化学工艺学

化学工艺学（精选12篇）

化学工艺学 篇1

摘要：化学制药工艺学是研究化学药物的制备工艺、工艺原理和生产过程的—门学科。根据化学制药工艺学课程专业性强、与生产实际联系密切的特点,结合作者的教学情况,探讨了制药工艺学的教学内容、教学方法和培养学生综合能力的方法。

关键词：制药工艺学,课程教学,教学方法

化学制药工艺学是制药工程(化学制药方向)专业本科生的专业必修课程,在专业素质与能力培养中具有重要作用[1]。化学制药工艺学综合应用基础化学、药物化学、制药化工过程及设备等专业基础知识,研究和设计经济、安全、高效的工艺原理、工艺合成路线和工业生产过程,实现制药生产过程最优化的一门学科。制药工艺学的覆盖内容较广,知识结构复杂,是专业性和实践性都很强的课程,在制药工程专业课程体系中占有重要地位[2,3]。随着我国高校教学改革的不断深入,化学制药工艺学课程的教学改革也在不断深化,本文在教学实践的基础上,对如何做好该课程的教学工作、提高教学质量作了探讨,期望对制药工艺学的教育教学工作有一定的帮助。

1 合理组织教学内容,形成完整的知识体系

化学制药工艺学课程的教学,旨在培养从事化学合成药物研制、工艺研究及工业生产的专门人才,要求学生掌握药物制造的基本理论、基本知识及其相应的基本技能,具备综合运用所学知识进行已投产药物制备工艺的改革、创新及开展新药的研制与开发的能力。因此,我们参考赵临襄主编的国家级规划教材《化学制药工艺学》,精选了以下教学内容:

1.1 合成工艺路线的设计与选择

化学合成药物一般以化学结构简单的化工产品为起始原料,经过化学反应和物理处理过程制得,或由具有一定基本结构的天然产物经化学结构改造和物理处理制得,而且一个化学合成药物往往有多种合成途径,因此,化学合成药物工艺路线设计和选择是重点内容。从剖析药物的化学结构入手,分清主环和侧链、基本骨架与官能团;研究分子的化学键、找出易拆键部位;根据有机合成原理,采取相应的方法进行合成工艺路线设计。以合成途径的简洁性、工艺条件实现的难易、设备条件要求、成本与产效及“三废”的治理等标准,对合成工艺路线进行评价和选择。药物生产工艺路线是药物生产技术的基础和依据,工艺路线的技术先进性和经济合理性,是衡量生产技术水平高低的尺度。

1.2 手性药物的合成及分离技术

随着科学技术的发展和对药物药效作用机理认识不断深入,手性药物的制备合成已成为新药研发领域的热点。手性药物的制备技术是由化学和生物两种制备技术组成的。不对称合成、手性源合成和外消旋体的拆分技术是学习的主要内容。不对称合成是将潜手性单元转化为手性单元,并产生不等量的立体异构体。过渡金属催化剂的应用带来了不对称催化合成的突破性进展。羰基化合物的α-烷基化、不对称催化氢化、不对称氧化、醛醇缩合和不对称Diels-Alder反应是不对称合成常用的反应类型[4]。以价廉易得的天然或合成的手性源化合物通过化学修饰方法转化为手性产物是手性源合成方法的主要特征。糖类、氨基酸类、生物碱类等天然化物可提供结构相近的手性原料。化学合成所得的外消旋体必须经过光学拆分才能得到光学纯异构体。结晶法拆分是目前在手性药物生产中应用仍为广泛的、传统的拆分方法。对对映异构体与非对映异构体性质的深入、全面的认识,是提高结晶法拆分的合理性与有效性的基础。结晶法还应用于立体异构体的纯化、结晶诱导的不对称转化等方面。超临界流体色谱、模拟移动床色谱和包结拆分等新技术是拆分技术更有效的补充。

1.3 实验室合成工艺研究与中试放大研究

药物的合成工艺路线是由包含着化学反应单元的若干个合成工序组成。研究反应物分子到产物分子的反应过程,探索化学反应条件对反应产物所起作用规律。在深入了解反应过程的内因(反应物的性质)和外因(反应条件)及它们之间的相互关系的基础上,将两者正确的统一起来,从而获得最佳工艺条件。配料比、反应时间、反应温度与压力、溶剂、催化剂、反应物浓度与设备条件等因素影响着化学反应的过程及结果。工艺研究通常采用正交设计来安排实验、处理实验数据,对这些因素进行区分,找出主要因素,确定合适的工艺条件。中试放大不仅验证和完善实验室工艺所确定的反应条件,而且还研究确定工业化生产所需设备的结构、材质、安装及车间布局等,是从实验室工艺到工业生产必不可少的过程。为了实现实验室工艺到工业化生产,不仅研究化学反应速率与反应条件之间的关系,即反应动力学,而且,着重研究传递过程对化学反应速率的影响;研究不同类型反应器的特点及其与化学反应结果之间的关系。

2 利用多媒体及仿真软件技术,提高课堂教学质量

课堂理论教学是课程教学中重要环节,是其它教学环节的基础。学生只有掌握了必要的理论知识后才能顺利进行以后的实践,所以提高课堂理论教学质量是化学制药工艺学教学的关键之所在。

化学制药工艺学课程涉及的内容具有较强的专业性、实践性及工程性工程问题。基础理论分析和实践经验总结相互交织是课程的特点[5]。课堂教学中,由于学生缺乏工程的概念和感性认识,若直接书面讲授,采用平铺直叙的方法,教、学双方都感到枯燥乏味,很难达现代教学的要求。为此,在教学过程中应充分利用电化教学、仿真软件和计算机等辅助教学手段,把教学信息转化为使学生的感官作最为刺激的信号,既可培养学生的学习兴趣,又能加深学生的理解和记忆,从而提高课堂教学质量。如结晶拆分方法的教学中,我们用Flash动画制作了DL-苏型-1-对硝基苯基-2-氨基-1,3-丙二醇的拆分流程,形象的体现了拆分罐的结构及运转、氨基醇的溶液的输送和分配、加热与冷却等工艺过程的顺序,提高了教学的趣味性,更容易抓住学生的注意力,使他们加深了解并掌握制药工艺过程的设计和运行特点。又如在糖皮质激类的典型代表药物“氢化可的松”生产工艺教学中,我们在引进的制药工程教学仿真软件基础上,结合自制的多媒体教学课件,分别把以可的松乙酸酯和化合物S(17α,21-二羟基孕甾-4-烯-3,20-酮-21-乙酸酯)为起点的合成路线的选择、生产原理及工艺过程、产物的分离和设备结构特点等生产过程动态展现出来,形成理沦知识与形象感受的交叉互动,活跃了课堂气氛,达到了非常满意的教学效果。

3 以项目设计课题为导向,培养学生的独立解决问题的能力

制药工艺贯穿于药物研发、生产的整个制药链中,具有较强的工程性和实用性。传统的、以教师一言堂式的课堂教学模式,使学生失去了独立思考的机会和空间,忽略了学生能力和素质的培养。这一授课形式不能满足培养从事药物生产、新产品研发人才目标的需要。

针对这一问题,我们以项目设计课题为课堂教学的延伸和拓展,激发学生学习的积极性,受到了良好的教学效果。设计的课题内容是根据授课内容,结合科研项目提出,具有一定的研究价值。学生自主形成项目攻关团队,从文献资料的收集、研读,到实验方案的设定、实验研究,项目总结及答辩,由团队成员分工、协作完成。教师对项目的实施进行跟踪管理、评议和方法指导。项目设计课题的教学方式,使学生学生处于主动学习地位,思维活跃,突出对知识的理解、掌握及应用,既培养锻炼学生分析问题和解决问题的能力,也培养学生团队协作能力、创新能力和实践能力。

在化学制药工艺学课程教学中,我们围绕抓好课堂教学、项目设计和实践教学三个环节,做到各有侧重且紧密结合,收到了较好的教学效果。在经济、科技高速发展的今天,化学制药工艺学作为制药工程专业的必修课程之一,其教学有必要进一步进行探讨和改革。作为肩负高等教育重任的教师,应勇于改革、探索和建设更有利于培养学生综合能力、创新能力的课程教学体系和方法。

参考文献

[1]赵广荣,元英进,蒋建兰,等.国家精品课程制药工艺学的建设[J].化工高等教育,2010(1):17-20.

[2]王亚楼.化学制药工艺学的教学改革[J].药学教育,2003,19(4):23-25.

[3]霍清.制药工艺学课程教学研究[J].北京联合大学学报:自然科学版,2008,22(1):91-92.

[4]赵临襄.化学制药工艺学[M].北京:中国医药科技出版,2003:127-132.

[5]王益玲.药学本科教学改革的设想[J].医学教育探索,2006,5(10):902-904.

化学工艺学 篇2

化学工程与工艺这一专业学生所学科目涉及化学工程与化学工艺，是一个综合性专业。在校期间，我们所学科目包括：四大基础化学；化工原理、化学反应工程、化工设计概论（化工设计与计算）、化工仪表及其自动化、化工设备基础、化工过程设计与开发、化学安全工程；仪器分析、精细化学有机合成与工艺学、化学工艺学、有机合成催化剂，还有工程制图、C我们专业毕业生可以选择化学工程类和化学工艺类的工作，我们具备综合知识基础，做哪一方面的工作上手都快。化学工程与工艺这一专业学生所学科目涉及化学工程与化学工艺，是一个综合性专业。在校期间，我们所学科目包括：四大基础化学；化工原理、化学反应工程、化工设计概论（化工设计与计算）、化工仪表及其自动化、化工设备基础、化工过程设计与开发、化学安全工程；仪器分析、精细化学有机合成与工艺学、化学工艺学、有机合成催化剂，还有工程制图、CAD、VB计算机语言，这些知识为我们工作奠定了坚实的基础，我们专业毕业生可以选择化学工程类和化学工艺类的工作，我们具备综合知识基础，做哪一方面的工作上手都快。

化学工艺学 篇3

中图分类号：G643 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2015）22-003-01

《涂料工艺学》课程是本校材料化学专业的必修专业課，是研究涂料制造原理和涂装技术的学科，对学生今后从事相关科研和工业生产具有重要的意义[1]。《涂料工艺学》方面教材较多，各具特色。我们选择的是鲁钢老师主编，化学工业出版社出版的《涂料化学与涂装技术基础》[2]作为教材。该教材将涂料化学与涂装技术有机结合，深入浅出的阐述了涂料的基础知识，注重理论与实践相结合，使初学者能很容易掌握涂料基本组分的特点及涂装技术和设备。

从本专业课程系统看，《涂料工艺学》和《高分子化学》紧密相关，可以说后者是前者学习的基础。《涂料工艺学》中涉及到主要成膜物质都是高分子物质，在讲解相关主要成膜物质合成及其结构特点时，将《高分子化学》有关合成知识与《涂料工艺学》结合起来，有助于学生对新学知识的理解与应用，同时可使教学方式从“填鸭式”变成“启发式”教育，使学生积极主动的学习，培养学生的学习能力。在此，作者根据自己的心得，从有效利用《高分子化学》知识来帮助解释《涂料工艺学》有关概念的角度出发，具体探讨几点《涂料工艺学》教学中的体会。

一、酚醛树脂的合成

在《涂料化学与涂装技术基础》教材中2.2.2节中讲到酚醛树脂的合成及其结构特点。关于酚醛树脂的合成原理及合成过程，教材中对此做了说明，但不太详细。例如酚醛树脂的合成用酸催化且酚过量，为什么形成的是线形缩聚物？用碱催化且且醛过量时，为什么得到的是体型缩聚物？这一点《涂料化学与涂装技术基础》教材中没有提及，很多学生表示对这个问题不了解。这个问题可以用高分子化学的相关知识进行解释。高分子化学中体型缩聚这部分提到当有3或3以上官能度单体参与聚合，则将有可能成为体型缩聚。合成酚醛树脂属于2-3官能度体系，苯酚的官能度为3，甲醛的官能度为2，因此本体系有可能形成交联聚合物。当体系中苯酚过量时，反应生成的羟甲基会和甲醛发生反应，而不是羟甲基之间发生反应，因此不能形成体型聚合物。当体系中甲醛过量时，反应生成的羟甲基之间会进一步发生反应，形成体型缩聚物。 如果学生在理解原理的情况下掌握知识，学习显然会更加有效。

二、环氧树脂的合成

在《涂料化学与涂装技术基础》教材中2.2.3节中讲到环氧树脂的合成及双酚A与环氧氯丙烷的配比不同时，其生成物结构也就不同。对于环氧树脂的合成过程教材中讲的并不详细，学生理解起来存在一定的困难。因此，我们可以先回顾在高分子化学中双酚A环氧树脂的合成原理，帮助学生理解新学的知识。

首先在碱催化条件下，双酚A和环氧氯丙烷先缩合成低分子中间体。然后，双酚A的羟基使中间体的环氧端基开环，而后环氧氯丙烷的氯与羟端基反应，脱HCl，重新形成环氧端基，如此不断开环闭环，逐步聚合成分子量递增的环氧树脂。在这个反应中环氧氯丙烷是过量的。如果双酚A过量则得不到双酚A环氧树脂。

三、醇酸树脂的合成

在《涂料化学与涂装技术基础》教材中2.2.4节中讲到由醇解法制备醇酸树脂，需要先用油与甘油进行醇解，形成甘油的不完全脂肪酸酯，在与苯酐酯化制备醇酸树脂。而油与甘油反应生成甘油不完全脂肪酸酯的作用是什么？为什么要先进行这个反应，教材上并没有说明，这给学生理解带来了一定的困难。因此，可以联系高分子化学知识对这个问题进行解释，帮助学生理解这个问题。油与甘油作用，会发生脂肪酸再分配，生成甘油一酸酯和甘油二酸酯。生成的甘油一酸酯是为了将甘油的一个羟基进行封端，最终甘油一酸酯会继续和邻苯二甲酸酐发生反应，生成线形结构的醇酸树脂，而不是体型结构的树脂。联系前面我们讲到的高分子化学缩聚反应知识，可以清楚的将醇酸树脂的合成过程解释清楚，帮助学生加深理解，激发学生的学习兴趣。

在一切教学过程中，使学生在理解原理的基础上领悟相关知识都是最可取的方法。在《涂料工艺学》课程中很多反应时高分子聚合反应，其反应机理是以高分子化学反应为基础。因此，在《涂料工艺学》教学中，和前面的高分子化学知识多联系，对学生理解和掌握课程内容会有很大的帮助，从而达到最佳的学习效果。

参考文献：

[1] 滕俊江.王 键.安哲等.《涂料化学及工艺学》课程教学改革与实践，广州化工， 2011（14）， 161-163

化学工艺学 篇4

桑树是落叶性多年生双子叶木本植物, 属荨麻目桑科, 桑树韧皮部内成簇状分布大量束纤维。桑皮纤维是从桑树枝剥下的桑皮经脱胶提取而成, 属天然植物纤维素纤维, 具有坚实、柔韧、密度适中和可塑性强等特点, 其手感柔软、易于染色, 既有蚕丝的光泽, 又有麻纤维的挺括, 并有着优良的吸湿性、透气性、保暖性和一定的保健功效。作为新型天然纺织材料, 桑皮纤维具有较大的开发利用价值。

本试验通过化学脱胶技术对桑树皮进行脱胶处理。试验选择脱胶工艺技术参数来进行脱胶生产流程试验, 形成桑皮纤维提取的配套工艺技术, 完成桑皮纤维材料的制备, 为进一步开发系列桑树纤维纺织新产品创造条件。研制桑皮纤维不仅增加了一种新的天然纺织材料, 还可对大量废弃的桑树皮进行深度开发, 变废为宝, 大大提高其附加值, 对于茧丝绸产业资源的综合开发利用, 有十分积极的意义。

1 试验机理

1.1 桑皮化学成分和结构

麻属单细胞纤维素纤维, 一个细胞就是一根纤维。单纤维为长筒形厚壁纤维细胞, 两端封闭内有中腔。桑树皮的韧皮纤维在茎中是集合成纤维束的, 纤维束间含有胶质。

目前国内已有研究人员对桑树皮进行了初步研究, 分析结果表明:桑皮最外层是表皮, 含有大量的木质素, 表皮上有间隔的叶柄;第二层含有大量的单宁;第三层为粗长纤维, 纤维间含有部分胶体;第四层为短纤维层, 短纤维的长度是越向内层, 越短, 纤维之间含有乳浆质;第五层为最内层, 纤维最短, 纤维间有一种特殊的物质使纤维相互并合。

桑树皮纤维的主要成分包括纤维素、半纤维素、木质素和果胶四种。纤维素存在于桑树皮的细胞壁内, 是桑皮的主要成分, 是在制备工艺纤维过程中应设法保留的部分。半纤维素是非纤维素的碳水化合物, 一部分与纤维素联系在一起, 而另一部分则与木质素连结在一起。木质素使纤维互相粘在一起, 不但影响可纺性, 还降低了纺织品染色着色力。所以, 必须使纤维原料中的木质素溶出, 使纤维互相分离。果胶物质是由非常复杂的碳水化合物组成, 主要是果胶酸的钙-镁盐。随着植物的生长成熟, 钙-镁盐聚集增多, 果胶分子由长链变成网状形, 因而果胶难于溶解。可用稀酸稀碱处理, 使它水解溶出。

1.2 脱胶机理

桑树皮中除含有纤维素外, 还含有较多的半纤维素、木质素、果胶等胶杂质成分。在提取桑皮纤维时, 应保留纤维素, 除去胶杂质。由于桑皮纤维单纤维长度过短, 强度不足, 不利于纺织加工, 故应将桑皮纤维制成工艺纤维以供纺织使用。

植物纤维化学脱胶的基本原理是利用植物韧皮中纤维素和胶杂质成分对碱、无机酸和氧化剂等的稳定性的不同, 在不损伤植物纤维原有物理性能的原则下, 去除胶杂质成分, 保留纤维素成分的化学加工过程。在此加工过程中可辅以一定的机械作用, 以达到工业上脱胶加工的要求。碱法煮练是应用较为普遍的化学脱胶方法。碱法煮练主要是利用纤维素对碱液的稳定性和非纤维素对碱液的不稳定的特性, 将韧皮纤维在一定的浓度、温度和蒸汽压力的碱液中进行煮练, 使非纤维素物质在煮练过程中, 分别进行溶解, 裂构, 皂化, 乳化等复杂的化学反应而除去。

由于桑皮中的胶杂质主要为半纤维素、木质素和果胶, 这些杂质在碱性条件下可以溶除, 所以, 桑皮纤维的提取工艺以碱煮为主, 并辅以酸洗、氯漂等加工方法。经煮练后, 纤维中的胶杂质被分解而除去, 韧皮部中的纤维束彼此分离, 而成为可供纺织用的纤维束。但是, 粘合单纤维成纤维束的果胶等胶质不宜除去, 否则将造成精练过度, 纤维失去强力, 使纺织上无法使用而遭受损失。

