人類社會面臨21世紀可持續(xù)發(fā)展的嚴峻挑戰(zhàn)世界化工設(shè)計課程課件

化工設(shè)計第一章化工過程設(shè)計王靜康教授化工設(shè)計王靜康教授第一節(jié).現(xiàn)代過程工程/國際化學(xué)工業(yè)發(fā)展趨勢第二節(jié).綠色化學(xué)科學(xué)與工程準則第三節(jié).化工過程設(shè)計的基本內(nèi)容第四節(jié).計算機輔助化工設(shè)計的發(fā)展第五節(jié).工程倫理學(xué)與責(zé)任關(guān)懷準則第一章化工過程設(shè)計本“化工設(shè)計”教材(496頁)：是高等教育‘十五’、‘十二.五’國家級規(guī)劃教材,希望同學(xué)課下參考教材學(xué)習(xí)。第一節(jié).現(xiàn)代過程工程/國際化學(xué)工業(yè)發(fā)展趨勢第一章化工過程

人類文明發(fā)展歷程證明，世界經(jīng)濟增長、社會進步和人類生活水平及生活質(zhì)量的提高，都離不開化工過程工程?；瘜W(xué)工業(yè)在21世紀仍是全球經(jīng)濟發(fā)展中強大的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一。

21世紀化學(xué)工業(yè)發(fā)展特征：

1).發(fā)展戰(zhàn)略：可持續(xù)發(fā)展，

2).發(fā)展準則：綠色化學(xué)科學(xué)與工程。第一節(jié).現(xiàn)代過程工程/國際化學(xué)工業(yè)發(fā)展趨勢人類文明發(fā)展歷程證明，世界經(jīng)濟增長、社第一節(jié).現(xiàn)

人類社會面臨21世紀可持續(xù)發(fā)展的嚴峻挑戰(zhàn)資源與能源（危機）環(huán)境（危機--污染與治理）人類健康水平與生活質(zhì)量（衣、食、住、行、醫(yī)）人類活動時空的拓展（空間技術(shù)）高科技（信息、生命、物質(zhì)等）對建立生態(tài)工業(yè)園區(qū)的迫切需求中國還面臨進入WTO的挑戰(zhàn)工程技術(shù)發(fā)展的永恒目標---

造福于人類，實現(xiàn)人類社會的可持續(xù)發(fā)展！人類社會面臨21世紀可持續(xù)發(fā)展的嚴峻

人類社會面臨21世紀可持續(xù)發(fā)展的嚴峻挑戰(zhàn)

*世界自然基金會和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署聯(lián)合發(fā)表的《2000年地球生態(tài)報告》顯示，若按目前的速度繼續(xù)消耗地球的資源，那么我們地球的資源會在2075年耗盡。

面對挑戰(zhàn)，全球皆要求發(fā)展綠色科學(xué)與過程;向“綠色低碳循環(huán)経濟”發(fā)展。人類社會面臨21世紀可持續(xù)發(fā)展的嚴峻世界可持續(xù)發(fā)展與綠色化學(xué)科學(xué)&工程

“綠色化學(xué)科學(xué)與工程”定義：“為減少與消除有害物質(zhì)對人類健康與環(huán)境的威脅所作的化學(xué)過程與產(chǎn)品的設(shè)計，開發(fā)和生產(chǎn)。”（GreenChemistry:TheoryandPractice,1998）

世界“可持續(xù)發(fā)展”定義：

“滿足當(dāng)前的需要，但不損及后代滿足他們的需要”。

發(fā)展綠色化學(xué)科學(xué)與工程是保證“世界可持續(xù)發(fā)展”

及全球環(huán)境安全的必然趨勢。世界可持續(xù)發(fā)展與綠色化學(xué)科學(xué)&工程“綠色化學(xué)科學(xué)與工

全球系統(tǒng)循環(huán)經(jīng)濟

生態(tài)城市生態(tài)工業(yè)園區(qū)生態(tài)化規(guī)劃綠色過程工程微觀過程對宏觀系統(tǒng)的影響的評估物流及服務(wù)原料輸入預(yù)加工產(chǎn)品制造過程及包裝配送回收、循環(huán)及排放物流及影響綠色過程工程——循環(huán)經(jīng)濟——可持續(xù)發(fā)展

可持續(xù)發(fā)展

結(jié)論：世界可持續(xù)發(fā)展需要綠色過程工程的支撐!!宏觀可持續(xù)發(fā)展對微觀過程的要求全球系統(tǒng)循環(huán)經(jīng)濟生態(tài)城市生態(tài)工業(yè)園1995年美國總統(tǒng)克林頓設(shè)立“總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎”；日本政府規(guī)劃了21世紀重建綠色地球的“新陽光計劃”；英國皇家化學(xué)會主辦的國際性雜志《綠色化學(xué)》1999年1月創(chuàng)刊；澳大利亞也創(chuàng)建了綠色化學(xué)期刊；在美國2003年公布的21世紀化學(xué)化工發(fā)展戰(zhàn)略中，再次強調(diào)了綠色化學(xué)化工的重要性。

綠色化學(xué)化工作為應(yīng)對21世紀挑戰(zhàn)的關(guān)鍵技術(shù)與支撐基礎(chǔ),已成為21世紀世界科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展前沿?zé)狳c：

綠色化學(xué)科學(xué)與工程

1995年美國總統(tǒng)克林頓設(shè)立“總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎”；綠色化學(xué)與化工定義：

