第九章 绿色化学中的过程强化技术集成
绿色化学技术
绿色化学技术绿色化学技术在当前社会中扮演着越来越重要的角色。
随着环境污染和资源浪费的日益严重，绿色化学技术的发展为解决这些问题提供了有效途径。
本文将就绿色化学技术的概念、原理、应用以及未来发展进行探讨。
绿色化学技术，又称可持续化学技术，是指通过最小化对环境的影响和最大化资源利用率来进行化学过程的设计、开发和实施的技术。
它以环境友好、高效能和经济可行为目标，通过减少或消除有毒有害物质的使用，降低能源消耗和废物产生，实现可持续发展。
绿色化学技术的原理在于遵循“12原则”，即预防污染、最大限度地减少化学物质的使用、设计安全和高效的化学合成方法、使用可再生原料、设计出可降解的化学物质、避免催化剂和溶剂的使用、设计能耗低的过程、设计合成方法使产物具有最终功能、使用催化剂实现高选择性转化、使用可再生原料和可回收催化剂、设计出可降解的化学物质、分析在实际过程中产生的化学物质。
绿色化学技术已经在许多领域得到了广泛应用。
例如，在有机合成中，传统的化学合成方法通常需要大量的有毒有害物质和高温高压条件，而绿色化学技术通过设计新的催化剂和反应条件，实现了高效、高选择性和环境友好的有机合成。
此外，绿色化学技术在新能源开发、废弃物处理、环境污染治理等方面也发挥着重要作用。
未来，绿色化学技术的发展方向主要包括以下几个方面。
首先，研究新的催化剂和反应条件，提高有机合成的效率和选择性。
其次，开发可再生原料和可回收催化剂，实现资源的可持续利用。
再次，研究新的废弃物处理方法，将废弃物转化为有用的化学品。
最后，加强绿色化学技术的教育和培训，培养更多的专业人才。
绿色化学技术是解决环境污染和资源浪费问题的重要手段。
通过最小化对环境的影响和最大化资源利用率，绿色化学技术能够实现可持续发展。
虽然绿色化学技术还面临一些挑战，如高成本和技术难题，但随着科学技术的进步和社会的关注，绿色化学技术必将在未来得到广泛应用并取得更大的成就。
我们期待绿色化学技术能够为人类的可持续发展做出更大贡献。
《绿色化学化工技术》课件
• 详细描述：在制药领域，采用绿色化学化工技术可以开发出更加高效、安全的合成方法和药物制剂，降低药物生产和应用对环境的影响。在农业领域，采用绿色化学化工技术可以开发 出更加环保、安全的农药和化肥，减少对土壤和水资源的污染。在能源领域，采用绿色化学化工技术可以开发出更加高效、环保的燃料和能源生产工艺，降低对化石燃料的依赖和环境 污染。在环保领域，采用绿色化学化工技术可以处理各种污染物，如废水、废气、固体废物等，降低对环境的负面影响。
案例二
原子经济性反应在绿色合 成中的应用
案例三
绿色合成中的环境友好介 质
案例一
生物催化在绿色合成中的 应用
案例四
绿色合成中的高效合成策 略
绿色分离实践案例
案例一
膜分离技术在绿色分离中的应用
案例二
超临界流体萃取在绿色分离中的 应用
案例三
绿色分离中的新型吸附剂
案例四
绿色分离中的节能减排技术
绿色过程实践案例
总结词
绿色过程技术是指采用高效、低能耗、环境友好的过程控制方法，实现化工生产的优化和节能减排。
详细描述
绿色过程技术包括反应动力学模型、过程强化、能量回收等。这些技术能够提高反应效率，降低能耗 和资源消耗，减少废物产生，是实现化工生产节能减排和可持续发展的重要手段。
04
绿色化学化工技术实践案例
绿色合成实践案例
详细描述
20世纪90年代初，绿色化学的概念被提出，强调在化学品的设计、开发和生产中考虑环境影响。随后，绿色化学 化工技术在多个领域得到应用，如制药、农业、能源等。进入21世纪，随着环保意识的提高和技术的发展，绿色 化学化工技术的研究和应用越来越广泛，成为化学和化工领域的重要发展方向。
绿色化学
绿色化学一、概念“绿色化学”由美国化学会（ACS）提出，目前得到世界广泛的响应。
其核心是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染；反应物的原子全部转化为期望的最终产物。
按照美国《绿色化学》(GreenChemistry)杂志的定义,绿色化学是指:在制造和应用化学产品时应有效利用(最好可再生)原料,消除废物和避免使用有毒的和危险的试剂和溶剂。
而今天的绿色化学是指能够保护环境的化学技术.它可通过使用自然能源,避免给环境造成负担、避免排放有害物质.利用太阳能为目的的光触媒和氢能源的制造和储藏技术的开发,并考虑节能、节省资源、减少废弃物排放量。
绿色化学又称“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”，绿色化学是近十年才产生和发展起来的，是一个“新化学婴儿”。
它涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等学科,内容广泛。
绿色化学的最大特点是在始端就采用预防污染的科学手段,因而过程和终端均为零排放或零污染。
世界上很多国家已把“化学的绿色化”作为新世纪化学进展的主要方向之一。
二、发展背景及主要特点化学在为人类创造财富的同时，给人类也带来了危难。
而每一门科学的发展史上都充满着探索与进步，由于科学中的不确定性，化学家在研究过程中不可避免地会合成出未知性质的化合物，只有通过经过长期应用和研究才能熟知其性质，这时新物质可能已经对环境或人类生活造成了影响。