1.3 脱胶技术现状与分析

在实际工业生产中, 苎麻的化学脱胶工艺是麻类植物纤维化学脱胶工艺中比较成熟的。

苎麻的化学脱胶的工艺流程大体是:

原麻→浸水→浸酸→碱煮→拷麻→氯漂→酸洗→给油→烘干。

苎麻化学脱胶工艺的核心部分是碱煮。碱煮一般分为一煮法和二煮原法两种。两种碱煮方式均为常压煮练, 煮练液中辅以适量煮练助剂, 用碱量、保温时间等视原麻的胶含量多少有所增减。实践表明, 二煮法比一煮法的脱胶效果好。另外, 二煮法中头煮所用煮液是二煮残液, 可提高化工药剂的利用率。

拷麻有助于脱除残留在纤维上的胶杂质, 氯漂采用常温下低浓度短时间处理的方式, 酸洗后用清水洗至中性。

桑树皮纤维与苎麻纤维同属麻类植物纤维, 所以桑树皮的脱胶工艺可参考苎麻现有的脱胶工艺。但是, 由于桑树皮在化学组成上与苎麻有较大的不同, 所以桑树皮的化学脱胶工艺不适宜完全套用苎麻的脱胶工艺, 须进行适当的改进。

考虑到桑树皮纤维的胶杂质含量大等因素, 脱胶工艺可考虑延长煮练时间, 添加煮练助剂, 生物预处理以及加强机械捶拷等改进方式。

2 流程路线

2.1 试验材料

本试验采用经过适当前处理的桑皮样品作为材料进行脱胶试验。

2.2 拟定对比路线

路线一:试样→浸水→浸酸→碱煮→打纤→氯漂→酸洗→给油→烘干→成品。

路线二:试样→浸氯→初练→打纤→酸洗→复练→打纤→酸洗→给油→烘干→成品。

路线三:试样→预浸氯→初练→打纤→酸洗→浸氯→复练→打纤→酸洗→给油→烘干→成品。

3 结果和分析讨论

3.1 木质素的有效去除

桑皮中木质素的含量较大, 达10%~20% (干重) 。经试样对比后认为, 当成品的木质素含量低于0.8%时, 纤维光泽好, 洁白、柔软且有弹性, 可纺性、染色性好;而当成品的木质素含量在1.5%以上时, 纤维粗硬、脆、弹性差, 呈棕黄色, 后道工序加工较为困难。因此, 如果桑皮纤维中的木质素不能有效地除去, 纤维成品的品质将大受影响。

木质素遇酸不能溶解, 经无机酸处理后的木质素更加稳定, 这增大了碱液煮练的难度。试验按路线一进行时, 煮练时间为4h, 木质素残留量仍较大。此路线的桑皮纤维成品还不适合作为纺织材料。因此, 桑树皮化学脱胶的预处理不宜采用苎麻传统脱胶工艺的预浸酸处理。

木质素易氯化, 生成氯化木质素, 可用碱液轻松除去。路线二采用先浸氯处理, 再碱煮的工艺, 可以尽早且尽可能多地除去木质素。但桑树皮中含有大量的木质素, 当外层的木质素与氯发生反应后, 生成的氯化木质素因处于其他木质素的外表, 阻止了氯化作用的继续进行, 对内层木质素反而起到保护作用, 致使处于内层的木质素不易继续被氯化。对比试验表明, 在只进行一次氯化处理的前提下, 即使进行两次碱煮, 要除尽木质素也是比较困难的。按路线二所得的桑皮纤维成品呈棕黄色, 手感偏硬。

对比路线三采用氯化→碱煮→氯化→碱煮的多次氯化与碱煮的方案。方案通过预浸氯和初次煮练除去大部分木质素, 再进行第二次氯化和碱煮将纤维中的内层木质素除去, 效果良好。因为初次氯化时纤维中木质素含量较大, 而在第二次氯化时木质素含量已大幅度下降, 所以第二次氯化作用的时间要比初次氯化作用的时间短。按路线三所得的桑皮纤维成品性能较好。

分析对比后, 优选路线三。

3.2 煮练条件对脱胶的影响

本试验采用碱法煮练对桑树皮进行化学脱胶, 试验中大部分的胶杂质是在碱煮的过程中除去的, 工艺中碱的浓度与煮练时间对脱胶效果有十分重要的影响。由于桑树皮中胶杂质含量较高, 试验中添加助剂硅酸钠和净洗剂6501加强煮练效果。硅酸钠具有渗透性、乳化性、泡沫性和保护胶性, 因而具有很强的洗涤与扩散作用。硅酸钠在水溶液中可水解出氢氧化钠与偏硅酸, 既能稳定练液的p H值, 加强煮练的效果, 又能吸附杂质与色素, 防止分离的杂质与色素再度粘附在纤维上。净洗剂6501具有悬浮污垢的作用, 发泡、稳泡性能良好, 在胶杂质含量较大的桑皮纤维脱胶工艺中有良好的适用性。

在试验工艺过程中, 初练液中加入多量的硅酸钠, 可吸附大量从纤维上分离出来的胶杂质, 并可减少氢氧化钠的使用量。复练液中加入多量的氢氧化钠, 可以在短时间内除去剩余的胶杂质, 制取符合纺纱要求的桑皮工艺纤维。因复练时胶杂质含量相对较少, 硅酸钠吸附杂质与色素的作用相应减弱, 主要起到渗透、乳化等作用, 所以, 硅酸钠的加入量亦随之减少。试验表明, 煮练时间长, 则脱胶效果好。但是, 随着煮练时间的延长, 胶杂质逐步分离和溶解, 练液变混浊, 黏度增大, 变稠, 影响碱液在纤维间的渗透, 使胶杂质无法被进一步分离溶解, 造成煮练不均, 甚至达不到煮练应有的效果。经优选, 确定初练时间为1.5h, 复练时间为1h。

此外, 在试验过程中尝试煮练液套用, 将复练后的煮练液用于初练, 以提高化学药剂的利用率, 达到一定的脱胶效果。

3.3 酸洗条件对脱胶的影响

经煮练脱胶后的纤维用酸进行清洗, 目的是中和留在纤维上的残碱, 去除被纤维吸附的有色物质, 使纤维色泽洁白松散。经煮练后, 纤维上的大部分胶杂质脱离被去除, 纤维素部分裸露。为了减少酸洗对桑皮纤维的损伤, 此时选用低浓度的酸液较为适宜。浸酸时间不宜过长或过短, 过长则有损纤维的强度, 过短则纤维内残胶不宜中和洁净, 色素不易退清, 桑皮纤维亦不松散。经优化对比, 确定浸酸时间约10min, 浸酸时须不断搅动。

3.4 水洗

在初练与复练后, 先用热水对纤维进行清洗, 然后用冷水洗至中性。热水处理的目的是利用残留在纤维上的碱液来延长煮练的时间, 提高练液的利用率, 增强煮练的效果, 可看作是煮练的继续。煮练液中含有硅酸钠, 遇酸后易生成胶状偏硅酸。不溶性的偏硅酸经烘干后易黏附在纤维表面, 导致成品纤维品质下降, 手感粗硬, 不利于后续加工。所以, 煮练后的试样在进行酸洗前应充分水洗, 避免硅酸钠的残留。

3.5 后处理

桑皮纤维经脱胶后, 须及时进行给油或柔软处理, 使纤维柔软、松散与洁白, 防止残留的胶质重新聚结而出现并丝、硬条等不良现象, 使制得的桑皮工艺纤维满足梳纺等后道工序加工的需要。

3.6 制品及分析

经过工艺优化改进, 整个工艺过程耗时大幅减少, 制得的桑皮工艺纤维为束状纤维, 呈细条网状, 纤维束长度比单纤维长, 白度较好, 手感较柔软。经适当开松处理后, 可作纺织材料使用。

在脱胶试验过程中, 存在脱胶不均匀的现象, 所制得的桑皮工艺纤维中常出现夹带部分单纤维或硬皮等现象, 影响进一步的纺纱。出现这样的问题, 疑为桑皮原料不均一所致。在实际生产中可考虑将桑皮原料按粗细老嫩等不同情况进行预先分类处理, 并适当调整工艺条件, 使制得的桑皮工艺纤维均一, 提高原料的利用率。

4 结语

经过对比试验, 确定采用多次氯化与碱煮的工艺路线, 工艺路线为:试样→预浸氯→初练→打纤→酸洗→浸氯→复练→打纤→酸洗→给油→烘干→成品。

通过对桑皮纤维化学脱胶的试验, 各脱胶工艺步骤影响因素的分析和优选工艺配方的确定, 认为按优化改进后的工艺对桑皮纤维进行脱胶处理, 可制成符合纺织使用要求的桑皮工艺纤维。

参考文献

[1]杨淑惠.植物纤维化学[M].北京:中国轻工业出版社, 2001.

[2]闵乃同, 闵宁一.绢与麻的精练脱胶技术手册[M].南宁:广西壮族自治区出版总社, 1988.

[3]钱章武.麻纺原料[M].纺织工业部经济研究中心编辑出版社, 1985.

[4]许符节.苎麻脱胶与纺纱[Z].株洲苎麻纺织科技情报站, 1995.

[5]荆学谦, 杨佩鹏, 武海良.桑皮纤维脱胶工艺初探[J].中国麻业, 2006, 28 (4) .182-186.

[6]殷立德.桑皮纤维及其制备方法和应用.从CN1137071, 1996-12-04.

精细有机化学品的合成与工艺学 篇5

第一章

绪

论

1.1 精细化工的范畴

生产精细化学品的工业，通称精细化学工业，简称精细化工。所谓精细化学品，一般指的是批量小、纯度或质量要求高，而且利润高的化学品。最早的精细化工行业，例如染料、医药、肥皂、油漆、农药等行业，在19世纪前就已出现。随着科学技术的不断发展，一些新兴的精细化工行业正在不断出现。例如，到1981年列入日本《精细化工年鉴》的精细化工行业共有34个即医药、兽药、农药、染料、涂料、有机颜料、油墨、催化剂、试剂、香料、粘合剂、表面活性剂、化妆品、感光材料、橡胶助剂、增塑剂、稳定剂、塑料添加剂、石油添加剂、饲料添加剂、食品添加剂、高分子凝聚剂、工业杀菌防霉剂、芳香防臭剂、纸浆及纸化学品、汽车化学品、脂肪酸及其衍生物、稀土金属化合物、电子材料、精密陶瓷、功能树脂、生命体化学品和化学促进生命物质等。由此可见，精细化工的范畴相当广泛。

1.2 精细化工的特点

精细化学品在量和质上的基本特点是小批量、多品种、特定功能和专用性质。精细化学品的全生产过程除了化学合成（包括前处理和后处理）以外，还涉及到剂型（制剂）和商品化（标准化）两部分。这就导致精细化工必然要具备以下特点：

（1）高技术密集度

因为精细化工涉及到各种化学的、物理的、生理的、技术的、经济的等多方面的要求和考虑。

（2）多品种

例如，根据《染料索引》（Colour Index）1976年第三版的统计，共包括不同化学结构的染料品种5232入其中已公布化学结构的1536个。主要国家经常生产的染料品在2000个以上。

（3）综合生产流程和多用途、多功能生产设备

由于精细化工品种多、批量小，并经常更换和更新品种，为了取得高经济效益，目前许多工厂已采用上述 2 措施。

（4）商品性强，市场竞争激烈。

（5）新品种开发成功率低、时间长、费用高。（6）技术垄断性强、销售利润高、附加价值高。

1.3 精细化工在国民经济中的作用

精细化工是国民经济中不可缺少的一个组成部分。其作用主要有以下几方面：

（1）直接用作最终产品或它的主要成分

例如，医药、兽药、农药、染料、颜料、香料、味精、糖精等。

（2）增加或赋予各种材料以持性

例如塑料工业所用的增塑别、程定剂等各种助剂。彩色照相所用的成色剂、显影剂和增感剂等。

（3）增进和保障农、林、牧、渔业的丰产丰收

例如，选种、浸种、育秧、病虫害防治、土壤化学、改良水质、果品早熟、保鲜等都需要借助精细化学品的作用来完成。

（4）丰富人民生活

例如，保障和促进人类健康、提供优生优育条件、保护环境清洁卫生、以及为人民生活提供丰富多彩的衣食住行等享受性用品，都需要添加精细化学品来发挥其特定功能。

（5）促进技术进步

例如，电子液晶显示器所用的液晶染料、电传纸所用的热敏材料、功能树脂、人造器官、化学促进物质等对于科学技术的进一步发展都起了重要作用。

（6）高经济效益

这已影响到一些国家的技术经济政策，把精细化工视为生财和聚财之道,不断提高化学工业内部结构中精细化工所占的比重。

1.4 本课程所讨论内容

有机化工产品按其所起作用和相互关系，大体上可分为三大类：（1）基本有机原料；（2）有机中间体；（3）有机产品。

所谓基本有机原料，指的是从石油、天然气或煤等天然资源经过一次或次数 较少的化学加工而制得的结构比较简单的有机物。例如，脂肪族的乙烯、丙烯、乙炔、一氧化碳；芳香族的苯、甲苯、二甲苯、萘和蒽等十余种。

所谓中间体，指的是将基本原料经进一步化学加工而制得的结构比较复杂，但还不具有特定用途的有机物。例如，脂肪族的甲醇、乙醇、乙酸、乙醛、丙酮、丙烯腈、环氧乙烷、氯乙烷、氯乙酸、甲胺、二甲胺等、芳香族的异丙苯、苯酚、氯苯、硝基苯、苯胺、2-萘酚等。

所谓有机化工产品，指的是将有机中间体再经过化学加工而制得的有特定用途的有机物。例如，医药、农药、染料、合成纤维、塑料、合成橡胶以及其他各种精细化学品等。它们都是与广大消费者或使用部门直接见面的有机化工产品。

应该指出，上述分类并不是绝对的，例如乙醛和异丙苯既可以列为中间体,也可以列为有机原料；而三氯乙醛和水杨酸，它们主要用作中间体，但有时也用作有机产品（医药）。在有机化工产品小，产量最大的是三大合成材料即：合成纤维、塑料和合成橡胶；而品种最多的则是精细化学品。

精细化学品的行业很多，其中许多行业已经建立了专门的学科，并且各有许多专著。本课程主要讨论用于制备精细化学品，特别是它的中间体所涉及的主要单元反应及其理论基础和工艺学基础。

中间体的范围相当广泛，品种非常多，有些中间体可用于多种类型化工产品的制备。这些通用的中间体，化学结构一般都比较简单，例如，脂肪族的甲醇、乙醇、乙酸，芳香族的氯苯、苯酚、邻苯二甲酸酐等。它们虽然品种不多，但生产量都非常大，常常在综合性大型化工厂生产，并且有些已属于基本有机合成的范畴。大多数中间体专用于个别几个精细化学品的制备。专用的中间体，其化学结构比较复杂，产量比较小，它们常常和最终的精细化学品配套生产。

1.5 精细有机合成的单元反应

精细化学品及其中间体虽然品种繁多，但是从分子结构来看，它们大多数是在脂链、脂环、芳环或杂环上含有一个或几个取代基的衍生物。其中最主要的取代基有：

4（1）-C1、-Br、-I、-P等。

（2）-SO3H、-SO2C1、-SO2NH2、-SO2NHR等(R表示烷基或芳基)。（3）-NO2、-NO。

（4）-NH2、-NHAlk、-NH(Alk)Alk、-NHA r、-NHAc、-NH2OH等（Alk表示烷基、Ar表示芳基、Ac表示酰基）；

（5）-N2+C1、-N2+HSO4ˉ；（6）-OH、-OAlk、-OAr,-OAc等；

（7）-Alk。例如-CH3、-C2H5、-CH(CH3)2等；

（8）

OCNH2OCClCNOCHOCROCArOCOHOCOROCOAr等

为了在有机分子中引入或形成上述取代基，以及为了形成杂环和新的碳环，所采用的化学反应叫做单元反应或单元作业。最重要的单元反应有：

(1)卤化

(2)磺化和硫酸酯化(3)硝化和亚硝化(4)还原和加氢

(5)重氮化和重氮基的转化(6)氨解和胺化(7)烃化(8)酰化(9)氧化(10)水解(11)缩合(12)环合(13)聚合

由此可见，精细化学品及其中间体虽然品种非常多，但是其合成过程所涉及的单元反应只有十几种。考虑到同一单元反应具有许多共同的特点，因此按单元反应来分章讨论，有利于掌握精细有机合成所涉及的单元反应的一般规律。应该指出，关于单元反应的分类和名称在各种书刊中并不完全相同。本课程将按照上述分类法进行讨论。

上述单元反应可以归纳为三种类型。第一类是有机分子中碳原于上的氢被各种取代基所取代的反应，例如卤化、磺化、硝化和亚硝化、C-酰化、C-烃化等。第二类是碳原子上的取代基转变为另一种取代基的反应，例如硝基的还原为氨基等。第三类是在有机分子中形成杂环或新的碳环的反应即环合反应。

上述三类反应之间有密切的联系。第一类反应常常为后两类反应准备条件，进行第二类反应时所形成的取代基的位置常常就是上一步进行第一类反应所引入的取代基的位置。而第三类反应也需要由碳原子上的取代基来提供C、N、O、S等原子来形成杂环或新的碳环。

同一个精细化学品或中间体，有时可以用几个不同的合成路线或者用几个不同的单元反应来制备。例如苯酚的合成路线很多，其中在工业生产上曾经采用过的合成路线至少有以下五个，它们各有优缺点。

当制备在分子中含有多个取代基的中间体或精细化学品时，合成路线的合理选择就更为重要。

磺化氯化C-烷化SO3HCl水解（碱熔）气相接触催化水解OH解分重排性酸高压液相碱性水解CH3CHCH3CH3氧化氧化OCOH1.6 精细有机合成的原料资源

精细有机合成的原料资源主要是煤、石油、天然气和农副产品。分别扼要叙 6

氧化COOHCH3-脱羧CH3述如下：

1.6.1 煤的加工

煤的主要成分是碳。煤的成分非常复杂，除了碳、碳氢化合物以外，还有含氧以及少量含硫、含氯化合物。另外还含有一些无机矿物质。煤的加工主要有四种方式，即（1）炼焦，（2）气化，（3）生产电石，（4）破坏加氢。其中与精细有机合成有密切关系的是炼焦副产品的回收，因为它可以提供多种芳香族原料。

