精细化工工艺原理与技术机械制造制造加工工艺_机械制造-制造加工工艺.pdf

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1、一、绪论 精细化工的定义：生产精细化学品的工业 精细化工产品：以基本无机、有机原料或产品为起始物，经过深度加工后能增进或赋予一种（类）产品以特定功能，或本身拥有特定功能的小批量、高纯度的化学品 生产特性：1、小批量、多品种 2、综合生产流程和多功能生产装置 3、技术密集度高、垄断性强 4、大量应用配方技术 5、商品性能 经济特性：1、投资效率咼 投资效率=附加价值/固定资产X 100%2、利润率高 3、附加价值率咼 附加价值率=附加价值/产值X 100%原材料费率=原材料费/产值X 100%精细化学品的作用：1、赋予各种材料以特殊的性能和功能 2、促进农林牧副渔各行业的优质高产 3、提高人类的

2、生活质量 4、促进科学技术的不断进步 5、高经济收益 精细化率=精细化工产值/化学工业总产值X 100%其表征精细化工的发展程度 精细化学品的种类（11 类）：农药、染料、涂料、颜料、试剂及高纯物、信息用化学品、食 品及饲料添加剂、粘合剂、催化剂及各种助剂、化工生产的化学药品及日用化学品、功能高 分子材料 二、操作单元 物料的输送：将物料从一个地方输送到另一个地方、一个设备到另一个设备，一个生产过程 到另一个过程的操作 液体输送设备 固体输送设备 气体输送设备 物料的反应：悬浮液的分离：使固体颗粒和液体相分离的操作称为悬浮液的液固分离 1、过滤：使悬浮通过多孔的过滤介质，将固体粒子截留 其推动

3、力为重力或 压力差 影响因素：悬浮液粘度 过滤介质 压强差 滤饼阻力（反比）2、沉降：利用重力或离心力使固体粒子下沉而与液体分离 物料的结晶：结晶是溶液中的溶质在一定条件下原子、离子或分子进行排列形成晶体的过程 结晶过程的关键是溶液的过饱和度 吸湿性：指不同物质从空气中吸收水分的性质 温度、微量杂质可使吸湿性增加 结块性（原因）：粒子之间在压力作用下附着在一起 晶体表面易潮解的物质易结块 颗粒小的物质比大颗粒晶体易结块 制备过饱和溶液的方法：1、冷却法，降温冷却溶液的方法制备过饱和溶液，适用于溶解度随温度变化敏感的体系 2、蒸发法，采用加热蒸发除去部分溶剂而制备过饱和溶液的方法，适用于.不.3

4、、真空蒸发冷却法，在除去部分溶剂的同时降低溶液温度而制备过饱和溶液 4、化学反应结晶法，通过调节溶液 PH 值或加入反应试剂，使溶质生成新的物质而析出结 晶的方法 5、盐析法，向物系中加入一些物质，使溶质在溶剂中的溶解度降低而形成过饱和溶液的方 法（优）回收率高，结晶温度较低，适用于热敏物质（缺）常需处理母液和分离盐析溶 剂 物料的蒸发：将含有非挥发性溶质和挥发性溶剂组成的溶液进行浓缩的过程 原理：不断地 向溶液供给热能，并使之保持沸腾状态，其中的溶剂就不断被汽化并除去而达到浓缩的目的 沸腾蒸发（效率高，具有生产价值，是精细化工生产常用的溶液浓缩方式）自然蒸发 常压 蒸发减压蒸发（效率高，热量

5、损失小，可以利用低压蒸汽、对于热敏性的溶液也很适用）蒸发过程是一个传热过程，物料溶液的性能及热能的有效利用是蒸发过程的关键 单效蒸发流程多效蒸发流程 物料的干燥：干燥是在加热条件下，利用热能除去固体物料中溶剂的操作过程 保证干燥过程进行的物理条件：湿物料表面所产生的水蒸气压力必须大于空气中的水蒸气分 压 去除湿物料中溶剂的方法：O 1 机械法（压滤、抽吸、过滤、离心分离等）：只适用于不需要 将水分完全除去的场合 化学去湿法：（缺）费用高、操作麻烦、只适用于小批量固体物料去湿或除去气体中的水 分 干燥法：除湿较为完全、规模灵活、干燥器投资和维修费用小、便于操作，生产中常常和 机械去湿法结合使用，

