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作业

《精细化工工艺学》课程教学（自学）基本要求

适用层次

本科/专科

适应专业

化工工艺

使用学期

自学学时

面授学时

实验学时

使用教材

教材名称

精细有机合成化学及工艺学

编者

唐培堃主编

出版社

天津大学出版社（第二版），2004.8

参考教材

1、精细有机合成原理与工艺，陈金龙主编，中国轻工业出版社，1992.4

2、新领域精细化工，陈开勋主编，中国石化出版社，1999.3

3、精细化工工艺，陆辟疆、李春燕主编，化学工业出版社，1996.1

4、绿色高新精细化工技术，中国科学技术协会组织编写，化学工业出版社，2004.7

课程简介

本课程主要学习精细化学品合成单元过程的化学及工艺学方面的基本理论和知识，包括合成单元反应的基本规律与特点、主要精细化学品的合成工艺。

主要内容为：

精细化学品合成单元反应的反应历程、反应动力学及热力学分析、反应过程的影响因素、分离过程的影响因素分析、主要精细化学品合成工艺、不同工艺路线的特点以及技术经济比较。

通过本课程的学习，掌握精细化学品生产、设计、科研所必须的基本理论、专业知识和实际技能，增强提出问题、分析问题和解决问题的能力。

学习建议

本课程要求在有机化学、物理化学、化工原理（化学工程基础）等课程的基础上进行。

通过本课程的学习，使学生对精细化学品的化学与生产工艺的理论与技术有比较系统的理解和掌握，使之能应用于生产、设计与科研实践中。

学完本课程应达到的基本要求如下：

1.掌握精细化学品合成单元反应的基本规律与特点，包括反应历程、反应动力学及热力学分析、反应过程的影响因素、分离过程的影响因素分析。

2.了解主要精细化学品合成工艺、不同工艺路线的特点以及技术经济比较。

在教学过程中，应注意引导学生将前期课程所学基本理论知识在本课程中的正确运用。

本课程在着重基本原理阐述的同时，要注意培养学生从工程技术观念和生产实际出发，灵活运用基本理论分析和解决实际问题的能力以及创新思维能力。

《精细化工工艺学》的主要研究对象是精细有机化学品合成单元过程的化学及工艺学相关的基本理论和知识。

通过本课程的学习，掌握从事精细化工生产、设计、科研所必须的基础理论、专业知识和实际技能。

为学生从事精细化工生产和开发奠定必要的理论和技术基础，增强提出问题、分析问题和解决问题的能力。

各章节主要学习内容及要求

第一章绪论

学时要求

2学时

第一节精细化工的范畴

第二节精细化工的特点

第三节精细化工在国民经济中的作用

第四节有机化工产品分类

第五节精细有机合成的单元反应

第六节精细有机合成的原料资源。

主要内容

一、核心知识点

精细化学品的概念与分类、精细化学品与精细化工的特点、精细有机合成的原料、精细有机合成反应特点。

二、教学基本要求

【掌握】

1.精细化学品的分类

2.基本有机原料

3.有机中间体

4.有机化工产品

5.中间体或精细化学品上取代基（官能团）类型

6.农林牧渔副产品的利用

【重点掌握】

1.基本概念

2.精细化工及精细化学品的特点

3.精细化工在国民经济中的作用

4.精细有机合成的初始原料

5.原料路线经过的三个阶段两次转换

6.煤化工

7.石油化工

8.天然气的利用

三、思考题

1、精细化学品的概念与特点。

2、精细化工的概念与特点。

3、化学工业精细化率（精细化工率）是怎样定义的？

它的标志性意义是什么？

4、精细化工率的定义、我国目前的精细化工率及“十一.五”的目标。

5、煤化工的兴起与发展阶段主要包括哪几个方面？

被称为“有机合成工业之母”的产品是什么？

6、石油化工的兴起与发展经历了哪几个阶段？

石油化工诞生的标志是什么？

7、一个国家有机化工发展水平的标志是什么？

8、单元反应的概念？

最重要的单元反应有哪些？

9、何谓C1化学，C1化学的发展有何意义？

合成气的定义是什么？

合成气的生产方法有哪些？

10、精细化工在国民经济中的作用有哪些？

11、有机化工产品按其所起作用和相互关系，大体上可分为哪几类？

12、基本有机原料、有机中间体、有机化工产品分别指的是什么？

13、煤焦油是怎样得到的？

14、以制取化工原料为目的的石油化工加工方法主要有哪几种？

15、精细有机合成的初始原料有哪些？

16、天然气的分类是怎样的？

练习题

备注

第二章精细有机合成的理论基础

学时要求

3学时

引言

第一节反应试剂的分类

第二节亲电取代反应

第三节亲核取代反应

第四节消除反应

第五节自由基反应

第六节加成反应

第七节重排反应（自学）

主要内容

一、核心知识点

