性好12、良好耐化学药品和耐污染性好13、价格低廉四、增塑机理2.2增塑剂1.玻璃化温度与熔点2.分子间作用力（范德华力和氢健）3.结晶性例：邻苯二甲酸二丁酯五、增塑剂杂质对性能的影响2.2增塑剂1.有杂质易使增塑剂变色、发臭、出汗、黏度增加等。使用于塑料或橡胶中给性能带来不良影响。2.主要杂质有：水分、酸分、重金属、无机物、着色物质、低沸组分等。六、增塑剂的选择2.2增塑剂一般从增塑剂的性能和市场情况（包括商品质量、供求情况、价格）以及制品的性能要求等综合方面来考虑。增塑剂适用场所不适用场所邻苯二甲酸二辛酯（DOP）通用目的配料要求电性能用的配料供接触食品用的配料温度很高或很低防火要求高邻苯二甲酸二异辛酯（DIOP）要求比DOP价格低来取代DOP温度很高或很低防火要求高电性能，耐热性及塑化要求低于DOP邻苯二甲酸二丁酯（DOS）要求高柔韧性和高相容性温度很高或很低防火要求高电性能，耐热性及塑化要求低葵二酸二辛酯挥发度比DBS好DBS应用的配料用于低温电缆价廉产品要求阻燃性环氧化油及其酯类与高分子量增塑剂同，但抗萃取性能要求略低低温性较好要求稳定性很高适宜的加工性能温度很低氯化石蜡价格低的配料要求阻燃性好的配料做主增塑剂2.2增塑剂七、增塑剂的主要品种（1）邻苯二甲酸酯类：这类是最重要且产量和用量最大的种类，约占增塑剂总量的80%~85%，与其他增塑剂相比，这类增塑剂具有相溶性好且适用性广，化学性质稳定，生产工艺简单，原料易得且成本较低的优点。属通用增塑剂，常被用做主增塑剂。CCOOR1R2R1与R2为C1~C13烷基或环烷基、苯基、苄基等OO特点：色泽浅，毒性低，电性能好，发挥性小，气味少，耐低温等特点。邻苯二甲酸酯类主要品种介绍邻苯二甲酸二辛酯（DOP）邻苯二甲酸二丁酯（DBP）邻苯二甲酸二庚酯（DHP）邻苯二甲酸丁基苄基酯（BBP）邻苯二甲酸二异癸酯(DIDP)邻苯二甲酸二异壬酯（DINP）2.2增塑剂七、增塑剂的主要品种（2）脂肪酸二元酸酯类：式中n一般为2~11，即由丁二酸至十三烷二酸。R1与R2一般为C4~C11烷基或环烷基，R1与R2可以相同也可以不同。R1R2OOOOCC(CH2)n特点：脂肪族二元酸酯的产量约为增塑剂总产量的5%左右，多用作低温增塑剂。它与聚氯乙烯的相容性较差，故只能用做耐寒的副增塑剂，与邻苯二甲酸酯类并用。主要品种:癸二酸二丁酯（DBS）己二酸二辛酯（DOA）癸二酸二辛酯（DOS）其中DOS占90%以上。用途：DOS耐寒性最好，但价格昂贵，限制了使用。DOA的耐寒性和塑化效率优于DOP，可赋予制品优良的低温柔软性，并具有一定的光热稳定性和耐水性。DOA无毒，可用于食品包装材料。DOA多与主增塑剂并用于耐寒的农业用薄膜、电线、薄板、人造革、户外用水管和冷冻食品的包装薄膜。2.2增塑剂七、增塑剂的主要品种（3）磷酸酯类：它与大多数树脂都有良好的相容性并且有显著的阻燃性作用，即是增塑剂，又是阻燃剂，而且其挥发性较低，耐久性较好，但有毒且价格较贵。R1R