6、可达到经济有效的目的 干燥分类：（热能供给方式）传导干燥、辐射干燥、介电加热干燥、对流干 _ 干燥过程：预热阶段、恒速阶段、降速阶段 固体的粉碎：将固体物料在外力作用下分裂为更小尺寸的小块或粉粒的操作，是破碎和磨碎 的总称 原理：抗拒固体的内聚力，使其分裂成细粒，从而增大固体物质单位质量的表面积 目的：减小固体的粒度（100300 目居多）作用：增加固体物料的表面积，提高反应速率或溶 解、浸取速率以及有利于干燥加工，可提高多组分物料混合的均匀度，可满足某些产品的使 用需 0.01，内扩散：浓度继续增加，交换速度达到极限值就不再增大（3）离子交换树脂的吸附选择性：离子交换树脂对溶液中的不同离子有

7、不同的亲和力，树脂的活性基对离子的亲和力越大，离子就越易被该树脂所吸附，即树脂对它们的吸附有选 择性（影）树脂的特性、被吸附离子的性质 阳离子交换树脂的吸附选择性：化合价越高的阳离子被交换吸附越强；价态和类型相 同，半径小的离子易被吸附 Fe3+AI3+Pb2+Ca2+Mg2+K+Na+H+强酸性吸附 Cs+Rb+K+Na+Li+;Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+弱酸性吸附 Li+Na+K+Rb+Cs+;Mg2+Ca2+Sr2+Ba2+2 阴离子交换树脂的吸附选择性在稀溶液中，酸的价数越高越易被吸附。强碱性可吸附 电离常数大于 10 A-10的酸根 SO 4 2-NO-Cl-HC OH-弱碱性

8、 OH-C6H5O7 3-SO 2-C4HC6 2-OO 2-PO 3-NO Cl-CH 3COO HC（3-树脂的保管：阳：100-110 C 强碱阴：50-60 C 弱碱阴：70-80 C 存放时间不超 5 年 1%甲醛 树脂的预处理：研磨、过筛、浸泡、净化 树脂的再生：离子交换树脂在使用一段时间后，吸附的杂质接近饱和状态，即用化学试 剂使离子交换反应向相反的方向进行，将树脂所吸附的离子和其他杂质洗脱除去，使树脂的 官能团回复原来的状态，以供再次使用 一般情况下，树脂通常用酸碱再生法进行处理，利用酸碱溶液中的 H+和 OH 离子分别将树脂上所吸附的阴、阳离子置换下来 一般地，一 定范围内的

9、再生剂质量分数越大，再生程度越高，但再生剂质量分数不超过 10%离子交换树脂在正常使用情况下，可达 2000-3000 次再生溶液温度 25-80 C 再生方 式：顺流式、逆流式 纯水制备：蒸馏法、离子交换法 离子交换工艺生产实例：去离子水的制备、稀土元素的分离 （3）掌握本节有关的习题内容。2.沉淀工艺 沉淀工艺的原理：利用某种方式使需合成的产品或杂质在溶液中的溶解度降低而形成固 体沉淀，其中加入沉淀剂使之形成沉淀的方法是最常采用的；沉淀生成的形式首先取决于物 质本身的性质 沉淀分为晶形和无定形（非晶形）两种形式，晶形沉淀分为细晶沉淀和粗晶 沉淀目的：除去杂质，提高产品纯度及质量（优）简单、

