第03次课

第3章 精细化工工艺学基础主要内容： 主要内容：本 次 课

3.1 概述 3.2 化学计量学 3.3 精细 3.4 3.5 3.6 3.71/52

化 化

3 精细有机合成的工艺学基础 → 3.1 概述

3.1 概述 精细化工工艺学主要包括以下内容：对一具体 产品选择和确定技术上和经济上最合理的合成路 合成路 线和工艺路线；对单元反应确定最佳工艺条件 工艺条件、 线和工艺路线 工艺条件 合成技术和完成反应的方法 合成技术 完成反应的方法，已得到高质量、高 完成反应的方法 收率的产品。

2/52

3 精细有机合成的工艺学基础 → 3.1 概述

合成路线是指选用什么原料，经由哪几步单元 反应来制备目的产物。 工艺路线是指原料预处理和产物的后处理应 采用哪些化工过程，什么设备和什么生产流程。 合成技术主要指非均相接触催化、相转移催 化、均相络合催化、光有机合成、及酶催化等。

3/52

3 精细有机合成的工艺学基础 → 3.1 概述

完成反应的方法是指间歇操作和连续操作的选 择，反应器的选择和设计。 这些问题既要从技术角度考虑，又要从经济 角度考虑，还要从对环境的影响(污染物、副产 物的处理与排放)上考虑。应使得最终产品高质 量、高收率、成本最低。

4/52

3 精细有机合成的工艺学基础 → 3.1 概述

精细有机合成反应过程主要特点有：产品种类 多、原料多、反应种类多(各种单元反应)、反 应形式多(均相：气相、液相，非均相：气-液、 气-固、液-固等，光有机合成、电解有机合成、 酶催化等)、催化剂多(Cat.有固相、液相、气 相，还有光、热引发等)。

5/52

3 精细有机合成的工艺学基础 → 3.1 概述

原料、产物、催化剂之间纵横交错。如同一 种产品可以用不同的原料、不同的催化剂、或不同 的反应形式得到。例如，苯酚的合成，工业上可以 采用的路线有5条：如苯磺化碱熔法、氯苯催化水 解法、异丙苯氧化法、甲苯氧化法等。 精细有机合成过程的复杂性，给工艺路线选择带 来很大困难。

6/52

3 精细有机合成的工艺学基础 → 3.1 概述

工艺(技术)路线选择的主要原则 工艺(技术) (1)原料价廉可靠。在一般生产中，原料成本是 产品成本的主要部分。要考虑：首先选择价格便宜、 来源可靠的原料；还要考虑原料的质量和辅助原料 的供应。

7/52

3 精细有机合成的工艺学基础 → 3.1 概述

(2)技术先进可靠。考虑目前生产合理的现实意 义与持续生产的长远意义。技术先进包括能使用廉 价可靠的原料、先进的反应装置、高效的催化剂、 设备少、流程短、能耗低、污染物少、以及管理方 便、操作安全等。

8/52

3 精细有机合成

的工艺学基础 → 3.1 概述

(3)产品合格化和综合利用。符合产品标准(国家、 行业、企业)。 (4)环境保护：切实可行。

9/52

3 精细有机合成的工艺学基础 → 3.1 概述

(5)特殊材料及设备：来源有保证或有代用品。 (6)消耗指标：主要原材料消耗指标、热、能耗指 标低。技术路线选择的合适与否，最终表现在消耗 指标上。

10/52

3 精细有机合成的工艺学基础 → 3.2 化学计量学→ 3.2.1 反应物的摩尔比

3.2 化学计量学(9个基本概念) 化学计量学( 个基本概念 个基本概念) 3.2.1 反应物的摩尔比 加入反应器中的反应物之间的物质的量(摩尔) 比。根据反应需要而定，不一定与反应式中物质的 量之比相同。

11/52

3 精细有机合成的工艺学基础 → 3.2 化学计量学→ 3.2.2限制反应物和过量反应物

3.2.2 限制反应物和过量反应物 不按化学计量比投料时，其中以最小化学计量 以最小化学计量数 以最小化学计量 存在的反应物叫限制反应物 限制反应物。而某种反应物的量超 限制反应物 过限制反应物完全反应的理论量，则该物叫过量反 过量反 应物。 应物

12/52

3 精细有机合成的工艺学基础 → 3.2 化学计量学→ 3.2.3过量百分数

3.2.3 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。若以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：

ne nt × 100% nt13/52

3 精细有机合成的工艺学基础 → 3.2 化学计量学→ 3.2.4 转化率

3.2.4 转化率 转化率通常以X 表示。某反应物A反应掉的量(nA,R) 占反应器输入量(nA,in)的百分数。 XA=(nA,R / nA,in )×100% = 100% ×(nA,in — nA,out )/ nA,in式中， nA,out -从反应器输出的A量。 注意：一个化学反应，用不同反应物作基准所得转化率不同。14/52

3 精细有机合成的工艺学基础 → 3.2 化学计量学→ 3.2.5 选择性

3.2.5 选择性 选择性(以S表示)。某一反应物转变成目的产 转变成目的产 物理论消耗的物质的量占该反应物在反应中实际总 物理论消耗 实际总 消耗掉量的百分数。反应物A生成目的产物P,np生 消耗 成目的产物的物质的量，a为反应物A在目的产物中 的化学计量系数(一个产物分子中，反应物A的分子 数),则选择性：

np × a × 100% S= nA, in nA, out15/52

3 精细有机合成的工艺学基础 → 3.2 化学计量学→ 3.2.6 理论收率

3.2.6 理论收率 理论收率以Y 表示，指目的产物的物质的量 np , 占输入反应物的物质的量(nA,in)的百分数, a反应物A 在目的产物P中化学计量系数, 则理论收率以Y:

np × a YP = × 100% nA, in

16/52