為減少與消除有害物質(zhì)對人類健康與環(huán)境的威脅所作的化學(xué)過程與產(chǎn)品的設(shè)計，開發(fā)和生產(chǎn)。

綠色化學(xué)化工是具有重大社會需求和明確科學(xué)內(nèi)涵的新興交叉學(xué)科，是全球環(huán)境安全的保證,是當(dāng)今國際化學(xué)與化工的前沿。（GreenChemistry:TheoryandPractice,1998）綠色化學(xué)與化工定義：為減少與消除有害物質(zhì)對人類健康與國際化學(xué)工業(yè)發(fā)展趨勢發(fā)達國家1990-99年化學(xué)工業(yè)GDP平均增長率是其全部工業(yè)GDP（國民生產(chǎn)總值)平均增長率的2.69倍。在21世紀發(fā)達國家化學(xué)工業(yè)，年收益增長率仍高于其全部工業(yè)GDP的平均增長率。根據(jù)英國化工協(xié)會對全球化學(xué)品的統(tǒng)計和預(yù)測，2010年己超過2.04萬億美元（是2000年的1.42倍），并將一直保持較高的平均增長率。國際化學(xué)工業(yè)發(fā)展趨勢發(fā)達國家1990-99年化學(xué)工業(yè)GDP平Facts&Figures2000CHART3.3歐共體化學(xué)工業(yè)增長速度持續(xù)高于全部工業(yè)增長速度Facts&Figures2000CHART3.3歐石油化工產(chǎn)品及衍生物13.4％其它無機物3.8％塑料13.5％合成橡膠0.9％化肥2％醫(yī)藥生物制品25.9％特殊功能體12.6％顏料和油墨6.5％染料2.5％人造纖維

工業(yè)煤氣1.4％農(nóng)用化學(xué)品2.7％肥皂及清潔劑4.6％香料化妝品,7.4％人造油劑0.8％無機物

5.2%塑料和高聚物

14.4％農(nóng)業(yè)，食物鏈保健產(chǎn)品油劑，表面活性劑及衍生物12.8％特殊功能品和消費品21.6％

圖1.1國際化工涵蓋的主要部分及各部分GDP的百分率2％4.7%

由圖可見：國際大化工過程工業(yè)（流程工業(yè)）包括制藥、功能品產(chǎn)業(yè)、石化、化纖與塑料、精細化工、海洋化工、輕工、農(nóng)產(chǎn)品及食品工業(yè)…等。石油化工產(chǎn)品及衍生物13.4％其它無機物3.8％塑料13.其它歐洲國家6％美國30％日本14％亞洲13％拉丁美洲3％其它地區(qū)5％歐共體國家29％世界化學(xué)工業(yè)產(chǎn)值（GDP）在各地區(qū)的分布

美國化學(xué)工業(yè)持續(xù)占世界化工GDP30%，其中高端產(chǎn)品占79%。其它歐洲國家6％美國30％日本14％亞洲13％拉丁美洲3％其化學(xué)工程是21卋紀的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)化學(xué)與化工信息航天生命

輕工食品能源環(huán)境建筑農(nóng)牧業(yè)材料化學(xué)工程是21卋紀的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)化學(xué)與化工信息航天生命輕化學(xué)工業(yè)在21世紀仍持續(xù)高速發(fā)展2020年美國化學(xué)工業(yè)發(fā)展目標：繼續(xù)保持世界技術(shù)領(lǐng)先的地位；

2025年日本化工業(yè)發(fā)展目標：世界化工市場份額由18%提高到20%；

2025年歐盟化學(xué)工業(yè)發(fā)展目標：繼續(xù)保持國際競爭力。中國化學(xué)工業(yè)在國際上有一定地位。但化工業(yè)GDP人均值尚小于世界人均值的1/2，急需努力創(chuàng)新提升?；瘜W(xué)工業(yè)在21世紀仍持續(xù)高速發(fā)展2020年美國化學(xué)工業(yè)發(fā)化學(xué)工業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè),在21世紀仍持續(xù)高速發(fā)展

2012年我國化工產(chǎn)值12.24萬億元，占我國國民生產(chǎn)總值的8.2%；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，產(chǎn)品以低端為主。*中國化學(xué)工業(yè)年鑒,中國化工信息中心出版2011年中國GDP越居世界第二（美、中、日、德）。

美國《財富》雜志公布2013年7月世界500強企業(yè)排名：中國石化集團公司為第5位

中國石油天然氣集團公司為第6位（年收入約$1811億）但目前化工人均值仍小于世界人均值1/2?；瘜W(xué)工業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè),在21世紀仍持續(xù)高速發(fā)展1.強調(diào)綠色化學(xué)科學(xué)與工程特殊重要性及發(fā)展前景;2.強調(diào)多學(xué)科交叉融合研究，必須重視與其它學(xué)科交叉發(fā)展;3.

強調(diào)化學(xué)與化工內(nèi)涵的緊密融合，多尺度集成研究.以實現(xiàn)由分子水平去研究、設(shè)計與創(chuàng)造新的有用的物質(zhì)及其新的制造與轉(zhuǎn)化工程技術(shù)的全程目標;4.重視環(huán)境法律法規(guī)的建設(shè);5.重視生態(tài)工業(yè)園區(qū)的建立。

21世紀美國化工學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略1.強調(diào)綠色化學(xué)科學(xué)與工程特殊重要性及發(fā)展前景;21世紀

美國化學(xué)過程工業(yè)是美國少數(shù)具有正的貿(mào)易順差的制造工業(yè)之一，它獲得的附加值占美國全部制造業(yè)的1/3。根據(jù)聯(lián)邦政府統(tǒng)計，在近六年中對于化工R&D的投入，每$1(美元)可獲得$2的收益，即稅后年收益率>17%。（美國化學(xué)科學(xué)與技術(shù)學(xué)會，2003）新型工業(yè)化道路的請髓在于以信息化帶動工業(yè)化，以工業(yè)化促進信息化。兩者相互依存、相互融合、相互促進。

美國化學(xué)工業(yè)發(fā)展趨勢美國化學(xué)過程工業(yè)是美國少數(shù)具有正的貿(mào)易順差的制造

生物質(zhì)原料產(chǎn)品所占比例，％產(chǎn)品種類當(dāng)前2020年2090年液體燃料1－210≥50有機化學(xué)品1025﹥90對于生物質(zhì)資源的利用，美國國家研究委員會提出的生物質(zhì)原料制得產(chǎn)品目標***世界自然基金會和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署聯(lián)合發(fā)表的《２０００年地球生態(tài)報告》顯示，若按目前的速度繼續(xù)消耗地球的資源，那么我們地球的資源會在２０７５年耗盡。生物質(zhì)原料產(chǎn)品所占綠色化學(xué)化工:由分子層次直至多尺度研發(fā)尺度(時間及空間)集成研究發(fā)展時間尺度空間尺度綠色化學(xué)化工:由分子層次直至多尺度研