1.6.2 石油加工

石油是一种棕黑色的粘稠液体。它含有几万种碳氢化合物，另外还含有一些含氮和含硫的化合物。石油的主要成分是烷烃、环烷烃和少量芳烃。石油加工的第一步是将原料经过常压、减压精馏，分割成若干馏份。适当沸程的馏分在脱硫之前再进一步加工可以得到各种基本化工原料和石油产品。其中以制取化工原料为目的的加工方法主要有以下几种。

（1）催化重整

重整的最初目的是将重整原料油（沸程95℃以下）和直馏汽油（沸程95~130℃）里的一部分环烷烃和烷烃转变为芳烃，以提高汽油的辛烷值。后来出于化学工业对芳烃的需要量日益增长，使重整成为制取苯、甲苯和二甲苯等芳烃的重要方法之一。

汽油重整主要采用含铂催化剂的铂重整法。反应一般在490~530℃和0.25~0.30MPa和氢气存在下进行。铂重整时发生多种反应，其中生成芳烃的反应叫做芳构化，主要有：六员环烷烃脱氢生成芳烃、五员环烷烃异构化-脱氢生成芳烃以及烷烃的脱氢环合生成环烷烃再脱氢生成芳烃等。重整油约含30~50％芳烃，经分离可得到苯、甲苯和二甲苯等。

（2）热裂解

当将直馏汽油、轻柴油、减压柴油等原料油加热到750~800℃进行热裂解时，除了发生高碳烷烃裂解为低碳烯烃和二烯烃的主要反应以外，还发生各种芳构化反应。裂解的主要目的是制取乙烯、丙烯和丁二烯等烯烃。另外，裂解汽油中约含有40~80％芳烃，其中主要是苯、甲苯和二甲苯。

（3）催化裂化

催化裂化的主要目的是将直馏轻柴油、重柴油或润滑油等 高沸程原料油中的高碳烷烃加氢裂化成低碳烷烃，同时发生异构化、环烷化和芳构化等反应而得到高辛烷值汽油。催化裂化一般用硅酸铝作为催化剂，在450~560℃和0.01~ 0.25MPa下进行。所得到的轻柴油馏份（沸程180~340℃）中含有相当多的重质芳烃，其中主要是多烷基苯和烷基萘。

（4）临氢脱烷基化

重整的石脑油馏份（沸程66.5~156℃）中苯，甲苯和二甲苯的比例约为1∶5.4∶3.8。由于甲苯的需要量比苯和二甲苯少，又发展了甲苯在氢气存在下脱烷基制取苯的方法（Cr2O3/A12O3催化剂，540℃）。

从催化裂化轻柴油中分离出来的多烷基苯和烷基萘也可以通过临氢脱烷基法制取苯类产品和石油萘。但这种方法投资高，只有炼油量大的国家才可能采用。

1.6.3 天然气的利用

天然气是埋藏在地下的可燃性气体，它的主要成分是甲烷。天然气可直接用来制炭黑、乙炔、氢氰酸（氨氧化法）、各种氯代甲烷、二硫化碳、甲醇、甲醛等产品。另外，天然气也可先制成合成气（CO+H2的混合气体），一氧化碳经各种羰基合成反应可制得甲醇、高碳醇、正丁醛、甲酸、乙酸、丙酸、丙烯酸、丙烯酸酯和人造石油等化工产品。

1.6.4 农林牧渔副产品的利用

含糖或淀粉的农副产品经水解可以得到各种单糖，例如葡萄糖、果糖、甘露蜜糖、木糖、半乳糖等。如果用适当的微生物酶进行发酵，可分别得到乙醇、丙酮/丁醇、丁酸、乳酸、葡萄糖酸和醋酸等。

从含纤维素的农副产品经水解可以得到己糖C6H12O6（主要是葡萄糖）和戊糖C5H10O5（主要是木糖）。己糖经发酵可得到乙醇，戊糖经水解可得到糠醛。

从含油的动植物可以得到各种动物油和植物油。它们也是有用的化工原料。油脂经水解可以得到甘油和各种脂肪酸。

另外，从某些动植物还可以提取药物、香料、食品添加剂以及制备它们的中间体。第二章

精细有机合成的理论基础

精细有机合成反应按照进行方式不同，从形式上可以分为取代反应、加成反应、消除反应，以及其他重排反应等。每一种反应又可以分为若干种类。

取代反应根据反应试剂性质和反应物分子中碳-氢键断裂方式不同，分为亲电取代、亲核取代和游离基取代反应。加成反应根据加成的基本途径不同，可以分为亲电加成、亲核加成、游离基加成和环加成。消除反应可以根据被消除原子或原子团位置不同，分为β-消除和α-消除等。重排反应也可以分为许多类。

2.1 反应试剂的分类

2.1.1 极性试剂

极性试剂是指那些能够供给或接受一对电子以形成共价键的试剂。极性试剂又分为亲电试剂和亲核试剂。

2.1.1.1 亲电试剂

亲电试剂是从基质上取走一对电子形成共价键的试剂。这种试剂电子云密度较低，应中进攻其他分子的高电子云密度中心，具有亲电性能，包括以下几类：

阳离子：NO2+、NO+、R+、R-C+=O、A rN2+、R4N+等；

含有可极化和已经极化共价键的分子：Cl2、Br2、HF、HCl、SO3、RCOCl、CO2等；

含有可接受共用电子对的分子（未饱和价电子层原子的分子）： AlCl3、FeCl3、BF3等；

羰基的双键。

氧化剂：Fe3+、O3、H2O2等。酸类。

卤代烷中的烷基：R-X。

由该类试剂进攻引起的离子反应叫亲电反应。例如：亲电取代、亲电加成。

2.1.1.2 亲核试剂

把一对电子提供给基质以形成共价键的试剂称亲电试剂。这种试剂具有较高的电子云密度，与其它分子作用时，将进攻该分子的低电子云密度中心，具有亲核性能，包括以下几类：

阴离子；0H－、RO－、ArO－、NaSO－、NaS－、CN－等。

极性分子中偶极的负端：NH3、RNH2、RR`NH、ArNH和NH2OH等； 烯烃双键和芳环；CH2＝CH2，C6H6等 还原剂：Fe2+、金属等。碱类。

有机金属化合物中的烷基：RMgX、RC＝CM等

由该类试剂进攻引起的离子反应叫亲核反应。例如，亲核取代、亲核置换、亲核加成等。

2.1.2 游离基试剂

含有未成对单电子的游离基或是在一定条件下可产生游离基的化合物称游离基试剂。例如，氯分子（C12）可产生氯游离基（C1²）。

2.2 亲电取代反应

精细有机合成中的亲电取代反应也可称为阳离子型取代反应。芳香环是一个环状共轭体系，由于环上π-电子云密度较高，容易发生亲电取代反应。

2.2.1 芳香族π-络合物与σ-络合物

芳烃具有和一系列亲电试剂形成络合物的特性。同亲电能力较弱的试剂形成络合物，它与芳环平面两侧的环状π-电子云发生松散结合，亲电质点同芳环的碳原子之间没有形成真正的化学键。

而亲电能力较强的试剂同芳烃则在反应瞬间能从芳环上夺取一对电子，与环上某一特定的碳原子形成σ-键，形成σ-络合物（或称芳阳离子）。σ-络合物和π-络合物之间存在着平衡，σ-络合物较为稳定，在某种情况下，能将其分离得到。例如，苯三氟甲烷、硝基氟和三氟化硼在零下100℃时生成一个黄色的结晶态络合物，即σ-络合物。它在零下50℃以下是稳定的，高于零下50℃则分解成 10 间硝基三氟甲苯、氟化氢和三氟化硼。

2.2.2 芳香族亲电取代反应历程

CF3+ NO2F +BF3-100℃CF3BF4-50℃CF3+ HF + BF3O2NHNO2已经有多方面的研究结果足以证明，大多数亲电取代反应是按照经过σ-络合物中间体的两步历程进行的。而亲电质点E+的进攻和质子的脱落同时发生的一步历程，则一直没有发现过。至于在亲点质点进攻芳环以前，质子就已经脱落下来的单分子历程，只在极个别的情况下才遇列。

两步历程的通式表示如下：

H+ E+E++EEHH+HE++EEH+E在芳阳离子中，芳环本身的高度稳定性已不存在，通常是一个非常活泼的中间产物，它存在两种可能性，或者快速地脱掉E+转变为起始反应物Ar-H，即 k2k-1，发生了亲电取代反应。两步历程主要是通过（1）动力学同位素效应；（2）σ-络合物中间体的分离及其相对稳定性证明。

2.2.2.1 动力学同位素效应

对于任何反应，所谓“动力学同位素效应”是指如果将反应物分子中的某一原子用它的同位素代替时，该反应速度所发生的变化，例如，氢的三种同位素氢H、氘D和氚T的质量数不同，三种氢构成的碳氢键断裂速度是有差别的，即质量大的断裂较慢。据据实验数据，C-H键的断裂速度约比C-D键快7倍；约比C-T键快20倍。若（1）按照两步历程而且速度控制步骤是H+的脱落（即k2

2.2.2.2 σ-络合物的分离和其相对稳定性

反应σ-络合物生成是控制步骤时，它一经生成就快速地脱质子而转变为产物。一般不能把它们分离出来，也不易观察到它们的存在。仅在某些特殊情况下，才能分离出中间产物σ-络合物。例如，苯三氟甲烷、硝基氟和三氮化硼在零下100℃时生成的黄色结晶态络合物，它是该硝化的中间产物σ-络合物，然后再分解形成产物间硝基三氟甲苯。

芳香亲电取代反应最初步骤是亲电试剂进攻芳香环，首先形成π-络合物，然后转变为σ-络合物。芳烃溶于无水液态氟化氢时存在着π-络合物和σ-络合物的平衡。

2.2.3 芳香族亲电取代定位规律

2.2.3.1 影响定位的主要因素

芳环上已有一个或几个取代基，若再引入新取代基时，其进入的位置和反应进行的速度，主要取决于以下因素。

（1）已有取代基的性质，包括极性效应和空间效应。如果已有几个取代基则决定于它们的性质和相对位置。

（2）亲电试剂的性质，也包括极性效应和空间效应。（3）反应条件主要是温度、催化剂和溶剂的影响。

在上述因素中，最重要的是已有取代基的极性效应。在芳香系取代反应中,苯系的亲电取代研究得最多，也最重要。

2.2.3.2 两类定位基

在亲电取代中，苯环上已有取代基对新取代基的定位作用有两种类型，即邻、对位定位和间位定位。通常把邻、对位定位基叫做第一类定位基，把间位定位基叫做第二类定位基。

属于第一类定位基的主要有：

—O-、—N(CH3)

2、—NH2、—OH、—OCH3、—NHCOCH3、—OCOCH3、—F、—C1、—Br、—I、—CH3、—CH2Cl2、—CH2COOH、—CH2F等。

属于第二类定位基的主要有：

—N(CH3)

2、—CF3、—NO2、—CN、—SO3H、—COOH、—CHO、—COOCH3、—COCH3、—CONH2、—N+H3、—CCl3等；

这里所谓邻、对位定位或间位定位，都是对反应的主要产物而言。2.2.5.3 苯环的定位规律

1.已有取代基的极性效应在不可逆亲电取代中，可以根据苯环上已有取代基的极性效应，对生成个异构体的σ-络合物的稳定性来解释定位作用。苯一取代物发生亲电取代可以生成邻、对和间位的三种σ-络合物。每一种络合物都可以看作是三种共振结构杂化的结果。在邻位和对位的络合物中，都有一个共振结构，其正电荷集中在同已有取代基Z相连的碳原于上。因此在杂化结构中，同Z相连的碳原子上具有部分正电荷。在间位的络合物中，三个共振结构在同Z相连的碳原子上都没有正电荷集中。因此在它的杂化结构中，同Z相连的碳原子上没有部分正电荷。这种差别是解释已有取代基定位作用的基础。

Z间位共振结构杂化结构ZHEHE共振结构Z或表示为Zδ＋Zδ＋HEHE杂化结构δ＋HEZ对位ZZ或表示为Zδ＋Zδ＋δ＋EHEHEHEH杂化结构EHZ邻位共振结构HEZHEZZH或表示为EHEδ＋Zδ＋HEδ＋当Z具有诱导致应时，其影响随距离的增加而减弱，由此可见对于同Z相连的碳原子影响最大。如果具有正的诱导效应+I（即给电子效应），对于邻位或对位 的络合物更容易使正电荷分散到Z上，从而使络合物更稳定。对于间位的络合物，Z对于苯环正电荷的分散作用要比邻位和对位的小。因此具有+I效应的取代基使三种络合物都稳定，邻位和对位更稳定，所以这类取代基使苯环活化，并且是邻、对定位。如果Z具有负的诱导效应-I（即吸电子效应），则与上述相反，使苯环上电子云密度降低，使三种络合物都不稳定，邻位和对位更不稳定，所以这类取代基使苯环钝化，并且是间位定位。

当Z和苯环之间有共轭效应时，某些情况下同诱导效应的方向一致，而另一些情况，则同诱导效应的方向相反。一般来说，共轭效应起主导作用。当Z中同苯环相连的原子具有未共有电子对时，可以把未共有电子对分散到苯环上，使络合物稳定，尤其是对于邻位和对位络合物，还可以多画出一个正电荷集中在Z上的共振结构。

这个额外的共振结构比其他共振结构更稳定，即在杂化结构中邻位和对位络合物更稳定。因此这类取代基使苯环活化，而且是邻、对位定位。

Z对位ZZZEHEHEHEH

Z邻位HEZHEZHEZHE

根据以上讨论，各种取代基可归纳为以下三类：

（1）取代基只有正的诱导效应，例如烷基，它们都使苯环活化，而且是邻、对位定位。其中甲基还具有超共轭效应，其活化作用大于其他烷基。

（2）取代基中同苯环相连的原子具有未共有电子对，例如：—O–、—NR2、—NHR、—NH2、—OH、—OR、—NHCOR、—OCOR、—F、—C1、—Br、—I等，其未共有电子对和苯环形成正的共轭效应（+I），它们都是邻、对位定位基。除了正共轭效应外，这些取代基也都具有诱导效应，其中—O–为正诱导（+I），其他的都具有负的诱导效应。对于氨基和羟基，其正的共轭效应（+I）大于负的 14 诱导效应（-I），所以它们都使苯环活化。对于卤素，其正的共轭效应小于负的诱导效应，所以使苯环稍稍钝化。

（3）取代基具有负的诱导效应，而且同苯环相连的原子没有未共有电子对，例如：—N+R3、—NO2、—CF3、—CN、—SO3H、—CHO、—COR、—COOR、—CONH2、—CCl3、和—NH3等，其中某些除诱导效应外，还有负的共轭效应，它们都使苯环钝化，而且是间位定位。

2.已有取代基的空间效应

苯环上已有取代基的空间效应这里指的是空间障碍作用。但烷基苯一硝化时随着烷基体积增大，邻位异构产物的比例减小。

3.亲电试剂的极性效应

亲电质点E+的活泼性对定位作用也有重要影响。当E+极活泼时，kT/kB值小，即E+进攻甲苯或进攻苯的选择性很差，同理进攻甲苯环上不同位置的选择性也很差，结果生成相当数量的间位异构产物。例如甲苯的C-烷化就接近这种情况，说明—CH3、—CH2CH3等烷基阳离子部是非常活泼的亲电质点。

反之，当E+极不活泼时，它进攻甲苯和苯的选择性很好，kT/kB主要决定于甲苯和苯的相对活性，即主要决定于甲基的活化作用，因此kT/kB很大。同理，E+进攻甲苯各不同位置的选择性也很好，几乎不生成间位异构产物。例如甲苯的卤化和C-酰化就接近这种情况，说明分子态氯（Cl2）和—COCH3是很弱的亲电质点。

4.新取代基的空间效应

新取代基的空间障碍也会影响邻位异构产物的生成比例。5.反应条件的影响

（1）温度的影响

温度升高可以使不可逆的磺化和C-烷化转变为可逆反应。温度的变化对不可逆亲电取代的异构产物比例也有影响。例如硝基苯的再硝化反应，升高硝化温度，主产物间二硝基苯的生成比例将下降。

（2）催化剂的影响

催化剂可以改变亲电试剂的极性效应或空间效应。例 15 如甲苯用混酸硝化时，加入一定量磷酸，可以提高对位异构体的收率，即对位产物组成由36%提高到40%。这可能是磷酸与-NO2构成的络合物作为进攻质点，体积增大，使邻位异构产物减少，对位体增加。催化剂也可以改变反应历程，如蒽醌的磺化有Hg盐时，磺基进入α位，无Hg盐进入β位。

（3）介质的影响

主要是介质酸度的影响，例如，乙酰苯胺的硝化，用乙酸酐比用硫酸作介质能得到更多的邻位异构产物。

6.已有两个取代基的定位规律

当苯环上已有两个取代基，引入第三个取代基时，新取代基进入环上位置主要决定于已有取代基的类型、定位能力的强弱和它们的相对位置。一般有两个取代基定位作用一致和不一致两种情况。

CH3硝化CH3NO2COOH硝化COOHO2NCOOHCOOHCH3CH3CH3NO2CH3

当两个取代基用于同一类型（都用于第一类或第二类定位基），并处于间位，其定位作用是一致的，例如：

可见新取代基很少进入两个处于间位的取代基之间。显然这是空间效应的结果，随着已有取代基或进攻质点体积的增大而更加明显。

当两个取代基属于不同类型，并处于邻位或对位时，其定位作用也是一致的。例如：

CH3磺化NO2NO2CH3SO3HCNCl硝化O2NCNCl

如果两个已存取代基对新取代基的定位作用不一致，新取代基进入的位置将决定于已有取代基的相对定位能力。通常第一类取代基的定位能力比第二类强得 多。

NH2磺化COOHNO2COOHNH2

当两个取代基属于不同类型并处于间位，其定位作用就是不一致的，这时新取代基主要进入第一类取代基的邻位或对位。例如：

当两个取代基属于同一类型并处于邻位或对位，则新取代基进入的位置决定于定位能力较强的取代基。例如：

CH3硝化NHCOCH3NO2NHCOCH3 CH32.3亲核取代反应

精细有机合成中的亲核取代也可称为阴离子型取代反应，进攻试剂的性质和反应物分子中C-H键的断裂方式，可按如下反应通式表示：

RHZRZH

反应既包括芳香族亲核取代也包括脂肪族的亲核取代，但应用较多的为脂肪族的亲核取代反应，芳香族的则主要应用于亲核置换反应。

2.3.1 脂肪族亲核取代反应历程

在饱和碳原子上的亲核取代反应，最典型的反应是卤代烷与多种亲核试剂发生的亲核取代常以SN表示，其反应历程有SNl和SN2两种形式。现分别叙述如下：

2.3.1.1 双分子历程(SN2)SN2表示双分子亲核取代。这个历程中旧的化学键断裂和新的化学键形成是同时的，有中间产物生成，反应同步进行。以伯卤代烷反应为例：

