綠色化學(xué)工藝過程開發(fā)課件

綠色化學(xué)工藝過程開發(fā)ppt課件綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)一、化學(xué)工程與綠色化學(xué)工藝1.化工-化學(xué)工業(yè)（chemicalindustry）-化學(xué)工程（chemicalengineering）-化學(xué)工藝（chemicaltechnology）一般意義：

化學(xué)工業(yè)或與化工有關(guān)的行業(yè)2綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)

廣義：生產(chǎn)過程中化學(xué)方法占主要地位的制造工業(yè)-無機(jī)化學(xué)工業(yè)-有機(jī)化學(xué)工業(yè)-石油化學(xué)工業(yè)-燃料化學(xué)工業(yè)-高分子化學(xué)工業(yè)-精細(xì)化學(xué)工業(yè)其它：冶金、建材、造紙、皮革、食用化學(xué)品新興：微電子化工、生物化工3綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)

化學(xué)工程

以物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)的原理為基礎(chǔ)，研究化學(xué)工業(yè)和其它過程工業(yè)（Processindustry）中所進(jìn)行的化學(xué)過程和物理過程的共同規(guī)律，指導(dǎo)過程裝置的放大，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)操作的一門技術(shù)科學(xué)?；瘜W(xué)工程的五個(gè)分支：?jiǎn)卧僮鳌鬟f過程、反應(yīng)工程、熱力學(xué)和化工系統(tǒng)工程。

4綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)化學(xué)過程研究的共同工藝背景：三傳一反

動(dòng)量——輸送熱量——換熱質(zhì)量——分離化學(xué)反應(yīng)研究的普遍規(guī)律——共性具體工藝——特殊性5綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)2.利用化工熱力學(xué)原理開發(fā)超臨界流體技術(shù)

化工熱力學(xué)：熱力學(xué)基本定律應(yīng)用于化學(xué)工程領(lǐng)域中而形成的一門學(xué)科-能量相互轉(zhuǎn)化規(guī)律-過程趣近平衡的極限條件6綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)A.超臨界流體的熱力學(xué)基礎(chǔ)

-純物質(zhì)的p-T線（等容線）相率F=2-π+Nπ相數(shù)N化學(xué)物質(zhì)種數(shù)

圖中2-3表示固液平衡關(guān)系1-2表示氣固平衡關(guān)系2-c表示氣液平衡關(guān)系

7綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)

8綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)曲線1-2為升華曲線，將氣相區(qū)與固相區(qū)分開3-3為熔化曲線，將液相區(qū)與固相區(qū)分開2-c為氣化曲線，將氣相區(qū)與液相區(qū)分開三曲線交點(diǎn)，即三相點(diǎn)，表示三相共存處于平衡狀態(tài)9綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)

-純物質(zhì)p-V關(guān)系（等溫圖）

T1、T2代表溫度高于臨界點(diǎn)溫度的等溫線它們不與相邊界相交，因而是平滑的T3為臨界溫度T4代表溫度低于臨界點(diǎn)溫度的等溫線由截然不同的三個(gè)階段組成，水平線代表蒸汽與液體間的相變化。

1011綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)12綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)在給定溫度下發(fā)生相變的固定壓力，即蒸汽壓，p-V圖上該等溫線與氣化曲線的交點(diǎn)。水平線上各點(diǎn)表示平衡時(shí)一切可能的蒸汽和液體的混合物，從左端100%的液體至右端100%的蒸汽。A、C、B則是這些終端的軌跡，其左邊一半（從A―C）表示飽和液體，左邊一半（從C―B）表示飽和蒸汽。13綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)臨界點(diǎn)氣-液相同體積相同密度相同折射率相同傳熱系數(shù)溶解能力14綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)C.臨界流體及其特點(diǎn)“超臨界流體”是指物質(zhì)的溫度和壓力分別處在其臨界溫度和臨界壓力之上的一種特殊狀態(tài)的流體，是一種氣液不分的混沌態(tài)物質(zhì)。具有液體的高密度、強(qiáng)溶解性、高傳熱系數(shù)。具有氣體的低粘度、高擴(kuò)散性。

15綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)常見的超臨界流體及其性質(zhì)

物質(zhì)T(℃)P(atm)ρ(kg/l)C2H4282.75.8750.227n-C2H4308.24.9450.203NH3305.411.4300.236N2O309.57.2650.541CClF3301.953.9200.578CO2304.157.4880.460H2

16綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)其中最引人注目的是超臨界CO2和超臨界水它們有相同特點(diǎn)：無毒不燃化學(xué)惰性低廉易得對(duì)環(huán)境的相容性好超臨界狀態(tài)容易實(shí)現(xiàn)。

17綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)D.臨界流體及其應(yīng)用

-臨界流體萃取

香料萃取主要應(yīng)用領(lǐng)域卵磷脂提取無脂肪蛋白質(zhì)的生產(chǎn)植物脂肪和油料動(dòng)物脂肪18綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)芳香物和應(yīng)用品（咖啡、茶等）抗氫化劑天然色素芳香物轉(zhuǎn)移中藥有效成分提取催化劑處理活性炭處理脂肪精制降低飲料中的醇含量

19綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)-臨界流體萃取技術(shù)的應(yīng)用從咖啡中除去咖啡因傳統(tǒng)工藝：采用二氯乙烷問題：二氯乙烷殘存，不易除盡除去芳香化合物，影響咖啡質(zhì)量綠色工藝：采用超臨界CO2除去98％的咖啡因20綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)樹蘭干花中制備樹蘭凈油樹蘭又稱米仔蘭，產(chǎn)于我過南方及東南亞，花呈黃色，散發(fā)令人愉快的極其濃郁的香味。傳統(tǒng)工藝：用石油醚萃取

分離石油醚

樹蘭油晴綠色具有石油醚的氣味植物油氫化腐敗的酸臭味

21綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)22綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)綠色工藝：超臨界CO2的萃取呈橙黃色透明液體純天然樹蘭花香味

23綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)24綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)CO2萃取β-胡蘿卜素β-胡蘿卜素是一種脂溶性黃到橘紅色的天然色素

維生素A的前體物質(zhì)增加免疫力和抗癌作用存在與天然植物胡蘿卜、棕櫚葉、真菌

25綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)26綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)萃取當(dāng)歸油我校中藥所領(lǐng)域：-天然香料及芳香類有效成分桂花、桂皮、花香、樹蘭、金銀花等-天然藥物浸膏及有效成分提取銀杏、五味子、當(dāng)歸、野菊花……-色素、味素辣椒、大蒜、生姜、胡椒、樹蘭

27綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)28綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)超臨界流體化學(xué)反應(yīng)(SCFCR)

傳統(tǒng)溶劑：對(duì)人體和環(huán)境有害價(jià)格昂貴生產(chǎn)成本高超臨界流體：價(jià)格便宜無毒無害化學(xué)惰性高可循環(huán)使用29綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)CO2本身是萃取劑，在反應(yīng)的同時(shí)起到萃取分離的作用，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)-分離一體化。

高擴(kuò)散系數(shù)低粘度大大加快反應(yīng)速率

低表面張力

高滲透性促進(jìn)催化反應(yīng)更易進(jìn)行

30綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)

超臨界流體不僅對(duì)液體和固體有很強(qiáng)的溶解能力，而且與氣體能混溶。氣體溶解度太小而無法進(jìn)行或很難進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，使用超臨界流體化溶劑后，就變得易于進(jìn)行，反應(yīng)速度也有明顯提高。獨(dú)特性質(zhì)：可以處于氣態(tài)與液態(tài)間，溫度、壓力的微小變化能引起密度的大幅度變化。由于物質(zhì)密度直接影響到其粘度、比熱、介電常數(shù)、溶解能力等。因此可以通過微調(diào)壓力來控制這些物理量的變化。

31綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)-酶催化反應(yīng)傳統(tǒng)工藝：有機(jī)溶劑作介質(zhì)綠色工藝：SCF-CO2作溶劑酶活性更高穩(wěn)定性更好反應(yīng)速率大幅度提高反應(yīng)-分離一體化32綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)反應(yīng)類型：酯化反應(yīng)酯交換反應(yīng)水解反應(yīng)氧化反應(yīng)手性合成與拆分33綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)-氧化還原反應(yīng)反應(yīng)物溶解度大大提高擴(kuò)散系數(shù)大大增加提高反應(yīng)速率反應(yīng)物間混合

簡(jiǎn)單調(diào)整反應(yīng)系統(tǒng)壓力即可分離產(chǎn)物

34綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)