在二十一世紀初，我國化學(xué)工業(yè)總能耗為美、加、墨三國之和的

4.1倍,但產(chǎn)值相當(dāng)三國之和的23.8%——成本顯然缺乏競爭性?；瘜W(xué)工業(yè)萬元產(chǎn)值水耗為美國的3.5倍——生產(chǎn)技術(shù)顯然缺乏競爭性。我國萬元產(chǎn)值的污染物排放強度是美國的近百倍?；瘜W(xué)工業(yè)廢水排放量占全國工業(yè)部門的17.5%，名列第一位；化工廢氣排放量占第4位，固體廢物排放占第5位，但危險廢物占60%為第1位——環(huán)境污染度高。中國的SO2排放世界一，CO2排放趨于世界第一，面臨環(huán)境污染和低碳經(jīng)濟的挑戰(zhàn)。

發(fā)展綠色化學(xué)科學(xué)與工程，

更是中國的當(dāng)務(wù)之急！中國面臨資源、能源和環(huán)境嚴峻的挑戰(zhàn)。在二十一世紀初，我國化學(xué)工業(yè)總能耗為美、加、墨三國之和的中國“十二五規(guī)劃”：提升化工產(chǎn)業(yè)高新技術(shù)必要性可以減輕資源供應(yīng)壓力，克服資源對產(chǎn)業(yè)的制約。可以減輕污染排放壓力，克服環(huán)保的制約?？梢詰?yīng)對市場競爭壓力，克服成本的制約。可以克服增效減排壓力，克服結(jié)構(gòu)的制約。可以緩解能源替代壓力，克服技術(shù)的制約?？梢詼p輕低碳經(jīng)濟壓力，克服二氧化碳減排的制約。可以減輕安全生產(chǎn)的壓力，克服安全事故的制約。利用高新技術(shù)提升化工產(chǎn)業(yè)：可以減輕資源供應(yīng)壓力，克服資源對產(chǎn)業(yè)的制約。利用高新技術(shù)提升走資源高效利用的綠色可持續(xù)發(fā)展之路。節(jié)能降耗減排是保證環(huán)璄友好的必由之路?！暗吞技夹g(shù)”將是實現(xiàn)“低碳經(jīng)濟”一個重要

的支撐。4.實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展,提高技術(shù)創(chuàng)新能力尤為重要。中國“十二五規(guī)劃”：化工產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展戰(zhàn)略：走資源高效利用的綠色可持續(xù)發(fā)展之路。中國“十二五規(guī)劃”：化第二節(jié)、綠色化學(xué)科學(xué)與工程準則：1.2002年提出的綠色化學(xué)十二條原則(Science,2002.

)

2.

2008年提出的國際綠色化學(xué)工程的十二準則

(GreenChem.,2008)第二節(jié)、綠色化學(xué)科學(xué)與工程準則：2002年提出的綠色化學(xué)十二條原則1.源頭防止廢棄物產(chǎn)生要比廢棄物產(chǎn)生之后再去處理凈化更為可?。?.設(shè)計的合成方法應(yīng)使反應(yīng)過程中所用物料最大限度地轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)物；3.在任何可行的情況下，設(shè)計的合成方法都應(yīng)當(dāng)采用和產(chǎn)出那些對人類健康和環(huán)境毒性很小甚至是無毒的物質(zhì)；4.化學(xué)產(chǎn)品的設(shè)計要考慮到維持高效并減少毒性；5.盡可能不使用輔助物質(zhì)（如溶劑、析出劑等），在不得不使用時，也盡量使用無害物質(zhì)；6.

應(yīng)當(dāng)認識到能量需求對環(huán)境及經(jīng)濟的影響，并應(yīng)使之降到最低。合成方法應(yīng)在常溫常壓下進行；摘自—PoliakoffMet.al.Science,2002,297,607-810.

2002年提出的綠色化學(xué)十二條原則1.源頭防止廢棄物產(chǎn)生要比7.只要在技術(shù)和經(jīng)濟上可行，所用未加工材料或原料都應(yīng)當(dāng)是可回收而不是純消耗的；8.盡量避免產(chǎn)生不必要的化學(xué)衍生物（如基團封閉、保護/去保護、在化學(xué)/物理過程中暫時修飾）；9.催化劑（盡可能具有選擇性）更優(yōu)于符合化學(xué)計量的試劑；10.設(shè)計出的化學(xué)產(chǎn)品在完成其效用后不應(yīng)持續(xù)殘留于環(huán)境，而應(yīng)分解為無害的降解產(chǎn)物；11.需要進一步發(fā)展分析方法，以便在危險物質(zhì)形成以前進行實時在線檢測與控制；12.合理選擇化學(xué)過程中所使用的物質(zhì)及其形態(tài)，避免或盡量減少發(fā)生包括泄露、爆炸及火災(zāi)等化學(xué)事故。綠色化學(xué)十二條原則7.只要在技術(shù)和經(jīng)濟上可行，所用未加工材料或原料都應(yīng)當(dāng)是可回2008年提出的國際綠色化學(xué)工程的十二準則(GreenChem.,2008)1.保證工程的安全性和可靠性。2.設(shè)計的過程應(yīng)源頭防止廢棄物產(chǎn)生。3.實現(xiàn)工藝過程優(yōu)化。4.考慮可再生資源與能源循環(huán)利用。5.產(chǎn)品工程導(dǎo)向的設(shè)計。6.

實現(xiàn)過程集成簡化。7.物質(zhì)、能量、空間和時間利用效率的高效化。8.工程設(shè)計應(yīng)面向用戶需求。9.化學(xué)產(chǎn)品設(shè)計要考慮到高效化與易于分離的副產(chǎn)品。10.引入質(zhì)量和能量交換網(wǎng)絡(luò)的工程。11.對設(shè)計的生命周期進行評價。12.