反应试剂的概念与分类、反应机理、反应试剂的分类、亲电取代反应、亲核取代反应、消除反应、游离基反应、加成反应等。

二、教学基本要求

【了解】

1.芳香族π配合物与σ配合物

2.动力学同位素效应

3.芳香环上氢的亲核取代反应

【掌握】

1.精细有机合成反应分类

2.反应过程（试剂）的分类

3.基本概念

4.脂肪族亲核取代反应历程

5.反应影响因素

6.β-消除反应

7.α-消除反应：

8.消除反应的影响因素

9.自由基的产生方法

10.亲电加成

11.亲核加成

12.自由基加成

【重点掌握】

1.芳香族亲电取代反应历程

2.芳香族亲电取代的定位规律

3.芳香环上已有取代基的亲核置换反应

4.β－消除反应的定向

【选学内容（不要求掌握）】

1.重排反应

3、思考题

1、精细有机合成反应的主要类型及特点。

反应试剂分为哪两类？

它们各自的含义是什么？

2、什么样的烃类适合亲电取代反应？

为什么？

3、影响芳香族亲电取代定位规律的主要因素有哪些？

其中最重要的是什么？

4、苯环上已有两个取代基的定位规律是什么？

萘环的定位规律是什么？

5、SN2型反应的重要标志是什么？

E2历程和SN2历程的区别主要是什么？

6、亲核试剂引入芳香环时一般采用亲核置换反应，为什么？

7、自由基的产生方法有哪几种？

自由基反应的历程分为哪几个阶段？

8、常用的亲电试剂有哪些？

重要的亲电加成反应有有哪些？

9、最重要的亲核加成反应是什么？

参与加成反应的亲核试剂有哪三类？

10、原子经济性反应的含义是什么？

11、影响亲核取代反应历程和速度的主要因素有哪些？

它们是怎样影响的？

12、亲核置换反应历程有哪几种？

其中应用最多的是哪一种？

13、消除反应的定义？

反应历程有哪几种？

β-消除、α-消除的定义？

14、消除反应的定向法则有哪几种？

各自的内容是什么？

影响消除反应的因素有哪些？

它们是怎样影响的？

练习题

备注

第三章精细有机合成的工艺学基础

学时要求

4学时

第一节概述

第二节化学反应的计量学

第三节化学反应器（自学）

第四节精细有机合成中的溶剂效应

第五节气固相接触催化（自学）

第六节相转移催化

第七节均相配位催化

第八节光有机合成（自学）

第九节电解有机合成（自学）

主要内容

1、核心知识点

化学计量学的基本概念、溶剂效应、相转移催化、均相配位催化

二、教学基本要求

【了解】

1.相转移催化的应用

2.液、固、液三相相转移催化剂

3.过渡金属化学

4.均相配位催化剂的固体化

【掌握】

1.精细化学品生产工艺（技术）路线选择的主要原则

2.相转移催化的原理

3.季铵盐作相转移催化剂时的主要影响因素

4.过渡金属及其配合物起催化作用的主要原因

【重点掌握】

1.化学反应的计量学九个基本概念和计算方法

2.精细有机合成中的溶剂效应

3.相转移催化的基本概念

4.季铵盐Q＋X－[（R4N）+Cl-]的特点

5.相转移催化剂

6.均相配位催化的基本概念

7.均相配位催化剂

8.均相配位催化的基本反应

9.均相配位催化循环

10.均相配位催化的优缺点

【选学内容（不要求掌握）】

1.化学反应器

2.气固相接触催化

3.光有机合成

4.电解有机合成

三、思考题

1、精细化学品生产工艺（技术）路线选择的主要原则是什么？

2、有机合成中的溶剂主要起哪些作用？

3、化学计量学的9个基本概念。

4、常用于鉴别各种溶剂的离子化能力和离解能力的溶质是什么？

5、何谓离子化溶剂和离解性溶剂？

它们各有何特征？

6、Houghes-Ingold规则及其局限性的原因。

7、相转移催化反应的定义？

相转移催化的应用范围？

8、相转移催化剂的两个基本要求是什么？

9、相转移催化的基本原理。

10、专一性溶剂化对SN反应速度的影响。

11、何谓均相配位催化？

这类反应过程有哪些优缺点？

试举两例重要的均相配位催化过程。

12、举例写出均相配位催化剂的基本组成，并说明各部分的主要作用。

均相配位催化主要优缺点。

13、均相配位催化的基本反应有哪些？

14、写出丙烯均相配位催化二聚生成2-甲基-1-戊烯的各步反应的反应式和反应名称，并写出其催化循环图。

15、丙烯在H-CO（CO）3的催化下，经配位、氢插入、CO配位、CO插入、加氢和解配等基本反应，生成正丁醛，试写出每步反应的反应式，并用催化循环图表示。

16、用氯气进行苯氯化制氯苯，副产物为二氯苯。

反应为连续操作，未反应苯经分离后循环使用。

反应器入口处苯进料780Kg/h（其中60％为循环苯，且循环苯中不含其它组分），分离后产品氯苯产量450Kg/h（经分析其中含氯苯95m％，二氯苯3.27m％，苯1.73m％）。