传统的化学工业给环境带来的污染已十分严重，目前全世界每年产生的有害废物达3亿吨～4亿吨，给环境造成危害，并威胁着人类的生存。
严峻的现实使得各国必须寻找一条不破坏环境，不危害人类生存的可持续发展的道路。
化学工业能否生产出对环境无害的化学品？甚至开发出不产生废物的工艺？绿色化学的口号最早产生于化学工业非常发达的美国。
1990年，美国通过了一个“防止污染行动”的法令。
1991年后在，“绿色化学”由美国化学会（ACS）提出并成为美国环保署（EPA）的中心口号，并立即得到了全世界的积极响应绿色化学又称环境友好化学，它的主要特点是：1.充分利用资源和能源，采用无毒、无害的原料；2.在无毒、无害的条件下进行反应，以减少废物向环境排放；3.提高原子的利用率，力图使所有作为原料的原子都被产品所消纳，实现“零排放”；4.生产出有利于环境保护、社区安全和人体健康的环境友好的产品。
绿色化学中用到的技术
绿色化学中用到的技术绿色化学是指在化学生产和应用过程中，通过减少对环境的影响，减少对人类健康的危害，尽可能节约资源和能源，实现可持续发展的化学技术和方法。
绿色化学的发展是对传统化学生产和应用模式的一种重要改革，追求更加环保、节能、高效的技术和方法，为保护地球环境、提高资源利用率和保障人类健康作出积极贡献。
绿色化学不仅是对传统化学的一种改良，更是一种创新和重构，下面我们来详细介绍一些在绿色化学中常用到的技术。
一、替代有害物质在绿色化学中，替代有害物质是一个重要的策略。
传统的化学合成往往使用有害的溶剂、催化剂和反应剂，这些物质可能对环境和人类健康产生危害。
绿色化学中，科研人员致力于寻找并设计更为环保、无害的替代品，如水基溶剂、生物质基溶剂、可再生催化剂等，以实现在化学反应中替代有毒、有害的化学品，从而减少环境污染和健康风险。
二、催化剂技术催化剂技术是绿色化学中的关键技术之一。
传统化学生产过程中常常需要大量的能量和高温高压条件下进行反应，而催化剂技术可以使反应在较温和的条件下进行，从而减少能源消耗和减少对环境的污染。
绿色化学中，研究人员通过设计、合成和应用高效、环保的催化剂，以降低化学反应的活化能，提高反应速率，减少废弃物产生，实现资源和能源的高效利用。
三、绿色溶剂技术溶剂在化学合成和反应中起着重要作用，但传统的有机溶剂往往会对环境产生不良影响。
绿色化学中，科研人员致力于开发和应用更加环保、可循环利用的绿色溶剂技术，如离子液体、CO2、水和生物质基溶剂等，以替代传统的有机溶剂，减轻环境负担。
四、绿色催化合成技术绿色催化合成技术是绿色化学中的重要内容之一。
这一技术通过设计和合成高效、低毒的催化剂，实现对有机物的高效合成，减少废弃物产生，减少对环境的污染。
绿色催化合成技术还包括可再生资源的利用，如生物质和可再生能源的利用，实现对原料资源的高效利用。
五、绿色能源技术绿色化学中的能源技术是对传统化学生产过程中对能源的高度依赖进行改革。
绿色有机合成
绿色有机化学合成方法及应用绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学，而在其基础上发展起来的技术称为绿色技术、环境友好技术、清洁生产技术，其核心是利用化学原理从源头上减少或消除化学工业对环境的污染，是以消除环境污染，提高反应效率和原子经济性，降低能耗为出发点，开发清洁高效的化学反应过程。
从环保、经济和社会的要求看，化学工业不能再承担着使用和生产有毒有害物质得费用，需要大力研究和开发从源头上减少和消除污染的绿色化学。
目前，绿色化学作为未来化学工业发展的方向和基础以及新型生态工业发展的先导，越来越受到各国政府、企业和学术界的关注。
美国于1995年3月16日设立“美国总统绿色化学挑战奖”并与1996年7月在华盛顿国家科学院颁发了第一届奖项。
日本设立“新阳光计划”，该计划提出了“简单化学”的概念，即采用最大程度节约能源、资源和减少排放的简化生产工艺过程来实现未来的化学工业，为了地球环境而变更现有技术。
欧洲国家也开展了绿色化学的研究，如德国开展了“为环境而研究”的计划，荷兰用税法条款等方法来推进清洁生产技术的开发和应用，英国通过发行“绿色化学”出版物，设立奖项制度改善绿色化学工程与工艺。
我国“三绿工程”的实施“环境友好石油化工催化化学与反应工程”的启动、以及高校绿色化学课程的开设推动了绿色化学的发展。
近年来，绿色化学主要围绕化学反应、原料、催化剂、溶剂和产品的绿色化开展的。
反应原料的绿色化主要包括两个方面：⑴采用无毒无害原料⑵用可再生资源为原料。
目前，这些剧毒原料的代替品的开发、研究都已取得一些进展。
如①1996年美国总统绿色化学挑战奖—以无毒无害二乙醇胺代替氨、甲醛和氢氰酸为原料生产氨基二乙酸钠；②1999年美国总统绿色化学学术奖—以TAML活化剂（一系列以四氨基大环为配体的三价铁络合物）活化过氧化氢代替氯气或二氧化氮，从而应用于木浆和造纸工业。
③由我国研究开发的以甲醇羰化法合成碳酸二甲酯以代替剧毒光气为原料的合成法。
绿色化学的关键技术与应用
绿色化学的关键技术与应用绿色化学是一种以最小化或消除有害影响为目标的可持续化学思想，它在化学工业领域中发挥着越来越重要的作用。
绿色化学的目标是实现从化学物质生产、应用到废物处理和回收全过程的环境和经济可持续性、资源的高效利用和社会责任感。
绿色化学的关键技术和应用，是实现可持续化的生产和使用化学品的重要手段之一。
绿色化学技术的发展绿色化学技术的发展包括以下几个方面。
