1精細(xì)化工設(shè)備

2015～2016第2學(xué)期參考教材《精細(xì)化工設(shè)備》劉紅波等科學(xué)出版社《精細(xì)化工過程與設(shè)備》楊春暉等哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社版社《精細(xì)化工過程與設(shè)備》濮存恬化工工業(yè)出版社任課教師：任寶東1015170065@q01次課第1章精細(xì)化工根底知識(shí)第2章精細(xì)化工設(shè)備材料與防護(hù)第3章物料輸送設(shè)備第4章粉碎和篩分機(jī)器設(shè)備第5章混合機(jī)械設(shè)備第6章乳化和均質(zhì)設(shè)備第7章容器和反響設(shè)備《精細(xì)化工設(shè)備》主要內(nèi)容課程主要內(nèi)容第8章別離設(shè)備第9章產(chǎn)品成型設(shè)備第10章裝料和包裝設(shè)備第11章管道與閥門3本節(jié)內(nèi)容：1.1精細(xì)化學(xué)品的概念1.2精細(xì)化學(xué)品的分類1.3精細(xì)化工的特點(diǎn)1.4精細(xì)化工開展概況1.5精細(xì)有機(jī)合成的原料資源1.6精細(xì)有機(jī)合成的主要單元反響1.7精細(xì)化工對(duì)設(shè)備的要求1.8精細(xì)化工設(shè)備的類型第1章精細(xì)化工根底知識(shí)第1章精細(xì)化工根底知識(shí)4精細(xì)化工：是生產(chǎn)精細(xì)化學(xué)品〔finechemicals〕和專用化學(xué)品(specialchemicals)的工業(yè)，它是在20世紀(jì)70年代開始形成的獨(dú)立學(xué)科和高新產(chǎn)業(yè)，是正在開展之中的一門新興學(xué)科。

1.1精細(xì)化學(xué)品的概念1.1精細(xì)化學(xué)品的概念5精細(xì)化學(xué)品：傳統(tǒng)定義是“批量小、純度或質(zhì)量要求高，而且利潤高的化學(xué)品〞。對(duì)化學(xué)品可以首先根據(jù)其“是否具有固定的熔點(diǎn)或沸點(diǎn)，是否能以分子式或結(jié)構(gòu)式表示其結(jié)構(gòu)〞，劃分為無差異化學(xué)品和差異化學(xué)品，然后再根據(jù)其用途進(jìn)行分類：

1.1精細(xì)化學(xué)品的概念6〔1〕通用化學(xué)品大量生產(chǎn)的無差異化學(xué)品，如無機(jī)物的酸、堿、鹽，及有機(jī)物的甲醇、乙酸、硝基苯等。〔2〕準(zhǔn)通用化學(xué)品大量生產(chǎn)的差異化學(xué)品，如塑料、合成纖維、合成橡膠等?！?〕精細(xì)化學(xué)品小量生產(chǎn)的無差異化學(xué)品，如原料醫(yī)藥、原料農(nóng)藥、原料染料等。〔4〕專用化學(xué)品小量生產(chǎn)的差異化學(xué)品，如醫(yī)藥制劑、農(nóng)藥制劑、商品染料等