计算：

苯的单程转化率、总转化率、生成氯苯的选择性以及生成氯苯的理论收率、质量收率和总收率。

练习题

备注

第四章卤化

学时要求

3学时

第一节概述

第二节芳环上的取代卤化反应

第三节脂烃及芳环侧链的取代卤化

第四节加成卤化

第五节置换卤化

主要内容

1、核心知识点

各类卤化反应特点、工艺特点，产物应用

二、教学基本要求

【了解】

1.各种卤化过程的应用及重要性

2.其它氯化实例

3.其它卤化物对双键的加成

【掌握】

1.基本概念

2.卤化反应的应用

3.向有机化合物分子中引入卤原子的目的

4.卤化反应的类型及卤化剂

5.芳环上取代卤化反应动力学

6.芳环上的溴化和碘化

7.氯化石蜡的生产

8.氯化苄的生产

9.加成卤化目的

10.卤素对双键的加成

11.卤化氢对双键的加成

12.卤素置换羟基

13.卤基置换磺酸基

【重点掌握】

1.基本概念

2.芳环上取代卤化反应历程

3.芳环上取代卤化反应影响因素及反应条件的选择

4.氯苯的生产

5.脂烃及芳环侧链的取代卤化反应历程

6.脂烃及芳环侧链的取代卤化影响因素

7.置换卤化的基本概念及特点

8.置换氟化

【选学内容（不要求掌握）】

3、思考题

1、用于加成和取代卤化的卤化剂有哪些？

用于置换卤化的卤化剂有哪些？

2、卤化反应的应用有哪些？

3、芳环上取代卤化的反应历程及主要催化剂。

芳环上取代卤化时，有哪些重要影响因素？

4、芳环上取代卤化时，溴化和氯化的主要差别及原因。

5、苯氯化时主要影响因素及反应条件的选择。

6、溴系列阻燃剂的优点有哪些？

其主要产品有有哪些？

7、脂烃及芳环侧链取代氯化反应历程、引发条件选择及影响因素。

8、脂烃及芳环侧链的取代卤化反应中，催化剂及杂质对反应有何影响？

为什么？

9、氯化石蜡的规格大约有哪几种？

10、双键的加成卤化主要有几种反应历程？

11、置换卤化的机理、优缺点。

12、有机氟化物是采用何种方法生产的？

原因何在？

13、对硝基苯胺二氯化制2，6－二氯－4－硝基苯胺时（水介质中），为何可制得高质量得产品？

14、正十二醇制正十二烷基溴时，加入四丁基溴化铵起何作用？

为什么？

15、写出四种丁醇中的羟基被氯置换的活性次序。

16、写出本章所遇到的各种亲电卤化反应、亲核卤化反应、自由基卤化反应的名称。

17、简述由甲苯制备以下化合物的合成路线、各步反应的名称和大致反应条件：

（1）

（2）（3）

练习题

备注

第五章磺化和硫酸化

学时要求

3学时

第1节概述

第二节芳香族磺化

第三节脂肪族的磺化

第四节醇和烯烃的硫酸化

主要内容

1、核心知识点

芳香族磺化与脂肪烃磺化反应特点、工艺特点，磺酸盐与硫酸酯盐产物的区别及应用。

二、教学基本要求

【了解】

1.磺化反应动力学

2.磺化生产工艺中的芳伯胺的烘焙磺化和氯磺酸磺化

3.醇和烯烃的硫酸化的重要性

【掌握】

1.磺化目的及应用

2.磺化生产工艺中的共沸去水磺化

3.脂肪族的磺化方法

4.烷烃的磺氯化

5.烷烃的磺氧化

6.置换磺化

7.加成磺化

8.醇羟基的硫酸化

9.烯烃的硫酸化

【重点掌握】

1.磺化剂

2.芳香族磺化反应历程

3.芳香族磺化反应影响因素

4.芳香族磺化生产工艺中的三氧化硫磺化和过量硫酸磺化和置换磺化

【选学内容（不要求掌握）】

3、思考题

1、磺化目的有哪些？

磺化应用有哪些方面？

2、工业上常用的磺化剂有哪几种？

发烟硫酸两种浓度之间是如何换算？

工业硫酸、发烟硫酸的两种规格各是什么？

3、磺化的亲电质点有哪些？