第一，绿色化学合成技术。
绿色化学合成技术是指在合成某些化学品的过程中，通过选择更加环保和节能的新材料、催化剂或反应条件，来实现绿色化学合成。
绿色化学合成技术的研究重点是开发绿色催化剂、液相和固相合成技术、微通道反应等。
绿色催化剂是指具有良好催化活性和选择性，同时能够减少污染和废物排放的催化剂。
采用微通道反应技术能够将反应的催化剂和反应物分离，有利于优化反应条件和提高反应效率。
第二，绿色解析技术。
绿色解析技术是指通过选择环保和节能的解析剂，并尽可能减少或避免有害溶液和废弃物的产生，来实现绿色化学解析。
目前已经发展出了一些绿色解析技术，如超声波技术、离子液体和低温降解技术等。
第三，绿色反应条件设计。
绿色反应条件设计是指通过选择绿色新颖反应条件，如超声波、微波、光催化等，来实现环境友好的绿色化学反应。
这些新颖的反应条件和技术可减少能量消耗、废弃物产生以及有害物质的排放，从而达到绿色化学的目的。
第四，绿色化学废物处理和回收技术。
废弃物处理和回收是绿色化学技术的重要组成部分。
目前发展的绿色化学废物处理和回收技术主要包括：生物处理、压缩和焚烧。
这些技术能够有效地处理和回收废物，同时减少对环境的有害影响。
绿色化学的应用随着绿色化学技术的不断发展，绿色化学的应用也日趋广泛。
第一，绿色化学在材料科学中的应用。
绿色合成材料是指使用环境友好的溶剂、新型催化剂、微通道反应器等技术生产具有各种性能的材料。
这些材料可以广泛应用于电力、化工、建筑、医药、环保等领域。
《绿色化学》教学大纲
《绿色化学》教学大纲先修课程：无机化学、有机化学、高分子化学与物理、化工原理等大纲执笔人：MH参加人：HJH、HJ、HH大纲审核人：FGC修订时间：2022年8月编写依据：应用化学专业人才培养方案（2022）年版一、课程介绍绿色化学是20世纪90年代中期出现的一门具有重大社会需求和明确科学目标的新兴交叉学科，是当今国际化学化工科学研究的前沿和重要发展领域。
本课程主要研究如何节约能源、开发新资源和从源头上消除污染，是实现循环经济和可持续发展的重要科学技术基础。
开设本课程的目的在于通过在大学生中普及绿色化学基本知识，培养大学生的绿色化学意识，了解如何利用科学技术实现可持续发展。
这对于提高大学生的综合素质，增强社会责任感十分重要。
二、本课程教学在专业人才培养中的地位和作用通过本课程的学习，使同学们较好地了解绿色化学的兴起与发展，掌握绿色化学的基本原理和方法，熟悉化学化工行业中具有先进性、实用性和前瞻性的绿色化学技术及其在现代化学工业中的应用，树立以绿色化学为核心的可持续发展观，为将来从事本专业相关工作和在科学研究过程中时时刻刻以可持续发展的观点考虑问题打下一定的基础。
三、本课程教学所要达到的基本目标理解并掌握本课程中的一些基本概念，基本原理和应用实例。
本课程主要讲授绿色化学的形成与发展状况、基本原理、设计安全有效目标化合物的原理和方法、设计安全有效目标化合物的应用实例、绿色化学方法、绿色化学的应用实例、绿色化学的发展趋势简介等内容，通过课堂讲授、习题课、专题讲座、课堂讨论、演算习题、自学和学生自主命题小论文等教学环节达到本课程的教学目的。
四、学生学习本课程应掌握的方法与技能（1）了解绿色化学这门新兴交叉学科的兴起与发展，掌握绿色化学的研究内容、特点以及在国内外的发展概况；（2）关注人类社会目前面临的主要挑战，资源、环境和健康问题及其化学本质，树立以绿色化学为核心的可持续发展观。
2、教学内容：（1）绿色化学的兴起与发展：生态环境的危机呼唤绿色化学，环境保护的宣传和法规推动绿色化学，化学工业的发展催化绿色化学，可持续发展促进绿色化学，绿色化学和技术成为各国政府和学术界关注的热点；（2）绿色化学的研究内容和特点：绿色化学的含义、绿色化学的研究内容及特点；（3）绿色化学在国内外的发展概况：绿色化学在国外的发展概况，我国十分重视绿色化学的研究工作；（4）绿色化学是我国化学工业可持续发展的必由之路：绿色化学所引发的产业革命，绿色化学是我国化学工业可持续发展的优选模式。
《绿色化学与化工》课程教学大纲
绿色化学与化工教学大纲课程编码：课程英文译名：GreenChemistry&ChemicalTechnology课程类别：专业限选课（自学课程）开课对象：化学、化学工程与工艺、制药工程、材料化学、高分子材料与工程开课学期：5学分：0.5学分总学时：32学时（课外自学）讲课（辅导）：4学时一、说明【目的任务】绿色化学与化工是20世纪90年代中期产生的具有重大社会需求和明确科学目标的一门新兴交叉学科，是当今化学化工科学研究的前沿和发展的重要领域。
绿色化学与化工课程是化学、化工、材料类等近化学专业学生在已学完“无机化学”、“分析化学”、“有机化学”、“化工原理”等课程后开设的一门专业选修课。
在近化学类专业学生中普及绿色化学与化工基本知识，普及利用科学技术实现可持续发展的理念，对提高学生的综合素质，增强社会责任感十分重要。
本课程的教学目的和任务是，通过本课程学习，使学生系统学习绿色化学的基本概念、基本原理和发展规律，培养绿色化学意识，并能在今后的科研及生产实践中，运用这些规律去分析问题和解决问题；让学生了解化学、化工生产中的资源与能源合理利用及生态环境可持续性发展间的关系，便于学生从整体上认识化学学科，达到开阔视野，拓宽知识面，树立既保护环境又推动工业生产发展的新观念；使学生及时了解最新最热门的科学技术成果的研究进展以及国内外发展状况，为成为知识渊博、研究方向明确的高素质人才打下基础。