考慮產(chǎn)品生命周期的可持續(xù)性。2008年提出的國際綠色化學(xué)工程的十二準則(Green現(xiàn)代的集成型流程（1個裝置）傳統(tǒng)的常規(guī)型流程（11個裝置設(shè)備）乙酸甲醇催化劑乙酸甲酯溶劑共沸物水溶劑共沸物水較重組分蒸餾萃取蒸餾反應(yīng)蒸餾反應(yīng)反應(yīng)蒸餾蒸餾乙酸催化劑甲醇乙酸甲酯綠色化學(xué)工程的準則：6.實現(xiàn)過程集成簡化過程集成簡化現(xiàn)代的集成型流程傳統(tǒng)的常規(guī)型流程乙酸甲醇催化劑乙酸甲酯溶劑共國際綠色化學(xué)工程的十二準則(GreenChem.,2008)1.保證工程的安全性和可靠性。2.設(shè)計的過程應(yīng)源頭防止廢棄物產(chǎn)生。3.實現(xiàn)工藝過程優(yōu)化。4.考慮可再生資源與能源循環(huán)利用。5.產(chǎn)品工程導(dǎo)向的設(shè)計。6.

實現(xiàn)過程集成簡化。7.物質(zhì)、能量、空間和時間利用效率的高效化。8.工程設(shè)計應(yīng)面向用戶需求。9.化學(xué)產(chǎn)品設(shè)計要考慮到高效化與易于分離的副產(chǎn)品。10.引入質(zhì)量和能量交換網(wǎng)絡(luò)的工程。11.對設(shè)計的生命周期進行評價。12.

考慮產(chǎn)品生命周期的可持續(xù)性。

國際綠色化學(xué)工程的十二準則(GreenChem.,200環(huán)氧乙烷草酸（媒染劑、除銹劑、漂白劑）墨水、染料、皮革與對苯二甲酸反應(yīng)酯化生成單體；再縮聚生成聚對苯二甲酸乙二醇酯，紡絲后處理滌綸纖維二甘醇乙二醇水合氧化醫(yī)藥、化妝品等

如環(huán)氧乙烷的深度加工至滌綸及滌綸再生資源的循環(huán)利用:乙烯石油醇解或水解單體…….…….…….…….綠色石油化工的生產(chǎn)鏈與資源的循環(huán)利用綠色化學(xué)工程準則：12.

產(chǎn)品生命周期的可持續(xù)發(fā)展性循環(huán)利用

國際發(fā)達國家對化工設(shè)計審批標準提升到必須對產(chǎn)品的生命周期的可持續(xù)發(fā)展負責(zé)。環(huán)氧乙烷草酸（媒染劑、除銹劑、漂白劑）墨水、染料、皮革與對苯

以滌綸為例說明12.產(chǎn)品生命周期的可持續(xù)發(fā)展性它是由環(huán)氧乙烷水合制乙二醇(EG)，與對苯二甲酸（PTA）反應(yīng)酯化生成單體［或?qū)Ρ蕉姿岫柞ィ―MT）和乙二醇（EG）為原料，經(jīng)酯化或酯交換］，經(jīng)縮聚反應(yīng)而制得的成纖高聚物——聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET），經(jīng)紡絲和后處理制成的纖維。該使用后廢纖維經(jīng)過凈化處理后，醇解和水解后，成為單體，可供循環(huán)利用。以滌綸為例說明12.產(chǎn)品生命周期的可持續(xù)發(fā)展性它是由5.產(chǎn)品工程導(dǎo)向的設(shè)計/國際化學(xué)工業(yè)

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)展態(tài)勢基本化工：規(guī)模效益（資源利用率的提高）

信息化程度（自動化程度）的提高,能耗的降低。精細化工(包括功能產(chǎn)品):產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的及時調(diào)整多產(chǎn)品車間的建立——柔性生產(chǎn)線。

根據(jù)全球統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在美、英、日、德等國的大化工行業(yè)的GDP中精細化學(xué)品及功能產(chǎn)品占79%左右。石油化工一體化：原料—基本化工—精細化工

—功能產(chǎn)品/生產(chǎn)鏈式結(jié)構(gòu)5.產(chǎn)品工程導(dǎo)向的設(shè)計/國際化學(xué)工業(yè)

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)展態(tài)勢基本大力發(fā)展精細化工已成為世界各國調(diào)整化學(xué)工業(yè)結(jié)構(gòu)、提升化學(xué)工業(yè)產(chǎn)業(yè)能級和擴大經(jīng)濟效益的戰(zhàn)略重點。21世紀以來，世界精細化工發(fā)展具有產(chǎn)業(yè)集群化、工藝清潔化、節(jié)能化，產(chǎn)品多樣化、專用化及高性能化的顯著特征。5.產(chǎn)品工程導(dǎo)向的設(shè)計/國際化學(xué)工業(yè)

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)展態(tài)勢大力發(fā)展精細化工已成為世界各國調(diào)整化學(xué)工業(yè)結(jié)構(gòu)、提升化學(xué)工業(yè)合理生產(chǎn)鏈及其優(yōu)化與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的及時調(diào)整

２０世紀末期，美國商業(yè)部作了一項統(tǒng)計，以石油作基準計算，如果作為燃料燒掉價值為1的話，若把它全部分離為“基本原料”，則價值增至2，若合成出“通用化學(xué)品”將增值至4，進一步制成“精細化學(xué)品”將增值至8，最終制成“專用化學(xué)品”增值至106。

其價值比值為：1:2:4:8:106。

以上是國際制造業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)競爭焦點：我國必須向精品高端制造強國前進。合理生產(chǎn)鏈及其優(yōu)化與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的及時調(diào)整２10.引入質(zhì)量與能量交換網(wǎng)絡(luò)的工程，實現(xiàn)過程集成，

是實現(xiàn)綠色化工的核心技術(shù)。

1)、夾點分析――（資源、能源節(jié)約型）基于熱力學(xué)原理的集成換熱器網(wǎng)絡(luò)的夾點技術(shù)推廣到傳質(zhì)交換網(wǎng)絡(luò)中來。質(zhì)交換器指的是任何逆向直接接觸的傳質(zhì)操作，如吸收、吸附、液—液萃取、離子交換、浸取、汽提，氫夾點分析等。