1.1精細(xì)化學(xué)品的概念71.2精細(xì)化學(xué)品的分類不同的國家根據(jù)自身的生產(chǎn)和管理體制分類有所差異，有些國家分的細(xì)一些，有的國家粗一些。精細(xì)化工與國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，以及人們的日常生活密切相關(guān)，因此門類很多。1.2精細(xì)化學(xué)品的分類8●歐美將專用化學(xué)品〔小量生產(chǎn)的差異化學(xué)品〕細(xì)分3大類，每一類又細(xì)分為許多小類●“聯(lián)合國經(jīng)濟(jì)合作及開展組織〞將專用化學(xué)品細(xì)分為47類●日本1993年《化學(xué)工業(yè)統(tǒng)計(jì)月報(bào)》《工業(yè)統(tǒng)計(jì)表》將精細(xì)化學(xué)品分為32個(gè)門類。1.2精細(xì)化學(xué)品的分類9●中國1986年3月原化學(xué)工業(yè)部《精細(xì)化工產(chǎn)品分類暫行規(guī)定》將其分為11類。這11類分別為:(1)農(nóng)藥;(2)染料;(3)涂料〔含油漆和油墨〕;(4)顏料;(5)試劑和高純物;(6)信息用化學(xué)品(感光材料、磁材料等);(7)食品和飼料添加劑;(8)黏合劑;(9)催化劑和各種助劑;(10)(化工系統(tǒng)生產(chǎn)的)化學(xué)藥品〔原料藥〕和日用化學(xué)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〕。每一門類又可分為許多小類。1.2精細(xì)化學(xué)品的分類10精細(xì)化學(xué)品幾乎應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、民用等各個(gè)方面，如煉油助劑與油品添加劑、油田化學(xué)品、醫(yī)藥保健品、洗滌化裝用品以及其它各類助劑與添加劑等。隨著生產(chǎn)的開展、科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人民生活水平的提高，精細(xì)化工在經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)開展中將具有越來越重要的戰(zhàn)略地位。1.2精細(xì)化學(xué)品的分類11精細(xì)化學(xué)品的生產(chǎn)過程〔精細(xì)化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程〕，不同于根本化工產(chǎn)品的生產(chǎn)，它是由化學(xué)合成〔包括前處理和后處理〕、劑型加工〔制劑〕和商品化〔標(biāo)準(zhǔn)化〕三局部才得到最終商品。精細(xì)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)主要表現(xiàn)出以下特點(diǎn)：1.3精細(xì)化工的特點(diǎn)1.3精細(xì)化工的特點(diǎn)12〔1〕多品種與小批量每種精細(xì)化工產(chǎn)品均具有其特定功能和專用性質(zhì)，生產(chǎn)的針對(duì)性很強(qiáng)，以滿足社會(huì)的不同需要，因此它們不可能象根本化工產(chǎn)品那樣大批量生產(chǎn)。1.3精細(xì)化工的特點(diǎn)13例如原油破乳劑，由于原油種類、組成的多樣性和復(fù)雜性，破乳劑的牌號(hào)也是多種多樣，新的品種也在不斷涌現(xiàn)。再如外表活性劑，由于應(yīng)用對(duì)象的不同而出現(xiàn)了各種性能的產(chǎn)品，國外也已有5000多個(gè)品種投放市場。1.3精細(xì)化工的特點(diǎn)14

精細(xì)化工是綜合性較強(qiáng)的技術(shù)密集型工業(yè)，不僅要考慮化學(xué)合成，還必須考慮如何使之商品化。這就要求多門學(xué)科知識(shí)相互配合，并綜合運(yùn)用。涉及到的學(xué)科：化學(xué)、物理、生理、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等多方面技術(shù)的綜合運(yùn)用。

〔2〕高技術(shù)密集度1.3精細(xì)化工的特點(diǎn)15〔2〕常采用多品種綜合生產(chǎn)流程和多功能生產(chǎn)裝置多數(shù)精細(xì)化工產(chǎn)品需要由根本原料出發(fā)，經(jīng)過深度加工才能制得，因而生產(chǎn)流程長〔有的需要十幾步〕、工序多。因產(chǎn)量小，故往往采用間歇生產(chǎn)。1.3精細(xì)化工的特點(diǎn)16精細(xì)化工產(chǎn)品的作用往往是多種化學(xué)組分的綜合效應(yīng)：為了滿足各種專門用途的需要，單一組分往往無法滿足其要求，必須進(jìn)行多組分復(fù)配〔即通常講的配方〕。〔4〕大量應(yīng)用復(fù)配技術(shù)1.3精細(xì)化工的特點(diǎn)17裝置的規(guī)模小，多采用間歇生產(chǎn)方式，與連續(xù)化生產(chǎn)的大裝置相比，投資少，見效快。新產(chǎn)品的銷售利潤空間比較大?！?〕投資小，附加價(jià)值高，利潤大商品性強(qiáng)1.3精細(xì)化工的特點(diǎn)18