【教学安排】本课程为课外自学课程，在第5学期开设，指定教材，安排教师进行课外指导，总学时数为32学时，为考查课程，修满0.5学分。
三、课程内容与教学要求第一章绪论（2学时）【教学要求】了解绿色化学的产生的背景、各国政府对绿色化学的政策与奖励、绿色化学与技术的活动和发展动向；掌握绿色化学的定义和特点。
【教学内容】一、绿色化学的产生和发展。
二、绿色化学的研究内容和特点。
三、绿色化学在国内外的发展。
三、绿色化学——可持续性发展的必由之路。
绿色化学简答题
绿色化学简答题1.化工过程强化可以通过什么途径实现？答：化工过程强化主要可以通过设备改进和方法改进来实现。
（1） 设备改进：对化学反应的设备的改进（旋转盘反应器、静态混合反应器、静态混合催化剂体系、整体式反应器、微型反应器等）和对其他操作过程的改进（静态混合器、紧凑热交换器、微孔道热交换器、转动填充床、离心吸附器等）。
（2） 改进方法：逆流反应器、反应蒸馏、反应提取、反应结晶、燃料电池、使用微波、太阳能、等离子体技术等。
2.工业生产苯胺的过程（1） 化学计量式：C 6H 6 + HNO 3 → C 6H 5NO 2 + H 2O 铁粉还原法：4 C 6H 5NO 2 + H 2O + 9Fe → 4C 6H 5NH 2 + 3Fe 3O 4 ①气相催化加氢：C 6H 5NO 2 + 3H 2 → C 6H 5NH 2 + 2 H 2O ②（2） 计算原子利用率，用绿色化学观点分析过程的不足1）C 6H 6 + HNO 3 + 3H 2 ＝ C 6H 5NH 2 + 3 H 2O2）4 C 6H 6 + 4 HNO 3 + 3Fe ＝4 C 6H 5NH 2 + 3 Fe 3O 4反应1）的原子利用率=(93/147)×100%=63.3%反应2）的原子利用率=(4×93)/(56×9+16×12+93×4) ×100%=25.83%这两个反应原子利用率都不高，造成反应原料的浪费,其中反应2）产物中氧化铁泥造成污染需回收处理，不符合环境保护和经济利用率准则。
（3） C 6H 6 + NH 3 + H 2O 2 → C 6H 5NH 2 + 2 H 2O（4） 其优点是产物无污染，且是一步合成反应，原子利用率大大提高等。
催化剂应在温和的反应条件下实现催化过程；可以直接实现一步氨基取代过程；并且对目标产物无破坏。
3.绿色化学的主要研究任务主要在以下几个主要方面：（1） 设计安全有效的目标分子：构效关系。
绿色化学有机合成
绿色化学-----有机合成随着世界经济的日益进展，化学应经成为了我们生活的重要的一局部，我们生活的点点滴滴都与化学反响息息相关。
其中，有机化学更是化学的格外重要的组成局部，已经涉及到很多的方面其中包括医药，石油化工，食品，服饰等众多方面，而有机合成更是重中之重。
就现在世界的进展而言，有机合成已经给我们的世界带来了巨大的物质利益，但是它同样带来的负面的影响也同样的困扰的我们，也已经成为我们不行消灭的问题。
因此，有机合成的绿色化将是我们进展有机化学乃至其他化学的最终目标。
绿色化学要求我们从原料，过程，结果，即整个反响从开头到完毕都要做到绿色化学。
从1991 年美国化学提出的绿色化学以来到现在，绿色化学已经经受了二十几年的进展，绿色化学也从原来最初始的简洁的定义进展成为一个单独的学科，而且涉及到各个行业。
绿色化学是指:在制造和应用化学产品时应有效利用(最好可再生)原料,消退废物和避开使用有毒的和危急的试剂和溶剂。
而今日的绿色化学是指能够保护环境的化学技术.它可通过使用自然能源,避开给环境造成负担、避开排放有害物质.利用太阳能为目的的光触媒和氢能源的制造和贮存技术的开发，并考虑节能、节约资源、削减废弃物排放量。
绿色化学又称“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”，绿色化学是近十年才产生和进展起来的，是一个“化学婴儿”。
它涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等学科,内容广泛。
绿色化学的最大特点是在始端就承受预防污染的科学手段，因而过程和终端均为零排放或零污染。
世界上很多国家已把“化学的绿色化”作为世纪化学进展的主要方向之一。
其特点是：1 充分利用资源和能源，承受无毒、无害的原料；2 在无毒、无害的条件下进展反响，以削减废物向环境排放；3 提高原子的利用率，力图使全部作为原料的原子都被产品消纳，实现“零排放”；4 生产出有利于环境保护、社区安全和人体安康的环境友好的产品。
相比绿色化学而言，有机化学有更长的争论历史。
2024年度-高中化学校本课程教材《绿色化学》
水作为溶剂在化学反应中具 有独特的性质，如促进某些 有机反应的进行、提高反应 速率和选择性等。
18
离子液体作为溶剂的特点及应用
离子液体由阴阳离子组 成，具有极低的蒸气压 、高热稳定性、宽电化 学窗口等特性。
离子液体可以作为绿色 溶剂替代传统有机溶剂 ，用于有机合成、催化 反应、电化学等领域。
离子液体在溶解有机物 、无机物和聚合物等方 面具有广泛的应用前景 。
37
绿色化学品评价方法介绍
生命周期评价法
对化学品的整个生命周期进行评估，包括原料提取、生产、运输 、使用、废弃等各个环节。
