第一章化工学课程概述PPT文档格式.ppt

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二、化工设计的含义及其目的意义二、化工设计的含义及其目的意义现代现代化工过程工程n产品工程：

研究、设计并制造各种精细化、个体化及功能化的产品。

其GDP已占大化工的79%以上。

n加大对化工R&

D的投入，使其获得的附加值大大升高。

华为的案例：

研发人员46%，市场营销人员33%，管理人员9%，生产人员12%。

诺基亚等案例；

化工过程工程n方向：

绿色过程工程n内容：

建立和定量分析整个工厂的工艺流程的全部工作内容。

n要求：

技术可行、经济合理、安全、环境友好、易于操作。

n分为：

过程开发、过程设计和过程改善三部分。

过程开发是过程的概念设计及研究的定向评价；

过程设计是针对应用领域，如工艺流程的选择，物料和热量计算，投资成本估算等；

过程改善是过程分析，优化操作策略。

我们国家化工的现状一、绿色化学的重要性一、绿色化学的重要性从科学观点看从科学观点看化学科学基础的创新化学科学基础的创新从环境观点看从环境观点看从源头上消除污染从源头上消除污染从经济观点看从经济观点看合理利用资源和能源，降低生产成本合理利用资源和能源，降低生产成本符合经济和社会可持续发展的要求符合经济和社会可持续发展的要求绿色化学与工程准则迄今为止。

化学工业的绝大多数工艺都是20多年前开发的。

近年来，由于化学工业向大气、水和土壤等排放了大量有毒、有害的物质。

1992年，美国化学工业用于环保的费用为1150亿美元，清理已污染地区花去7000亿美元。

1996年美国Dupont公司的化学品销售总额为180亿美元。

环保费用为10亿美元。

所以从环保、经济和社会的要求看化学工业不能再承担使用和产生有毒。

有害物质的费用.需要大力研究与开发从源头上减少和消除污染的绿色化学。

各国政府推动绿色化学的措施各国政府推动绿色化学的措施美国美国2000年，美国化学会出版了第一本绿色化学教科书绿色化学化工作为应对绿色化学化工作为应对2121世纪挑战的关键技术与基础世纪挑战的关键技术与基础,已已成为成为2121世纪世界科技研究前沿热点世纪世界科技研究前沿热点1995年美国副总统Gore宣布了国家环境技术战略。

其目标为:

至2020年地球日时。

将废弃物减少40-50%,每套装置消耗原材料减少20一25%；

宣布设立“总统绿色化学挑战奖”1990年美国颁布了污染防治条例，将污染的防治定为国策在美国2003年公布的21世纪化学化工发展战略中，再次强调了绿色化学化工的重要性。

例：

2012年的各项得奖情况n1.更绿色合成路线奖（GreenerSyntheticPathwaysAwardn更绿色合成路线奖由Codexis公司（Codexis,Inc.）因开发更有效的生物催化剂LovD生产辛伐他汀（Simvastatin）而荣获。

n2.更绿色反应条件奖（GreenerReactionConditionsAward）Cytec工业公司（CytecIndustriesInc.）因研发MAXHTA拜耳法方钠石积垢抑制剂而荣获2012年更绿色反应条件奖。

传统制备辛伐他汀工艺理论产量少于70%，还需要用大量有毒有害的试剂。

辛伐他汀铵盐的最终产率超过97%。

避免了使用原工艺中数种有害化学品。

由铝矿制氧化铝时，副产物方钠石积垢在换热器和管道里。

n3设计更绿色化学品奖（DesigningGreenerChemicalsAward）2012年的该奖项由Buckman国际公司（Buckmannternational,Inc.）获得，以表彰该公司用酶制剂来降低生产高品质纸和纸板的能耗和木质纤维用量。

n4小企业奖（SmallBusinessAward）Elevance可再生科学公司（ElevanceRenewableSciences,Inc.）因采用了获得诺贝尔奖的催化技术来裂解原油，并高效合成新的绿色化学品而荣获2012年小企业奖。