這種質(zhì)交換網(wǎng)絡(luò)分析的目的是設(shè)計污染雜質(zhì)的回收網(wǎng)絡(luò)，以減少污染。廢水最小化的夾點設(shè)計方法。10.引入質(zhì)量與能量交換網(wǎng)絡(luò)的工程，實現(xiàn)過程集成，

是實現(xiàn)2)、深度過程集成：網(wǎng)絡(luò)超結(jié)構(gòu)模型模擬交換網(wǎng)絡(luò):綠色深度過程集成方法

立足于通用反應(yīng)器及相互連接的流股網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的超結(jié)構(gòu)，在研究傳質(zhì)和傳熱的各種可能安排的基礎(chǔ)上，找尋最優(yōu)化的結(jié)構(gòu):①用可再生資源代替不可再生資源②氫夾點分析③基于溶劑的分離系統(tǒng)設(shè)計④利用微化工廠來規(guī)避風(fēng)險、提高效率⑤工廠公用工程及聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的節(jié)能2)、深度過程集成：網(wǎng)絡(luò)超結(jié)構(gòu)模型模擬交換網(wǎng)絡(luò):綠色深度過程課下作業(yè)1.化工過程設(shè)計的綠色化學(xué)科學(xué)與工程準則包括那些內(nèi)容？2.簡述化工過程系統(tǒng)工程模擬軟件主要發(fā)展趨勢參考文獻：DavidT.Allen,DavidR.Shonnard,GreenEngineering:EnvironmentallyConsciousDesignofChemicalProcesses,PrenticeHallPTR,Indiana,USA.,20012.EditedBy:DJHCLARK,HandbookofGreenChemistryandTechnology,BlackwellPublishing,Oxford,UK.,2002請同學(xué)們提前完成作業(yè)，在習(xí)題課上進行討論。課下作業(yè)1.化工過程設(shè)計的綠色化學(xué)科學(xué)與工程準則包括那些內(nèi)人類社會面臨21世紀可持續(xù)發(fā)展的嚴峻挑戰(zhàn)世界化工設(shè)計課程課件1.化工過程設(shè)計的綠色化學(xué)科學(xué)與工程準則包括那些內(nèi)容？2.簡述化工過程系統(tǒng)工程模擬軟件主要發(fā)展趨勢。3.試述化學(xué)工程師的責(zé)任及責(zé)任關(guān)懷的主要內(nèi)容？4.試述化工過程設(shè)計的基本內(nèi)容是什么？5.在化工過程設(shè)計中工藝專業(yè)主要負責(zé)的內(nèi)容又是什么？課下作業(yè)請同學(xué)們提前完成作業(yè)，在習(xí)題課上進行討論。1.化工過程設(shè)計的綠色化學(xué)科學(xué)與工程準則包括那些內(nèi)容？課下化工設(shè)計第一章化工過程設(shè)計王靜康教授化工設(shè)計王靜康教授第一節(jié).現(xiàn)代過程工程/國際化學(xué)工業(yè)發(fā)展趨勢第二節(jié).綠色化學(xué)科學(xué)與工程準則第三節(jié).化工過程設(shè)計的基本內(nèi)容第四節(jié).計算機輔助化工設(shè)計的發(fā)展第五節(jié).工程倫理學(xué)與責(zé)任關(guān)懷準則第一章化工過程設(shè)計本“化工設(shè)計”教材(496頁)：是高等教育‘十五’、‘十二.五’國家級規(guī)劃教材,希望同學(xué)課下參考教材學(xué)習(xí)。第一節(jié).現(xiàn)代過程工程/國際化學(xué)工業(yè)發(fā)展趨勢第一章化工過程

人類文明發(fā)展歷程證明，世界經(jīng)濟增長、社會進步和人類生活水平及生活質(zhì)量的提高，都離不開化工過程工程。化學(xué)工業(yè)在21世紀仍是全球經(jīng)濟發(fā)展中強大的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一。

21世紀化學(xué)工業(yè)發(fā)展特征：

1).發(fā)展戰(zhàn)略：可持續(xù)發(fā)展，

2).發(fā)展準則：綠色化學(xué)科學(xué)與工程。第一節(jié).現(xiàn)代過程工程/國際化學(xué)工業(yè)發(fā)展趨勢人類文明發(fā)展歷程證明，世界經(jīng)濟增長、社第一節(jié).現(xiàn)

人類社會面臨21世紀可持續(xù)發(fā)展的嚴峻挑戰(zhàn)資源與能源（危機）環(huán)境（危機--污染與治理）人類健康水平與生活質(zhì)量（衣、食、住、行、醫(yī)）人類活動時空的拓展（空間技術(shù)）高科技（信息、生命、物質(zhì)等）對建立生態(tài)工業(yè)園區(qū)的迫切需求中國還面臨進入WTO的挑戰(zhàn)工程技術(shù)發(fā)展的永恒目標---

造福于人類，實現(xiàn)人類社會的可持續(xù)發(fā)展！人類社會面臨21世紀可持續(xù)發(fā)展的嚴峻

人類社會面臨21世紀可持續(xù)發(fā)展的嚴峻挑戰(zhàn)

*世界自然基金會和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署聯(lián)合發(fā)表的《2000年地球生態(tài)報告》顯示，若按目前的速度繼續(xù)消耗地球的資源，那么我們地球的資源會在2075年耗盡。

面對挑戰(zhàn)，全球皆要求發(fā)展綠色科學(xué)與過程;向“綠色低碳循環(huán)経濟”發(fā)展。人類社會面臨21世紀可持續(xù)發(fā)展的嚴峻世界可持續(xù)發(fā)展與綠色化學(xué)科學(xué)&工程

“綠色化學(xué)科學(xué)與工程”定義：“為減少與消除有害物質(zhì)對人類健康與環(huán)境的威脅所作的化學(xué)過程與產(chǎn)品的設(shè)計，開發(fā)和生產(chǎn)。”（GreenChemistry:TheoryandPractice,1998）

世界“可持續(xù)發(fā)展”定義：

“滿足當(dāng)前的需要，但不損及后代滿足他們的需要”。

發(fā)展綠色化學(xué)科學(xué)與工程是保證“世界可持續(xù)發(fā)展”

