綠色化學(xué)工藝考前輔導(dǎo)內(nèi)容.doc

1、一 名詞解釋1、背包式精餾反應(yīng)器“背包式”反應(yīng)精餾是將多個(gè)裝填催化劑的反應(yīng)器連接到精餾塔上，通過(guò)循環(huán)抽料泵將精餾塔內(nèi)的物料抽送至反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，根據(jù)反應(yīng)器的不同，可以分為一次通過(guò)、單級(jí)再循環(huán)、多級(jí)再循環(huán)。所謂“背包式”反應(yīng)精餾塔，將催化劑置于塔外的反應(yīng)器中，采用管道將上下相鄰或相間的塔板與反應(yīng)器出口相連的組合設(shè)備。 2、反應(yīng)精餾 反應(yīng)精餾就是在進(jìn)行反應(yīng)的同時(shí)用精餾方法分離出產(chǎn)物的過(guò)程.化工生產(chǎn)中，反應(yīng)和分離兩種操作通常分別在兩類單獨(dú)的設(shè)備中進(jìn)行.若能將兩者結(jié)合起來(lái)，在一個(gè)設(shè)備中同時(shí)進(jìn)行，將反應(yīng)生成的產(chǎn)物或中間產(chǎn)物及時(shí)分離，則可以提高產(chǎn)品的收率，同時(shí)又可利用反應(yīng)熱供產(chǎn)品分離，達(dá)到節(jié)能的目的.3

2、、無(wú)載體促進(jìn)傳遞 無(wú)載體促進(jìn)傳遞在于使?jié)B透到接收相的溶質(zhì)的有效濃度維持在0，溶質(zhì)A因選擇性溶解而從料液相進(jìn)入液膜相，并在膜中擴(kuò)散,當(dāng)其抵達(dá)膜相與接受相的界面時(shí)，它與接受相中的B發(fā)生不可逆化學(xué)反應(yīng),生成的產(chǎn)物AB不溶于液膜，無(wú)法透過(guò)液膜作逆向擴(kuò)散.其結(jié)果，溶質(zhì)A從料液中逆其濃度梯度被泵送到接受相，并在接受相得到富集。4、吸收式熱泵 吸收式熱泵是單純以熱能為補(bǔ)償熱能,在吸收式制冷循環(huán)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。常用的制冷劑是溴化鋰水溶液。它又分為兩種類型: 型吸收式熱泵它是借消耗一部分高溫?zé)崃繉⒌蜏責(zé)崃康臏囟忍岣叩娇梢岳玫闹袦爻潭鹊囊环N熱泵，其性能系數(shù)大于1 ； 型吸收式熱泵不需要消耗高溫?zé)崮芫湍苁沟蜏責(zé)?/p>

3、量的溫度提高，性能系數(shù)小于1。5、絮凝 懸浮于水中的細(xì)顆粒泥沙因分子力作用凝聚成絮團(tuán)狀集合體的現(xiàn)象.在絮凝沉降過(guò)程中，懸浮顆粒因互相碰撞凝聚而使尺寸變大，沉速將隨深度而增加。同時(shí)水深越深，較大顆粒追上較小顆粒而發(fā)生碰撞并凝聚的可能性也越大。因此,懸浮物的去除率不僅取決于沉降速度，而且與深度有關(guān)。6、化學(xué)需氧量 化學(xué)需氧量(COD)是以化學(xué)方法測(cè)量水樣中需要被氧化的還原性物質(zhì)的量.所謂化學(xué)需氧量（COD），是在一定的條件下，采用一定的強(qiáng)氧化劑處理水樣時(shí)，所消耗的氧化劑量。它是表示水中還原性物質(zhì)多少的一個(gè)指標(biāo)。7、原子利用率 又叫原子經(jīng)濟(jì)性，可表示為：原子利用率=目標(biāo)產(chǎn)物的相對(duì)分子質(zhì)量/反應(yīng)物的相