1.4精細(xì)化工開展概況1.4.1精細(xì)化工的產(chǎn)生和開展精細(xì)化工的產(chǎn)生和開展是與人們的生活和生產(chǎn)活動(dòng)緊密聯(lián)系在一起的，如日用化學(xué)品、農(nóng)用化學(xué)品。目前的有些精細(xì)化學(xué)品，就其性質(zhì)與用途看，實(shí)際上在我國古代即已有之。如我國四大創(chuàng)造之一的火藥，就是我國早期重要的精細(xì)化學(xué)品，它對(duì)人類的進(jìn)步曾做出過重大奉獻(xiàn)。1.4精細(xì)化工開展概況191.4.2中國精細(xì)化工開展概況我國精細(xì)化工的根底較為薄弱，與國外先進(jìn)水平相比差距較大，尤其是高新技術(shù)的精細(xì)化工開展水平更低。自改革開放后，我國已把精細(xì)化工的開展列入國民經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略重點(diǎn)，并在政策和資金上予以傾斜。1.4精細(xì)化工開展概況20精細(xì)化工是隨著有機(jī)合成的開展而開展起來的一門新型工業(yè)。而有機(jī)合成的開展與原料來源有著密切的關(guān)系。有機(jī)合成的原料非常廣泛，主要包括有機(jī)可燃礦產(chǎn)資源和天然生物有機(jī)質(zhì)，即煤、石油、天然氣及農(nóng)林產(chǎn)品以及副產(chǎn)品等均可作為有機(jī)化工生產(chǎn)的起始原料。1.5精細(xì)有機(jī)合成的原料資源1.5精細(xì)有機(jī)合成的原料資源211.5.1煤十九世紀(jì)后半葉，鋼鐵工業(yè)的大開展促進(jìn)了煤炭煉焦業(yè)的興起與開展。煉焦過程副產(chǎn)大量煤焦油。從煤焦油中提取的芳烴、含氮、含氧及含硫有機(jī)物可制造出多種有機(jī)化學(xué)品如藥物、染料等。因此，與煤焦油有關(guān)的化學(xué)工業(yè)非?；顫?。煤焦油工業(yè)的開展奠定了有機(jī)化學(xué)工業(yè)的根底，對(duì)有機(jī)化學(xué)工業(yè)的開展起了極大地促進(jìn)作用。

1.5精細(xì)有機(jī)合成的原料資源22從煤炭資源看，我國已探明的煤炭儲(chǔ)量占世里煤炭儲(chǔ)量的33.8％，可采量位居第二，產(chǎn)量位居世界第一位，出口量僅次于澳大利亞而居于第二位，我國煤炭探明儲(chǔ)量僅供開采100年。

1.5精細(xì)有機(jī)合成的原料資源23因此，20世紀(jì)70年代以來，煤化工研究領(lǐng)域很活潑，主要集中在煤氣化制合成氣，再由合成氣合成有機(jī)化工產(chǎn)品、液體燃料及高分子材料。因此一個(gè)以煤氣化為龍頭的“一碳化學(xué)〞新興領(lǐng)域迅速開展，是煤化工的一個(gè)新階段。此外，煤炭液化方面的研究也很活潑。1.5精細(xì)有機(jī)合成的原料資源24〔1〕煤焦油煤在隔絕空氣下，在1000～1200℃進(jìn)行干餾，生成焦炭、煤焦油、粗苯和煤氣。煤焦油為黑色黏稠液體，主要成分是芳烴和雜環(huán)化合物，已經(jīng)鑒定出得成分有400多種。粗苯經(jīng)別離可得到苯、甲苯和二甲苯煤化工主要包括三個(gè)方面：煤焦油、乙炔及合成氣化工。1.5精細(xì)有機(jī)合成的原料資源25