及全球環(huán)境安全的必然趨勢。世界可持續(xù)發(fā)展與綠色化學(xué)科學(xué)&工程“綠色化學(xué)科學(xué)與工

全球系統(tǒng)循環(huán)經(jīng)濟

生態(tài)城市生態(tài)工業(yè)園區(qū)生態(tài)化規(guī)劃綠色過程工程微觀過程對宏觀系統(tǒng)的影響的評估物流及服務(wù)原料輸入預(yù)加工產(chǎn)品制造過程及包裝配送回收、循環(huán)及排放物流及影響綠色過程工程——循環(huán)經(jīng)濟——可持續(xù)發(fā)展

可持續(xù)發(fā)展

結(jié)論：世界可持續(xù)發(fā)展需要綠色過程工程的支撐!!宏觀可持續(xù)發(fā)展對微觀過程的要求全球系統(tǒng)循環(huán)經(jīng)濟生態(tài)城市生態(tài)工業(yè)園1995年美國總統(tǒng)克林頓設(shè)立“總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎”；日本政府規(guī)劃了21世紀重建綠色地球的“新陽光計劃”；英國皇家化學(xué)會主辦的國際性雜志《綠色化學(xué)》1999年1月創(chuàng)刊；澳大利亞也創(chuàng)建了綠色化學(xué)期刊；在美國2003年公布的21世紀化學(xué)化工發(fā)展戰(zhàn)略中，再次強調(diào)了綠色化學(xué)化工的重要性。

綠色化學(xué)化工作為應(yīng)對21世紀挑戰(zhàn)的關(guān)鍵技術(shù)與支撐基礎(chǔ),已成為21世紀世界科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展前沿?zé)狳c：

綠色化學(xué)科學(xué)與工程

1995年美國總統(tǒng)克林頓設(shè)立“總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎”；綠色化學(xué)與化工定義：

為減少與消除有害物質(zhì)對人類健康與環(huán)境的威脅所作的化學(xué)過程與產(chǎn)品的設(shè)計，開發(fā)和生產(chǎn)。

綠色化學(xué)化工是具有重大社會需求和明確科學(xué)內(nèi)涵的新興交叉學(xué)科，是全球環(huán)境安全的保證,是當(dāng)今國際化學(xué)與化工的前沿。（GreenChemistry:TheoryandPractice,1998）綠色化學(xué)與化工定義：為減少與消除有害物質(zhì)對人類健康與國際化學(xué)工業(yè)發(fā)展趨勢發(fā)達國家1990-99年化學(xué)工業(yè)GDP平均增長率是其全部工業(yè)GDP（國民生產(chǎn)總值)平均增長率的2.69倍。在21世紀發(fā)達國家化學(xué)工業(yè)，年收益增長率仍高于其全部工業(yè)GDP的平均增長率。根據(jù)英國化工協(xié)會對全球化學(xué)品的統(tǒng)計和預(yù)測，2010年己超過2.04萬億美元（是2000年的1.42倍），并將一直保持較高的平均增長率。國際化學(xué)工業(yè)發(fā)展趨勢發(fā)達國家1990-99年化學(xué)工業(yè)GDP平Facts&Figures2000CHART3.3歐共體化學(xué)工業(yè)增長速度持續(xù)高于全部工業(yè)增長速度Facts&Figures2000CHART3.3歐石油化工產(chǎn)品及衍生物13.4％其它無機物3.8％塑料13.5％合成橡膠0.9％化肥2％醫(yī)藥生物制品25.9％特殊功能體12.6％顏料和油墨6.5％染料2.5％人造纖維

工業(yè)煤氣1.4％農(nóng)用化學(xué)品2.7％肥皂及清潔劑4.6％香料化妝品,7.4％人造油劑0.8％無機物

5.2%塑料和高聚物

14.4％農(nóng)業(yè)，食物鏈保健產(chǎn)品油劑，表面活性劑及衍生物12.8％特殊功能品和消費品21.6％

圖1.1國際化工涵蓋的主要部分及各部分GDP的百分率2％4.7%

由圖可見：國際大化工過程工業(yè)（流程工業(yè)）包括制藥、功能品產(chǎn)業(yè)、石化、化纖與塑料、精細化工、海洋化工、輕工、農(nóng)產(chǎn)品及食品工業(yè)…等。石油化工產(chǎn)品及衍生物13.4％其它無機物3.8％塑料13.其它歐洲國家6％美國30％日本14％亞洲13％拉丁美洲3％其它地區(qū)5％歐共體國家29％世界化學(xué)工業(yè)產(chǎn)值（GDP）在各地區(qū)的分布

美國化學(xué)工業(yè)持續(xù)占世界化工GDP30%，其中高端產(chǎn)品占79%。其它歐洲國家6％美國30％日本14％亞洲13％拉丁美洲3％其化學(xué)工程是21卋紀的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)化學(xué)與化工信息航天生命

輕工食品能源環(huán)境建筑農(nóng)牧業(yè)材料化學(xué)工程是21卋紀的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)化學(xué)與化工信息航天生命輕化學(xué)工業(yè)在21世紀仍持續(xù)高速發(fā)展2020年美國化學(xué)工業(yè)發(fā)展目標：繼續(xù)保持世界技術(shù)領(lǐng)先的地位；

2025年日本化工業(yè)發(fā)展目標：世界化工市場份額由18%提高到20%；

2025年歐盟化學(xué)工業(yè)發(fā)展目標：繼續(xù)保持國際競爭力。中國化學(xué)工業(yè)在國際上有一定地位。但化工業(yè)GDP人均值尚小于世界人均值的1/2，急需努力創(chuàng)新提升?；瘜W(xué)工業(yè)在21世紀仍持續(xù)高速發(fā)展2020年美國化學(xué)工業(yè)發(fā)化學(xué)工業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè),在21世紀仍持續(xù)高速發(fā)展

2012年我國化工產(chǎn)值12.24萬億元，占我國國民生產(chǎn)總值的8.2%；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，產(chǎn)品以低端為主。*中國化學(xué)工業(yè)年鑒,中國化工信息中心出版2011年中國GDP越居世界第二（美、中、日、德）。

美國《財富》雜志公布2013年7月世界500強企業(yè)排名：中國石化集團公司為第5位

中國石油天然氣集團公司為第6位（年收入約$1811億）但目前化工人均值仍小于世界人均值1/2。化學(xué)工業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè),在21世紀仍持續(xù)高速發(fā)展1.強調(diào)綠色化學(xué)科學(xué)與工程特殊重要性及發(fā)展前景;2.強調(diào)多學(xué)科交叉融合研究，必須重視與其它學(xué)科交叉發(fā)展;3.