4、對(duì)分子質(zhì)量總和原子經(jīng)濟(jì)性是衡量所有反應(yīng)物轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K產(chǎn)物的量度,如果全部轉(zhuǎn)化,則原子經(jīng)濟(jì)性為100，原子經(jīng)濟(jì)性是綠色化學(xué)的重要指標(biāo)之一。8、生命周期是指一個(gè)產(chǎn)品從搖籃到墳?zāi)沟娜^(guò)程,包括從最初的原材料開(kāi)采、提煉加工、產(chǎn)品制造、包裝、運(yùn)輸、為消費(fèi)者服務(wù)、回收和循環(huán)利用、最終的廢棄物處理。9、質(zhì)量強(qiáng)度 質(zhì)量強(qiáng)度（MI）概念,即獲得單位質(zhì)量目標(biāo)產(chǎn)物消耗的所有原料、助劑、溶劑等物質(zhì)的質(zhì)量與目標(biāo)產(chǎn)物質(zhì)量的比值。MI=反應(yīng)中所消耗的各物質(zhì)的總質(zhì)量/目標(biāo)產(chǎn)物質(zhì)量 E因子=MI-110、氣浮 氣浮是氣浮機(jī)的一種簡(jiǎn)稱，也可以作為一種專有名詞使用，即水處理中的氣浮法，是在水中形成高度分散的微小氣泡,粘附廢水中疏水基

5、的固體或液體顆粒，形成水-氣顆粒三相混合體系,顆粒粘附氣泡后，形成表觀密度小于水的絮體而上浮到水面，形成浮渣層被刮除，從而實(shí)現(xiàn)固液或者液液分離的過(guò)程。11、化學(xué)熱泵 化學(xué)熱泵是利用物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的吸熱和放熱來(lái)組成熱力循環(huán)的一種熱泵,它可用于加熱、制冷及提高能量的品位，具有其它類型熱泵所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)，即當(dāng)化學(xué)反應(yīng)停止時(shí),它具有蓄能的功能。12、集約化生產(chǎn) 集約化生產(chǎn)是現(xiàn)代企業(yè)集團(tuán)提高效率與效益的基本取向。集約化的“集"就是指集中,集合人力、物力、財(cái)力、管理等生產(chǎn)要素,進(jìn)行統(tǒng)一配置，集約化的“約”是指在集中、統(tǒng)一配置生產(chǎn)要素的過(guò)程中,以節(jié)儉、約束、高效為價(jià)值取向，從而達(dá)到降低成本、高效

6、生產(chǎn),進(jìn)而使企業(yè)集中核心力量，獲得可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)。二、簡(jiǎn)答題1、綠色化學(xué)和環(huán)境化學(xué)的區(qū)別.答： (1）。研究任務(wù)不同,綠色化學(xué)是從源頭上解決污染，尋找充分利用原材料和能源且在各個(gè)環(huán)節(jié)都潔凈和無(wú)污染的反應(yīng)途徑和工藝;環(huán)境化學(xué)是要從微觀的原子、分子水平上來(lái)研究宏觀的環(huán)境現(xiàn)象與變化的化學(xué)機(jī)制及其防治途徑。(2).研究?jī)?nèi)容不同，綠色化學(xué)的研究主要是圍繞化學(xué)反應(yīng)、原料、催化劑、溶劑和產(chǎn)品的綠色化來(lái)進(jìn)行的；環(huán)境化學(xué)是研究污染物(主要是化學(xué)污染物)在環(huán)境（包括大氣圈、水圈、土壤巖石圈和生物圈）中的遷移、轉(zhuǎn)化的基本規(guī)律，環(huán)境中污染物的種類和成分及其定量分析方法，環(huán)境中天然的和人為釋放的化學(xué)性質(zhì)的遷移、轉(zhuǎn)化規(guī)