10、经济、浓缩倍数高 适用对象：沉淀性难溶产品的合成、提纯许多可溶性的固体物质 影响沉淀纯度的因素：共沉淀 共沉淀：指在溶液中，根据溶度积规则不应该有沉淀生成的物质，在其他离子沉淀生成 时而随同析出的现象；对高纯度沉淀型产品的合成不利 共沉淀类型：表面吸附：指杂质物质吸附于沉淀产品表面上的现象 （因）由于沉淀物 质内部与外部离子的不同，使得表面不平衡而产生力场，由此产生吸附 表面吸附具有选 择性，与物质的溶解度、被吸附离子的价态（ff）和变形性（ff）、吸附后形成化合物 的电离度及溶液的 PH 值有关 可逆过程 通常情况下，沉淀产品总是优先吸附溶液 中能与自身离子生成溶解度较小物质的离子 吸留（包

11、藏）：如果沉淀过程进行较快，表面吸附的杂质或母液就可能被后面沉淀下 来的离子所覆盖的现象 能增进或赋予一种类产品以特定功能或本身拥有特定功能的小批量高纯度的化学品生产特性小批量多品种综合生产流程和多功能生产装置技术密集度高垄断性强大量应用配方技术商品性能经济特性投资效率咼投资效率附加价值固定特殊的性能和功能促进农林牧副渔各行业的优质高产提高人类的生活质量促进科学技术的不断进步高经济收益精细化率精细化工产值化学工业总产值其表征精细化工的发展程度精细化学品的种类类农药染料涂料颜料试剂及高纯物信元物料的输送将物料从一个地方输送到另一个地方一个设备到另一个设备一个生产过程到另一个过程的操作液体输送设备

12、固体输送设备气体输送设备物料的反应悬浮液的分离使固体颗粒和液体相分离的操作称为悬浮液的液固分离过混晶：如果杂质的离子半径与沉淀产品的离子半径相似且所形成的晶体结构相同,两者极易同时析出并形成混晶 后沉淀：指某种离子被沉淀吸附后，在放置过程中与吸附层离子或沉淀进行化学反应 而形成沉淀的现象 沉淀产品的制备方法：直接沉淀法、均相沉淀法、有机溶剂沉淀法、盐析沉淀法 沉淀工艺的两种应用：电子级碳酸钡微粉的制备、废葡萄糖母液生产高纯柠檬酸（钙盐法）沉淀法合成产品的条件控制：沉淀溶液的浓度 合成的温度 沉淀剂的加入方式及速度 加料顺序：正加 一指将金属盐类（提供沉淀物的阳离子）先放于反应器中，再加入沉淀

13、剂（含沉淀物的阴离子）；反之为“反加”并加一把沉淀物阴、阳离子的溶液同时按比例加入到反应器的方法 沉淀剂 沉淀的陈化（小颗粒沉淀溶解，大颗粒沉淀长大）：J（因）小颗粒沉淀的比表面积大，表面能也大，大颗粒反之，体系的变化有从高能量到低能量的自发趋势 沉淀工艺除去杂质：同离子效应：加入含有共同离子的物质，能使难溶电解质的溶解度降低的现象 盐效应：由于强电解质的存在使沉淀溶解度增大的现象 酸效应：溶液的酸度对沉淀的影响 络合效应：在沉淀过程中由于生成了络合物而使沉淀溶解度大幅增大的现象 沉淀颗粒的大小及形态：大颗粒沉淀的溶解度小，稳定性也好；小颗粒反之。要使沉淀 除杂更完全，生产中应采取保温陈化的方

14、式使沉淀由小颗粒转为大颗粒，由亚稳态转为稳定 态，从而降低沉淀的溶解度 温度 沉淀剂 六、分离制备工艺 1.超临界流体分离工艺（1）掌握超临界流体分离的定义：利用超临界流体具有选择性地溶解其他物质的能力，先 用超临界流体的溶剂将有效组分溶解，然后通过降压或升温的方法，使超临界流体的密度降 低，变成普通气体状态，被溶物便会析出，从而从混合物中得以分离 超临界流体的 性质：既有与气体相当的扩散系数和较低的粘度，又有与液体相近的传热系 数和对物质良好的溶解性能 2在超临界点附近，温度和压力的微小变化可导致密度的很大变 化，而密度又与体系的粘度、介电常数、扩散系数和溶解能力都密切相关，可通过改变条件