強調(diào)化學(xué)與化工內(nèi)涵的緊密融合，多尺度集成研究.以實現(xiàn)由分子水平去研究、設(shè)計與創(chuàng)造新的有用的物質(zhì)及其新的制造與轉(zhuǎn)化工程技術(shù)的全程目標;4.重視環(huán)境法律法規(guī)的建設(shè);5.重視生態(tài)工業(yè)園區(qū)的建立。

21世紀美國化工學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略1.強調(diào)綠色化學(xué)科學(xué)與工程特殊重要性及發(fā)展前景;21世紀

美國化學(xué)過程工業(yè)是美國少數(shù)具有正的貿(mào)易順差的制造工業(yè)之一，它獲得的附加值占美國全部制造業(yè)的1/3。根據(jù)聯(lián)邦政府統(tǒng)計，在近六年中對于化工R&D的投入，每$1(美元)可獲得$2的收益，即稅后年收益率>17%。（美國化學(xué)科學(xué)與技術(shù)學(xué)會，2003）新型工業(yè)化道路的請髓在于以信息化帶動工業(yè)化，以工業(yè)化促進信息化。兩者相互依存、相互融合、相互促進。

美國化學(xué)工業(yè)發(fā)展趨勢美國化學(xué)過程工業(yè)是美國少數(shù)具有正的貿(mào)易順差的制造

生物質(zhì)原料產(chǎn)品所占比例，％產(chǎn)品種類當(dāng)前2020年2090年液體燃料1－210≥50有機化學(xué)品1025﹥90對于生物質(zhì)資源的利用，美國國家研究委員會提出的生物質(zhì)原料制得產(chǎn)品目標***世界自然基金會和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署聯(lián)合發(fā)表的《２０００年地球生態(tài)報告》顯示，若按目前的速度繼續(xù)消耗地球的資源，那么我們地球的資源會在２０７５年耗盡。生物質(zhì)原料產(chǎn)品所占綠色化學(xué)化工:由分子層次直至多尺度研發(fā)尺度(時間及空間)集成研究發(fā)展時間尺度空間尺度綠色化學(xué)化工:由分子層次直至多尺度研

在二十一世紀初，我國化學(xué)工業(yè)總能耗為美、加、墨三國之和的

4.1倍,但產(chǎn)值相當(dāng)三國之和的23.8%——成本顯然缺乏競爭性?；瘜W(xué)工業(yè)萬元產(chǎn)值水耗為美國的3.5倍——生產(chǎn)技術(shù)顯然缺乏競爭性。我國萬元產(chǎn)值的污染物排放強度是美國的近百倍?；瘜W(xué)工業(yè)廢水排放量占全國工業(yè)部門的17.5%，名列第一位；化工廢氣排放量占第4位，固體廢物排放占第5位，但危險廢物占60%為第1位——環(huán)境污染度高。中國的SO2排放世界一，CO2排放趨于世界第一，面臨環(huán)境污染和低碳經(jīng)濟的挑戰(zhàn)。

發(fā)展綠色化學(xué)科學(xué)與工程，

更是中國的當(dāng)務(wù)之急！中國面臨資源、能源和環(huán)境嚴峻的挑戰(zhàn)。在二十一世紀初，我國化學(xué)工業(yè)總能耗為美、加、墨三國之和的中國“十二五規(guī)劃”：提升化工產(chǎn)業(yè)高新技術(shù)必要性可以減輕資源供應(yīng)壓力，克服資源對產(chǎn)業(yè)的制約?？梢詼p輕污染排放壓力，克服環(huán)保的制約?？梢詰?yīng)對市場競爭壓力，克服成本的制約?？梢钥朔鲂p排壓力，克服結(jié)構(gòu)的制約。可以緩解能源替代壓力，克服技術(shù)的制約?？梢詼p輕低碳經(jīng)濟壓力，克服二氧化碳減排的制約?？梢詼p輕安全生產(chǎn)的壓力，克服安全事故的制約。利用高新技術(shù)提升化工產(chǎn)業(yè)：可以減輕資源供應(yīng)壓力，克服資源對產(chǎn)業(yè)的制約。利用高新技術(shù)提升走資源高效利用的綠色可持續(xù)發(fā)展之路。節(jié)能降耗減排是保證環(huán)璄友好的必由之路?！暗吞技夹g(shù)”將是實現(xiàn)“低碳經(jīng)濟”一個重要

的支撐。4.實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展,提高技術(shù)創(chuàng)新能力尤為重要。中國“十二五規(guī)劃”：化工產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展戰(zhàn)略：走資源高效利用的綠色可持續(xù)發(fā)展之路。中國“十二五規(guī)劃”：化第二節(jié)、綠色化學(xué)科學(xué)與工程準則：1.2002年提出的綠色化學(xué)十二條原則(Science,2002.

)

2.

2008年提出的國際綠色化學(xué)工程的十二準則

(GreenChem.,2008)第二節(jié)、綠色化學(xué)科學(xué)與工程準則：2002年提出的綠色化學(xué)十二條原則1.源頭防止廢棄物產(chǎn)生要比廢棄物產(chǎn)生之后再去處理凈化更為可取；2.設(shè)計的合成方法應(yīng)使反應(yīng)過程中所用物料最大限度地轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)物；3.在任何可行的情況下，設(shè)計的合成方法都應(yīng)當(dāng)采用和產(chǎn)出那些對人類健康和環(huán)境毒性很小甚至是無毒的物質(zhì)；4.化學(xué)產(chǎn)品的設(shè)計要考慮到維持高效并減少毒性；5.盡可能不使用輔助物質(zhì)（如溶劑、析出劑等），在不得不使用時，也盡量使用無害物質(zhì)；6.