7、律及其與環(huán)境質(zhì)量和人類健康的關(guān)系.2、滲透蒸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)（3個(gè)即可)1)分離系數(shù)大。2）過(guò)程中不引入其它試劑,產(chǎn)品不會(huì)受到污染。3)過(guò)程簡(jiǎn)單，附加的處理過(guò)程少，操作比較方便。4）過(guò)程中透過(guò)物有相變，但因透過(guò)物量一般較少,汽化與隨后的冷凝所需能量不大。5）滲透通量小,一般小于1000g/m2·h。3、反應(yīng)萃取與萃取精餾反應(yīng)與萃取的耦合過(guò)程主要是解決反應(yīng)過(guò)程中因產(chǎn)物抑制所引起的產(chǎn)率和轉(zhuǎn)化率低的問(wèn)題而發(fā)展起來(lái)的。它同樣是強(qiáng)調(diào)輸出的牽引，而不是靠增加輸入物質(zhì)和能量的推動(dòng)。當(dāng)體系的沸點(diǎn)太高時(shí),或者產(chǎn)生大量的固體物難以精餾時(shí)，最有效的辦法是萃取精餾.萃取過(guò)程與反應(yīng)過(guò)程的在線連接，通過(guò)分離過(guò)程將反應(yīng)所

8、得產(chǎn)物不斷地移出反應(yīng)系統(tǒng)，使反應(yīng)過(guò)程向生成產(chǎn)物的方向進(jìn)行，從而提高轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品收率。 反應(yīng)萃取的反應(yīng)產(chǎn)物沸點(diǎn)高，有熱敏性物質(zhì)，平衡轉(zhuǎn)化率低，反應(yīng)物相變，而萃取精餾的反應(yīng)有相變化.4、打包式反應(yīng)精餾塔的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：該反應(yīng)器可以看作是反應(yīng)與分離在同一塔盤上同時(shí)進(jìn)行,對(duì)于低平衡轉(zhuǎn)化率的反應(yīng)也有一定的分離效果。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,操作方便。 缺點(diǎn)：持液量小，需要大的停留時(shí)間，適于反應(yīng)快的反應(yīng)。制作麻煩,催化劑失活后裝卸不便,不易再生。成本高,催化劑利用率較低。5、精餾型反應(yīng)精餾與反應(yīng)型反應(yīng)精餾的區(qū)別按照其應(yīng)用目的分類,反應(yīng)精餾可以大致分為兩類：第一類,以精餾促進(jìn)反應(yīng)，可稱之為“反應(yīng)型反應(yīng)精餾”這一類型的目的主要

9、是為了實(shí)現(xiàn)反應(yīng)過(guò)程的要求，如提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率或提高反應(yīng)的選擇性。這一類過(guò)程從應(yīng)用上說(shuō)是以反應(yīng)為主而精餾為輔的過(guò)程。第二類，以精餾為目的，反應(yīng)為之服務(wù)的,可稱之為“精餾型反應(yīng)精餾”?！熬s型反應(yīng)精餾”的應(yīng)用范圍較窄.6、開(kāi)式A型熱泵和開(kāi)式B型熱泵1）當(dāng)輕重組分的沸點(diǎn)相差比較小，而整體的沸點(diǎn)又比較低，其中輕組分的含量大于重組分的量，此時(shí)可以把塔底產(chǎn)生的氣相通過(guò)加壓液化,液化所放出的熱量將會(huì)使塔底的液相氣化，而液化之后的液體一部分回流一部分作為產(chǎn)品流出,從而完成兩組分的分離.2）當(dāng)輕重組分的沸點(diǎn)相差比較小，其中重組分含量大于輕組分,此時(shí)可以把塔底的液相減壓氣化,氣化吸熱，可以使塔底的蒸汽冷凝，而減

10、壓后的氣相通過(guò)壓縮機(jī)加壓，再重新從塔底打入塔內(nèi)作為上升的蒸汽,從而完成兩組分的分離。7、如何理解是靠“輸出的牽引”而不是“靠輸入的推動(dòng)”？強(qiáng)調(diào)“輸出”的牽引,而不是靠輸入物質(zhì)和能量的推動(dòng)。許多化學(xué)反應(yīng)是平衡反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)體系的溫度、壓力、濃度發(fā)生變化時(shí)會(huì)破壞這種平衡。通常，通過(guò)提高反應(yīng)溫度、壓力或反應(yīng)物的量使化學(xué)平衡向生成產(chǎn)物的方向移動(dòng)，但這會(huì)造成能量和原料的浪費(fèi).通過(guò)不斷將產(chǎn)品從反應(yīng)體系中移出也可達(dá)到相同的目的，并可減少能量和原料的消耗.反應(yīng)精餾技術(shù)即是一個(gè)很好的應(yīng)用。8、非均相反應(yīng)精餾塔配置：通常的反應(yīng)精餾塔分為三部分，最上部是精餾段，中間是多級(jí)反應(yīng)段，下部是提餾段,外帶冷凝器和塔底再沸器。