Buckman的Maximyze技术包含了新的纤维素酶以及一些由天然资源和产物发酵产生的组合酶。

在打浆度相同时，经Maximyze酶处理的木质纤维具有更多的氢键作用，使得纸和纸板的强度和品质得以改善。

n5学术奖（AcademicAward）2012年有两个并列的学术奖得主。

他们是斯坦福大学的Waymouth教授、IBM的Almaden研究中心的Hedrick博士以及康奈尔大学的Coates教授。

n康奈尔大学的Coates教授。

传统合成聚酯以及其它通用塑料所必须使用的是金属引发剂，在塑料当中会残留，从而影响人体健康与环境质量。

Waymouth教授和edrick博士研发了一类高活性、环境友好的、可生物降解的，高效、无毒有机引发剂，用于多种官能团的有机物高分子合成。

Coates教授的创新是利用CO2、CO、植物油和乳酸等便宜、可再生物质合成塑料。

Coates教授开发了高活性和高选择性的催化剂，用于CO2与环氧化合物共聚生成高性能的聚碳酸酯英国皇家化学会主办的国际性杂志绿色化学1999年1月创刊；

2000年设立“JerwoodSalters环境奖”德国1991年制订“为环境而研究的计划”荷兰制订“清洁生产手册”澳大利亚也创建了绿色化学期刊；

日本日本制订“21世纪重建绿色地球”的新阳光计划，设立“为地球创新技术的研究院”欧盟各国欧盟各国各国政府推动绿色化学的措施各国政府推动绿色化学的措施1995年中国科学院化学部组织了绿色化学与技术推进化工生产可持续发展的途径院士咨询活动1997年国家自然科学基金委“九五”重大项目：

环境友好石油化工催化化学与反应工程1997年5月，香山科学会议第72次学术研讨会：

可持续发展问题对科学的挑战绿色化学1998年合肥第一届国际绿色化学高级研讨1999年北京第16次九华山科学论坛“绿色化学的基本科学问题”2000年科技部国家重点基础研究发展规划项目立项石油炼制和基本有机化学品合成的绿色化学各国政府推动绿色化学的措施各国政府推动绿色化学的措施中国中国制订了“科教兴国”和可持续发展策略，并于1993年世界环境和发展大会之后，编制了中国21世纪议程郑重声明走可持续发展道路的决心。

绿色化学的原子经济性和原则无毒无害原料无毒无害原料可再生资源可再生资源环境友好产品环境友好产品回归自然回归自然废物回收利用废物回收利用无毒无害无毒无害催化剂催化剂无毒无害无毒无害溶剂溶剂原子经济反应原子经济反应3R3R原则原则即减量化（reducing）再利用（reusing）再循环（recycling）乙烯H2C=CHCl直接氯化H2C=CH2+Cl2ClH2C-CH2ClClH2C-CH2ClH2C=CHCl+HClCl2乙烯氧氯化HCl+H2C=CH2+1/2O2H2C=CHCl+H2OH2C=CHClHCl氯乙烯的生产Cl2原子经济率50%？

1.预防（prevention）：

防止废物产生优于废物产生后再处理或清理2.原子经济性（atomeconomy）：

应设计合成方法使其能把反应过程中利用的所有材料尽可能多地转化到最终产物中3.低毒化学合成（iesshazardouschemicalsynthesis）：

只要可行，应设计合成方法使其利用和产生的物质对人类健康和环境无毒性或很低毒性。

4.设计安全化学品（designingsaferchemicals）:

应设计化工产品使其保留功效，但降低毒性5.安全的溶剂和助剂（atersolventsandauxiliaries）：

应尽可能避免使用辅助物质（如溶剂、分离剂），如用时应是无毒的6.能量效率设计（designforenergyefficiency）:

应考虑到能源消耗对环境和经济的影响，并应尽量少地使用能源。

如有可能合成应在常温和常压下进行化工生产应遵循“绿色化学12条原则”7.使用可再生原料使用可再生原料（userenewablefeedstocks）:

只要技术和经济上可行，原料应是可再生的，而不是将耗竭的8.减少衍生物减少衍生物（reducederivatives）:

应尽可能避免不必要的衍生化（阻断基团，保护脱保护，物理和化学过程的暂时修饰）因为这些步骤需要添加试剂并可能产生废物9.催化催化（catalysis）:

催化试剂（有尽可能好的选择性）优于化学计量试剂10.降解设计降解设计（designfordegradation）:

应设计化工产品使其在完成使命后不在环境中久留，并降解为无毒的物质11.防止污染的快速分析防止污染的快速分析（real-timeanalysisforpollutionprevention）:

分析方法须进一步发展，以能够进行即时的和在线的跟踪及控制有害物质的生成12.本身安全、能防止意外事故的化学本身安全、能防止意外事故的化学（:

在化学转换过程中，所用的物质和物质的形态应尽可能地降低发生化学事故的可能性，包括：

泄漏、爆炸、和火灾n绿色产业发展的三个阶段。

绿色产业发展的三个阶段。

n第三个阶段，生态化产业园区。

第三个阶段，生态化产业园区。

丹麦的卡伦堡（Kalunborg）生态工业园区丹麦丹麦KalundborgKalundborg的工业网络图的工业网络图淤泥肥料淤泥肥料鱼塘塘壁板厂壁板厂街区供街区供热水泥和水泥和铺路路农药厂厂硫硫粉煤灰粉煤灰废热淡淡水水湖湖泊泊制制药厂厂硫酸厂硫酸厂2.炼油厂油厂温室温室1.燃煤燃煤电厂厂废热石膏石膏废热烟烟气气冷冷却却水水蒸蒸汽汽蒸蒸汽汽序号E，P项目地址涉及行业特点1查尔斯角弗古尼亚农业、海产品及海水养殖、旅游艺术品，高新技术产品2费尔菲尔德马里兰石化、有机化学品、废物再利用、环境技术3布朗斯维尔得克萨斯炼油、沥青、化工、纺织、车罩部件、热电、污水处理、溶剂回收4河岸佛蒙特生态农业，生物能源，废物处理5绿色协会明尼苏达绿色产业孵化器、废物再利用6普拉兹堡纽约军事设施再开发、资源和废物管理7东海岸加利福尼亚资源再生、自然美化、提高能源效率8特灵顿新泽西现有工业区的再开发，清洁工业9沙为昂亚利桑那商准一体化开发；

环境，自然特色10富兰克林卡罗莱纳可更新能源与环境技术的商贸联合体美国部分生态工业园区美国部分生态工业园区加拿大部分生态工业园区加拿大部分生态工业园区序号序号生态工业区名称生态工业区名称园址园址主要生产企业主要生产企业1伏特萨斯喀彻温伏特萨斯喀彻温（FortSaskatchewan）萨斯克萨斯克（Sask）化学品，聚氯乙烯、苯乙烯、电力、生物燃料等化学品，聚氯乙烯、苯乙烯、电力、生物燃料等2康沃尔康沃尔（Cornwall）安大略湖安大略湖（Ontario）热电联产、造纸、化工、电力设备和水泥等热电联产、造纸、化工、电力设备和水泥等3比勘克比勘克（BecancouE）魁北克魁北克（Quebec）氯碱盐酸、双氧水、烷基苯磺酸盐等化工氯碱盐酸、双氧水、烷基苯磺酸盐等化工4东蒙特利尔东蒙特利尔（MontrealEast）魁北克魁北克（Quebec）炼油石化、工业气体，石膏板、冶金等炼油石化、工业气体，石膏板、冶金等5圣乔尔圣乔尔（SaintJohn）新布伦瑞克新布伦瑞克（NewBrunswick）电力、造纸，炼油、酿酒、制糖等电