风险评价法
对化学品可能对人类健康和环境造成的危害进行评估，包括毒性 、生态毒性、环境持久性等方面。
综合评价法
综合考虑化学品的性能、环境影响、成本等因素进行评价。
38
典型绿色化学品案例分析
11
03 绿色合成方法与路线设计
12
原子经济性合成方法
原子经济性概念
01
在化学反应中，原料分子中的原子全部转化为目标产物，实现
零排放和高效利用。
原子经济性反应类型
02
包括加成反应、重排反应、环化反应等，这些反应具有高效、
高选择性和环境友好的特点。
原子经济性合成实例
03
如烯烃的氢甲酰化反应、羰基合成等，这些实例展示了原子经
20世纪80年代，随着环保意识的增强，绿色化学逐渐受 到重视。
03
成熟阶段
21世纪初，绿色化学成为化学领域的研究热点，并取得 了一系列重要成果。
5
绿色化学重要性
保护环境
绿色化学有助于减少化学工业对环境的污染 ，保护生态环境。
提高生活质量
促进可持续发展
绿色化工案例的过程能量集成的途径及效果
绿色化工案例的过程能量集成的途径及效果
绿色化工案例的过程能量集成的途径包括能源的全面利用、能源的优化配置、能源的替代利用和废弃物的能源利用等。
1. 能源的全面利用：绿色化工过程中，可以对废热、废气和废水等能源进行回收利用，通过热交换、回收装置、余热利用等技术手段，将废热转化为热能，用于供暖、蒸汽产生等用途；将废气中的有用成分分离提取，用于生产其他产品；将废水中的有机物进行处理，提取可再生的能源等。
2. 能源的优化配置：绿色化工过程中，可以通过优化工艺参数、改变原料组成、调整反应条件等方式，实现能源的高效利用。
例如，通过优化反应温度和压力，缩短反应时间，减少能源消耗和废物产生；通过合理选择反应催化剂，提高反应速率和选择性，减少废物生成等。
3. 能源的替代利用：绿色化工过程中，可以替代传统能源，采用更加环保和可持续的能源形式。
例如，使用太阳能、风能等可再生能源替代化石燃料；使用生物质能源替代化学合成原料；采用水电能源代替燃煤发电等。
4. 废弃物的能源利用：绿色化工过程中，可以对废弃物进行资源化利用，将其转化为可再生的能源。
例如，通过生物发酵、热解等技术手段，将有机废弃物转化为沼气和生物燃料；通过焚烧废弃物产生热能，用于发电或供热等。
这些能量集成的途径可以有效地减少能源消耗，降低环境污染
和资源浪费，实现绿色化工过程的可持续发展。
同时，能量集成还可以提高生产效率，降低生产成本，提升企业的竞争力。
绿色化工高端前沿技术的工业案例中过程系统能量集成
绿色化工高端前沿技术的工业案例中过程系统能量集成一、引言绿色化工是指在化学工业生产过程中，尽可能地减少环境污染和资源浪费，实现可持续发展的一种化学工艺。
在绿色化工的发展过程中，过程系统能量集成技术是一个重要的前沿技术。
本文以某绿色化工企业为例，探讨了过程系统能量集成技术在绿色化工高端前沿技术中的应用。
二、案例背景该企业是一家专注于生产高性能塑料的企业，其产品广泛应用于汽车、电子、医疗等领域。
该企业致力于实现产品生产过程的环保和节能，因此采用了绿色化工技术，并将过程系统能量集成技术应用于生产过程中。
三、过程系统能量集成技术的原理过程系统能量集成技术是指将不同温度和压力下的废热、废气等余热余气进行收集和利用，从而达到节约能源和减少碳排放的目的。
具体来说，该技术通过以下两个方面实现：1. 热积分：将不同温度下的余热进行收集和利用，提高能源利用效率。
2. 冷积分：将不同压力下的废气进行收集和利用，减少碳排放。
四、过程系统能量集成技术在某绿色化工企业中的应用1. 废气回收系统该企业采用了废气回收系统，将高温高压下的废气进行回收和利用。
具体来说，该系统通过对废气进行冷却、净化等处理，将其转化为可再生能源，并供给其他设备使用。
这样一来，不仅实现了资源的再利用，还大大降低了碳排放量。
2. 热积分技术该企业在生产过程中采用了热积分技术，将不同温度下的余热进行收集和利用。
具体来说，在生产过程中产生的余热通过热交换器进行回收，并供给其他设备使用。
通过这种方式，不仅实现了能源的节约和环保效果的提升，还降低了生产成本。
3. 冷积分技术该企业在生产过程中采用了冷积分技术，将不同压力下的废气进行收集和利用。
具体来说，在生产过程中产生的废气通过冷凝器进行回收，并供给其他设备使用。
通过这种方式，不仅实现了能源的节约和环保效果的提升，还降低了生产成本。
五、案例总结过程系统能量集成技术是绿色化工高端前沿技术中的重要组成部分。
通过该技术的应用，某绿色化工企业实现了废气回收、热积分和冷积分等方面的节能和环保效果，降低了生产成本，提高了企业竞争力。
绿色化学工程中的技术创新与应用
绿色化学工程中的技术创新与应用随着人们环保意识的不断提高，绿色化学工程已经成为了当下研究和应用比较火热的领域。
绿色化学工程是一种新型的工程理念，它致力于解决化学工程在生产过程中所带来的环境问题，并推崇“预防胜于治疗”的原则。
而在绿色化学工程中，技术创新和应用是非常重要的一环，下面我们来探究一下绿色化学工程中的技术创新和应用。
一、绿色化学工程技术创新在绿色化学工程中，技术创新旨在为生产过程提供更加环保、高效、经济的解决方案。
其中一个典型的例子就是“绿色催化剂”的推广应用。
绿色催化剂是指那些在化学反应中使用的能够提高化学反应速度和选择性，并且对环境和人体无害的催化剂。