水是如何影响磺化反应速度的？

4、在液相磺化法生产β-萘磺酸钠，再制备β-萘酚的过程中，写出水解吹萘的目的、中和用剂及其目的、中间生成物SO2的利用、β-萘酚的制备工艺。

5、芳香族磺化生产工艺有哪几种、各有何优缺点？

磺化产物的分离方法有哪些？

6、芳磺酸的水解、异构化反应及其特点。

7、常用的硫酸酯化剂有哪些？

它们的活性有何差别？

8、用600kg98％的硫酸和500千克20％发烟硫酸，试计算所配硫酸中游离SO3的质量含量。

9、写出由苯制备苯胺－2，4－二磺酸的合成路线、各步反应的名称、磺化反应的详细名称和磺化的大致反应条件。

10、用SO3-空气混合物使十二烷基苯磺化使所用的降膜反应器为何采用并流操作？

11、蓖麻油酸丁酯和油酸丁酯用浓硫酸进行硫酸化时，有何重要不同点？

练习题

备注

第六章硝化和亚硝化

学时要求

2学时

第一节硝化概述

第二节理论解释

第三节硝化影响因素

第四节混酸硝化

第五节硝化异构产物的分离

第六节硝基苯的生产

第七节其他实例（自学）

第八节亚硝化

主要内容

1、核心知识点

硝化与亚硝化质点及形成条件、硝化与及亚硝化反应特点、混酸硝化、分离特点等。

二、教学基本要求

【了解】

【掌握】

1.硝化反应概念

2.引入硝基的目的

3.工业硝化方法

4.均相硝化动力学

5.亚硝化

【重点掌握】

1.硝化剂的活性质点和硝化反应历程

2.非均相硝化动力学

3.硝化影响因素

4.混酸硝化

5.硝化异构产物的分离

6.硝基苯的生产

【选学内容（不要求掌握）】

1.其他实例

三、思考题

1、工业硝化方法主要有哪些？

混酸的定义。

2、硝化活性质点是什么？

产生活性质点对硝酸浓度有何要求？

3、非均相硝化反应有那几种类型？

它们各自有何特点？

4、什么是相比和硝酸比？

5、什么是硫酸脱水值和废酸计算含量？

6、硝化产物的分离原理及方法。

异构产物的分离原理及方法。

7、双锅串联硝基苯生产工艺流程。

并简述其生产过程。

8、绝热硝化法的工艺特点及优缺点。

9、常用的亚硝化方法是怎样操作的？

为什么？

10、何谓Fischer-Hepp重排？

11、苯乙基甲醚（C6H5CH2CH2OCH3）一硝化时，为得到更多的对硝基产品，应选用下列哪种硝化剂

A混酸B硝酸-乙酐

12、间二硝苯粗产品中常含有少量邻二硝苯和对二硝苯，可用什么方法除去，其化学原理是什么？

13、写出由萘酚制备1－亚硝基－2－萘酚的反应方程式，并简述制备过程。

练习题

备注

第七章氢化和还原

学时要求

3学时

第一节、概述

第二节、催化氢化

第三节、在电解质中用铁屑还原

第四节、锌粉还原（自学）

第五节、含硫化合物还原

第六节、金属复氢化合物还原（自学）

第七节、其他还原方法（自学）

主要内容

1、核心知识点

催化氢化的特点、各类还原方法区别及应用。

二、教学基本要求

【了解】

【掌握】

1.氢化和还原的基本概念

2.还原方法的分类

3.化学还原剂的分类

4.含硫化合物还原特点及应用范围、影响因素、实际操作

【重点掌握】

1.液相催化氢化反应机理、催化剂、影响加氢还原反应的因素、实际操作、液相催化氢化实例

2.气固相催化氢化催化剂、气相加氢反应器、气固相催化氢化的实例

3.催化氢化的安全问题

4.在电解质溶液中用铁屑还原影响因素、实际操作

【选学内容（不要求掌握）】

1.锌粉还原

2.金属复氢化合物还原

3.其他还原方法

3、思考题

1、氢化和还原的定义；

2、还原方法的分类有哪几种？

不饱和基团还原的难易顺序?

化学还原剂的种类有哪些?