1892年、加拿大人ThomasLovelWillson創(chuàng)造了用焦炭和石灰石熔煉出電石。由電石可方便地得到乙炔。隨著對(duì)乙炔化學(xué)利用的開發(fā)，由乙炔可以合成出許多種有機(jī)化學(xué)品，如乙醛、丙酮、醋酐、乙醇、正丁醇等，從而使電石工業(yè)迅速開展起來。此后，由于高分子材料的開展，使乙炔制丁二烯、氯乙烯、丙烯睛、丁二醇、丙烯酸等的生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模，到達(dá)了一個(gè)新水平。由此乙炔被稱為“有機(jī)合成工業(yè)之母〞?！?〕乙炔1.5精細(xì)有機(jī)合成的原料資源26煤炭氣化可以制取合成氣。1880年開始的煤炭氣化最初只是作為燃料〔城市煤氣〕。1913年德國開始合成氨，20～30年代開始合成甲醇，之后各國開發(fā)出了大量有機(jī)化學(xué)品。合成氣是不同比例的一氧化碳和氫氣的混合氣。與以合成氣為原料有關(guān)的化學(xué)合成稱為“一碳化學(xué)〞。石油危機(jī)以來，“一碳化學(xué)〞研究領(lǐng)域異?；顫姟?/p>

〔3〕合成氣1.5精細(xì)有機(jī)合成的原料資源271.5.2石油石油化工的開展經(jīng)歷了兩個(gè)階段，即煉廠氣的綜合利用階段和石油化工獨(dú)立開展階段。20世紀(jì)二十年代，美國的煉油工業(yè)開展迅速。以煉油副產(chǎn)煉廠氣中的丙烯為原料，成功地合成出了異丙醇〔1920年〕，這是第一個(gè)石油化學(xué)品，標(biāo)志著石油化工的誕生。異丙醇主要用于脫氫制丙酮。丙酮是飛機(jī)噴漆使用的重要溶劑。這是煉廠氣的綜合利用階段1.5精細(xì)有機(jī)合成的原料資源281925年、美國聯(lián)合碳化物公司開始進(jìn)行乙烷、丙烷高溫裂解制造乙烯、丙烯的工業(yè)生產(chǎn)，為石油化工獨(dú)立開展奠定了根底。標(biāo)志著石油化工進(jìn)入了獨(dú)立開展階段。石油裂解制乙烯以及一系列以乙烯為原料的有機(jī)合成工藝的開發(fā)成功，極大地促進(jìn)了石油化工的開展，因?yàn)橐砸蚁?、丙烯等為原料可以很方便地合成出從低分子到高分子的大量化工產(chǎn)品。而乙烯、丙烯可以很方便地以石油為原料通過裂解工藝得到。1.5精細(xì)有機(jī)合成的原料資源29石油作為化工原料需要進(jìn)行2次加工：一次加工就是石油煉制，是利用常減壓蒸餾將石油分割成直餾汽油、柴油和潤滑油等餾分。提供化工原料的二次加工過程主要是催化重整和高溫?zé)崃呀?。利用二次加工的產(chǎn)物作為原料，生產(chǎn)塑料、橡膠、合成纖維及根本有機(jī)原料的加工過程，叫做三次加工。1.5精細(xì)有機(jī)合成的原料資源30〔1〕催化重整(catalyticreforming):將60～165℃的輕汽油餾分或石腦油餾分在480～510℃、2.0～3.0MPa氫壓和含鉑催化劑存在下，使原料中的由鏈烷烴和環(huán)烷烴轉(zhuǎn)化為芳烴，可以提高汽油的辛烷值和生產(chǎn)芳烴。1.5精細(xì)有機(jī)合成的原料資源31Fig.catalyticreforming,generalizedflowdiagram1.5精細(xì)有機(jī)合成的原料資源32〔2〕高溫?zé)崃呀?Pyrolysis〕：生產(chǎn)根本有機(jī)化工原料，如乙烯(ethylene)。我們?nèi)粘Ｉ钪械木垡蚁㏄E(Polyethylene)、聚丙烯PP(polypropene)、聚苯乙烯PS(polystyrene，即泡沫包裝材料)、熱塑性聚酯樹脂PET(polyethyleneterephthakate,軟飲料瓶)，以及聚氯乙烯PVC〔polyvinylchloride〕和合成，都要用到乙烯。1.5精細(xì)有機(jī)合成的原料資源33Fig.Flowdiagramofanethylenecracker1.5精細(xì)有機(jī)合成的原料資源34天然氣的主要成分是甲烷，油型天然氣含C2以上烴約2％(v),煤型天然氣含C2以上烴約20～25％(v),生物天然氣含甲烷97％(v)以上。天然氣中的甲烷是重要的化工原料，可以芳構(gòu)化生產(chǎn)輕質(zhì)芳烴、轉(zhuǎn)化為水煤氣或生產(chǎn)化肥等。1.5.3天然氣1.5精細(xì)有機(jī)合成的原料資源鹵化磺化和硫酸化