与传统的催化剂不同，绿色催化剂可以在较低的反应条件下起到更好的催化效果。
由于绿色催化剂对于环境的影响非常小，因此被广泛地应用于燃料电池、电子器件、化学上线等领域。
另一个典型的例子就是“绿色催化合成反应”了。
在传统催化剂中，微米级和纳米级催化剂中都含有一定量的有害物质，因此催化反应产生的催化剂具有毒性。
但是绿色催化合成反应中，催化剂是由纳米碳管结构构成，其反应产物也不具有毒性，从而更为环保和安全。
二、绿色化学工程技术应用绿色化学工程技术应用主要集中在生产过程中。
为了实现“绿色”生产，企业需要采取一些技术手段进行治理。
具体来说，主要包括以下几个方面：1.原料选择：企业在生产之前，需要选择一些绿色化学品作为原料。
这些绿色化学品一般具有较低的毒性和污染率等优势，因此可以减少环境污染的风险。
2.生产工艺改进：企业在生产中需要尽可能地减少污染源的产生，因此需要进行生产工艺改进。
比如，在催化合成反应中，可以使用“绿色催化剂”等绿色催化剂来提高反应效率，从而减少反应废物的产生；在生产过程中，可以采用新型的生产设备，如无氟等离子喷雾技术，来减少有害气体的排放等。
3.废物处理：企业在生产中产生的污染物和废物需要得到妥善处理。
这其中一个典型的例子就是将废物进行可回收处理。
有机合成中的绿色化学
有机合成中的绿色化学在当今社会，化学在各个领域都发挥着至关重要的作用，从医药研发到材料科学，从农业生产到环境保护，无处不见化学的身影。
然而，传统的有机合成方法在为我们带来诸多便利和创新的同时，也带来了一些不可忽视的问题，如环境污染、资源浪费以及对人类健康的潜在威胁。
因此，绿色化学的理念应运而生，旨在从源头上减少或消除化学合成过程中的危害，实现化学的可持续发展。
绿色化学，又称为环境友好化学或清洁化学，是一门旨在减少或消除在化学产品的设计、生产和应用中有害物质的使用和产生的学科。
在有机合成领域，绿色化学的目标是通过创新的合成策略、选择环保的反应介质和催化剂，以及优化反应条件，以最小化对环境的负面影响，同时提高合成效率和选择性。
传统的有机合成方法往往依赖于有机溶剂，这些有机溶剂不仅具有挥发性和毒性，容易造成环境污染和危害操作人员的健康，而且在反应结束后需要进行复杂的分离和处理过程，增加了成本和能耗。
相比之下，绿色化学倡导使用水、超临界流体或离子液体等环境友好的反应介质。
水作为地球上最丰富的资源之一，具有无毒、价廉、不可燃等优点。
许多有机反应在水中可以顺利进行，甚至在某些情况下，水还可以提高反应的选择性和速率。
超临界流体，如超临界二氧化碳，具有类似于液体的溶解性和类似于气体的扩散性，在有机合成中可以作为一种绿色的溶剂和萃取剂。
离子液体则具有极低的挥发性、良好的溶解性和热稳定性，为有机合成提供了一种新的选择。
催化剂在有机合成中起着关键作用，它们可以降低反应的活化能，提高反应速率和选择性。
然而，传统的催化剂，如重金属催化剂，往往存在毒性大、难以回收和再利用等问题。
绿色化学鼓励使用高效、可回收和环境友好的催化剂。
例如，酶作为一种生物催化剂，具有高度的选择性和催化效率，在温和的条件下即可催化反应的进行。
此外，固体酸、碱催化剂以及负载型金属催化剂等也在绿色有机合成中得到了广泛的应用。
这些催化剂可以通过简单的过滤或离心等方法进行回收和重复使用，不仅降低了成本，还减少了催化剂对环境的污染。
绿色化学：第九章国外绿色化学奖简介
整体式结构的最重要的特征
• 与传统的填充床相比，其压力降很小，通 常比传统方法低一到两个数量级； • 单位反应器体积的几何面积高，通常比颗 粒催化剂床反应器高1.5∼4倍； • 因为涂层很薄，故扩散途径很短，因而具 有高的催化效率，实际可达100%； • 可提高由于传质阻力的影响而选择性差的 过程的选择性。
•
催化反应蒸馏器
• 催化反应蒸馏器是目前已商业化的典型多 功能反应器，其蒸馏柱由具有催化活性的 材料填充，把反应功能和分离功能集成在 一起。 • 在蒸馏柱中，反应物在催化剂上转化为产 物，产物则不断地被分馏离开反应体系， 这样反应的热力学平衡也被打破，因此可 获得超过热力学平衡转化率的产物量，同 时，由于把反应与分离集成在一起，能量 的使用效率也大为提高。
• 微波加热可使化学反应的速度成倍提高， 因此也是近来研究的热点之一。
– 2微波在液相反应中的应用 – 3微波技术在非溶剂反应中的应用 – 4微波技术在其他化工领域中的应用 – 5微波反应器
• 9.2.5其他强化方法
• 9.3化工过程强化途径之二——过程强化设 备
– 9.3.1新型反应器
• • • • • • • 1静态混合反应器 2整块蜂窝结构的催化反应器 3规整结构的催化反应器 4微型反应器 5旋转盘反应器 6离重力反应器 7超声波反应器
Sulzer 型静态混合反应器， 其混合单元由热传导管构 成，可用于混合或反应需 要提供大量的热能或产生 大量热而需要移去的过程， 比如硝化反应 、中和反应 等。 静态混合器的一个重要缺 陷是容易堵塞 ，因而不能 用于需要使用浆状催化剂 的情况。 Sulzer 通过采用既有很好的 混合性能又可用作催化剂 载体的特殊填充物的办法 克服了这一困难。
这一类敞开交叉流动结构催化剂 （称为KATAPAKs）已用于放热的 气相氧化反应和催化蒸馏过程，这 些过程传统上是采用固定床反应器 实现的。KATAPAKs具有很好的混 合性质和径向传热特性，但其比表 面较小。
