01精细化学品化学1-3章

精细 化学品化学主讲：陈延民

第一章

绪

论

第一节 精细化学品的概念

化学工业与国民经济的各个领域，以及人们的日常生 活密切相关。按照用途不同，人们将化工产品划分为 两在类，即基本化工产品(或通用化工产品)和精 细化学品(Fine chemicals)。 基本化工产品是指一些应用范围广泛，生产中化工技 术要求很高，产量大的产品，例如石油化工中的塑料、 化纤及橡胶三大合成材料，化肥等。 精细化学品(Fine chemicals)是指具有专门功能 和特定的应用性能，配方技术左右着产品性能，制 造和应用技术密集度高，产品附加值高，批量小、 品种多的一类化工产品，例如洗涤用化学品、染料、 医药、功能高分子等。

精细化学品化学是研究各种精细化工产品的分子 设计、合成、结构、功能及其构效关系的化学。

“精细化学工业”(Fine Chemicals Industry)通常称为精细化 工，包括精细化学品和专用化学品(Specialty Chemicals)两 部分，属高新技术行业。 由于精细化工产品的范围十分广泛，目前还很难明确专业的学 科领域，但从研制、生产、应用三个方面考虑，精细化工的基 础是应用化学。即把无机化学、有机化学、分析化学、物理化 学、高分子化学等化学基础知识用于精细化工产品的工业过程。近20多年来，由于社会生产水平和生活水平的提高，化学工业 产品结构的变化以及高新技术的要求，精细化工产品越来越受 到重视，它们的产值比重逐年上升，精细化程度已经成为衡量 一个国家化学工业水平的尺度。并已有将生产精细化工产品的 工业单独作为一个部门从化学工业中划分出来的倾向。

本课程面向应用化学专业、化学专业、 化工专业的本专科生，目的是培养学生 综合运用化学化工基础知识的能力，让 学生了解和掌握精细化学品的基本概念 和特点、化学结构、合成和生产方法及 其应用，了解精细化学品国内外发展的 新特点、新动向。

第二节

精细化学品的特点

精细化学品的特点与定义密切相关，一般归纳为五方面:

具有特定功能 大量采用复配技术 小批量、多品种 技术密集度高 附加值高

(1)具有特定功能

精细化学品是根据产品性能销售的化学品。 精细化学品的应用专用性强，通用性弱。 多数精细化学品的特定功能经常是与消费者直接相关 的，例如，化妆品、合成洗涤剂、装饰涂料、染料等。 还有针对专门的消费者，如医药，具有专门功效的药 用于治疗特定疾病。 人们对产品功能是否合乎他们的要求会很快反映到生 产厂商的管理机构。从这点上来说，

精细化工产品的 特定功能显得格外重要。

精细化学品的特定功能还表现为它的用 量少而效益显著。

如在人造卫星的结构中采用结构胶粘剂代替金属 焊接，节重1 kg就有近十万元的经济效益。 使用立体专一性高效催化剂能获得光学纯度很高 的单一对映异构体，这对医药生产越来越重要。 上述两个简单的例子充分说明精细化学品的特定 功能完全依赖于应用对象的要求，而这些要求随 着社会生产水平、生活水平、科技水平的提高， 将处于不断提高、永无止境的变化中。

(2)大量采用复配技术

第一个特点决定了要采用复配技术。由于精细化学品要满足各种专门 用途，应用对象特殊，通常很难用单一化合物来满足要求，于是配方 的研究成为决定性的因素。复配技术主要表现在两方面： 1. 剂型：粉末、溶液、分散液、乳液等剂型选择得当，可以使产品的 性能大为改观。农药常常采用缓释技术制造剂型。乳状液或分散体系 要求愈稳定愈好，需要添加大分子表面活性剂作为分散剂使用。 2. 复配：该技术被称为1+1>2的技术。两种或两种以上主产品或主 产品与助剂复配，应用时效果远优于单一产品性能。如表面活性剂与 颗粒或乳粒相互作用，改变了粒子表面电荷性能或空间隔离性，使分 散体系或乳液体系稳定。某些农药本身不溶于水，可溶于甲苯，在加 有乳化剂时，可制成稳定的乳状液；乳化剂调配适当时，可使该乳液 在植物叶上接触角等于零，乳液在树叶上容易完全润湿，杀虫效果好。 化妆品、涂料基本都采用复配技术。 在精细化工生产中配方通常是技术关键之一，也是专利需要保护的对 象。掌握复配技术是使产品具有市场竞争能力的极为重要方面。但这 也是目前我国精细化工发展上的一个薄弱环节，必须给予足够的重视。