Example：-甲苯氧化制苯甲醛-丙烯的氫甲醛化生成丁醛（正丁醛產(chǎn)率88%，異丁醛產(chǎn)率12%-CO2和H2直接合成甲酸催化劑：三己胺、銣溫度：50℃壓力：120atm選擇性：100％35綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)-光化學(xué)反應(yīng)異佛爾酮（3，5，5三甲基-2-環(huán)己酮）增加壓力，產(chǎn)物（1）比例不變，（2）、（3）增加-加成反應(yīng)生產(chǎn)聚乙烯碳酸酯和環(huán)狀碳酸酯的反應(yīng)可在超臨界CO2中進(jìn)行36綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)-高分子聚合反應(yīng)大多高聚物不能在超臨界CO2中溶解。直到1992年，研究發(fā)現(xiàn)含氟高聚物能在SFF-CO2中溶解。-均相反應(yīng)羧化反應(yīng)：苯甲酸+甲醇苯甲酸甲酯光異構(gòu)化反應(yīng)：S-順-2-乙烯基蒽――S-反-2-乙烯基蒽熱解反應(yīng)：纖維素――右旋糖苷37綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)-超臨界流體新材料加工與制備RESS過程將物料溶解在超臨界CO2中制成超臨界溶液，然后在高壓下以極高的速度通過噴嘴進(jìn)入常壓空間，超臨界溶液立即發(fā)生快速膨脹，這個(gè)過程稱為RESS過程。噴射后，超臨界狀態(tài)立即消失，超臨界溶液分離成氣液兩相，溶質(zhì)在瞬間的相變激發(fā)下，形成超晶態(tài)，以微米級(jí)的超細(xì)粉末沉淀下來。38綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)應(yīng)用：微細(xì)粒子、超細(xì)粉末、微纖維、微薄膜制備特別應(yīng)用于：熱敏性、易分解、難分散、不能采用研磨粉碎的精細(xì)化工產(chǎn)品。3940綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)ExampleA：緩釋微顆粒藥劑在含有乙酸的超臨界CO2中溶解聚合物和藥物，通過RESS過程，可以制備外表包裹聚合物，內(nèi)核是藥物的緩釋顆粒藥劑。大豆卵磷脂灰黃霉素非那西汀水楊酸β-胡蘿卜素41綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)ExampleB：在超臨界流體中合成納米級(jí)GeO2、SiO2、異丙醇鋁、α-Al2O3

ExampleC：聚丙烯、聚苯乙烯、醋酸纖維、聚合丙酸胺、聚甲基丙烯酸甲酯42綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)氣體抗溶劑結(jié)晶法（GAS過程）

原理：超臨界流體壓入溶液時(shí)，使溶劑發(fā)生膨脹，大大降低了溶劑對(duì)溶質(zhì)的溶解度，迫使溶質(zhì)結(jié)晶出來。超臨界流體具有:高擴(kuò)散系數(shù)低粘度分子能量高結(jié)晶中的溶劑含量遠(yuǎn)低于常規(guī)結(jié)晶，晶體強(qiáng)度大大提高。43綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)44綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)

超臨界流體條件：結(jié)晶溶質(zhì)不溶于流體；超臨界流體在溶劑中有很大的溶解度應(yīng)用：a.檸檬酸超臨界CO2抗溶劑結(jié)晶b.胰島素微粒（90%<4微米）(10%<1微米)

c.聚合物特性45綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)-超臨界流體用于廢物處理

廢塑料回收

傳統(tǒng)：直接熱分解等，T>448℃時(shí)，1kg廢塑料可以回收1kg烴油，但成本高，易結(jié)焦，回收率低。

綠色：超臨界水可溶解高聚物，并具有催化作用，能將高聚物分解成小分子量和低分子量化合物，甚至分解為單體。成本低、不結(jié)焦、反應(yīng)快、收率高46綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)有害廢物處理有害物質(zhì)、生活垃圾、生物污泥、復(fù)雜有機(jī)物用常規(guī)工藝難以轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。超臨界水可將其轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，同時(shí)放出大量熱量，可供利用。

47綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)應(yīng)用情況：-美國(guó)已于1995年建成一商業(yè)性裝置，處理一些長(zhǎng)鏈有機(jī)物和胺類化合物，去除率高達(dá)99.9999%-德國(guó)1994年建成一座日處理30t有機(jī)物的-日本有多座類似裝置在運(yùn)行

48綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)處理物質(zhì)：含氮化合物含氧化合物含碳化合物轉(zhuǎn)化為無毒無害小分子化合物

羧酸類化合物氰化物鹵化物49綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)處理效果：物質(zhì)分解結(jié)果二口惡英＞99.9999%氯代甲苯＞99.998%DDT＞99.997%四氯化碳＞99.53%多氯聯(lián)苯＞99.9999%三氯乙烷＞99.9999%50綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)超臨界污水處理

51綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)化學(xué)工業(yè)和其它過程工業(yè)中所進(jìn)行的物料粉碎、輸送、加熱/冷卻，混合/分離等一系列使物料發(fā)生預(yù)期的物理變化的基本操作的總稱。19世紀(jì)末G.E.戴維斯首先提出1915年，美國(guó)學(xué)者利特爾首先提出了單元操作這一觀點(diǎn)。1923年，華克爾等合著的《化工原理》一書問世，成為第一本全面闡述單元操作的著作52綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)A.超臨界流體萃取技術(shù)B.電結(jié)晶電鍍：在基材上沉積重金屬涂層電結(jié)晶：在基材上沉積化合物晶體涂層主要作用：人工骨材料金屬基涂磷酸鈣羥基磷酸鈣（可以逐漸被吸收）工藝條件：PH值、電壓、溫度、沉積時(shí)間53綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)C.反應(yīng)萃取將化學(xué)反應(yīng)和萃取分離結(jié)合在一起，在一個(gè)單元設(shè)備內(nèi)同步完成兩個(gè)任務(wù)-簡(jiǎn)化工藝-節(jié)約能量-降低成本54綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)

案例：以H2SO4和KCl為原料制備K2SO4

H2SO4+KCl=K2SO4+2HCl將上述水相反應(yīng)置于溶有有機(jī)叔胺的油相中，反應(yīng)的副產(chǎn)物鹽酸與有機(jī)胺反應(yīng)生成有機(jī)胺鹽而進(jìn)入油相，產(chǎn)物硫酸鉀得以分離純化。用氯化銨飽和的氨水作萃取劑，對(duì)油相進(jìn)行反萃取，將有機(jī)叔胺結(jié)合的鹽酸以NH4Cl晶體的形式進(jìn)入水相，有機(jī)叔胺能夠再生，可循環(huán)使用。

55綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)56綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)D.反應(yīng)精餾精餾是化工分離中最常用的一種單元操作，其原理是利用溶液中各組分揮發(fā)性的差異，采用蒸發(fā)-冷凝-蒸發(fā)的循環(huán)操作，使組分得以分離純化。反應(yīng)精餾是將化工反應(yīng)與精餾操作相結(jié)合，通常有催化劑，因此也常稱為催化反應(yīng)精餾。57綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)主要應(yīng)用：酯類產(chǎn)品的合成低碳醇和低碳酸直接酯化體系特點(diǎn)：-簡(jiǎn)單、投資省、操作費(fèi)用低、對(duì)原料適用性強(qiáng)、能耗低-提高反應(yīng)選擇性和轉(zhuǎn)化率，從而降低原料消耗，縮短反應(yīng)時(shí)間-提高產(chǎn)品收率-減少?gòu)U水排放58綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)案例：丙烯酸正丁酯生產(chǎn)

傳統(tǒng)：直接酯化法濃硫酸作催化劑或十分昂貴的甲苯磺酸問題：設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、能耗大、原材料消耗高、廢水處理等一系列問題。

59綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)

操作條件傳統(tǒng)工藝催化反應(yīng)精餾

TP/MPa原料醇酸摩爾比酯收率/%反應(yīng)時(shí)間/h催化劑甲苯磺酸量/%980.032-0.0401.2:19781119常壓1.1:1＞982.50.560綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)案例：酯水解——乙酸甲酯水解

工藝背景：在聚乙烯醇（PVA）生產(chǎn)過程中，乙酸甲酯為主要副產(chǎn)物。1tPVA產(chǎn)生1.68t乙酸甲酯乙酸甲酯用途不大，一般是水解為甲醇和乙酸61綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)目前工藝：固定床陽(yáng)離子交換樹脂催化水解水解率低23―25%水解產(chǎn)物復(fù)雜，難分離，需四塔精餾大量未分解乙酸甲酯循環(huán)，能耗大反應(yīng)精餾工藝：催化劑同樣用陽(yáng)離子為交換樹脂，采用捆扎方式裝填，即將催化劑先裝入玻璃纖維或合成纖維的小袋中，然后同金屬絲網(wǎng)一道卷成圓柱狀，在有規(guī)則地排列在塔柱中62綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)63綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)4.傳遞過程原理與綠色化學(xué)工藝傳遞過程（Transferprocess/phenomena）物系內(nèi)某物理量從高強(qiáng)度區(qū)域自動(dòng)地向低強(qiáng)度區(qū)域轉(zhuǎn)移的過程，是自然界和生產(chǎn)中普遍存在的現(xiàn)象。對(duì)物系中在一個(gè)具有強(qiáng)度性質(zhì)的物理量（速度、溫度、濃度）而言，都存在著相對(duì)平衡狀態(tài)。當(dāng)物系偏離平衡狀態(tài)時(shí)，就會(huì)發(fā)生某種物理量的轉(zhuǎn)移過程，使物系趨向平衡狀態(tài)。64綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)5.反應(yīng)工程與綠色化學(xué)工藝化學(xué)反應(yīng)工程：以工業(yè)反應(yīng)過程為研究對(duì)象，以反應(yīng)技術(shù)‘研發(fā)’、反應(yīng)過程的優(yōu)化和反應(yīng)器設(shè)計(jì)為主要目的的一門新興過程學(xué)科。以化工熱力學(xué)、物理化學(xué)、傳遞過程、單元操作為基礎(chǔ)。65綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)6.化工系統(tǒng)工程與綠色化學(xué)工藝化工系統(tǒng)工程（ChemicalSystemEngineering）將系統(tǒng)工程的理論和方法應(yīng)用于化工過程領(lǐng)域的一門新興學(xué)科。從系統(tǒng)總體目標(biāo)出發(fā)、根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)組成部分的特性及相互關(guān)系，確定化工系統(tǒng)在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、控制和管理等方面的最優(yōu)策略。

66綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)工具：運(yùn)籌學(xué)，現(xiàn)代控制論手段：計(jì)算機(jī)工藝流程設(shè)計(jì)工藝過程模擬工藝過程優(yōu)化67綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)二、催化劑與綠色化學(xué)工藝催化劑（Catalyst）又稱觸媒，一種能改變化學(xué)反應(yīng)速度，而在反應(yīng)中自身并不消耗的物質(zhì)。其作用通常是加速化學(xué)反應(yīng)。

負(fù)催化劑：——減速反應(yīng)醇或酚類抑制壓硫酸鈉溶液被溶于水中的氧所氧化68綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)催化劑（Catalyst）作用：

降低反應(yīng)活化能

有選擇地加快化學(xué)反應(yīng)速率甚至：改變化學(xué)反應(yīng)方向特點(diǎn)：加入少量本身不參加反應(yīng)，不發(fā)生任何變化處理后可多次反復(fù)使用69綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)催化劑是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的核心技術(shù)90%以上的化學(xué)反應(yīng)必須在催化劑的作用下實(shí)現(xiàn)沒有催化劑就沒有現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)發(fā)展方向：環(huán)境友好——綠色催化劑70綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)1.酸堿催化劑——固體酸與固體堿催化劑傳統(tǒng)：無機(jī)酸與堿——液體溶液?jiǎn)栴}：設(shè)備腐蝕嚴(yán)重副反應(yīng)多回收困難造成環(huán)境污染應(yīng)用范圍71綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)水合反應(yīng)、水解反應(yīng)、脫水反應(yīng)酯化反應(yīng)、醚化反應(yīng)、芳烴烷基化胺化反應(yīng)、加氫反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)72綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)新的酸堿催化劑工業(yè)一般用：硫酸、鹽酸比較標(biāo)準(zhǔn)：100%硫酸，酸度大于100%硫酸為超強(qiáng)酸Hammett酸度函數(shù)Ho表達(dá)酸度Ho越小酸度越大Ho＜-11.92就是超強(qiáng)酸73綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)制備方法：超強(qiáng)酸處理固體載體載體：非金屬氧化物金屬氧化物離子交換樹脂真空浸漬、焙燒應(yīng)用：各類酯化反應(yīng)74綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)B.超強(qiáng)堿固體催化劑工業(yè)用堿催化劑：氫氧化鈉、碳酸鈉堿度函數(shù)H-表達(dá)，H-越大，堿強(qiáng)度越大H-＞26為超強(qiáng)堿75綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)常用超強(qiáng)堿：堿金屬氧化物堿土金屬氧化物堿土金屬氫氧化物例如：

76綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)應(yīng)用：

烯烴和含雜原子不飽和烴的雙鍵轉(zhuǎn)移反應(yīng)胺化反應(yīng)烷基苯的冊(cè)鏈烷基化反應(yīng)77綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)雜多酸以雜原子為中心原子以等為配體，形成的一類結(jié)構(gòu)單元為四面體、八面體、少數(shù)為二十面體的化合物。7879綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)特點(diǎn)：催化活性高、既有酸性，又有氧化還原性多功能新型催化劑既可用于均相反應(yīng)，也可用于非均相反應(yīng)酸性高于硫酸，但不腐蝕設(shè)備應(yīng)用：芳烴烷基化反應(yīng)和脫烷基反應(yīng)

酯化反應(yīng)

脫水和水合反應(yīng)80綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)以層狀化合物為基材，在層與層之間插入金屬、金屬離子、有機(jī)金屬絡(luò)合物離子或無機(jī)氧化物，形成一種新型的夾層化合物。基材：層狀化合物天然黏土（膨潤(rùn)土、高嶺土、蒙脫土）人工合成層狀云母（氟四硅酸）81綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)