應(yīng)當(dāng)認識到能量需求對環(huán)境及經(jīng)濟的影響，并應(yīng)使之降到最低。合成方法應(yīng)在常溫常壓下進行；摘自—PoliakoffMet.al.Science,2002,297,607-810.

2002年提出的綠色化學(xué)十二條原則1.源頭防止廢棄物產(chǎn)生要比7.只要在技術(shù)和經(jīng)濟上可行，所用未加工材料或原料都應(yīng)當(dāng)是可回收而不是純消耗的；8.盡量避免產(chǎn)生不必要的化學(xué)衍生物（如基團封閉、保護/去保護、在化學(xué)/物理過程中暫時修飾）；9.催化劑（盡可能具有選擇性）更優(yōu)于符合化學(xué)計量的試劑；10.設(shè)計出的化學(xué)產(chǎn)品在完成其效用后不應(yīng)持續(xù)殘留于環(huán)境，而應(yīng)分解為無害的降解產(chǎn)物；11.需要進一步發(fā)展分析方法，以便在危險物質(zhì)形成以前進行實時在線檢測與控制；12.合理選擇化學(xué)過程中所使用的物質(zhì)及其形態(tài)，避免或盡量減少發(fā)生包括泄露、爆炸及火災(zāi)等化學(xué)事故。綠色化學(xué)十二條原則7.只要在技術(shù)和經(jīng)濟上可行，所用未加工材料或原料都應(yīng)當(dāng)是可回2008年提出的國際綠色化學(xué)工程的十二準則(GreenChem.,2008)1.保證工程的安全性和可靠性。2.設(shè)計的過程應(yīng)源頭防止廢棄物產(chǎn)生。3.實現(xiàn)工藝過程優(yōu)化。4.考慮可再生資源與能源循環(huán)利用。5.產(chǎn)品工程導(dǎo)向的設(shè)計。6.

實現(xiàn)過程集成簡化。7.物質(zhì)、能量、空間和時間利用效率的高效化。8.工程設(shè)計應(yīng)面向用戶需求。9.化學(xué)產(chǎn)品設(shè)計要考慮到高效化與易于分離的副產(chǎn)品。10.引入質(zhì)量和能量交換網(wǎng)絡(luò)的工程。11.對設(shè)計的生命周期進行評價。12.

考慮產(chǎn)品生命周期的可持續(xù)性。2008年提出的國際綠色化學(xué)工程的十二準則(Green現(xiàn)代的集成型流程（1個裝置）傳統(tǒng)的常規(guī)型流程（11個裝置設(shè)備）乙酸甲醇催化劑乙酸甲酯溶劑共沸物水溶劑共沸物水較重組分蒸餾萃取蒸餾反應(yīng)蒸餾反應(yīng)反應(yīng)蒸餾蒸餾乙酸催化劑甲醇乙酸甲酯綠色化學(xué)工程的準則：6.實現(xiàn)過程集成簡化過程集成簡化現(xiàn)代的集成型流程傳統(tǒng)的常規(guī)型流程乙酸甲醇催化劑乙酸甲酯溶劑共國際綠色化學(xué)工程的十二準則(GreenChem.,2008)1.保證工程的安全性和可靠性。2.設(shè)計的過程應(yīng)源頭防止廢棄物產(chǎn)生。3.實現(xiàn)工藝過程優(yōu)化。4.考慮可再生資源與能源循環(huán)利用。5.產(chǎn)品工程導(dǎo)向的設(shè)計。6.

實現(xiàn)過程集成簡化。7.物質(zhì)、能量、空間和時間利用效率的高效化。8.工程設(shè)計應(yīng)面向用戶需求。9.化學(xué)產(chǎn)品設(shè)計要考慮到高效化與易于分離的副產(chǎn)品。10.引入質(zhì)量和能量交換網(wǎng)絡(luò)的工程。11.對設(shè)計的生命周期進行評價。12.

考慮產(chǎn)品生命周期的可持續(xù)性。

國際綠色化學(xué)工程的十二準則(GreenChem.,200環(huán)氧乙烷草酸（媒染劑、除銹劑、漂白劑）墨水、染料、皮革與對苯二甲酸反應(yīng)酯化生成單體；再縮聚生成聚對苯二甲酸乙二醇酯，紡絲后處理滌綸纖維二甘醇乙二醇水合氧化醫(yī)藥、化妝品等

如環(huán)氧乙烷的深度加工至滌綸及滌綸再生資源的循環(huán)利用:乙烯石油醇解或水解單體…….…….…….…….綠色石油化工的生產(chǎn)鏈與資源的循環(huán)利用綠色化學(xué)工程準則：12.

產(chǎn)品生命周期的可持續(xù)發(fā)展性循環(huán)利用

國際發(fā)達國家對化工設(shè)計審批標準提升到必須對產(chǎn)品的生命周期的可持續(xù)發(fā)展負責(zé)。環(huán)氧乙烷草酸（媒染劑、除銹劑、漂白劑）墨水、染料、皮革與對苯

以滌綸為例說明12.產(chǎn)品生命周期的可持續(xù)發(fā)展性它是由環(huán)氧乙烷水合制乙二醇(EG)，與對苯二甲酸（PTA）反應(yīng)酯化生成單體［或?qū)Ρ蕉姿岫柞ィ―MT）和乙二醇（EG）為原料，經(jīng)酯化或酯交換］，經(jīng)縮聚反應(yīng)而制得的成纖高聚物——聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET），經(jīng)紡絲和后處理制成的纖維。該使用后廢纖維經(jīng)過凈化處理后，醇解和水解后，成為單體，可供循環(huán)利用。以滌綸為例說明12.產(chǎn)品生命周期的可持續(xù)發(fā)展性它是由5.產(chǎn)品工程導(dǎo)向的設(shè)計/國際化學(xué)工業(yè)

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)展態(tài)勢基本化工：規(guī)模效益（資源利