15、来调节 SCF 的溶解能力及其他物化性质 原理：在被分离物质中加入溶剂气体，并使其处于超临界状态，控制体系的压力和温度使其 选择性地萃取其中某有效组分，将其与萃余残渣分离以后通过改变体系的温度或压力，降低 超临界流体溶剂的密度，SCF 即释放出所萃取的物质，从而达到使物质分离的目的（2 超临界流体萃取（SFE）分离的主要工艺方法：由萃取和分离两个过程组成，静态循环 萃取、动态循环萃取 萃取工艺的方式：包括静态、动态和动、静态相结合的工艺 静态工艺特点：可以循环利用 SF，节约 SF，过程中操作条件变化不大，能耗低，但 SF 易被目标组分饱和，单程提取率不是很高 动态工艺特点：每次都使用新的 S

16、F 同基体接触，SF 耗量大，对 SF 的纯度要求高（SF 中杂质在设备中浓缩而污染目标组分），单程提取率较高 能增进或赋予一种类产品以特定功能或本身拥有特定功能的小批量高纯度的化学品生产特性小批量多品种综合生产流程和多功能生产装置技术密集度高垄断性强大量应用配方技术商品性能经济特性投资效率咼投资效率附加价值固定特殊的性能和功能促进农林牧副渔各行业的优质高产提高人类的生活质量促进科学技术的不断进步高经济收益精细化率精细化工产值化学工业总产值其表征精细化工的发展程度精细化学品的种类类农药染料涂料颜料试剂及高纯物信元物料的输送将物料从一个地方输送到另一个地方一个设备到另一个设备一个生产过程到另一个

17、过程的操作液体输送设备固体输送设备气体输送设备物料的反应悬浮液的分离使固体颗粒和液体相分离的操作称为悬浮液的液固分离过动、静态组合：先以静态工艺的 SF 将目标组分萃取到基体的表面上，在采用动态 SFE，可提高萃取效率并节约萃取剂 超临界流体的选定条件：超临界流体的化学性质应与目标产物的化学性质相近，并对 目标物的选择性高，得到的产品纯度就高 C02 是应用最广泛的超临界流体 萃取压力和温度的选定：一般情况下，SCF 中物质的溶解度随压力升高而增大 升温 可降低溶质的内聚能而使其溶解度增大，但同时又降低了 SF 的密度，不利于萃取 添加剂的选择：可通过加入少量添加剂的方式，改变溶剂的极性，扩大

18、其使用范围 被萃取物的粒度选择：粒度小有利于提高萃取率 萃取流速：溶解控制T高萃取流速 分离脱附控制T无影响，应以提高回收率为确定 萃取流速的原则（3）影响超临界流体萃取的 因素：操作方式、操作条件、操作对象、工艺条件 超临界流体的应用：超临界流体水氧化工艺、超微颗粒制备、用于化学反应 2.膜工艺（1）膜的性质：膜是多孔性的，膜内有很多孔道，液体以滞流方式在孔道内流动 膜分离过程是以膜作为分离介质的，它对混合物中的不同组分进行选择性透过，以实 现分离和纯化的目的 膜的分类：分离膜是一种能够选择性地截留混合物质中特定组分的障碍层，是传质过 程的屏障，能以特定的形式传递和阻挡各种化学物质，以实现分

19、离、分级、提纯和浓缩的操 作 按物态：固膜、液膜、气膜 按膜的孔径：（固膜）微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反 渗透膜 按膜的材料：无机膜、有机高分子膜 按膜的结构：对成膜、非对成膜 按 分离推动力：压力差推动性膜、浓差推动膜、电推动膜、热推动膜 按膜的电性质：中性 膜、离子交换膜 按分离机理：有孔膜、无孔膜、有反应性官能团作用的膜 膜分离的特点：膜分离过程中大多不发生相的变化；膜分离工艺多在常温下进行操作，不 损伤热敏性物质；无论对有机物、无机物、病毒细菌、多种共沸物和近沸点物系的分离都非 常有效，工艺和操作简便，维护和控制容易，规模大小灵活，环境污染小 膜污染的主要原因是颗粒堵塞和膜表面产生的物理