HXCHHOHH慢HCHδOHδXHHCOHXH

亲核试剂的进攻从背面与离去基成180°的位置接近作用物，先与碳原子形 成较弱的键，同时离去基与碳原子的连接减弱，两者与碳原子成一条直线，而碳原子其他三个键则处于同一平面内。表明过渡态形成。这一过程进行较慢，是反应的控制步骤。当反应由过渡态转化成产物时。碳原子上另外三个键由平面向另一边翻转，所得产物的构型与原作用物的相反。因为在控制反应速度一步是两种作用物分子参加，所以叫双分子亲核取代。在反应中发生了分子的构型逆转，过去把它称为“瓦尔登转化”。在反应中，凡发生构型逆转的作为SN2型反应的重要标志。

2.3.1.2 单分子历程（SN1）

SN1表示单分子亲核取代。在这个反应历程中分两步进行取代反应。第一步是离去基与中心碳原子之间的键发生异裂，生成一个不稳定的碳正离子，是一个慢步骤，第二步是这个高能量的碳正离子中间体，迅速与亲核试剂结合构成新键。

RXRNu慢R快XRNu

整个反应速度决定于第一步的慢过程。由于该步骤中只有一个作用物分子参加，所以叫做单分子亲核取代。这里，烷基正离子稳定性越大，作用物（R-X）按单分子历程进行反应的倾向越大。该反应历程所以是单分子的，一是由于烷基在α-碳原子上积累，无论从电子效应还是空间效应，都给亲核试剂的进攻造成一定困难，使按SN2历程的反应速度降低；二是由于α-碳原子上电子云密度增大，卤原子就较容易成为负离子而离去，生成的烷基正离子由于超共轭效应存在，有较大的稳定性，这些因素都促使叔卤烷的水解反应按SN1历程进行。

2.3.2 反应的影响因素

影响亲核取代反应历程和速度的因素，主要是作用物的结构、亲核试剂、离去基团和溶剂的性质等，并且它们之间是相互联系的。

2.3.2.1 作用物结构的影响

作用物结构对SN1和SN2反应进度的影响有电子效应和空间效应两种因素。例如卤化烷的水解反应，如果按SN2历程进行，则：

伯卤烷＞仲卤烷＞叔卤烷

其相对反应速率从伯烷基作用物到叔烷基作用物大约减小103倍。而按单分子历程进化，则：

叔卤烷＞仲卤烷＞伯卤烷

其相对反应速度大约相差106倍。甲基和伯烷基作用物是按SN1历程进行反应，叔烷基作用物按SN1历程进行反应；仲烷基作用物则介于SN1和SN2的边界状态。可以用下图表示。

卤代烷烷基对水解速度的影响

在作用物分子中，被进攻的碳原子上有其他给电性基团。如α-氯醚、3-氯丙烯等。由于取代基的p-p共轭或p-π共轭效应，使生成的碳正离子稳定，它们的反应速度比没有取代基的大上千倍、甚至上万倍，其反应按SN1历程进行。

在被进攻的碳原子上有吸电性取代基，如α-卤代羰基化合物、α-卤代氰基化合物等。由于取代基的吸电子作用，使被进攻的碳原子的部分正电荷增加，有利于SN2反应。同时，在形成过渡态时，取代基的π-电子云也可与正在形成键和正在断裂键的电子云交盖，使过渡状态能量降低，使SN2的反应速度增加。

总之在作用物分子中，被进攻的碳原子上有给电性取代基，有利于SNl反应，分子中有吸电性取代基，则有利于SN2反应。

2.3.2.2 被取代离去基团的影响

不论在SN1或SN2的反应中，被取代的基团X均是带着原来共有的一对电子 离去，所以X接受电子能力越强越易离去，也越有利于亲核取代反应的进行。一般说来，其被取代的难易次序为：

RSO3—＞ I—＞ Br—＞ Cl—＞ RCOO—＞ HO—＞ H2N—

2.3.2.3 亲核试剂的影响

在SN1反应中，亲核试剂的性质对反应速度没有影响，因为亲核试剂不参与整个反应过程的速度控制步骤。在SN2的反应中，亲核试剂参与了过渡态的形成，所以亲核能力的变化对取代反应速度有明显影响。绝大多数试剂的亲核能力与其碱性的强弱是一致的。例如：下列亲核试剂活泼次序为：

C2H5Oˉ＞ OHˉ＞ PhOˉ＞ CH3CH2ˉ＞H2O 在同族元素的试剂中，亲核性是按电负性的下降而提高。例如： Iˉ＞Brˉ＞Clˉ＞Fˉ和

PhSˉ＞PhOˉ

由于原于序数越大，越容易极化，所以给电子倾向也越大。

2.3.2.4 溶剂的影响

溶剂的极性对亲核取代反应机理和反应速度都有很大影响。绝大部分SNl的反应，反应的第一步是一个中性化合物离解为两个带有电荷的离子，因此极性溶剂有利反应进行。并且溶剂极性越大，越使反应速度加快。SN2的反应，由于溶剂与亲核试剂可以形成氢键使亲核试剂活泼性减弱，在反应中试剂与反应物形成过渡态，首先得消耗一部分能量破坏生成的氢键。所以反应在不形成氢键的溶剂中进行有利，反应速度快。总之SNl反应在质子性溶剂中进行有利；而SN2反应在非质子性溶剂中进行有利。

脂肪族亲核取代反应在精细有机合成中较为常用，广泛用于碳杂新键和碳-碳新键的形成。例如用于醇、醚和酯类的合成，即卤代烃发生溶剂解，形成碳-氧新键，例如用水为溶剂生成醇，用醇为溶剂生成醚，用羧酸为溶剂则生成酯。又如用于硫醇、硫醚的合成形成碳-硫新键。用于卤代烃的氨解形成碳-氮新键，这是合成烷胺类重要方法。亲核取代反应中以形成碳-碳新键最为重要，反应是以碳负离子作为亲核试剂，对碳负离子来说，使分子中引入烃基，又称烃基化反 应，用以合成腈类和炔烃；如果碳负离子为烯醇负离子，进行烃基化反应是合成酮、羧酸、羧酸酯和腈等化合物的重要合成方法。

2.3.3 芳香族环上氢的亲核取代反应

在该类反应中，亲核试剂优先进攻芳环上电子云密度最低的位置，所以在反应的难易定位规律方面都与芳香族亲电取代反应相反。

以硝基苯的羟基化为例，这类亲核取代反应历程简单表示如下：

NO2OH无水KOH加热中间络合物阴离子NO2HOHNO2OHHNO2OHH上述历程得到一些实验结果的支持。例如，加入适量的温和氧化剂（包括空气），常有利于反应的进行。氧化剂的作用在于帮助氢阴离子脱落，并使它转变为稳定的氢分子或水分子。上述历程可以解释反应的难易和取代基的定位作用。吸电性的硝基使邻位和对位的电子云密度下降得比间位更多，亲核试剂较易进攻这个位置，发生已有取代基的亲核置换。

2.4 消除反应

消除反应是指有机物分子中同时除去两个原子（或基团），形成一个新分子，通常是不饱和程度增加的反应。由于被除去的两个原子（或基团）的位置不同，消除反应主要分两种，即β-消除和α-消除。

β-消除是生成烯（或炔）烃化合物的反应，即在相邻的两个碳原子上除去两个基团。

XYXY消除CβCαβCC

β-消除不仅形成碳-碳双键，也可形成碳-氧双键、碳-硫双键和碳-氮双键等。α-消除是生成卡宾（Carbene）的反应即在同一个碳原子上除去两个基团，也称1,1-消除。

XCYXY消除βC

2.4.1 β-消除反应

通过研究消除反应的历程，可分双分子历程（E2）和单分子历程（E1）。2.4.1.1 双分子消除反应历程（E2历程）

双分子消除反应通常在强碱性试剂存在下发生。当亲核性的碱性试剂B接近β氢时，在B和H间形成微弱键的同时，原有C-H键、C-X键减弱而形成过渡态。而后发生C-B键和C-X键同时断裂构成烯键。

XCCBHBXCCH过渡态CCBHX

可见E2历程和SN2历程很相似。区别是在于E2历程中碱性试剂进攻β-氢原子；而在SN2历程中反应发生在α-碳原子上。所以在不饱和碳原子上的亲核取代常伴有消除反应发生。

按E2历程进行反应，离去基团的空间排布在理论上有两种，即顺式消除和反式消除。

XCCH反式HXCC顺式

对于烷基化合物，σ-键可以自由旋转，很难确定按哪种方式进行。但烯烃衍生物和脂环化合物中，双键和环上的单键自由旋转受到阻碍，就以一种消除方式为主。如1,2-二氯乙烯与碱作用生成氯乙炔的反应。

离去基处于反式位置的异构体比离去基处于顺式位置的易于消除，所以顺式二氯乙烯的反应速度比反式二氯乙烯快20倍。

ClCHCClHOH快HCCHOH慢ClCHCHCl

脂环化合物在进行消除反应时，被消除的两个原子（或基团）处于反式位置易于消除；并且被消除的原子和它们相连的碳原子在同一平面上，反应最易进行。

2.4.1.2 单分子消除反应历程（E1历程）

单分子消除反应历程分两步进行，第一步是离去基解离而形成碳正离子。这步速度较慢是反应的控制步骤。第二步消除β-质子形成烯烃。

当形成碳正离子比较稳定时，反应优先按E1历程进行。

慢快CHCXXCHCBCCBH

E1和SN1反应常同时发生，两者比值常根据溶剂的极性和温度不同而异。高极性溶剂有利于质子从碳正离子中离去。有利于E1历程的反应。

2.4.2 α-消除反应

α-消除反应是在相同的碳原子上消除两个原子（或基因），形成高度活泼的缺电性质点（卡宾）的反应。卡宾具有特殊的价键状态和化学结构，可以发生多种化学反应。卡宾能与多种单键发生插入反应。

CHCH2CCH2HHCCH2

卡宾能与碳-碳双键进行亲电加成反应。

CCH2CCCCH2CCCH2

卡宾与芳香族化合物也能发生加成反应，生成环扩大产物，用以合成环烯。

CH3CH2N2hv

2.4.3 消除反应影响因素

在同样反应条件下，消除反应和亲核取代反应是同时发生的。下列因素将有 23 利于消除反应进行。

2.4.3.1 反应物分子结构的影响 1.反应物分子的空间效应

被消除原子所连的碳原子上有支链时，如果按双分子反应，在SN2历程反应中亲核试剂进攻β-碳原子，而在E2历程反应中进攻β-氢原子，支链的空间效应对SN2不利，而相对对E2有利；如果按单分子反应，无论是SN1或E1的历程，在反应速度决定步骤中形成同样的碳正离子，只是第二步不同，若连有较多的烷基按E1消除β-氢后，形成双键可减少分子张力，使分子稳定；按SN1取代碳正离子与亲核试剂结合，键角被压缩（由120°减至109.5°），反而张力增加。可见无论按双分子或按单分子反应都对消除反应有利。

2.反应物分子的电于效应

分子中在β-碳原子上有吸电性基团（X、CN、NO2）增加了β-氢原子的活性，使E2消除反应加速。

3.离去基团的性质

离去基因吸电子能力增加，使β-氢原子的电子云密度下降，有利于双分子E2消除反应，离去基团对在El历程反应无明显影响。

2.4.3.2 反应条件的影响

1.碱的影响

试剂的碱性对于双分子反应E2或SN2是有影响的。碱性即是对质子的亲和力，因此试剂碱性增大按E2进行反应更容易。例如，伯仲卤代烷的水解，为了提高醇的收率避免消除反应，大用苛性碱而用乙酸钠作试剂。因为CH3COOˉ的碱性比OHˉ的弱得多，反应按SN2历程进行。

总之，在消除和取代之间，强碱有利于消除不利于取代。而高浓度的强碱在非离子化溶剂中，有利于双分子历程，而且对E2比对SN2更有利。碱的浓度低或没有碱存在时，在离子化溶剂中，有利于单分子历程，而且对SN1比对E1更为有利。

2.溶剂（介质）的影响

溶剂的极性对反应影响与亲核取代很相似。按单分子反应是先生成碳正离子，而后按E1或SN1历程进行，增加溶剂极性只促进解离中间物的速率，而对E1和SNl产物的比量影响较小。

按双分子反应，在极性小的溶剂中对于形成E2的过渡态条件有利，有利于烯烃生成。

3.温度的影响

反应无论是单分子还是双分子历程，提高反应温度都有利于消除反应的进行。这可能是消除反应的活化过程需要拉长β-碳氢键的原因。

2.5 游离基反应

游离基反应又称自由基反应，是精细有机合成中一类较重要的反应。它一经引发，通常都能很快进行下去，是快速链锁反应：但反应也能受到某些物质的抑制，这些物质能非常快地与游离基结合，使反应终止。为了使游离基反应能够顺利发生必须先产生一定数量的游离基。常用的方法有三种：热离解法、光离解法和电子转移法。

2.5.1 热离解法

化合物受热到一定温度发生热离解，产生游离基。不同化合物的热离解所需温度不同。例如，氯分子的热离解在100℃以上可具有一定的速度；烃、醇、醚、醛和酮受热到800~1000℃时离解；金属有机化合物所需温度低些，四甲基铅蒸汽通过灼热至600℃的石英管，可离解成甲基游离基。

Cl2100℃以上2ClPb4CH3(CH3)4Pb600℃以上含有弱键的化合物裂解所需温度低些，例如含有O-O键的过氧化二苯甲酰及偶氮双异丁腈都是常用的引发剂。

OCO2CNH3CCNNCH3CNCCH350~100℃OCO2CO2CNCH350~100℃2H3CCCH3N2

2.5.2 光离解法

分子受到光的照射而被活化，活化分子具有较高的能量，它们可以满足化学键均裂所需要的能量。例如，卤素分子用光照射生成它们的原子，光离解可在任何温度下送行，并且能通过调节光的照射强度控制生成游离基的速度。

Cl2Br2hvhv2Cl2Br

2.5.3 电子转移法

重金属离子具有得失电子的性能常被用于催化某些过氧化物的分解。例如，亚铁离子将一个电子转移给过氧化氢使它生成一个羟基游离基及一个更稳定的羟基负离子。三价的钴离子可以从过氧化叔丁醇中获取一个电子，使过氧化叔丁醇转变成一个过氧游离基及一个质子。

Fe2Co3+HOHOOHOC(CH3)3Fe3OHOH

游离基反应属于连锁反应，其反应历程包括三个阶段，即链的引发、链的传

Co2+H+(H3C)3COO递和链的终止。游离基反应在精细有机合成中有广泛的应用。

2.6 加成反应

加成反应分三种类型，即亲电加成、亲核加成和游离基加成。2.6.1 亲电加成

亲电加成一般发生在碳-碳双键上，因为烯烃、炔烃分子中的π-电子只有较大的活动性，表现出亲核性，所以它们容易与多种亲电试剂发生亲电加成反应。常用的亲电试剂有：强酸（例如硫酸、氢卤酸）、Lewis酸（例如FeCl3、A1C13、HgC12）、卤素、次卤酸、卤代烷、卡宾、醇、羧酸和酰胺等。其反应历程分两步进行：首先生成碳正离子中间产物，它是速率控制步骤。

慢CCXYCXCY

然后是：

快YCXC CXCY烯烃的结构不同，对反应速度的影响也完全与上述亲电分步加成历程一致。当碳-碳双键上连有给电性取代基时，由于增加了碳-碳双键上的电子云密度可使碳正离子稳定，因而加快了反应速度。当连有吸电性取代基时，由于降低了碳-碳双键上的电子云密度，降低了碳正离子的稳定性，因而减慢了反应速度。

2.6.2 亲核加成

亲核加成中最重要的是碳氧双键（碳基）的亲核加成。在碳氧双键中氧原子的电负性比碳原子高得多，因此氧原于带有部分负电荷，而碳原子则带有部分正电荷。

CδOδ

碳氧双键在进行加成反应时，带负电荷的氧总是要比带正电荷的碳原子稳定得多，因此在碱性催化剂存在下，总是带正电荷的碳原子与亲核试剂发生反应，即碳氧双键易于发生亲核加成反应。

2.7 重排反应

重排反应是指在试剂作用下或其因素影响下，有机物分子中发生某些基因的转移，形成另一种化合物的反应。重排反应种类很多，只讨论芳香族化合物侧链 27 向环上迁移，以及迁移发生在邻近两个原子间的1,2-迁移。

XZXHZZABAZB

2.7.1 分子间重排

分子间重排反应过程中能够获得分裂出来的迁移基（Z）。例如，在盐酸催化下N-氯乙酰苯胺的重排反应：

H3COCNClHHH3COCNClHClHNCOCH3Cl2NHCOCH3ClNHCOCH3HClCl

首先通过置换生成氯分子，而后氯分子与乙酰苯胺发生亲电取代。2.7.2 分子内亲电重排 2.7.2.1 联苯胺重排

这是在酸的作用下氢化偶氮苯转化成联苯胺的反应。

HNNHHH2NNH2

2.7.2.2 N-取代苯胺的重排

N-取代苯胺在酸性条件下迁移基从氮原子迁移到环的邻位或对位上。例如亚硝基的迁移，它是亲电性的重排反应。仲芳胺的N-亚硝基衍生物用盐酸处理时发生重排，主要生成对位异构产物。

RNNOHClRNHNO

2.7.2.3 羟基的迁移

迁移基团作为亲核性质点带着它原先与支链相结合的电子对，从支链迁移至芳环上，这种重排称为芳香族亲核重排。例如，用稀硫酸作用于苯基羟胺，即发生OH－的迁移，生成了氨基酚。

HNOHH2SO4NH2NH2OHOH

第三章

精细有机合成的工艺学基础

3.1 概

述

精细有机合成的工艺学主要包括以下内容：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、合成技术和完成反应的方法，以得到高质量、高收率的产品。

所谓合成路线，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。例如，在1.6中提到，苯酚的生产可以有好几条合成路线，它们各有忧缺点。关于合成路线将结合具体产品在各单元反应中讨论。

所谓工艺路线，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、冷凝、过滤、干燥等）应采用哪些化工过程（单元操作）、什么设备和什么生产流程等。

所谓反应条件指的是：反应物的分子比、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。

所谓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。

所谓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等。为了完成化工生产，我们必须对所涉及的物料的性质有充分了解。29 各种物料的重要性质主要有：

（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接触的稳定性）等。

（2）熔点（凝固点）、沸点、在不同温度下的蒸汽压；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）比重、折光率、比热、导热系数、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）毒性、对人体的危害，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、包装和储运要求等。

以上性质可以查阅各种有关子册。3.2.1 反应物的摩尔比

反应物的摩尔比指的是加入反应器中的几种反应物之间的摩尔数之比。这个摩尔比可以和化学反应式的摩尔数之比相同，即相当于化学计量比。但是对于大多数有机反应来说，投料的各种反应物的摩尔比并不等于化学计量比。