+H2SO4+H2O

硝化及亞硝化ArH+HNO3ArNO2+H2O1.6精細(xì)有機(jī)合成的主要單元反響1.6精細(xì)有機(jī)合成的主要單元反響復(fù)原有機(jī)分子中增加氫或減少氧氧化有機(jī)分子中減少氫或增加氧氨基化R-Y+NH3R-NH2+HY烴化有機(jī)化合物分子中的C、N、Si、O、P、S等原子上引入烷基的反響NH2－HNH2－RRX1.6精細(xì)有機(jī)合成的主要單元反響?；袡C(jī)化合物分子中與C、N、O或S原子相連的氫被?；〈姆错?.6精細(xì)有機(jī)合成的主要單元反響水解水解是指有機(jī)化合物Y－X與水的復(fù)分解反響。水中的H進(jìn)入一個(gè)產(chǎn)物，氫氧基OH那么進(jìn)入另一個(gè)產(chǎn)物。通式：Y－X＋H－OHY－OH＋HX1.6精細(xì)有機(jī)合成的主要單元反響縮合縮合是兩個(gè)分子通過反響失去一個(gè)小分子生成一個(gè)較大分子的反響，以及兩個(gè)分子通過加成反響生成一個(gè)較大分子的反響。1.6精細(xì)有機(jī)合成的主要單元反響聚合用于制備高分子化合物縮合聚合1.6精細(xì)有機(jī)合成的主要單元反響加成聚合1.6精細(xì)有機(jī)合成的主要單元反響1.7精細(xì)化工對(duì)設(shè)備的要求1.7精細(xì)化工對(duì)設(shè)備的要求〔1〕平安可靠化工設(shè)備的使用年限一般是10-15年，要求在使用的年限內(nèi)有足夠的強(qiáng)度、剛度〔抵抗變形的能力〕、穩(wěn)定性，良好防腐性與可靠的密封性。跑冒滴漏現(xiàn)象造成的平安事故較多?！?〕滿足工藝條件的要求需根據(jù)工藝選擇反響器的壓力及體積，輸送設(shè)備類型及型號(hào)，混合枯燥方式及速率，成型及包裝設(shè)備的類型。1.7精細(xì)化工對(duì)設(shè)備的要求〔3〕制造、安裝、維修及操作要方便〔4〕要講究經(jīng)濟(jì)效益在平安可靠的根底上，盡量降低本錢。1.7精細(xì)化工對(duì)設(shè)備的要求精細(xì)化學(xué)品生產(chǎn)條件復(fù)雜，技術(shù)含量高，不同的任務(wù)設(shè)備也不同。〔1〕輸送設(shè)備將原料、半成品及成品從一個(gè)設(shè)備送到另一個(gè)設(shè)備，包括泵〔送液體〕，壓縮機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)〔多用于氣體〕，1.8精細(xì)化工對(duì)設(shè)備的類型1.8精細(xì)化工設(shè)備的類型帶式傳送機(jī)和斗式傳送機(jī)〔多用于輸送固體〕，及配套的管線和閥門等。1.8精細(xì)化工對(duì)設(shè)備的類型〔2〕粉碎和篩選設(shè)備大塊物料變小塊為破碎；小塊物料變細(xì)粉為粉磨，破碎和粉磨統(tǒng)稱粉碎。1.8精細(xì)化工對(duì)設(shè)備的類型物料直徑10