常用的还原剂是哪种？

3、氢化（加氢）反应和氢解反应的定义及不同点。

4、液相氢化法和气相氢化法的适用范围是什么？

。

5、催化氢化的基本过程是什么？

工业生产中采用哪两种工艺？

6、加氢催化剂的分类。

工业上常用的催化剂有哪些？

7、衡量催化剂性能的指标是什么？

8、骨架（Raney）型催化剂的储存方法是什么？

Raney镍催化剂的制备方法分哪几步？

9、影响加氢还原反应的因素有哪些？

各因素分别是怎样影响的？

10、催化氢化中常用的溶剂有有哪些？

溶剂的选择原则是什么？

11、催化氢化过程中装料系数的适合范围是多少？

氢化反应过程中搅拌的作用有哪些？

12、工业上提供氢源的主要途径有哪些？

13、催化氢化反应器可分为哪几种类型？

催化氢化的应用范围有哪些？

14、气固相催化氢化过程中工业上常用的催化剂有哪些？

15、催化氢化过程中氢气过量的作用有哪些？

16、用铁屑还原优缺点及影响因素有哪些？

17、为什么用含硅的铸铁和洁净、粒细和质软的灰铸铁铁屑作为还原剂？

铁屑颗粒的粒度多大为宜？

18、铁屑还原过程中电解质的作用有哪些？

19、工业上常用的电解质是什么？

20、铁屑还原的适用范围是什么？

21、常用的含硫化合物还原剂有哪些？

硫化物还原的特点及应用范围是什么？

22、硫化物还原工艺的特点是什么？

23、硝基苯在催化剂存在下与氢作用生成苯胺的反应是氢化还是氢解？

24、在用镍铝合金制备骨架镍时，为何制备条件不同所制得的骨架镍的催化活性会有很大差异？

25、硝基苯液相催化氢化制苯胺时，为何用骨架镍催化剂而不用钯/碳催化剂？

26、为什么工业上在进行催化氢化时，常用载体钯而很少用钯黑或胶体钯做催化剂？

练习题

备注

编者：

南国枝

【练习题】

第一章绪论

写出以下基本化工原料主要来自哪种资源和途径？

⑴甲烷；⑵一氧化碳；⑶乙炔；

⑷乙烯；⑸C18-C30直链烷烃；

⑹C12-C18直链脂肪酸；⑺苯；⑻萘。

第2章精细有机合成的理论基础

第3章精细有机合成的工艺学基础

1、乙烷裂解生产乙烯过程反应为：

C2H6→C2H4+H2

已知：

原料乙烷的进料量为1000kg/h，反应掉乙烷量为600kg/h，得乙烯340kg/h，未反应的乙烷循环回反应器继续裂解。

求反应过程中乙烷的单程转化率、总转化率；乙烯的选择性；乙烯的理论收率、质量收率和总收率。

2、精细化学品生产工艺（技术）路线选择的主要原则有哪些？

3、溶剂的哪些性质影响溶质的离子化过程和离解过程？