3.2.2 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叫做“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”。

3.2.3 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叫做“过量百分数”。若以Ne表示过量反应物的摩尔数，Ni表示它与限制反应物完全反应所消耗的摩尔数，则过量百分数为： 3.2.4 转化率（以x表示）

某一种反应物A反应掉的占其向反应器中输入量的百分数叫作反应物A的转化率。

3.2.5 选择性（以s表示）

选择性指的是某一反应物转变成目的产物理论消耗的摩尔数占该反应物在反应中实际消耗掉的总摩尔数的百分数。设反应物A生成目的产物P，Np表示生成目的产物的摩尔数，a，p分别为反应物A和目的产物P的化学计量系效，则选择性为：

3.2.6 理论收率（以y表示）

收率指的是生成的目的产物的摩尔数占输入的反应物理摩尔数的百分数。这个收率又叫做理论收率。

转化率、选择性和理论收率三者之间的关系是：y=s²x。

3.3 化学反应器

3.3.1 概述

化学反应器是反应原料在其中进行化学反应，生成目的产物的设备。化学反应器在结构上和材料上必须满足以下要求：

（1）对反应物料（特别是非均相的气液反应物、液液反应物、气固反应物、液固反应物、气液固三相反应物）提供良好的传质条件，便于控制反应物系的浓度分步，以利于目的反应的顺利进行。

（2）对反应物料（特别是强烈放热或强烈吸热的反应物系）提供良好的传热条件，便于热效应的移除或供给，以利于反应物系的温度控制。

31（3）在反应的温度、压力和介质条件下，具有良好的机械强度和耐腐蚀性能。

（4）能适应反应器的操作方式（间歇操作或连续操作）。3.3.2 间歇操作和连续操作

在反应器中实现一个化学反应可以有两种操作方式，即间歇操作和连续操作。间歇操作是将各种反应原料按一定的顺序加到反应器中，并在一定的温度、压力下经过一定时间完成特定的反应，然后将反应好的物料从反应器中放出。因为反应原料是分批加到反应器中的，所以又叫做“分批操作”。在间歇操作时，反应物的组成随时间而改变。另外，反应物的温度和压力也可以随时间而改变。连续操作是将各种反应原料按一定的比例和恒定的速度连续不断地加入到反应器中，并且从反应器中以恒定的速度连续不断地排出反应产物。在正常操作下，反应器中某一特定部位的反应物料的组成、温度和压力原则上是恒定的。

连续操作比间歇操作有许多优点。第一，连续操作比较容易实现高度自动控制，产品质量稳定；而间歇操作的程序自动控制则相当困难而且费用昂贵，因此间歇操作比连续操作需要较多的劳动，而且反应的效果常常受人的因素影响。第二，连续操作很容易实现缩短反应时间。而间歇操作则需要有加料，调整操作的温度和压力，放料，以及准备下一批投料等辅助操作时间。因此，对于生产规模大、反应时间短的化学过程都尽可能采用连续操作。特别是气相反应和气固相接触催化反应则必须采用连续操作。第三，连续操作容易实现节能。例如从反应器中移出的热量以及热的反应产物在冷却时通过热交换器传出的热量可以用来预热冷的反应原料，或者把热量传递给水以产生水蒸汽。而要把间歇操作组合到节能系统中一般是难于实现的。

但是，间歇操作也有它独特的优点。第一，连续操作的技术开发比间歇操作困难得多。节能和节省劳动力一般是与生产规模成正比例的，对于小规模生产来说，开发一个连续操作常常是不值得的。第二，间歇操作的开工和停工一般比连续操作容易，间歇操作的设备在产量的大小上有较多的伸缩余地，更换产品也有 32 灵活性，而连续操作的设备通常只能生产单一产品。第三，在某些情况下，由于反应原料或产物的物理性质（例如粘稠度和分散状态），或是由于反应条件的控制（例如温度、压力和操作步骤）等因素，难于采用连续操作。例如用固相法生产2,3-酸就必须采用间歇操作。因此，对于多品种、产量小的精细化工产品来说，间歇操作有相当广泛的应用。

3.3.3 间歇操作反应器

液液相或液固相间歇操作的反应器基本上和实验宝的设备相似，所不同的是规模大，制造材料相传热方式不同。这种间歇操作反应器可以是敞口的反应槽（相当于烧杯），也可以是带回流冷凝器的反应锅（相当于四口烧瓶），或者是耐压的高压釜。对于某些物料非常粘稠的液固相反应，则常常采用卧式转筒球磨机式反应器(固相罐)。最常用的传热方式是在锅外安装夹套或在锅内安装蛇形盘管。冷却一般用冷水或冷冻盐水。加热一般用水蒸汽，需要较高温度时（130~260℃）则用耐高温导热油。对于转筒球磨机式反应器（例如苯胺固相焙烘磺化制对氨基苯磺酸，料温约200℃）或其他高温反应过程（例如2-萘磺酸钠的碱熔制2-萘酚，料温28~320℃），还可以采用直接火加热（燃烧煤气、燃料油或煤）或者直接用电热。在个别情况下，也可以直接向反应器中加入碎冰进行冷却（例如重氮化和偶合反应），或者直接通入水蒸汽进行加热（例如某些萘系磺酸的水解反应）。

3.3.4 液相连续反应器

在连续操作的反应器中，有两种极限的流动模型，即“理想混合型”和“理想置换型”。

3.3.4.1 理想混合型反应器

它通常是装有搅拌器和传热装置的反应锅，如图所示。

反应原料连续不断地加入到锅中，在搅拌下在锅内停留一定时间，同时反应产物也连续不断地从锅中流出。这种反应器的特点是：强烈的搅拌产生了反向混合作用（简称返混），即新加入的物料与已存在锅内的物料能瞬间完全混合，所以锅内各处物料的组成和温度都相同，并且等于出口处物料的组成和温度。但是，物料中各个粒子在反应器内的停留时间则并不相同。

锅式连续反应器的主要优点是强烈的搅拌有利于非均相反应物的传质，可加快反应速度。另外，也有利于强烈放热反应的传热，可加大反应锅的生产能力。例如，苯、甲苯和氯苯的一硝化都采用锅式连续反应器。

锅式连续操作也有很多缺点。第一，锅内物料的组成等于出口物料的组成，即其中反应原料的浓度相当低，这就显著影响反应速度。第二，流出的反应产物中也势必残留有一定数量未反应的原料从而影响收率。第三，锅内已经生成的反应产物的浓度相当高，它容易进一步发生连串副反应。例如，苯用混酸的一硝化过程，如果采用单锅连续操作，不仅设备生产能力低，反应产物中含有较多未反应的苯和硝酸，最不利的是产品硝基苯中含有高达2~4%的副产物二硝基苯。因此，单锅连续操作在工业上很少采用。

为了克服这个缺点，一般都采用多锅串联联法，如图所示。

反应原料连续的加到第一个反应锅中，反应物料依次地连续流经第二个（和第三个）反应锅。而反应产物则从最后一个反应锅流出。多锅串联连续操作的特点是：几个反应锅之间并元返混作用，从而大大降低了返混作用的不利影响。因此它具有以下优点：第一个反应锅中反应原料的浓度比较高，反应速度相当快，可大大提高设备的生产能力；每个反应用可以控制不同的反应温度；另外，在最 34 后一个反应锅中，反应原料的浓度已经变得很低，并大大减少反应产物中剩余未反应物的含量，有利于降低原料的消耗定额，并大大减少连串反应副产物的生产量。为了避免原料以短路的方式从各反应锅中流出，可以在锅内安装导流筒，或是将传热蛇管做成导流简的形式，如图所示。

另外也可以把反应器做成U形循环管的形式，如图所示。

3.3.5 气液相反应器

气液相反应主要是利用空气中氧的氧化反应，利用氯气的氯化反应以及用氢气的加氢反应等。大规模生产，一船都采用鼓泡塔式反应器。这类反应器既可以间歇操作，也可以连续操作。在连续操作时,反应气体总是从塔的底部输入，尾气从塔的顶部排出。而液态物料即可以从塔的底部输入，从塔的上部流出（并流法），也可以从塔的上部输入，从塔的底部流出（逆流法），如图所示。

气液相塔式反应器

因为在塔中有一定的返向混合作用，为了减少它的不利影响，并使气液相之间有良好的传质作用，可在塔内装有填料、筛板、泡罩板、各种挡网或挡板等内部构件。为了控制反应温度，可采用内部热交换器或外循环式热交换器。为了避免塔身太高而增加通入气体的压头，也可以来用多塔串联的方式，从每个塔的底部通入反应气体。

当气液相反应速度相当快,热效应相当大时，也可以采用列管式并流反应器（例如高碳烷烃的氯化）或降膜逆流管式反应器（例如十二烷基苯磺化）。

双膜反应器

3.3.6 气固相接触催化反应器

气固相接触催化反应是将反应原料的气态混合物在一定的温度、压力下通过固体催化剂而完成的。这类反应方式在工业上有广泛的应用，它一般都采用连续操作的方式。这类反应器设计的主要问题是传热和催化剂的装卸。这类反应器主要有三种类型，即绝热固定床反应器、列管团定床反应器和流化床反应器。

3.3.6.1 绝热固定床反应器

单层绝热固定床反应器的结构非常简单，如下图所示，它是一个没有传热装置，只装有固体催化剂的容器。反应原料从容器的一端输入，反应产物则从容器的另一端输出。这类反应器的主要优点是设备结构简单，空间利用率高、造价低、36 催化剂装卸容易。但是，在这类反应器中，反应物料和催化剂的温度是变化的。对于放热反应，从进口到出口温度逐渐升高。对于吸热反应，从进口到出口温度逐渐降低。而且反应过程的热效应越大，进出口的温差越大。由于这个特点使得单层绝热固定床反应器只适用于过程热效应不大、反应产物比较稳定、对反应温度变化不太敏感、反应气体温合物中含有大量惰性气体（例如水蒸汽或氮气），一次通过反应器转化率不太高的过程。例如，氯苯的气相水解制苯酚，甲醇的氧化脱氢制甲醛等，另外，单层绝热固定床反应器中的催化剂层不宜太厚，以免进口和出口的温差太大，因此，只适用于反应停留时间短的过程。

单层绝热反应器

当反应的热效应较大时，为了改善反应的温度条件并提高转化率，常常采用多段绝热反应器,如图所示。

CO水蒸汽变换反应装置示意图

为了调整反应温度，可根据过程的特点，选择合适的载体或冷却剂；对于放热反应，可进行原料气的预热（例如，一氧化碳的水蒸汽转变制氢）；对于吸热反应还可以采用外部管式加热炉。

3.3.6.2 列管式固定床反应器

列管式固定床反应器的结构类型很多,最简单的结构类似于单程列管式换热器，如图所示。

列管式固定床反应器

催化剂放在列管内，载热体在管外进行冷却或加热。对于放热反应，可以用熔盐或其它载热体将热效应移出。热的载热体经废热锅炉降温后再返回列管反应器，废热锅炉吸收热量后可产生0.6~2.0MPa的水蒸汽。熔盐是等分子比硝酸钾和亚硝酸钠的混合物，熔点141℃，可在147~540℃操作。它的优点是比热和导热系数大，传热效果好。对于吸热反应，根据所要求的温度，可以用液态或蒸汽态的载热体进行加热。另外也可以用电热或用外部管式炉加热（多段固定床反应器）。

3.3.6.3 流化床反应器

它的基本结构如图所示，主要构件是壳体、气体分布板、热交换器、催化剂回收装置。有时为了减少反向混合并改善流态化质量，还在催化剂床层内附加挡板或挡网等内部构件

流态化的基本原理是：当气体经过分布板以适当速度均匀地通过粉状催化剂床层时，催化剂的颗粒被吹动，漂浮在气体中做不规则的激烈运动，整个床层类似沸腾的液体一样，能够自由运动，所以又叫做沸腾床。

流化床的主要优点是：采用细颗粒催化剂有利于反应气体在催化剂微孔中的内扩散，催化剂表面的利用率高。加强床层的传热，床层温度均匀，可控制在1~3℃的温度差范围内。便于催化剂的再生和更换。制造费用比列管式固定床低得多。流化床反应器广泛用于空气氧化、催化裂化等反应过程。

流化床的主要缺点是，由于返混作用，对于某些反应转化率和选择性不如固定床；催化剂容易磨损流失；不能使用表面型颗粒状催化剂。

流化床反应器

1-加催化剂口，2-预分布器，3-分布板，4-卸催化剂口，5-内部构件，6-热交换器，7-壳体，8-旋风分离器

3.4 精细有机合成中的溶剂效应

3.4.1 概述

3.4.1.1 溶剂对有机反应的影响

溶剂的作用不只是使反应物溶解，更重要的是溶剂可以和反应物发生各种相互作用。如果选择合适的溶剂就可以使主反应显著地加速，并且能有效地抑制副反应。另外，溶剂还和影响反应历程、反应方向相立体化学。因此，了解溶剂的性质、分类以及溶剂和溶质之间的相互作用，并合理地选择溶剂，对于目的反应的顺利完成有重要意义。

3.4.1.2 溶液和溶解作用

溶质溶解于溶剂而形成的均态混合物体系叫做溶液。溶解作用的最古老的经验规则是“相似相溶”。总的来说，一个溶质易溶于化学结构相似的溶剂，而不易溶于化学结构完全不同的溶剂。极性溶质易溶于极性溶剂，非极性溶质易溶于非极性溶剂。但是，也有一些例外，即化学结构相似的组分呈现不溶性，但化学结构不相似的组分却能互相溶解。一般认为与溶解作用有关的因素主要有：

39（1）相同分子之间的引力与不同分子之间的引力的相互关系。（2）由分子的极性所引起的缔合程度。（3）溶剂化作用。（4）溶剂和溶质的分子量。（5）溶剂活性基团的种类和数目 3.4.1.3 溶剂和溶质之间的相互作用力

大量溶剂分子和少量溶质分子之间的相互作用力可以分为三大类：（1）库仑力

即静电吸引力，它包括离子-离子力和离子-偶极力。（2）范德华（Van der Waals）力

亦称内聚力，它包括偶极—偶极力(定向力)、偶极-诱导偶极力（诱导力）和瞬时偶极—诱导偶极力（色散力）。

（3）专一性力

它包括氢键缔合作用、电子对给体/电子对受体相互作用（电荷转移力）。溶剂化作用、离子化作用、离解作用和憎溶剂相互作用等。

第一类和第二类分子间力是普通存在的非专一性力。第三类分子间力是只有在一定结构之间才能发生的、有一定方向的专一性力。

3.4.2 溶剂的分类

溶剂的分类有许多方案，各有一定的用途。3.4.2.1 溶剂按化学结构分类

溶剂按化学结构可以分为无机溶剂和有机溶剂两大类。常用的无机溶剂数量很少。把溶剂按化学结构分类，可以给出某些定性的预示。这就是前面提到的“相似相溶”原则。另外，根据各类溶剂化学反应性的知识，也可以帮助我们合理地选择溶剂，避免在溶质和溶剂之间发生不希望的副反应。

3.4.2.2 溶剂按偶极距μ和介电常数ε分类

偶极矩μ和介电常数ε是表示溶剂极性的两个重要参数，因此这种分类法具有重要实际意义。

1.偶极矩μ

分子中具有永久偶极矩的溶剂叫做“极性”剂。反之，分子中没有永久偶极 40 矩的溶剂则叫做“无极性”或“非极性”溶剂，例如己烷、环己烷、苯、四氯化碳和二硫化碳等。由于没有永久偶极短的溶剂是极少的，因此把偶极矩小于2.5D的非质子弱极性溶剂（例如氯苯和二氯乙烷）也列为非极性溶剂。

偶极矩主要影响在溶质（分子或离子）周围的溶剂分子的定向作用。2.介电常数ε

如果溶剂分子本身没有永久偶极矩，则外电场会使溶剂分子内部分离出电荷而产生诱导偶极。具有永久偶极或诱导偶极的溶剂分子被充电的电容器板强制地形成一个有序排列，从而引起所谓的“极化作用”。极化作用越大,电场强度的下降也越大，即E值越小，介电常数ε越大。因此，介电常数表示溶剂分子本身分离出电荷的能力，或溶剂使它的偶极定向的能力。

3.溶剂极性的本质—溶剂化作用

关于溶剂的“极性”这个术语，直至现在尚未被确切地下定义。关于溶剂的所谓极性，重要的是它的总的溶剂化能力。溶剂化作用指的是每一个被溶解的分子（或离子）被一层或几层溶剂分子或松或紧地包围的现象。溶剂化作用是一种十分复杂的现象，它包括溶剂与溶质之间所有专一性和非专一性相互作用的总和。这样多的溶剂、溶质相互作用，很难用一个简单的物理量来表示。习惯上，常常用偶极矩或介电常数表示。但是这两个物理量都只能反映溶剂的一部分性质或起某种作用。尽管如此，把溶剂按照它们的极性（偶极矩或介电常数）分成几种不同的类型，并分别讨论各类溶剂对溶质分子（或离子）的作用，对于为各种具体反应选择合适的溶剂还是有重要实际意义的。

3.4.3 有机反应中溶剂的使用和选择

3.4.3.1 有机反应对溶剂的要求

在有机反应中溶剂的使用和选样，除了考虑溶剂对主反应的速度、反应历程、反应方向、和立体化学的影响以外，还必须考虑以下因素：

（1）溶剂对反应物和反应产物不发生化学反应，不影响催化剂的活性。溶剂本身在反应条件下及后处理条例下是稳定性。

41（2）溶剂对反应物有较好的溶解性，或者使反应物在溶剂中能良好分散.（3）溶剂容易从反应物中回收，损失少，不影响产品的质量。（4）对溶剂尽可能不需要太高的技术安全措施。（5）溶剂的毒性小，含溶剂的废水容易处理。（6）溶剂的价格便宜、供应方便。3.4.3.2 各类反应的适用溶剂 1.硝化