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二00八年十二月
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9.1 概述
化工、炼油、制药等现代过程工业是大型化、高效率、 化工、炼油、制药等现代过程工业是大型化、高效率、高利润 的产业，是国民经济的支柱产业。 的产业，是国民经济的支柱产业。但是，它们在创造大量财富的同 时，也存在高物耗、高能耗和高污染的问题。随着现代过程工业的 发展，产品不断更新，环保要求日益提高，建设生态经济和实现可 持续发展的要求更为迫切。因此，人们力图应用绿色化学工程的原 理和方法，致力于过程的强化，即通过技术创新，改进工艺流程， 提高设备效率，使工厂布局更紧凑，单位能耗更低，三废更少。应 该说，过程强化是国内外化工界长期奋斗的目标，也是化学科学和 过程强化是国内外化工界长期奋斗的目标， 过程强化是国内外化工界长期奋斗的目标 工程研究的主要成果。 工程研究的主要成果。
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压缩气体 1—流化床体; 2—磁场发生装置; 3—磁性物料; 4—转子流量计; 5—U型压力计
图9.3 磁场流化床的基本结构和工作原理
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（a）磁固定床 ）
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4. 悬浮床催化蒸馏技术（Suspension Catalytic Distillation） 悬浮床催化蒸馏技术（ ）
催化蒸馏（ ） 催化蒸馏（CD）将多相催化反应过程和蒸馏分离过程耦合在 同一塔内同时进行，使得反应和分离相互促进、相互强化， 同一塔内同时进行，使得反应和分离相互促进、相互强化，具有 提高反应转化率和选择性、降低能耗和节省投资等优点，在化学 工业中越来越获得广泛的应用。但已有的研究表明，在常规的CD 过程中，以“催化剂构件” 方式固定在反应塔中的催化剂利用率 较低，原因是制作“催化剂构件”要求催化剂颗粒较大（一般直 径应大于1mm），而在蒸馏的操作条件下，扩散的影响难以克服， 因而催化剂的效率难以得到充分发挥。此外，常规固定床形式的 催化蒸馏，还存在“催化剂构件”的制作复杂、装卸和再生不便 等缺陷。
（b）磁稳定床 ）
（c）磁鼓泡床 ）
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Green C的特殊形式，它是在轴向、不随时间变 化的均匀外加磁场下形成的只有微弱运动的稳定床层。磁稳定床兼 磁稳定床兼 有固定床和流化床的许多优点。 有固定床和流化床的许多优点。它可以像流化床那样使用小颗粒固 体而不致于造成过高的压力降， 体而不致于造成过高的压力降，外加磁场的作用有效的控制了相间 返混，均匀的空隙度又使床层内部不易出现沟流。 返混，均匀的空隙度又使床层内部不易出现沟流。细小颗粒的可流 动性使得装卸固体非常便利。使用磁稳定床不仅可以避免流化床操 动性使得装卸固体非常便利。 作中经常出现的固体颗粒流失现象， 作中经常出现的固体颗粒流失现象，也可以避免固定床中可能出现 的局部热点。同时磁稳定床可以在较宽范围内稳定操作， 的局部热点。同时磁稳定床可以在较宽范围内稳定操作，还可以破 碎气泡改善相间传质。 碎气泡改善相间传质。总之，磁稳定床是由不同领域知识（磁体流 体力学与反应工程）结合形成的新思想的典范，是一种新型的、具 有创造性的床层形式。
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催化反应蒸馏技术的特点： 催化反应蒸馏技术的特点： 概括起来，催化蒸馏具有如下优点：利用反应放出的热量 利用反应放出的热量 用于蒸馏分离，节约能量；对于串连反应，当中间产物为目的产 用于蒸馏分离，节约能量；对于串连反应， 品时，生成的中间产品可很快离开反应段， 品时，生成的中间产品可很快离开反应段，避免了进一步的反应 提高了反应的选择性；对于可逆反应中可使产品的收率提高，其 提高了反应的选择性；对于可逆反应中可使产品的收率提高， 反应的收率常受到平衡限制， 反应的收率常受到平衡限制，催化蒸馏中可使反应产物很快离开 反应段，使平衡右移，从而使收率得到提高； 反应段，使平衡右移，从而使收率得到提高；将原来的反应器和 分离塔合并为一个塔，简化了流程，可节省了设备投资。 分离塔合并为一个塔，简化了流程，可节省了设备投资。
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化蒸馏技术以其独特的优点已被广泛应用于醚化、醚解、醚的 转化、二聚、烷基化、加氢、异构化、脱水、水合等化工过程中， 主要表现在以下方面： 主要表现在以下方面： （1）醚化过程 （2）醚解过程 （3）烯烃二聚 （4）芳烃烷基化 （5）异丁烷烷基化 （6）加氢异构化 （7）脱除杂质 （8）酯转移