特點(diǎn)：活性中心在夾層內(nèi)

金屬離子——特殊電場(chǎng)

反應(yīng)物必須進(jìn)入夾層才被催化分子大小、形狀、帶電荷情況必須與夾層催化劑匹配

調(diào)節(jié)手段：夾層距離（外部操作）

電荷分布——不同金屬離子82綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)

根據(jù)反應(yīng)物特點(diǎn)設(shè)計(jì)催化劑，只讓反應(yīng)物分子進(jìn)入催化劑內(nèi)，抑制副反應(yīng)，選擇性催化劑

應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于石油化工脫氫、脫水、脫烷基、酯化等83綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)多相反應(yīng)——相界面相界面阻止反應(yīng)物的接觸特殊表面活性劑——促進(jìn)多相間化學(xué)反應(yīng)

特點(diǎn)：親水基團(tuán)、親油基團(tuán)表面活性劑，既有親水性，又有親油性，在油相和水相中都有溶解性，能富集于相界面上，減少界面張力，是體系穩(wěn)定。84綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)相轉(zhuǎn)移催化劑的特殊性：能與某一相中的反應(yīng)物結(jié)合，并把反應(yīng)物帶進(jìn)另一相中去進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后又返回到原來的相中，繼續(xù)和反應(yīng)物結(jié)合，周而復(fù)始地在兩相間運(yùn)輸反應(yīng)物，而自身不發(fā)生任何變化85綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)86綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)特點(diǎn)：反應(yīng)條件溫和反應(yīng)時(shí)間短副反應(yīng)少缺點(diǎn)：成本高、發(fā)生乳化、分離難度增加一般用于反應(yīng)條件苛刻、產(chǎn)量小附加值高的精細(xì)化工產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域：醫(yī)藥、化裝品、香料、顏料、農(nóng)藥、特種精細(xì)化學(xué)品等87綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)生物催化劑——酶特殊的蛋白質(zhì)催化效率是一般催化劑的到倍特點(diǎn)：對(duì)反應(yīng)底物的生物結(jié)構(gòu)和立體結(jié)構(gòu)具有高度的專一性。旋光體、異構(gòu)體——高度識(shí)別力88綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)優(yōu)點(diǎn)：高選擇性常溫缺點(diǎn)：易失活對(duì)體系的物理化學(xué)性質(zhì)敏感：PH值、P、T、金屬離子等89綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)5.沸石分子篩催化劑分子篩是一種多孔固體顆粒，孔的尺寸非常均勻，處在分子大小的水平，它只吸附與孔徑相匹配的物質(zhì)分子，作用：提供催化活行中心吸附載體選擇定向反應(yīng)90綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)第二代：高硅三維交叉直通結(jié)構(gòu),ZSMZSM-35第三代：美國(guó)聯(lián)合碳化公司非硅、鋁骨架的磷酸鹽系列分子篩APO目前水平：控制和精細(xì)調(diào)節(jié)合成分子篩的結(jié)構(gòu)及孔徑定向合成符合工藝需求的不同類型分子篩91綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域：石油化工拓展：日用化工、環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)技術(shù)有機(jī)合成和精細(xì)化工取代酸堿催化劑92綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)93綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)催化劑的歷史教訓(xùn)案例：水俁病

94綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)95綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)采用新型催化劑的成功實(shí)例案例一：分子篩替代AlCl3合成乙苯和異丙苯乙苯和異丙苯是重要的有機(jī)化工原料全球需求量乙苯1700萬(wàn)噸/年異丙苯1000萬(wàn)噸/年而且以年3～5％的速度遞增96綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)應(yīng)用范圍97綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)傳統(tǒng)工藝：用AlCl3為催化劑-本身有腐蝕性，而且用HCl作助催化劑-難以分離，造成后續(xù)工段復(fù)雜，產(chǎn)生大量污水、廢氣、廢酸綠色工藝：采用分子篩催化劑-利用分子篩較強(qiáng)的離子交換性能，制成固體酸-簡(jiǎn)化工藝流程，環(huán)境友好98綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)99綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)

UOP公司Mobil公司Dow公司中國(guó)石化集團(tuán)燕山石化公司100綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)

AlCl3分子篩催化劑產(chǎn)量（萬(wàn)t/年）污水（t/h）稀鹽酸（kg/h）廢氣（kg/h）廢渣（kg/h）6.79.690.02111268.50044.6

101綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)案例二：固體酸替代氰氟酸合成線性烷基苯線性烷基苯（LAB）是生產(chǎn)表面活性劑的重要原料世界LAB生產(chǎn)能力超過了300萬(wàn)噸/年主要用途：-洗衣粉-洗發(fā)香波-工業(yè)洗滌劑102綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)工業(yè)上所指線性烷基苯是C10～C14直鏈稀烴與苯進(jìn)行烷基化反應(yīng)所得到的各種烷基苯混合物例如苯與十二稀烴反應(yīng)可得到十二烷基苯103綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)104綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)美國(guó)環(huán)球油品公司（UOP）開發(fā)催化劑：無毒、無腐蝕性、無污染、可再生產(chǎn)品LAB：乳化能力強(qiáng)、可降解105綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)案例三：固體酸替代H2SO4、HF合成烷基化汽油汽油品質(zhì)——發(fā)動(dòng)機(jī)性能發(fā)動(dòng)機(jī)：壓縮比要高，壓縮比高，加速能力高，增加發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率，減少耗油量汽油品質(zhì)：壓縮比高的發(fā)動(dòng)機(jī)要求辛烷值高的汽油

106綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)辛烷值：汽油在氣缸內(nèi)抗爆振燃燒能力的指標(biāo)，辛烷值高表示抗爆性好正常燃燒火焰?zhèn)鞑ニ俣龋?0～20m/s爆振燃燒火焰?zhèn)鞑ニ俣龋?500～2000m/s爆振燃燒時(shí)汽油燃燒不完全，發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)烈震動(dòng)，輸出功率下降，機(jī)件受損。107綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)不同化學(xué)結(jié)構(gòu)的烴類，具有不同的抗爆振能力異辛烷抗爆振能力較好，定義辛烷值為100正庚烷抗爆振性能最差，定義辛烷值為0提高辛烷值的途徑：-含鉛抗爆劑-MTBE（甲基叔丁基醚）-烷基化汽油108綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)含鉛抗爆劑：四甲基鉛、四乙基鉛含鉛化合物通過汽車尾氣排入大氣，引起鉛中毒MTBE：滲入地下水，引起水源污染烷基化汽油：辛烷值高、敏感性小、蒸汽壓低、不含芳烴理想的調(diào)和組分109綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)烷基化油：一種烷烴（異丁烷）和稀烴（丙稀或丁烯）反應(yīng)所得到的C7和C8異構(gòu)烷烴傳統(tǒng)工藝：H2SO4、HF為催化劑優(yōu)點(diǎn)：催化性能好缺點(diǎn)：1t油產(chǎn)生100kgH2SO4廢液目前全球有數(shù)百套烷基化裝置110綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)發(fā)展方向：高效固體酸烷基化催化劑進(jìn)展：UOP工藝，示范階段對(duì)固體酸催化劑的要求-足夠的酸強(qiáng)度——活性-足夠的酸密度——穩(wěn)定性-分布集中的酸強(qiáng)度——選擇性111綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)三、生物工程與綠色化學(xué)工藝生物工程技術(shù)是應(yīng)用生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)和化學(xué)工程的基本原理和方法，利用或模擬生物體或其功能進(jìn)行物質(zhì)生產(chǎn)，轉(zhuǎn)化的工程技術(shù)。狹義：基因重組細(xì)胞融合固定化酶細(xì)胞以及生物反應(yīng)器112綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)廣義：資源、糧食、能源、飼料、環(huán)境凈化-分子生物學(xué)-基因工程學(xué)-固定化酶技術(shù)-細(xì)胞“克隆”技術(shù)-動(dòng)植物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)構(gòu)成了現(xiàn)代生物工程技術(shù)，人們可以按照自己的意愿來組建和設(shè)計(jì)新的生物技術(shù)。

113綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)1.現(xiàn)代生物工程技術(shù)A.基因工程技術(shù)采用人工方法改組基因，培養(yǎng)新品種的生物技術(shù)。

利用限制性核酸內(nèi)切酶將細(xì)胞染色體中的目的基因剪切下來，然后用連接酶，將目的基因連接到載體的DNA上，并將這個(gè)DNA分子植入宿主細(xì)胞，在宿主細(xì)胞繁殖過程中，目的基因得到表達(dá)。由此而來的宿主細(xì)胞的子代細(xì)胞也將表現(xiàn)出目的基因的遺傳性能，隨著細(xì)胞的大量繁殖，就產(chǎn)生了大量的帶有人們所希望的特性的新產(chǎn)物。

114綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)應(yīng)用：

批量生產(chǎn)一些用傳統(tǒng)工藝無法生產(chǎn)的產(chǎn)品，或使產(chǎn)量、質(zhì)量得到大大提高。-人胰島素-人生長(zhǎng)激素-干擾素

115綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)B.細(xì)胞工程細(xì)胞工程主要為細(xì)胞融合和克隆，動(dòng)植物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)。細(xì)胞融合就是細(xì)胞雜交，包括動(dòng)植物細(xì)胞間的雜交。細(xì)胞融合后生成的新細(xì)胞將產(chǎn)生兩代細(xì)胞的有益性狀，體現(xiàn)了雜交的優(yōu)勢(shì)。116綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)117綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)應(yīng)用：廣泛用于生產(chǎn)單抗，再經(jīng)細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)、制備有用產(chǎn)品，如免疫藥、抗癌藥等天然植物細(xì)胞培養(yǎng)：人工創(chuàng)造適合細(xì)胞快速繁殖得環(huán)境，模擬植物細(xì)胞天然生長(zhǎng)條件（營(yíng)養(yǎng)、光照、氧氣）118綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)C.酶工程酶是活性細(xì)胞在代謝過程中產(chǎn)生的一種特殊蛋白質(zhì)，它具有高度的催化活性，高度的催化專一性和催化效果。生物質(zhì)多具有手性，酶催化的生物合成中，可以生成具有手性的天然物質(zhì)。酶工程就是利用各種特殊的酶來生產(chǎn)各種特殊的產(chǎn)品。119綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)酶是核心、關(guān)鍵-酶源的開發(fā)-酶的提取和純化-酶和細(xì)胞的固定化-酶分子改造-酶分子人工設(shè)計(jì)120綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)氧化還原酶葡萄糖氧化酶乳酸脫氫酶水解酶催化生物質(zhì)水解反應(yīng)一般生物質(zhì)帶有酯、酰、胺、糖苷或肽等基團(tuán)?？砂l(fā)生水解反應(yīng)。常見有：纖維素酶、胃蛋白酶、氮基酯化酶121綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)異構(gòu)化酶不同的酶催化不同的分子異構(gòu)化反應(yīng)，包括順反異構(gòu)、旋光性異構(gòu)、手性異構(gòu)。常見：葡萄糖異構(gòu)化酶，木糖異構(gòu)化酶。轉(zhuǎn)移酶它能將一些生物質(zhì)中含有的小基團(tuán)，如醛基、羰基、烷基、氨基及N、P、S等雜原子轉(zhuǎn)移到其它化合物上去。天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶、青霉素?；D(zhuǎn)移酶等。

122綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)

裂解酶將生物質(zhì)分子中的C-C，C-N，C-S，C-O等鍵斷開，將大分子分裂成小分子或在開鍵處起化學(xué)反應(yīng)。合成酶

123綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)D.微生物工程古代—微生物發(fā)酵：醬油、醋、酒

現(xiàn)代——發(fā)酵技術(shù)改進(jìn)，新菌種不斷發(fā)現(xiàn)和培養(yǎng)生產(chǎn)各種：抗菌素、食品、化工產(chǎn)品-有天然物成分-有生態(tài)相溶性-對(duì)人體無毒無害――接近清潔生產(chǎn)

124綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)過程:-對(duì)環(huán)境污染很少-具有廣闊前景的化工生產(chǎn)綠色化技術(shù)基礎(chǔ)：-基因工程-細(xì)胞工程-酶工程菌種分類：好氧和厭氧125綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)126綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)E.生物反應(yīng)器（生物化學(xué)工程）生物化學(xué)工程就是采用化學(xué)工程的技術(shù)和方法設(shè)計(jì)和制造最優(yōu)化的生物反應(yīng)器，以及生化反應(yīng)（包括發(fā)酵產(chǎn)物）產(chǎn)物的分離與提純。

127綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)核心：生物（生化）反應(yīng)器常用反應(yīng)器：-機(jī)械攪拌反應(yīng)器-氣提式反應(yīng)器-鼓泡床:外循環(huán)、內(nèi)循環(huán)-固定床-流化床-膜反應(yīng)器128129綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)生物工程應(yīng)用石油及石油化工微生物脫硫、生物聚合物采礦及礦物加工微生物浮選劑、礦物浸出劑造紙微生物制漿、纖維素降解與利用130綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)能源生物質(zhì)制液體燃料、生物體降解環(huán)境工業(yè)廢水處理、污染控制醫(yī)藥其他131綠色化學(xué)工藝——過程開發(fā)四、計(jì)算機(jī)與綠色化學(xué)工藝?yán)碚撝笇?dǎo)實(shí)