混酸硝化：二氯甲烷、二氯乙烷； 稀硝酸硝化：氯苯、邻二氯苯； 均相硝化：浓硫酸、醋酸、过量浓硝酸； 2.磺化

溶剂磺化：乙酸、三氯甲烷、四氯化碳

三氧化硫或氯磺酸磺化：1,2-二氯乙烷、1,1,1-三氯乙烷、邻二氯苯、三氯苯、硝基苯；

焙烘磺化：邻二氯苯、三氯苯 恒沸去水磺化：邻二氯苯、煤油 3.卤化

非水介质：浓硫酸、氯磺酸、三氯化磷、三氯氧磷、四氯化钛、四氯化碳、二氯乙烷、氯苯、邻二氯苯、醋酸

水介质：氯苯、邻二氯苯、硝基苯等 4.催化加氢

低碳醇、乙酸乙酯、乙酸、丙酮、水、二氧六环、烃类 5.氧化

浓硫酸、乙酸、水、二氧六环、石油醚、硝基苯、吡啶 6.Friedel-Crafts反应

溶剂法：二氯乙烷、四氯乙烷、1,1,1-三氯乙烷、二硫化碳、石油醚、环丁 42 砜、过量的液态反应组分

熔融法：ALCl3-NaCl、AlCl3-NaCl-H2NCONH2

3.5 气固相接触催化

3.5.1 概述

气固相接触催化反应是将气态反应物在一定的温度、压力下连续地通过固体催化剂的表面而完成的。这种反应方式可应用于许多单元反应。

固体催化剂通常是由主要催化活性物质、助催化剂和载体所组成。有时为了便于制成所需要的形状或改善催化剂的机械强度或孔隙结构，在制备催化剂时还加入成型剂或造孔物质。

固体催化剂按照粒度可以分为颗粒状和粉末状两种类型。颗粒状催化剂用于固定床反应器，粉末状催化剂用于流化床反应器。

固体催化剂按照表面积又可以分为高比表面型和低比表面型两类。催化剂的表面包括外表面和孔隙中的内表面两部分。每克催化剂的总表面积叫做比表面,它的单位是m2/g。

固体催化剂的密度（s/mL）用视比重来表示。它是把一定重量的催化剂放在量筒中，直接观测其体积而算得的。

关于固体催化剂的作用，虽然已经提出不少催化理论，但是还没有一个理论能全面地、完善地解释所有各种接触催化反应的机理。最常用的理论是活性中心理论、活化组合物学说和多位（活化络合物）学说等。这些学说的要点是催化剂的表面只有一小部分特定的部位能起催化作用，这些部位叫做活性中心。反应物分子的特定基团在活性中心发生化学吸附，形成活化络合物。然后活化络合物再与另一个或另一种未被吸附的反应物分子相作用，生成目的产物。或者是两种反应物分子分别被两个相邻的不同的活性中心所吸附分别生成活化络合物，然后两个活化络合物相互作用而生成目的产物。由于活性中心的特殊性，所以一种优良的催化剂可以只对某一类甚至某一个具体反应具有良好的催化作用，即对目的反应具有良好的选择性。

3.5.2 催化剂的选择性、活性和寿命

3.5.2.1 催化剂的选择性

它指的是特定催化剂专门对某一化学反应起加速作用的性能。其选择性也是用某一反应物通过催化剂后转变为目的产物时理论消耗的摩尔数占该反应物在反应中实际消耗掉的总摩尔数百分数来表示，催化剂的选择性与催化剂的组成、制法和反应条件等因素有关。

3.5.2.2 催化剂的活性

在工业上，催化剂的活性通常用单位体积（或单位重量）催化剂在特定反应条件下，在单位时间内所得到的目的产物的重量来表示。对于某些催化反应，工业催化剂的活性还使用在特定的气体时空速度下，反应物的转化率或目的产物的收率来表示。

3.5.2.3 催化剂的寿命

它指的是催化剂在工业反应器中使用的总时间。催化剂在使用过程中，由于温度、压力、气氛、毒物的影响，以及焦油或积碳的生成等因索，都会或多或少地使催化剂发生某些物理的或化学的变化，例如熔结、粉化以及结晶结构或比表面的变化等，这些都会影响催化剂中的活性中心，从而影响催化剂的活性和选择性。当催化剂的活性和选择性下降到一定程度，并且不能设法恢复其活性时，就需要更换催化剂。工业催化剂的寿命与反应类型、催化剂的组成和制法等因素有关。有些催化剂的寿命可长达数年，有的催化剂寿命只有几小时。

催化剂使用一定时间后，因活性下降，需要活化再生，这个使用时间叫作催化剂的活化周期。

3.5.3 催化剂的组成

3.5.3.1 催化活性物质

它指的是对目的反应具有良好催化活性的成分。对于具体反应，其催化活性物质是通过大量实验筛选出来的。它通常是单一成分或二到三种成分。例如，对于强氧化反应的催化剂，其活性组分通常都是五氧化二钒。

3.5.3.2 助催化剂

它是本身没有催化活性或催化活性很小但是能提高催化活性物质的活性、选择性或稳定性的成分。在催化剂中通常都含有适量的助催化剂。助催化剂主要是在高温下稳定的各种金属氧化物、非金属氧化物、金属盐和金属元素。

3.5.3.3 载体

载体是催化活性组分和助催化剂的支持物、粘结物或分散体。由于使用载体、在催化剂中催化活性组分和助催化剂的含量可以很低。载体的机械作用是增加催化活性组分的比表面，抑制微晶增长，从而延长催化剂的寿命，使催化剂具有足够的空袭度、机械强度（硬度、耐磨性、耐压强度等）、热稳定性、比热和导热率等。另外，有些载体还常常与催化活性组分发生某种化学作用，改变了催化活性组分的化学组成和结构，从而改善了催化剂的活性和选择性。因此，在制备催化剂时载体的选择也是很重要的。

3.5.4 催化剂的毒物、中毒和再生

催化剂因微量外来物质的影响，使其活性和选择性下降的现象叫做催化剂的中毒。微量外来物质叫作催化剂的毒物。

3.5.4.1 催化剂的毒物

在工业生产中，催化剂的毒物通常来自反应原料。有时毒物也可能是在催化剂制备过程中混入的，或者是来自其它污染源。由于中毒作用通常发生在催化活性组分表面的活性中心上，所以微量毒物就能引起催化剂活性显著下降。

3.5.4.2 催化剂的中毒

中毒是由于毒物与催化活性组分发生了某种作用，因而破坏或遮盖了活性中心所造成的。毒物在活性中心吸附较弱或化合较弱，可以用简单的方法使催化剂恢复活性的中毒现象叫作“可逆中毒”或“暂时中毒”。毒物与活性中心结合很强，不能用一般方法将毒物除去的中毒现象叫作“不可逆中毒”或“永久中毒”。催化剂暂时中毒，可设法再生。催化剂永久中毒后，就需要更换新鲜催化剂。

3.5.4.3 催化剂中毒的预防和再生

为了避免催化剂的中毒，一种新型催化剂在投入生产使用前，都应指出哪些是毒物，以及这些毒物在反应原料中的最高允许含量。当原料中有害物质的含量超过规定时，必须对原料进行精制，或换用其他原料。催化剂暂时中毒可设法再生。再生的方法通常是用空气、水蒸汽或氯气在一定温度下通过催化剂以除去积碳、焦油物或硫化氢等毒物。当催化剂活性下降很慢，使用较长时间才需要进行再生时，再生过程可以就在反应器中进行。

3.5.5 催化剂的制备

一种优良的催化剂一般应具备以下性能。

（1）活性高、选择性好、对热和毒物稳定、使用寿命长、容易再生。（2）机械强度和导热性好。

（3）具有合适的宏观结构。例如，比表面、孔隙度、孔径分布、颗粒度和微晶结构等。这种宏观结构既要提供足够的催化表面，又要能使反应物和产物在反应过程中顺利扩散。

(4)制备简便、价格便宜。

控制备催化剂时，常常使用一系列化学的、物理的和机械的专门处理。应该指出，一种催化剂尽管组分和含量完全相同，但是只要在处理细节上稍有差异，就可能因催化剂的微观结构不同，而导致其催化性能有很大的差异，甚致不符合使用要求。因此，催化剂的制备细节都是严格保密的。

3.6 相转移催化

3.6.1 概述

发生双分子反应的最起码条件是两个反应物分子之间必须发生碰撞。如果两个分子不能披此靠扰，那么不管其中一种分子的能量有多大，它也不能和另一种分子发生反应。例如，溴辛烷与氰化钠在一起共热两星期，也不发生反应。这是因为氰化钠完全不溶于溴辛烷的缘故。对于无机盐与有机物的反应，传统的解决办法是使用既具有亲油性，又具有亲水性的溶剂。例如，甲醇、乙醇、丙酮、二氧六环等。但是这也有一定的困难，即无机盐在这些溶剂中的溶解度很小，而有

机物又常常难溶于水。后来发现非质子极性溶剂对无机盐有一定的溶解度，它能使二元盐中的阳离子专一性溶剂化，从而使阴离子成为高活性的裸阴离子，对于亲核取代反应是良好的溶剂。但是使用这类溶剂也有缺点。主要是价格贵、难于精制和干燥、不易长期保存在无水状态、有时少量水会对反应产生干扰、反应后难回收、有毒和操作不便。

为此，在60年代末又发展了一种“相转移催化”有机合成新方法。它的优点是：第一，可以不用上述特殊溶剂，并且常常不要求无水操作。第二，由于相转移催化剂（PTC）的存在，使需要参加反应的阴离子具有较高的反应活性，从而降低反应温度、缩短反应时间、简化工艺过程、提高产品的收率和质量、并减少三废。第三，具有通用性，可广泛应用于许多单元反应。相转移催化化的缺点是相转移催化剂价格较贵，只有在使用相转移催化法能显著提高收率、改善产品质量、取得较好经济效益时，才具有工业应用价值。尽管如此，它在工业上已取得许多有价值的成果。

3.6.2 相转移催化剂

相转移催化剂至少要能满足以下两个基本要求：一个是能将所需要的离子从水相或固相转移到有机相；另一个是要有利于该离子的迅速反应。

当然，一种具有工业使用价值的相转移催化剂还必须具备以下条件：（1）用量少，效率高，自身不会发生不可逆的反应而消耗掉，或者在过程中失去转移特定离子的能力。

（2）制备不太困难，价格合理。（3）毒性小，可用于多种反应。3.6.3 相转移催化的应用

根据相转移催化原理可以看出，凡是能与相转移催化剂形成可溶于有机相的离子对的多种类型化合物，均可采用相转移催化法进行反应。现在它己用于许多单元反应，实例很多。

3.6.5.1 二卤卡宾的产生和应用

二氯卡宾(∶CCl2)又名二氯碳烯或二氯亚甲基，它的碳原子周围只有六个电子，是一个非常活泼的缺电子试剂，容易发生各种加成反应。但二氯卡宾极易水解，在水中的生存期不到1秒。产生二氯卡宾的传统方法要求绝对无水和其他很不方便的条件。而在相转移催化剂的存在下，则可以由氯伤与氢氧化钠浓溶液相作用而产生稳定的二氯卡宾，其反应历程大致如下。

水相界面有机相Q XQ CCl3Q ClNaOH2Q OHNa ClH2OQ OHHCCl3氯仿CCl2二氯卡宾

由氯仿生成二氯卡宾的反应历程

即在水相中季铵盐Q+Xˉ与NaOH作用，生成季铵碱离子对Q+OHˉ，它被萃取到有机相，与氯仿作用而生成二氯卡宾。在有机相中二氯卡宾水解很慢。因为有机相中二氯卡宾与三氯甲基季铵盐处于一个平衡体系中，如果二氯卡宾不发生进一步反应，它在有机相中仍能保持原有活性达数日之久。当有机相中存在有烯烃、芳环、碳环、醇、酚、醛、胺、酰胺等试剂时，就可以发生加成反应而生成多种类型的化合物。

3.6.5.2 O-烃化（醚类的合成）

对硝基苯乙醚是由对硝基氯苯与氢氧化钠的乙醇溶液相作用而制得的。其反应式如下：

CH3CH2OHNaOHCH3CH2ONaH2OO2NClCH3CH2ONaO2NOCH2CH3NaCl

按老工艺不加相转移催化剂，O-芳基化反应（烷氧基化反应）要在压热釜中加热几十小时，对-硝基氯苯的转化率只有75%，要用减压蒸馏法回收未反应的对硝基氯苯，能耗大，另外，还有水解副反应，生成对-硝基酚钠，废液多。

按消耗的对-硝基氯苯计，对-硝基苯乙醚的收率只有85~88%。

加入相转移催化剂，在常温、常压下只需几个小时，对-硝基氯苯的转化率即达到99%以上，对-硝基苯乙醚的收率可达92~94%，纯度达99%以上。显然，这是因为相转移催化剂季铵盐Q+X-将原来难溶于对-硝基氯苯的乙醇钠转变为易溶于对-硝基氯苯和对-硝基苯乙醚的Q+C2H5O-离子对的缘故。

3.6.5.3 O-酰基化反应（酯类的合成）

例如从二乙氧基硫代磷酰氯与对-硝基苯酚钠在甲苯-氢氧化钠水介质中制备乙基对硫磷（有机磷杀虫剂）时：

SC2H5OPClOC2H5NaONO2O-酰化SC2H5OPO乙基对硫磷NO2NaClOC2H5

如果不加入相转移催化剂，反应速度很慢，而且有水解副反应。但是，只要加入很少量的三甲胺或季铵盐，在25~40℃反应1小时，对硫磷的收率可达95~99.5%。显然，在这里季铵盐Q+X-的作用是将不溶于甲苯的对硝基酚钠离子对转变成易溶于甲苯的Q+-OC6H4NO2离子对的缘故。

3.6.5.4 氰离子的亲核取代

例如，从对氯氯苄与氰化钠作用制备对氯苄氰（农药中间体）时由于采用相转移催化剂，可以不用非质子极性有机溶剂，并且可缩短反应时间，收率可达94~96%。

ClCH2ClNaCNClCH2CNNaCl3.6.6 液、固、液三相相转移催化

考虑到相转移催化剂价格贵，难回收，又发展了固体相转移催化剂。它是将季铵盐、季鏻盐、冠醚或开链聚醚连接到聚合物上而得到的不溶于水和一般有机溶剂的固态相转移催化剂。相转移催化反应在水相、固体催化剂和有机相这三相之间进行。所以这类催化剂又叫做“三相催化剂”。它的优点是：操作简便、反应后容易分离，催化剂可定量回收。另外，这种方法所需费用和能源都很低，并 49 适用于自动化连续生产。60年代这种催化剂已成功地用于合成氰醇、氰乙基化和安息香缩合等反应。已引起工业界的极大兴趣。另外，这种催化剂还可用于氨基酸立体异构体的分离，手征性冠醚聚合物催化剂适用于不对称合成。

3.7 均相络合催化

均相络合催化指的是用可溶性过渡金属络合物作为催化剂，在液相对有机反应进行均相催化的方法。这种方法在工业上有重要应用。1977年，美国利用均相络合催化大约生产了900万吨有机化学品，并相继建立了约24个重要工业过程。

3.7.1

过渡金属化学

3.7.1.1 过渡金属的特点

最常用的过渡金属主要有铜组的钛Ti、钒V、铬Cr、锰Mn、铁Fe、钴Co、镍Ni、铜Cu；银组的钼Mo、钌Ru、铹Rh、钯Pd、银Ag；金组的钨W、铱Ir、铂Pt等。典型的过渡金属原子都具有在几何形状上和能量特征上适于成键的1个s轨道、3个p轨道和5个d轨道。在特殊情况下，这9个轨道可以和9个配位体成键。例如，铼的络合物ReH7[P(C2H6)2(C6H5)]2，它具有7个Re-H共价键和两个Re-P配位键。在这里，铼原子一共和9个配位体成链。

3.7.1.2 18电子规则

如果过渡金属原子的9个可能成键的轨道都是充满的，即外层轨道上的总电子数是18，则表明这个络合物是饱和的，稳定的，它不能再与另外的配位体络合。这时配位体的取代反应要允许从18电子络合物上解离下来一个给电子配位体，生成一个16电子的“配位不饱和”型络合物，这种络合物可以再和其他配位体结合，又生成饱和的18电子络合物。这就是18电子规则。当然，在均相络合催化反应中，并不总是需要经过18电子络合物。

3.7.1.3 配位体

建构化学基本观念 分析工艺流程 篇6

仔细分析近三年的高考试题和各市模拟试题中的工艺流程题，一般流程大多为物质的制备，即为从原料经过预处理，再进行一系列化学反应和操作得到产品，其工艺生产的主要理念体现在原料如何转变为产品以及产品的纯度和产率上，同时兼顾环保，减少环境污染，降低生产成本等。

一、基本观念的制定

要建构化学基本观念进行工艺流程题的教学，这就要求教师要理清具体知识与基本观念之间的内在联系，识别出需要学生深刻理解的可迁移的关键性内容，为教学设计提供主要线索和支撑点。工艺流程中的基本观念主要有元素观、变化观和化学价值观等，因此制定的教学目标要能体现教学内容的基本观念。概括起来，可以通过“原料和产品中的元素对比确定杂质”帮助学生建构元素观；通过“除杂过程”和“将原料中的有用成分转化为产品”帮助学生建构变化观；并使得学生从中感受化学在生产中的价值，从而建构化学价值观。通过观念的建构，可以把学生的思维从具体知识扩展到更广阔的情境中进行理解，深入理解观念并运用观念进行解题。

二、基本观念的形成

化学基本观念的形成过程并不是一撮而就的，而是一个学习者主动参与、积极思维的过程。通过深刻理解和掌握相关的化学知识和核心概念，并不断反思概括提炼而成的。首先，通过对具体知识的深入思考，形成一定程度的基本理解，基本理解是基本观念在认知层面的具体表达，是期望学生在学习活动中逐渐形成的基本认识，是对具体事实和核心概念的本质的深刻理解。在工艺流程中，基本理解主要包括：由原料制得产品，根据元素守恒确定杂质并除去，再使得原料中的有用成分通过一系列化学反应转化为产品，之间过程就是围绕产品的纯度和产率展开，纯度主要通过流程中除杂过程和设施等条件来控制，产率则主要通过一些反应原理和所加试剂的量等条件加以控制。当遇到新的事实或情境时，学生就会通过基本理解与之相联系，从而深入理解观念并逐渐加深对观念的理解力。其次，问题是思维的源泉，更是思维的动力，以问题为出发点设计教学活动时，能有效地促进学生深层次的认知参与和积极的情感体验。活动是促进学生形成基本观念的主要途径，活动的目的是使学生建构起以具体知识为基础而又超越具体知识的观念体系。活动可以是从具体知识入手，学生在理解大量具体知识的基础上建构起核心的化学观念，也可以是从上位的基本观念开始，使学生在不同的情境中接触具体的事例，从而建构起稳固的基本观念。在工艺流程中，活动的设计可以一种方案实施，通过问题链的设置，促进并加深学生对所学内容的基本理解和观念建构。（1）根据原料和产品中的元素对比确定原料中的杂质是什么？（2）根据流程图中的提示除去杂质的试剂和操作有哪些？（3）原料中的有用成分是如何转化为产品的？（4）例2除杂后所得FeSO4溶液制得FeSO4·7H2O晶体的具体操作是什么？（5）过滤所得FeSO4·7H2O晶体是否纯净，从产率的角度思考如何操作？