(3)小批量、多品种

由于精细化学品都有特定的功能，因此都有一定的应用范围， 其用量也不很大。如医药在制成成药后，其形式有药片、丸、 粉、溶液或针剂等，但每个患者的服用量是以毫克计，染料在 纺织品上的用量不超过织物重量的3~5%。对具体产品来说，年 产量就不可能很大。产品的生产规模大小不一，差别极大，从 十万吨/年到仅几十公斤/年，多以批量方式生产。 使用品种多是精细化学品的另一特点。这一方面与批量小有关， 另一方面也与产品具有特定功能这一特点有关，还与产品更新 快、社会需求不断增长有关。如塑料加工需要增塑剂、阻燃剂、 抗氧剂、热稳定剂等产品。如染料，根据《染料索引》(Colour Index)统计，不同化学结构的染料品种有5200多个。

这一特点决定了精细化学品的生产通常以间歇反应为主，采用 批次生产，最合理的设计方案是按单元反应来组织设备。近年 来许多生产厂采用多品种综合生产流程，设计和制造用途广、 功能多的生产装置，如膜式SO3磺化装置、喷雾式乙氧基化装置。

(4)技术密集度高

技术密集度高是精细化工的另一重要特点。技术密集性主要表 现在四个方面：技术综合性强，研发费用高且成功率低，生产 过程复杂，应用高新技术多。 首先是研发费用高。如开发一种新药一般要5~10年，约耗资 2000万美元。据统计，医药的研究开发投资高达年销售额的 14%,一般精细化工产品的研究开发投资也要占到年销售额的 6%~7%。 技术密集还表现在生产过程中的工艺流程长，单元反应多，原 料复杂，中间过程控制要求严等各个方面。例如感光材料中的 成色基，合成反应单元多达十几步，总收率有时会低于20%。 在制药工业中，除采用合成原料外，有时还要采用天然原料， 或用生化方法得到半人工合成中间体。在分离操作中，会用到 异构体甚至是旋光异构体的分离。在过程控制和原料、产品纯 化中常常使用现代分析仪器，如气相色谱(GC)、高效液相色 谱(HPLC)、红外(IR)、核磁共振(NMR)等。

再就是工艺技术含量高。从事精细化学品和 专用化学品研究和生产的科技工作者十分关 心工艺与设备问题，例如薄膜反应和分离、 喷雾反应和分离、膜反应、螺旋反应、固相 反应和混合、气-固-液反应设备以及高效分 离技术等。 新技术包括生物工程技术，各种新型高活性、 高选择性催化剂，超微粒化技术，激光技术， 微波技术，超声技术和膜分离技术等在新领 域精细化工中越来越应用广泛。

技术密集还表现在信息密集、信息快。产品要根据 应用对象而设计，根据需要不断推陈出新。另一方 面，大量基础研究工作所产生的新化学品也不断地 需要寻找新的用途。为此有的大化学公司已经开始 采用新型计算机信息处理技术对国际化学界研制的 各种新化合物进行储存、分类以及功能检索，以达 到快速设计和筛选的要求。 上述技术密集这一特点反映在精细化工产品的生产 中是技术保密性强、专利垄断性强。这几乎是各精 细化工公司共同的特点。他们通过自己拥有的技术 开发部得到的技术进行生产，并以此为手段在国内 及国际市场上进行激烈竞争。这正是我国精细化工 最薄弱的环节。

