绿色化学工艺ppt课件

6
10.2绿色化学工艺的途径和手段
原料绿色化
➢ 原料决定了反应类型，工艺等 ➢ 选择原料考虑本身危害性、毒性、可再生性，即
采用无毒、无害原料 ➢ 以生物质作为化工原料在经济上还不具备竞争力，
是今后绿色工艺的发展方向
7
10.2绿色化学工艺的途径和手段
过程绿色化
➢ 采用原子经济性反应 ➢ 采用绿色cat，固体酸、两相、仿生（酶）催化 ➢ 采用绿色溶剂，水、超临界流体、离子液体
各反应物的量之和
4
原子经济性
重排反应 （100%） 写12-4式
加成反应 （100%） 乙烯直接氯化生产1，2二氯乙烷
取代反应：原子经济性不高，有副产物 消除反应：与取代反应一样，有副产物 氧化反应：原子经济性与所采用的氧化剂有关
5
绿色化学原则
过程绿色化
绿色化学工艺
原料绿色化
产品绿色化
3
原子经济性
原子经济性：指反应物中的原子有多少进入了产物
∑PiMi i AE=---------×100% ∑FjMj j
Pi: 目的产物分子中i原子的数目 F: 原料分子中j原子的数目 M: 各原子的相对原子质量 原子利用率：
目的产物的量 原子利用率=------------------------×100%
➢ 过程强化 设备强化(微型化)
含N,P的有机正离子和大 的无机负离子组成， 室T、低T为液体
方法强化(过程集成化，替代能源、非定态操作)
8
两相催化技术
水/有机两相催化：以不溶于有机相的水溶性过渡 金属配位化合物为cat,发ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ在水相或两相界面的 反应。 特点：反应产物和cat分别处于有机相和水相中， 通过简单的相分离可将cat与产物分开。以水为反 应介质，减少了有机溶剂的使用。不适合水敏感 性反应物。
11
10.2绿色化学工艺的途径和手段
产品绿色化
设计安全的化学品，对人类健康和环境无毒害 设计可降解的化学品
12
10.3绿色化工过程实例
（1）氢气和氧气直接合成过氧化氢新工艺 氢氧直接合成是原子经济反应 反应原理及热力学分析
H2+O2→H2O2
H2+1/2O2→H2O
H2O2 →H2O+1/2O2 H2O2 +H2 →2H2O 从热力学，上述反应都可进行但生成水的反应更有利
19
（2）环氧丙烷的绿色生产工艺
反应条件和反应机理
✓ 溶剂效应：溶剂的种类对反应活性、产物的选择 性甚至反应机理都有影响。在质子性溶剂如甲醇、 异丙醇中环氧化反应较快；在非质子性溶剂如乙 腈、丙酮中较慢。
✓ 温度和压力: T↑，X丙烯↑，PO选择性↓，最佳T约为40℃; 气-固-液非均相反应，P丙烯↑; PO选择性,ν ↑
主反应
CH3CH2=CH2+H2O2→ CH2CHCH3+H2O o
主要副反应 CH2CHCH3+H2O →C3H6(OH)2 o 2H2O2 →2H2O+O2
18
（2）环氧丙烷的绿色生产工艺
催化剂——TS-1分子筛
将具有变价特征的过渡金属Ti引入纯硅分子筛的 骨架中而形成。具有微孔和中孔的孔道结构，在 形成氧化还原催化的同时赋予了择形功能。 特征： ✓ 缺酸性质:有定向氧化催化性能，在氧化反应中不 会引起酸催化副反应； ✓ 疏水性：
10 绿色化学化工概论
1
10.1绿色化学基本概念
绿色化学：环境无害化学、环境友好化 学、清洁化学，在化学产品的设计、制造 和应用中避免和减少对人类健康和生态环 境有毒有害物质的使用和产生。
2
绿色化学工艺：指在绿色化学基础上开发的
从源头上阻止环境污染的化学工艺。该工艺的建 立和开发的指导思想是采用“原子经济”反应， 即原料中每一个原子都转化成产品，不产生任何 废物和副产品，实现废物的“零排放”，也不采 用有毒有害的原料，催化剂和溶剂，并生产环境 友好的产品。
14
氢气和氧气直接合成过氧化氢新工艺
反应条件 ✓ 反应温度和压力 10-30℃，40-50MPa ✓ 反应机理及动力学：有分歧，三种观点，
第一种：
15
流程图
16
10.3绿色化工过程实例
（2）环氧丙烷的绿色生产工艺 现状：氯醇法
共氧化法 绿色生产方法
TS-1催化过氧化氢氧化丙烯
17
（2）环氧丙烷的绿色生产工艺
10
超临界流体
超临界流体兼有气体和流体两者的特点，有与液 体相当的溶解能力，可溶解大多数有机物；粘度 和扩散系数类似于气体，提高溶质的传递速率。
超临界CO2 对有机物有较大的溶解度，对水的溶 解度小，分离易。适于作亲电、氧化反应的溶剂 超临界CO2可通过简单蒸发成为气体而被回收， 重新作为溶剂循环使用，且其汽化热比水和大多 数有机溶剂小。理想绿色超临界溶剂。
∴选cat
13
氢气和氧气直接合成过氧化氢新工艺
反应条件 ✓ Cat及助剂：Pd, Pd-Pt ， 载体γ-Al2O3,SiO2等
助剂是无机酸和卤离子溶液 ✓ 溶剂： 气-固-液三相反应，固体cat,液相反应介
质，混合气体反应物。H2在液相中的溶解度有利 于反应，H2在甲醇、丙酮等有机溶剂中溶解度较 水中大得多
9
两相催化技术
氟/有机两相催化：由溶解cat的氟相和溶解反应 物的有机相组成。低温时，氟相物质难溶于甲苯、 丙酮、醇等溶剂，当T↑,能够与有机相混溶→均相 反应体系；反应结束↓，均相体系又分为两相。产 物与cat易分离。 特点：含氟溶剂ρ高、热稳定性好、无毒、对气 体溶解度高，适于有气体参与的反应。
20
（2）环氧丙烷的绿色生产工艺
反应器
✓ 釜式：结构简单，难适于大宗化工产品的生产 ✓ 固定床：操作简单，生产能力大，关键控制T；
内扩散阻力损失cat选择性 ✓ 环流：多相反应器，结构简单，操作稳定，传质、
传热效率高，易大型化。
生产工艺（分三部分） 环氧化反应、产物精制、溶剂回收
21