通过这些问题的设置，直接体现出了工艺流程的基本观念，为学生的思维过程指明了方向，并充分调动学生的学习主动性，积极参与小组合作讨论，在问题解决的探究活动中发展学生的思维，使学生在逐渐形成基本观念的过程中得到不同的发展。

三、基本观念的反思

运用“观念建构”的教学更关注的是以具体性知识为载体和工具来帮助学生建构化学基本概念。用“观念建构”的思想分析具体性知识既有利于深刻理解各知识的内在联系，又有利于促进知识的迁移，增强学生对“观念”形成更深层次的理解。所以在学生形成基本观念并有了一定认识之后，可引导学生进行归纳、总结、反思。如物质制备的过程中思考的问题有哪些，解决问题的思路、方法及步骤是怎样的，对基本理解的认识有哪些提升等等。通过这样的反思交流，学生的思想得到碰撞、观念得到提升。培养学生形成正确的化学基本观念，将对学生终生学习和后续发展发挥着重要的作用。然而工艺流程题是一种综合性很强知识面很广的试题，在运用“观念建构”的教学中并未涉及到化学基本实验操作及技能，如沉淀的洗涤，如何检验沉淀是否洗涤干净等。

丙烯化学制取工艺的探讨 篇7

关键词：丙烯,化学制取,应用

当今世界经济快速发展走向全球化的同时, 人类社会不断呼吁提倡低碳生活, 并在全球掀起了一股浪潮。低碳烯烃之一的丙烯是化学工业中重要的基本有机化工原料。随着石油的开采, 存储量不断减少、国际原油价格不断上涨、丙烯的生产成本逐渐升高, 一定程度上制约了丙烯工业的发展。随着工业化生产对丙烯的需求量逐渐上升, 以天然气或煤资源生成甲醇再制取丙烯的生产方式备受人们的重视。随着聚丙烯等下游产品需求的快速增长, 以及以乙烷为原料的新建乙烯生产装置比例的增加, 丙烯资源供应逐渐呈现出紧张态势。同时, 以丙烯为目的产物的生产技术研究越来越活跃, 丙烯生产技术也成为当前炼油和化工重点研究方向之一。

一、丙烯化学制取技术的市场前景及可行性分析

当今全球市场, 一方面是烯烃需求大大超过甲醇, 丙烯需求增长明显高于乙烯。由于丙烯的生产技术已不能满足丙烯的市场需求, 需要探索新的丙烯生产途径;另一方面是大规模甲醇装置的高速建设强烈需要寻求产品的出路。在甲醇上游供应挤压和丙烯下游需求拉动的共同作用下, 甲醇制丙烯技术发展前景看好。以天然气为原料的甲醇制丙烯技术可以从烯烃原料结构上实施调整, 拓宽丙烯原料来源, 降低由于石油资源紧张、油价上涨带来的风险。

地球上的天然气资源存储相对石油丰富, 但由于地域性和自然性, 开采和利用率和范围难度较大, 目前天然气的大规模利用还受到一定的限制, 导致实际的开发与利用还比较缓慢。随着科学技术的不断完善, 以天然气为原料制作甲醇的装置规模趋于大型化, 这将促进甲醇向下游较大消费市场发展与延伸。目前甲醇主要用来生产甲醛、甲基叔丁基醚 (MTBE) 、醋酸、甲基丙烯酸甲酯 (MMA) 等。这些产品对甲醇的需求增长低于甲醇生产能力的增长, 大规模甲醇装置的产品强烈需要寻求出路, 由于全球市场对于烯烃的需求大大超过甲醇, 烯烃生产可成为甲醇新的重要出路。化学工业需水量较大, 以天然气为原料的生产废水回收利用成本较低, 以煤为原料的生产废水回收利用成本较高, 需要的水资源更多, 水资源的可获得性是项目必须首先考虑的问题。

二、提高丙烯制取技术效率的主要途径及创新

1. 烯烃歧化制丙烯的生产技术。

烯烃歧化技术是多年前开发成功的, 是一种通过烯烃碳-碳双键断裂并重新转换为烯烃产物的催化反应, 目前以乙烯和2-丁烯为原料歧化为丙烯的生产技术研究较为活跃。可应用于石脑油蒸汽裂解装置增产丙烯, 投资增加不多, 即可提高石脑油裂解装置的丙烯/乙烯产量比, 但缺点是每生产1t丙烯, 要消耗掉0.42t乙烯, 因此只有在丙烯价格高于乙烯价格、乙烯产量过剩时才是经济可行的。

2. 低碳烯烃裂解制丙烯技术。

烯烃裂解工艺, 从投资费用、生产成本与综合收益来看, 均是最具吸引力的技术。随着我国一批大型乙烯裂解装置的扩建与新建, C4+烯烃资源越来越丰富, 对开发出自主知识产权的烯烃裂解技术, 解决C4+烯烃副产、增产高附加值丙烯需求迫切。

3. FCC生产技术。

全球FCC装置生产丙烯的能力约750Mt/a, 通过调整原料品种、催化剂、工况和操作条件来增产丙烯的发展潜力非常大, 国内外许多公司都在积极开展这方面的研究。运用该项技术, 丙烯的产量比传统FCC高2～4倍, 在提高油品质量的同时, 为下游提供更多的低碳烯烃, 具有良好的市场前景。

4. 甲醇制烯烃技术。

甲醇生产烯烃 (MTO工艺) 或以甲醇生产丙烯 (MTP工艺) 的技术可作为以石油为原料生产烯烃的替代或补充。与石脑油或乙烷裂解相比, 当原油价格高于16美元/bbl或乙烷价格高于3美元/MBtu时, MTO可以提供较低的生产成本和较高的投资回报。

5. 丙烷脱氢制丙烯技术。

丙烷脱氢是强吸热过程, 可在高温和相对低压下获得合理的丙烯收率。与其它生产技术相比, 获得同等规模的丙烯产量, 丙烷脱氢技术的基建投资相对较低, 目前的经济规模约是250kt/a。我国目前尚不具备建设丙烷脱氢厂的条件, 对这方面的研究, 可作为一定的技术储备。

6. 烯烃生产技术的新进展。

烯烃裂解技术与石脑油蒸汽裂解工艺组合。烯烃裂解装置 (如OCP工艺) 的进料可以是石脑油裂解、FCC、焦化、MTO等副产的C4-8烯烃混合物, 而且烯烃裂解产生的C4-8蒸汽可以?环进裂解炉进一步反应。OCP装置每生产1t丙烯可联产0.25t乙烯, 当它与石脑油蒸汽裂解装置一体化建设, 能大大降低投资和运行费用, 减少C4+副产, 多产30%的丙烯。烯烃裂解工艺与MTO组合。MTO的特点是每生产1t乙烯和丙烯, 仅产出0.2tC4+副产品, 如果再增加一套OCP装置转化较重的烯烃, 乙烯与丙烯收率可提高20%, 达到85%～90%, 丙烯与乙烯产量比增至1.75, C4+副产品几乎减少80%。通过优化MTO催化剂和MTO与烯烃裂解工艺的结合, 丙烯与乙烯比可达到2.0以上。

结语

目前, 国内外丙烯的化学制取技术要实现快速化、科学化、工业化, 还需要加速完善其动力学研究、化学研究、制备及改进、烯烃分离回收技术等方面。在改进丙烯的化学制取技术时, 要不断消化吸收国外先进研究成果, 同时还要根据我国的国情, 结合自身的现实情况, 进一步拓宽视野, 利用境外丰富的天然气资源发展甲醇制丙烯技术。

参考文献

[1]朱明慧:国外丙烯生产技术最新进展及技术经济比较[J]。国际石油经济, 2006。

化学工艺学 篇8

1 化学动力学分析与化工工艺

在工艺学的教学中十分重要的一个方面就是化学动力学分析, 它也是工艺理论分析的一个重要基础。在研究化学动力学的时候, 可以了解到在对主反应的速率进行提高的时候, 如何对反应条件进行控制, 实现产物产量增加的目的;同时在对减少原料消耗的时候, 可以了解到如何对副反应的速率进行抑制或者减慢, 对分离操作的负担进行减轻, 实现产品产量提高的目的。最后, 动力学还可以让人们理解到如何对危险品的爆炸进行避免, 并且在防止材料腐蚀、成品老化以及变质等情况进行抑制。

2 化学动力学分析与化学热力学分析

化学动力学和热力学并不是独立的两个方面, 它们是相辅相成的, 主要也是从这两个方面来对问题进行分析。比如, 一种化学反应是未知的, 按照热力学来进行计算是存在着可能的, 但是在具体进行时却有着很小的速率, 因此无法在工业上实现。在这种情况下, 就可以利用动力学来进行研究, 对它的反应阻力进行降低, 加快它的反映速率, 对它的平衡时间进行缩短或者接近。如果经过热力学来进行研究, 发现这种反应是不可能的, 那么即使采用何种方法也不可能对它的速率进行加快, 因为如果没有推动力, 阻力降低到最小也是不可能的。

3 化学动力学分析

化学动力学的最终目的就是对化学反应过程进行有效的控制, 满足生产的相关需求, 基本任务包括两个方面, 一是对反应机理进行研究, 二是对化学反应的速率以及其他因素对化学反应速率影响的研究, 在通常情况下, 主要有浓度、温度、压力以及催化剂等因素会影响到化学反应速率, 化学动力学分析就是为了对这两个任务进行确定, 然后将最合适的反应条件提供给生产。

反应机理与动力学方程:反应机理就是反应历程, 指的是反应按什么途径, 这个过程中出现了哪些步骤等等。通过对反应机理进行研究, 我们可以对决定反应速率的关键步骤进行确定, 从而实现对副反应进行抑制、对主反应进行加快的作用。动力学方程式通过数学式将各种因素对反应速率的影响给定量表示出来。通过相关的试验证明, 完成一个化学反应需要很多的步骤, 一步是远远不够的。如果反应只需要一步, 这种反应被人们称为基元反应, 但是大部分的化学反应都不是基元反应, 质量作用定律也不能直接应用到速率方程式中。在理论层面上来讲, 要想将反应机理确定出来, 就需要进行相关的试验, 然后这个反应的速率方程就可以依据试验过程中最慢的一步基元反应来确定下来。但是, 在目前, 还难以确定出它的反应机理, 因此, 往往通过试验对它的反应级数进行测定之后, 就可以将这个反应的速率方程给直接写出来。

影响化学反应速率的因素:温度会对反应速率进行直接的影响, 依据动力学方程式Ra=kccAVACBVB我们可以了解到, 速率常数以及反应物的浓度会对反应速率起到决定性的影响;而温度会对动力学方程式中的反应速率常数k值产生影响, 也就是说, 温度会对反应速率产生影响。

活化能:活化能的意思就是激发反应物分子, 让其达到活化状态时所需要的能量。我们可以了解到, 进行化学反应难易程度的一个很重要标志就是活化能的大小。越高的活化能, 越难以进行化学反应, 相反, 活化能越低, 越容易进行相关的化学反应;同时反应速率对温度的敏感程度也受到活化能的决定性影响。如果温度是相同的, 那么反应速率常数与活化能呈反比的关系, 也就是说越小的活化能, 有着越大的速率常数, 并且有着越快的反应速率。如果是不同的反应, 活化能越小, 速率常数随温度的变化率就越小。

4 化学动力学分析在化工工艺学中的应用

主反应在热力学上占劣势的动力学分析:如果主反应比副反应在热力学上占劣势, 那么为了克服其在热力学上的劣势, 就需要让主反应在动力学上占优势, 只有这样, 才可以有效的实现工业化。比如, 通过化学热力学来对烃类热裂解过程进行分析, 我们可以了解到在热力学方面, 主反应要比副反应占劣势, 那么在动力学方面, 就需要让主反应占优势。因为主反应的活化能要大于副反应的活化能, 所以, 对温度进行升高, 那么主反应速率增加的倍数就比副反应速率增加的倍数大, 然后在一定的时间范围内限定反应, 充分进行主反应, 避免进行副反应, 或者减少副反应的进行, 这样在动力学上主反应就占有优势。

通过化学动力学对原料的反应性进行分析和判断:如果化学反应十分的复杂, 反应混合物中很多的组分都有可能生成目的产物, 那么在对反应混合物中各组分反应性进行判断的时候从动力学的角度来进行, 就可以有效的选择出合适的原料。比如, 烃类热裂解过程中, 原料作为混合物, 十分的复杂, 那么在分析的时候, 就从动力学方面来进行, 烷烃的裂解反应性要强于环烷烃, 因此, 最合适的裂解原料就是烷烃。

确定合适的操作温度:在催化反应中, 确定完催化剂之后, 就需要对温度产生足够的重视。在动力学方面, 主要是让主反应速率的增加倍数比副反应速率增加的倍数大, 使目的产物的数量最多, 同时, 对催化剂的活性温度范围进行考虑, 选择科学合理的操作温度。

确定合适的操作压力:如果化学反应中有气相物质加入, 那么速率常数是不会因为压力而发生改变的, 但是反应速率的大小却会受到浓度的影响;如果在同一个反应中, 要想提高反应速率, 采用降低压力的方法是行不通的, 不同的反应有着不同的动力学级数, 压力的改变对其速率的相对变化的改变级数是不同的。

5 结束语

在化工工艺学中对问题进行分析时, 很重要的一个方面就是化学动力学分析, 通过化学热力学分析和化学动力学进行分析, 我们就可以选择出合适的操作条件。本文简单介绍了化学动力学分析和化学热力学分析, 然后重点探讨了化学动力学分析在化工工艺学中的应用, 希望可以提供一些有价值的参考意见。

摘要：化学动力学就是对化学反应的速率和反应机理进行研究的科学。本文简要探讨了化学动力学分析在化工工艺学中的应用, 希望可以提供一些有价值的参考意见。

关键词：化学动力学,化学工艺,应用分析

参考文献

[1]牛治刚, 韩波, 韩腾.浅析化学动力学分析在化工工艺学中的应用[J].山东化工, 2012, 41 (5) :82-85

化学工艺学 篇9

在19世纪初, 化学工业就已经形成了隶属于资金和知识密集型的行业。随着信息和技术的飞速发展, 化学工业由最初只能生产少数无机产品和有机产品的行业, 渐渐地发展成一个能有效利用天然资源、规模庞大、多行业、高产量的一大工业门类。化学工业的发展与人类生活息息相关, 化工生产过程同时也给人们的生活环境带来了巨大的影响, 当下解决化工生产过程所带来的环境问题和能源消耗问题迫在眉睫, 绿色化学化工也应运而生。近年来, 提出的绿色化学化工在化工生产过程中采用环保与资源可持续发展的理念, 降低了原料的成本, 减少了废弃物的排放等不良影响。

1 绿色化学化工

1.1 概念

绿色化学又称为环境无害化学, 是利用化学来防止污染的一门科学。其研究的目的是通过利用一系列的原理与方法来降低或除去化学产品设计、制造与应用中有害物质的使用与产生, 使化学产品或过程的设计更加环保化。绿色化学包括所有可以降低对人类健康产生负面影响的化学方法和技术, 在此基础上产生的无害化工过程, 被称为绿色化工[1]。

1.2 基本原则

绿色化学化工在世界范围内的原则相对一体, 主要涵盖下列几方面。

(1) 在反应过程的源头上减少甚至根除废弃物的产生, 而不是在废弃物产生之后再对其进行净化处理。

(2) 产品进行设计时, 尽量做到原料利用率最大化。

(3) 产品进行分析时, 在考虑生产效率的同时使原料和产品的毒性降低。

(4) 对于析出剂和溶剂等辅助物, 尽量少用或选择使用无害产品。

(5) 减少生产过程中能量的损耗及其对环境的影响。

(6) 除了考虑经济和技术的因素, 生产原料尽量选择可回收的加工原料。

(7) 尽量避免生产过程中产生不必要的化学衍生物。

(8) 所选的催化剂应更符合化学计量。

(9) 危险物产生之前进行检测并控制。

2 绿色化学工程与工艺的发展现状

传统化学工程与工艺在处理有毒污染物方面的滞后性较强, 其一般方法是在污染物产生后才采取措施对其进行处理, 不但没有做到对污染物进行根除, 还提高了处理成本及时间。20世纪末期, 人们开始留意到可以通过化学方式减少化学污染, 这种方式很快在西方国家推广起来, 美国1990年污染防治法案的颁布开始了绿色化学化工的研究。此外, 欧盟和日本等国家也都非常重视绿色化学化工的发展, 并采取各种形式来推动无污染化学这一产业的发展。中国也十分重视这一行业动态, 1995年确定了《绿色化学与技术》院士咨询课题, 1997年召开了“可持续发展问题对于科学的挑战及绿色化学”研讨会, 积极推动相关研究和产业的发展[2]。

2.1 采用绿色能源

化工生产过程中的生产原料对生产过程和工艺有一定的影响。绿色化学化工采用无毒无害的原料, 在开车阶段防止了废弃物的产生, 而不是传统化学工程与工艺中在废弃物产生之后再进行处理。原料的是否可再生成为绿色化学工程与工艺的重点研发项目, 选取类似自然物质这一类可再生且无污染的化工原料是绿色化学工程与工艺的首要步骤。

2.2 提高反应选择性

化学反应是化工生产过程中的重要组成之一, 原料由反应得到产物, 提高生产效率和产品质量则可通过合理选择反应途径实现。化学反应的影响因素有很多, 如反应温度、反应条件、反应时间等。例如氧化反应大多会产生大量的热, 那么原料会因受热发生变质, 导致产品的质量降低, 产率也减少。

3 绿色化学工程与工艺对化学工业节能的促进作用

3.1 清洁生产技术

清洁生产在《清洁生产促进法》[3]第二条中的定义为:“本法所称清洁生产, 是指不断采取改进设计、使用清洁的能源和原料、采用先进的工艺技术与设备、改善管理、综合利用等从源头削减的措施, 提高资源利用效率, 减少或者避免生产、服务和产品使用过程中污染物的产生和排放, 以减轻或者消除对人类健康和环境的危害。”在化工生产中, 清洁生产技术是脱硝和脱硫技术的重要组成部分, 也在其他领域中有一定的发展。

3.2 生物技术

迄今, 生物技术在化工中应用的主要形式为借助于酶反应进行化学品的合成, 通过微生物的发酵方法制取有机化合物以及用微生物处理工业废水[4]。在现代化工生产中, 生物技术在化工中的重点研发目标在于研发出种类繁多、具有更高活性和选择性的酶。

4 结束语

绿色化学工程与工艺在化工生产的源头上采用无毒无害的化工原料, 减少污染物的产生, 也减少了后续的处理过程, 缩短工艺过程。它的发展对当今社会有着极大的意义, 实现了人与自然和谐共处, 同时也是建设环境友好型社会不可缺少的一项技术。

参考文献

[1]绿色化学与化工[J].化工文摘, 2001:7.