20、吸附（减轻方法）预处理、提高 料液流速和传质、控制流动状态、周期性清洁膜面（2）气体膜的定义：透析：通过小分子经过半透膜扩散到水（或缓冲液）的原理，将小分子与生物大分子 分开的一种分离纯化技术 超滤：超滤和微滤都是在压力差推动力作用下进行的筛孔分离过程（影）浓度差极化、膜污染 重过滤、间隙错流式过滤、连续错流式过滤 反渗透：在外加压力作用下，溶剂和部分有机小分子透过半透膜的方向发生逆转的现象 电渗析原理：在正电极和负电极之间，阳膜和阴膜交替排列；相邻的阳膜和阴膜之间 形成小的隔室。当接通直流电后，水溶液中的离子作定向迁移，阴离子移向正极，若遇阴膜 就可以透过，若遇阳膜则被阻挡；而阳离子移向负极

21、，若遇阳膜就可以透过，若遇阴膜则被 挡回。结果，相邻的两隔室中溶液就分别发生离子的浓集和淡化，从而将溶液中的电解质分 离或浓缩。同时，在两侧的电极上分别释放出气体，其电极反应式如下：阳极反应：40H-+4eT O f+2HO 阴极反应：4H+2eT 2H4 因此，需要往两个极室通水，以便起到排气和导电的作用，并排走沉积物 适用对象：电解质物料的分离 离子交换膜的特性：较高的选择透过性、机械强度化学稳定、尺寸稳定、膜电阻和膨胀系 能增进或赋予一种类产品以特定功能或本身拥有特定功能的小批量高纯度的化学品生产特性小批量多品种综合生产流程和多功能生产装置技术密集度高垄断性强大量应用配方技术商品性能经济

22、特性投资效率咼投资效率附加价值固定特殊的性能和功能促进农林牧副渔各行业的优质高产提高人类的生活质量促进科学技术的不断进步高经济收益精细化率精细化工产值化学工业总产值其表征精细化工的发展程度精细化学品的种类类农药染料涂料颜料试剂及高纯物信元物料的输送将物料从一个地方输送到另一个地方一个设备到另一个设备一个生产过程到另一个过程的操作液体输送设备固体输送设备气体输送设备物料的反应悬浮液的分离使固体颗粒和液体相分离的操作称为悬浮液的液固分离过数小、厚度均匀、耐污染性强、使用寿命长、价格合理 分离电解质离子的过程：（4）能够熟练解释电渗析工作原理图；（5）液膜的定义：以液体为材料的膜 液膜分为乳状液膜（

23、ELM）和支撑液膜（SLM）两种 主要由膜溶剂、表面活性剂、载体组成 液膜分离特点：浓缩能力强，定向性、选择性和渗透性高，特别适用于低浓度溶液的浓缩 和分离 影响因素：溶解度、浓度差、流动载体 乳状液膜分离原理：将含有表面活性剂和膜溶剂的油相和水相，在高速搅拌下制成乳状液，再将此乳状液分散到第三相溶剂中而制得（工艺）液膜制备、混合分离、沉降澄清、破乳 液膜分离的应用：工业废水中污染物的分离和回收富集、在生物、制药方面的应用 能增进或赋予一种类产品以特定功能或本身拥有特定功能的小批量高纯度的化学品生产特性小批量多品种综合生产流程和多功能生产装置技术密集度高垄断性强大量应用配方技术商品性能经济特性投资效率咼投资效率附加价值固定特殊的性能和功能促进农林牧副渔各行业的优质高产提高人类的生活质量促进科学技术的不断进步高经济收益精细化率精细化工产值化学工业总产值其表征精细化工的发展程度精细化学品的种类类农药染料涂料颜料试剂及高纯物信元物料的输送将物料从一个地方输送到另一个地方一个设备到另一个设备一个生产过程到另一个过程的操作液体输送设备固体输送设备气体输送设备物料的反应悬浮液的分离使固体颗粒和液体相分离的操作称为悬浮液的液固分离过