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如果说绿色化学侧重从化学反应本身来消除环境污染、充分利 用资源、减少能源消耗；化工过程强化（Process Intensification） 化工过程强化（ 化工过程强化 ） 则强调在生产能力不变的情况下， 则强调在生产能力不变的情况下，在生产和加工过程中运用新技术 和设备，极大地减小设备体积或者极大地提高设备的生产能力， 和设备，极大地减小设备体积或者极大地提高设备的生产能力，显 著地提升能量效率，大量地减少废物排放。化工过程强化目前已成 著地提升能量效率，大量地减少废物排放。 为实现化工过程的高效、安全、环境友好、密集生产， 为实现化工过程的高效、安全、环境友好、密集生产，推动社会和 经济可持续发展的新兴技术， 经济可持续发展的新兴技术，美、德等发达国家已将化工过程强化 列为当前化学工程优先发展的三大领域之一。 列为当前化学工程优先发展的三大领域之一
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3. 磁稳定床反应技术 （Magnetically stabilized bed） ）
磁场流化床是在普通流化床的基础上增加了一外力场—磁场。 磁场流化床是在普通流化床的基础上增加了一外力场 磁场。 磁场 磁场流化床如果按流化介质 按流化介质划分，可分为液-固磁场流化床、气-固 固磁场流化床、 固 按流化介质 液 固磁场流化床 磁场流化床和气-液 固三相磁场流化床 固三相磁场流化床；如果从磁场方向 从磁场方向划分，它 磁场流化床和气 液-固三相磁场流化床 从磁场方向 可分为轴向磁场和横向磁场流化床 轴向磁场和横向磁场流化床。对磁场流化床的外加磁场研究 轴向磁场和横向磁场流化床 最多的是空间分布均匀、不随时间变化的稳恒磁场，通常由霍尔姆 兹线圈或永磁体产生，当流化介质的流速在高于最小流化速度又未 当流化介质的流速在高于最小流化速度又未 达到带出速度之前，床层呈活塞状膨胀，称之为磁场稳定流化床 达到带出速度之前，床层呈活塞状膨胀，称之为磁场稳定流化床。 对应于外加磁场，要求流化床内的流化介质要有磁响应性，磁性颗 粒在流化床中除了受重力、浮力、曳力作用外还受磁场力以及在较 高磁场下被磁化颗粒之间的相互作用力，随着磁场强度的变化表现 出不同的流化现象。
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催化蒸馏技术并不是能用于所有的化工过程。它仅仅适用于那 些反应过程和反应组分的蒸馏分离可以在同一温度条件下进行的化 学反应过程。如果反应组分之间存在有恒沸现象，或者反应物与产 物的沸点非常接近，催化蒸馏技术则不适用。过程所用的催化剂必 须是固体，它不能和反应系统各组分有互溶。原料中所含的催化剂 毒物应易于清除。反应过程中容易在催化剂上结焦的石油化工过程 是不适宜采用催化蒸馏技术的，因为这一工艺要求催化剂必须有足 够的寿命。
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过程强化技术的应用领域
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9.2化工过程强化技术集成 化工过程强化技术集成
9.2.1多功能反应技术 多功能反应技术
1.逆流反应技术 逆流反应技术
逆流反应器也称之为交替流反应器，是一种多功能反应器，它集成了 化学反应功能和传热功能于一身。它由一个反应器、两组阀门和一个吸热 系统组成，该系统在反应器的两端填装惰性填料，用作蓄热材料。反应器 的气体流向由两套阀门装置控制。在前半个循环物料的混合气体在常温下 通过下部惰性介质，并被加热。然后进入催化剂层，此时混合气体的温度 足以反应发生，并产生热量。然后气体进入上部催化剂层，并将其加热， 然后排出。这前半个气体循环中，反应器的下层部分最初是热的，然后慢 慢冷却下来，同时上部最先是凉的，然后被逐步加热。一定时间以后，通 过反向阀门改变气体的流向，主要是为了新进入的气体再利用上层惰性填 料中的热量。在后半个循环中，原本向上流动的气体改变流动方向。在这 种过程中放热化学反应产生的热量被反应器中间部分的吸热系统吸收。
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2. 催化反应蒸馏技术 （Catalytic Distillation） ）
催化蒸馏是将催化反应和蒸馏分离集成在一个蒸馏塔内来完成。 一般将催化蒸馏塔分为三段，自上往下可分别为：精馏段；反应段； 一般将催化蒸馏塔分为三段，自上往下可分别为：精馏段；反应段； 提馏段。 提馏段。精馏段和提馏段与一般蒸馏塔无异，可以用填料或塔板。 反应段由具有催化活性的材料填充，把反应功能和分离功能集成在 一起。在反应段中，反应物在催化剂上转化为产物，产物则不断地 被分馏离开反应体系，这样反应的热力学平衡也被打破，因此可获 得超过热力学平衡转化率的产物量，同时，由于把反应与分离集成 在一起，能量的使用效率也大为提高。
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逆流反应技术的应用 工业上应用交替流反应器的场合有：氧化挥发性有机化合物以 氧化挥发性有机化合物以 净化工业废气， 净化工业废气，用氨还原工业废气中的氮氧化物和二氧化硫氧化生 产硫酸。 产硫酸。在处理气体的流量和浓度波动的情况下，采用周期交替流 催化燃烧反应器，与传统的管壳式催化燃烧反应器相比，操作费用 可降低80%。