它们是如何影响的？

第4章卤化

1、写出以下反应的主要产物和反应类

（1）CH2=CH—CH3Cl2,500℃

（2）CH2=CH—CH3Cl2,液相，无水，低温

（3）CH2=CH—CH3Cl2,水中，35～50℃

（4）CH2=CH—CH3HCl,活性白土，120～140℃

（5）CH2=CH—CH2ClHBr,过氧化苯甲酰

（6）CH2=CH—CH2CNHCl,低温

2、指出以下试剂，哪些是亲电试剂、亲核试剂和自由基试剂。

（1）PCl3（侧链氯化催化剂）

（2）PCl3（氯置换羟基反应剂）

（3）HBr（溴置换羟基反应剂）

（4）HBr（丙烯制2－溴丙烷反应剂）

（5）HBr（丙烯制1－溴丙烷反应剂）

（6）Cl2（石蜡氯化反应剂）

（7）Cl2（甲苯环上取代氯化反应剂）

（8）Cl2（甲苯侧链氯化反应剂

3、在氯置换为氟时，芳环上的氯不够活泼，只有当氯的邻位或对位有强吸电基（主要是硝基和氰基）时，氯才比较活泼，但仍需很强的反应条件。

写出由对硝基氯苯制对硝基氟苯时的大致反应条件，是否可在高压釜中于水介质中用相转移催化法？

4、写出苯的直接催化氯化生产氯苯过程的反应方程式；画出工艺流程图；注明各设备的名称，简述生产过程。

第五章磺化和硫酸化

1、要配制1000kgH2SO4质量含量100％的硫酸，试计算需要多少千克98％的硫酸和多少千克20％发烟硫酸？

2、写出目前由十二烷基苯制备十二烷基苯磺酸钠的主要工艺和主要工艺条件。

3、试画出用SO3法连续生产十二烷基硫酸酯的流程图。

需标明主要物料的名称及进料位置，并回答下列问题：

（1）与硫酸酯化法相比较，采用SO3法的优越性有哪些？

（2）本工艺采用何种反应器，采用此种反应器的优越性有哪些？

（3）进料时，对SO3有何要求？

第6章硝化及亚硝化

1、完成下表。

请问在生产中应选用哪种混酸（见表6-3、4），并说明理由。

甲苯一硝化时采用两种不同混酸的计算数据

第7章氢化和还原

1、硝基苯在催化剂存在下与氢作用生成苯胺的反应是氢化还是氢解？

2、、在用镍铝合金制备骨架镍时，为何制备条件不同所制得的骨架镍的催化活性会有很大差异？

3、为什么工业上在进行催化氢化时，常用载体钯而很少用钯黑或胶体钯做催化剂？

4、150kg氯苯用450kg氯磺酸在35℃进行氯磺化，然后将氯磺化液慢慢滴入预先放有350kg铁粉的沸水中进行还原，然后用水蒸气蒸馏，得100kg对氯苯硫酚，以氯苯为基准，试计算C6H5CI、HSO3CI、Fe的摩尔比和产品的收率。