[2]陈晓隆.绿色化学化工的现状与发展研究[J].黑龙江科学, 2014, 5 (3) :282.

[3]全国人大常委会.中华人民共和国清洁生产促进法[M].北京:法律出版社, 2002.

化学工艺学 篇10

关键词：化学工程节能,绿色化学工程,促进作用

0 引言

我国近年对于环境保护和能源保护的意识逐渐增强, 在某种程度上来说, 节能环保可以更好地保护环境, 同时也能够对有效的资源进行合理利用, 使其最大限度地发挥出作用, 并且也能够缓解人与自然之间的矛盾。这对于保证人类的生存, 保护地球具有重要意义, 同时这也是可持续发展的要求和重要体现。绿色化学工程主要在化学工程的基础上将绿色节能环保理念合理的进行融合, 其最终目标是可以达到生产无公害的效果。虽然从某种意义上来说, 这属于一种理想化的设想, 但是这也更加符合化学工程自身发展和实践工作的目标。

1 化学工程节能中绿色化学工程工艺开发的分析

1.1 绿色化学工程工艺开发的意义

分析传统的化学工艺, 传统的化学工程所使用的工艺在对有毒污染物进行处理的时候, 往往都存在着非常明显的滞后性, 这在一定程度上为有毒污染物提供了必要的时间准备。很多化学工艺都是当污染物产生之后才着手进行有针对性的处理, 这在某种程度上加重了其污染物处理的成本, 同时也达不到具体治理的效果。举例来说, 传统工艺当中的烟气除尘, 虽然在某种意义上进行了相关的气体净化, 但是其污染物却能够直接地转化为废水或废渣, 这样就需要再继续进行一道工序来作清洁处理, 无疑增加了相应的成本。而将绿色化学工艺引入其中, 能够直接在生产过程中或排放的过程中将清洁工作完成, 这样可以通过相关的化学反应达到预防的效果, 进而可以有效地对污染情况进行控制。从另一方面来说, 化学工程的基础资源便是化学原料, 化学原料对于化学生产过程中的相关工艺选择具有重要决定作用, 而绿色化学工艺能够从源头上对原料生产而造成的各种化学污染进行根治, 通过化学工程与绿色化学工艺的结合, 可以更加高效地对各类自然资源进行利用, 从某种程度上能够实现深度开发和清洁无污染的效果。

1.2 绿色化学工程工艺开发的重要性

在化学反应当中, 为了促进绿色工艺的合理利用, 需要应用选择性较高的试剂进行相关的工作。比如石油化工, 在其生产的过程中, 烃类选择氢化反应的比较多, 这是一种比较典型的强放热反应, 其最典型的调整为生成物性质活跃, 而且可能会出现进一步的氧化反应。所以催化过程中这类反应并非是最佳的选择, 而且其生成物不稳定, 更加不利于相关产物的提取工作。因此, 对这种情况进行改善, 必须选择具有较高选择性的试剂来进行催化。这样就能够更好地降低成本, 同时可以达到节约资源的效果, 在某种程度上还能够有效地确保生成物的纯度。在绿色化学工程当中, 通过这方面的实践可以为具体的生产工作提供重要的基础技术支持, 并且在未来的时间内, 随着越来越多的化学反应被逐渐的应用到研究课题之中, 绿色化学工程也将会成为更加热门的课题。虽然当前在化学工艺领域中, 对于无毒、无公害的高效催化剂的研究工作其主流方向存在差异, 但是这些工作对于推动全局、对于绿色化学的深入研究具有重要的意义, 而这也是确保建立环境友好型和资源节约型社会的一个重要体现。

2 化学工程节能中绿色化学工程工艺的促进作用

2.1 绿色化学工程工艺的应用

当今社会, 绿色化学工艺对于实现节能减排具有重要的意义, 而对于绿色化学工艺的重视和开发也能够显示出全社会、全国乃至全世界对于绿色生活和节能环保的重视。分析化工历史, 在一百多年的时间里, 人们对于自然的危害正在不断地加剧和蔓延, 特别是我国这样的工业大国, 此时正面临着19世纪英国那样的生活, 甚至这种危害程度比那时还要严重, 被扣上了“三废”问题头衔。在这种背景下, 资源枯竭、环境污染、生态失衡、水土流失、人口压力巨大等问题逐一地摆在了人们的面前, 使人们逐渐地认识到了节能环保的重要性, 而化学工程则是造成环境污染和资源浪费的一个重要的产业之一, 同时其又是保障和促进人类发展必不可少的一个产业。因此, 在化学工程节能中利用绿色化学工程将是一个重要的选择。

2.2 绿色化学工程工艺的促进作用

从当前环境来分析, 节能环保工作的实现途径有如下几点:①开发新技术;②源头上控制污染;③打造可循环的绿色生态产业链;④发展循环经济。从绿色化学工程和化学工艺的发展来说, 其工艺的实现能够为节能减排的实现提供重要的保障, 而且能够被广泛地应用到诸多的领域当中。从当前的角度来说, 其主要体现在三个方面:其一是清洁生产技术;其二是利用生物技术;其三是创造环境友好型产品。

清洁生产技术也就是无毒、无公害的技术, 这是一种绿色的技术, 从目前正在发展的情况来看, 脱磷脱硫技术就属于此。在城市化建设过程中对于相关城市垃圾的处理等必须遵循无公害原则, 比如可以循环利用和可回收利用相关垃圾, 通过对生物垃圾的回收利用能够制作沼气。从某种意义上来说, 清洁生产技术所涵盖的范围比较广, 其这不仅涉及到了生物工程技术等范围, 同时也涉及到了辐射加工技术和绿色脆化技术, 其对于超临界瘤体技术也具有较好的表现。因此在不同的环境中和领域内, 这都将是一场新的环保节能革命。

利用生物技术就是对细胞工程和基因工程等进行合理高效的应用, 当前生物技术的应用主要涉及到生物化工领域和生物仿生领域两个主流。生物酶是一种非常高效可行的催化剂, 因此这种物质被广泛地应用到了医药生产的各个方面。在绿色化工产业当中对于生物技术的应用能够有效地促进可再生能源的合成, 比如有机化合物原料的使用是从动植物范畴发展到了石油与煤炭的范畴之中, 而今天在各行各业都开始广泛地使用有机合成的原料进行相关的生产和生活。绿色化工产业当中, 所有涉及到的催化剂大多都是酶类, 分别是工业酶或自然界中的酶, 和其他的化学催化剂比较, 酶类催化剂的特点更加突出, 其反应条件比较温和、生成物比较优良、污染物比较少, 因此也更加适应当前的环境发展需要。

环境友好型产品对于绿色化工工艺也具有促进作用, 在现实生活当中涉及到很多应用实例。在空调制冷过程中一般都会涉及到氟利昂的使用, 而氟利昂则会对臭氧层造成一定的影响, 同时影响紫外线, 容易造成全球气候变暖等情况出现, 因此需要积极地寻找可以代替氟利昂的产品, 这可以有效地推动节能环保的政策;无磷洗衣粉的使用, 在某种程度上减少了其对于河流的污染, 也降低了其对于人类身体的伤害, 这些都是绿色化学工艺在现实生活中的体现, 说明环境友好型产品既是绿色化学的保障, 也能够促进绿色化学工艺的进步。

3 结语

笔者主要就化学工程节能中绿色化学工程工艺的开发和促进作用作了简要的分析。绿色化工是建设资源节约型和环境友好型社会的必然选择, 其对于生产和生活具有深远的意义, 同时也有助于人类的可持续发展, 因此需要予以充分的重视。

参考文献

[1]蔡永宏.浅论绿色化学工程与工艺, 创建高效、节能、清洁的未来化工厂[J].化工管理, 2013, 14 (24) :142-143.

化学工艺学 篇11

关键词：工艺流程分析;答题技巧;复习策略

中图分类号：G633.8 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2015）24-098-1

一、新高考化学工艺流程题分析

工艺流程题型依据实验目的主要分为两类：

第一类：从混合物中分离、提纯某一物质

例1 （2011年安徽高考27） （14分）MnO2是一种重要的无机功能材料，粗MnO2的提纯是工业生产的重要环节。某研究性学习小组设计了将粗MnO2（含有较多的MnO2和MnCO3）样品转化为纯MnO2实验，其流程如下：

（1）第①步加稀H2SO4时，粗MnO2样品中的 （写化学式）转化为可溶性物质。

（2）第②步反应的离子方程式。

□___________+□ClO-3+□___________=□MnO2↓+□Cl2↑+□___________。

（3）第③步蒸发操作必需的仪器有铁架台（含铁圈）、___________、___________、___________，已知蒸发得到的固体中有NaClO3和NaOH，则一定还有含有___________（写化学式）。

（4）若粗MnO2样品的质量为12.69g，第①步反应后，经过滤得到8.7g MnO2，并收集到0.224L CO2（标准状况下载），则在第②步反应中至少需要 mol NaClO3。

解析：首先浏览全题，确定该流程的目的：粗MnO2的提纯。接着分析流程图，加稀H2SO4除去MnO2和MnCO3杂质，在后续的流程中有涉及到Cl2和NaOH反应制备NaClO3固体。

其次要注意思考题中的各个设问：（1）考查对第一步流程的理解;（2）考查离子反应方程式的配平;（3）考查蒸发所用的仪器和对制备NaClO3固体流程的理解;（4）考查有关氧化还原反应方程式的计算。

最后要特别注意规范化答题。

第二类：利用某些物质制备另一物质

例2 （2009年安徽高考27）（12分）某厂废水中含5.00×10-3mol·L-1的Cr2O2-7，其毒性较大。某研究性学习小组为了变废为宝，将废水处理得到磁性材料Cr0.5Fe1.5FeO4（Fe的化合价依次为+3、+2），设计了如下实验流程：

（1）第①步反应的离子方程式是___________。

（2）第②步中用PH试纸测定溶液PH的操作是：___________。

（3）第②步过滤得到的滤渣中主要成分除Cr（OH）3外，还有 ___________。

（4）欲使1L该废水中的Cr2O2-7完全转化为Cr0.5Fe1.5FeO4，

理论上需要加入___________g FeSO4·7H2O。

解析：迅速浏览全题不难发现本题主要是处理含Cr2O2-7的废水从而制得磁性材料Cr0.5Fe1.5FeO4，如何制备？结合题目后续流程继续分析。主要考点有：离子反应方程式的书写、PH试纸的使用，对流程的理解及氧化还原反应方程式的计算。本题答题关键在于对流程的理解、语言表述及相关计算。

二、答题技巧

工艺流程试题“长度”大，阅读耗时长，应该如何审题至关重要。

（1）首先要浏览全题，确定该流程的目的，看懂生产流程图，与解题无关的步骤不必纠缠，应该是问什么推什么，“靠船下篙”。

（2）其次要带着问题去精心研究流程图，在粗读试题之后，应该根据问题去研究某一步或某一个物质，弄清哪些问题需要结合流程图来解答，哪些问题又和流程图无关，前后问题有没有“联带关系”。

（3）最后作答时要看清所提问题，不能答非所问，尤其要注意化学用语的准确表达及书写。

三、复习策略

第一，要注意积累主要素材。

平时要多了解题目中经常出现的一些素材：①废旧锂离子电池正极材料（LiMn2O4、碳粉等涂覆在铝箔上）;②粗MnO2（含有较多的MnO和MnCO3）;③粗盐提纯;④复合氧化物铁酸锰（MnFe2O4）可用于热化学循环分解水制取氢气等等。

第二，掌握工艺流程涉及到的常见的制备原理。

有许多化工流程题中涉及常见的化学反应原理，例如化学平衡原理、化学反应与能量变化原理、电化学原理、水解理论、物质的制备和提纯的原理。

第三，掌握基本的氧化还原反应方程式书写思路。

在我们的化工流程题中，氧化还原反应方程式的书写是最常见的，这些方程式往往是我们没有学过的，但是通过基本的电子守恒和化合价升降又可以判断并书写。

第四，熟悉工艺流程中常见的基本实验操作与工业名词。

1.原料的预处理：溶解、灼烧、煅烧。

2.反应条件的方法：①控制溶液的酸碱性使其某些金属离子形成氢氧化物沉淀;②蒸发、反应时的气体氛围、抑制物质的水解;③加热的目的;④降温反应的目的;⑤趁热过滤;⑥冰水洗涤等等。

3.常见工业名词：浸出、浸出率、酸洗、酸浸、水洗、水浸等等。

第五，积累相关的化工生产知识。

如氯碱工业、硅酸盐工业、硫酸工业、合成氨工业、硝酸工业、金属的冶炼、海水中提取溴、碘、食盐、镁等。在二轮复习过程中，我们需要对这些常见的化工工业进行专门的复习，这样遇到类似的流程题，分析起来会更加熟练。

第六，平时要留意近年来各地高考题的最近发展方向。

化学反应工艺因素基本分析 篇12

一、化学反应平衡理论

化学平衡的研究主要针对可逆反应来讲的, 主要指既能向正反应方向进行, 同时又能向逆反应的方向进行的化学反应, 大部分化学反应都是可逆反应。

满足可逆反应条件的物质放在一起, 刚接触时反应的程度比较剧烈, 但是随着反应的进行逐步停止, 这是从宏观角度分析的。其实从微观上来看化学反应并没有停止, 只不过是化学键的断裂和形成达到了动态的平衡。化学反应是一个持续反应的动态过程, 当正逆反应速率相等时, 往往给人反应结束的假象。在实际的生产中, 为了精确掌握化学反应进行程度, 需要引入相关的概念更好的用于工业生产。

1、化学平衡常数

化学平衡常数的定义是:在一定条件下可逆反应不管从生成物还是反应物投料, 最终都会达到反应平衡状态。这时生成物化学计量数次幂乘积与反应物化学计量数次幂乘积之比是一个常数, 这就是化学平衡常数, 用K表示。化学平衡常数有浓度平衡成熟和压强平衡常数之分, 它的引入为人们定量的研究化学反应奠定了基础。

2、化学平衡移动

化学平衡移动意义在于, 当改变外界条件比如温度、压力和反应物、生成物浓度时, 打破了原有化学平衡状态使其最大限度的向正方向进行, 这在工业生产具有重要的意义。

(1) 浓度对化学反应的影响

从化学平衡常数定义分析来看, 当反应温度不变时, 增加反应物浓度必然会使化学反应向正方向移动, 从而引起生成物浓度的增加这样才能达到最终的平衡状态;同样将生成物移走, 对于原有的平衡状态来看, 相当于增加了反应物的浓度, 反应也会向正方向移动, 提高反应物的利用率, 这在工业生产上应用比较广泛。

例如, 对于N2+3H2=2NH3可逆反应来讲, 让化学平衡向生成NH3的方向移动, 在其他条件不变的前提下, 可以在反应容器中充入N2或者H2使它们的浓度增加。在实际的生产中为了获得多的NH3, 需要将生成的NH3尽快的移走, 降低NH3的浓度。这样反应就能向正方向移动。

(2) 温度对化学平衡的影响

改变浓度是在化学平衡常数不变的情况下遵循的规律, 但是当化学反应温度发生变化会引起化学平衡常数的变化。经过物理化学家们的潜心研究, 终于发现了温度对化学平衡的影响, 其满足克拉伯龙方程, 即当升高温度化学反应向吸热的方向移动, 降低温度化学反应向放热方向移动。所以, 在工业生产中根据化学反应的吸、放热采取相应的措施, 让其向着生成物方向移动。

(3) 压强对化学平衡的影响

压强对化学反应的影响主要针对反应物中有气体或者是生成物有气体反应, 由化学平衡常数来看, 化学方程式中分子数增加和减少的反应, 压强对其产生的影响也不同。经过试验证明, 在其他条件时, 增大压强有利于向化学分子数小的方向移动, 减小压强有利于向化学分子数增大的方向移动。

二、化学反应速率理论

不同化学反应其反应速率有着明显的区别, 比如, 酸碱中和以及爆炸反应比较猛烈, 部分氧化反应进行缓慢。为了将化学反应更好的为化工生产服务, 需要对化学反应详细的研究, 经过研究最终用化学反应速率来衡量化学反应进行的快慢。

1、浓度对化学反应速率的影响

浓度对化学反应速率的影响, 是通过影响化学平衡进行过程实现的。对于大多数化学反应, 增加生成物或者降低生成物浓度有利于向正方向移动, 但是并不是所有的化学反应都遵守这个规律。比如, 某组分对化学反应速率的分级数是零, 不管增加还是减少该组分都不会对化学反应速率造成影响;当某组分反应分级数是负数, 增加其浓度不会提高原反应的速率, 相反会降低其速率。对于某化学反应, 当确定了催化剂和外界温度后, 浓度就成为影响其反应速率是重要因素。

2、温度对化学反应速率的影响

很早以前人们就发现温度对化学反应速率有重要影响。化学反应除了浓度对反应速率有影响外, 和化学速率常数也有着密切的联系, 温度对化学反应的影响主要通过影响反应速率常数实现。反应中如果整个体系的活化能降低, 其反应温度就越高, 反应速率也就越快。但是对于复杂的反应体系来讲, 温度升高有利于向活化能高的方向移动。

3、催化剂对化学反应速率的影响

催化性具有选择性, 比如某种物质在一个反应中是催化剂, 在其他反应中就不一定是催化剂。对于具有主副反应的体系, 可以选择合适的催化剂达到促进主反应抑制副反应的目的。另外, 在化工生产中需要研究影响催化剂中毒的因素, 避免由于使用工业设施不慎, 导致催化剂中毒情况的发生。催化剂中毒使催化剂不能发挥最佳的催化效果, 影响反应的进行。

三、总结

化学是重要的基础学科之一, 它和其它学科一起在促进国家经济快速发展上扮演者举足轻重的角色, 是人类改造自然的重要手段, 是人类文明进步的重要标志。很早以前人类就开始利用化学知识为生产服务, 在当今社会化工行业的迅速发展与化学取得的研究有着重要的内在联系。

通过对化学反应工艺因素进行分析, 了解影响化学反应方向和速率的因素, 对提高化工原料利用率, 缩短化学反应时间具有重要的意义。现在化学应用的领域越来越广泛, 大到国防科技、宇宙探索, 小到食物的保鲜等。因此, 我国要加强化学领域方面的研究, 让化学为我国的经济发展做出更大贡献。

摘要：化学是研究物质的组成、结构、性质、以及变化规律的科学, 在国防建设, 提升人们生活水平上发挥重要的作用。现代科技发展和化学的联系更为紧密。本课题主要探究影响化学反应方向和速率的因素, 为人们更好的利用化学进行工业生产提高参考。

关键词：化学反应,反应工艺,因素分析

参考文献

[1]王晓娟.《化学反应原理》教材的比较研究[D].天津师范大学2008