(5) 附加值高

附加价值是指产品的产值中，扣除原材料、税金、设备和厂房 的折旧费后剩余部分的价值，这部分价值是指当产品从原材料 经加工到产品

的过程中实际增加了的价值。它包括利润、工人 劳动、动力消耗以及技术开发等费用。1978年美国商业部曾经 有一个统计：以50亿美元石油为基准，作燃料只值50亿，如果 将之产出烯烃、二甲苯等，进一步加工成乙二醇、对苯二甲酸 等基本化学品(Basic chemicals)就值200亿美元，合成医药和农 药原药以及原染料等精细化学品(Fine chemicals),增值至400 亿，再加工成商品，即专用化学品(Specialty chemicals),最终 增值至5300亿。据统计，精细化工的附加价值率在50%左右， 而整个化学工业的平均附加价值率在30%~40%,化肥、石油化 工等仅有20%~30%。精细化工在化学工业各大部门中，它的附 加值是最高的。在精细化工产品中又以医药为最高，医药的附 加值通常在60%以上。

第三节 精细化学品的分类

精细化学品的范围十分广泛，而且随着一些 新兴的精细化工行业的不断涌现，其范围越 来越大，种类也日益增加，因此究竟如何对 精细化学品进行分类，目前也存在着不同的 观点。按目前的分类方法，主要有结构分类 和应用分类两种方法。因为同一类结构的产 品，功能可以完全不同，应用对象也可以不 同，所以结构分类在精细化学品的分类中不 能适用。若按大类属性区分，可以分为无机 和有机精细化学品两大类。本书讨论的范围 则限于有机精细化学品。

目前国内外较为统一的分类原则是以产品 的功能来进行分类。按行业成型的时间先 后顺序，精细化工分为传统和新领域两部 分。传统精细化工主要包含：染料、涂料 和农药；新领域精细化工包括：食品添加 剂、饲料添加剂、电子化学品、造纸化学 品、水处理剂、塑料助剂、皮革化学品等， 国外将新领域精细化工称为专用化学品。

日本：1984年《精细化工年鉴》将精细化学品分 为35类;1985年增加到51类; 我国：1986年原化学工业部将精细化学品分为11 大类; 教材：把精细化学品分为18类。

表1-1 1985年日本的精细化工门类1.医药 2.饲料添加剂及兽药 3.农药 4.染料 5.颜料 6.涂料 7.油墨 14.合成洗涤剂 15.催化剂 16.合成沸石 17.试剂 18.胶粘剂 19.塑料增塑剂 20.塑料稳定剂 27.食品添加剂 28.混凝土添加剂 29.水处理剂 30.高分子絮凝剂 31.工业杀菌防霉剂 32.金属表面处理剂 33.芳香除臭剂 40.炭黑 41. 脂 肪 酸 及 其 衍 生 物 42.稀有气体 43.稀有金属 44.精细陶瓷 45.无机纤维 46.储氢合金

8.成像材料9.电机与电子材料

21.其它塑料添加剂22.橡胶添加剂

34.造纸用化学品35.纤维用化学品

47.非晶态合金48.火药与推进剂

10.香料11.化妆品 12.肥皂 13.表面活性剂

23.燃料油添加剂24.润滑剂 25.润滑油添加剂 26.保健食品

36.皮

革用化学品37.油田用化学品 38.汽车用化学品 39.溶剂与中间体

49.酶50.生物技术 51.功能高分子

表1-2

1986年原化工部对精细化学品分类10.化学药品(原 料药)和日用化 学品 11.功能高分子材 料(包括功能膜， 偏光材料等)

1.农药

4.颜料

7.食品和饲 料添加剂

2.染料

5.试剂和高纯物

8.粘合剂 9.催化剂和 各种助剂

6.信息化学品 3.涂料(包括 (包括感光材料 油漆和油墨) 、磁性材料等)

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