11、結(jié)構(gòu)形式：9、反應(yīng)精餾和萃取精餾的區(qū)別為了提高產(chǎn)品收率、降低設(shè)備投資和能耗,出現(xiàn)了將“反應(yīng)和分離”結(jié)合在同一個(gè)設(shè)備中進(jìn)行的新型分離過(guò)程，其中一種是反應(yīng)與精餾的耦合過(guò)程，稱為反應(yīng)精餾.萃取精餾的原理是在精餾過(guò)程中外加一種與混合液中某一組分有較強(qiáng)親和力,且沸點(diǎn)較高的溶劑（或稱萃取劑），使兩組分之間的相對(duì)揮發(fā)度增大,因而可以比較容易地用精餾方法分離。10、反應(yīng)偶合的特點(diǎn) 特點(diǎn)：是放熱反應(yīng),反應(yīng)速率很快.偶合一般在水介質(zhì)中進(jìn)行，不同類型的偶合組分對(duì)介質(zhì)要求不同的pH。酚類偶合時(shí)在弱堿性介質(zhì)中速率較快；芳胺偶合時(shí)在弱酸性介質(zhì)中速率較快。偶合是親電取代反應(yīng)。偶合一般用釜式反應(yīng)器間歇操作。為了防止稀酸的腐蝕

12、，一般用搪瓷或襯瓷磚的反應(yīng)鍋，并向鍋中直接加入碎冰或者將冷凍鹽水通入夾套或搪瓷蛇管來(lái)控制反應(yīng)溫度。在反應(yīng)后如需加熱,可用直接蒸汽或間接蒸汽。11、萃取精餾和萃取的區(qū)別 萃取精餾的原理是在精餾過(guò)程中外加一種與混合液中某一組分有較強(qiáng)親和力，且沸點(diǎn)較高的溶劑（或稱萃取劑）,使兩組分之間的相對(duì)揮發(fā)度增大,因而可以比較容易地用精餾方法分離.萃取 利用化合物在兩種互不相溶（或微溶）的溶劑中溶解度或分配系數(shù)的不同，使化合物從一種溶劑內(nèi)轉(zhuǎn)移到另外一種溶劑中而提取出來(lái)的冶金過(guò)程。三 工藝過(guò)程的設(shè)計(jì)及設(shè)備選型3。用工業(yè)酒精生產(chǎn)無(wú)水酒精 滲透汽化是以混合物中組分蒸汽壓為推動(dòng)力，依靠各組分在膜中溶解與擴(kuò)散速率不同的性

13、質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)混合物分離的過(guò)程。圖44是最常用的一種滲透汽化過(guò)程的簡(jiǎn)單流程圖。圖44滲透汽化簡(jiǎn)單流程圖在圖4-4所示流程中包括預(yù)熱器、滲透汽化膜分離器、冷凝器和真空泵等四個(gè)主要設(shè)備.料液進(jìn)入滲透汽化膜分離器，膜后側(cè)保持低的組分分壓，在膜兩側(cè)組分分壓差的驅(qū)動(dòng)下，組分通過(guò)膜向膜后側(cè)擴(kuò)散，并汽化成蒸汽而離開(kāi)膜。其中擴(kuò)散快的組分較多地透過(guò)膜進(jìn)入膜后側(cè),擴(kuò)散速度慢的組分較少的,或很少透過(guò)膜，因此可以達(dá)到分離料液的目的。透過(guò)膜的滲透物蒸汽用適當(dāng)?shù)娜軇⑺粘?，也可使膜后?cè)保持低的組分蒸汽壓，這種方法稱為吸收滲透汽化法。圖45是吸收滲透汽化法分離苯與環(huán)己烷的流程.4.甲縮醛的生產(chǎn)工藝 方法 ：反應(yīng)精餾 Mas

14、amuto和Matsuzaki用實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的反應(yīng)精餾塔制備出來(lái)了甲縮醛,該過(guò)程是在裝填有茶葉袋結(jié)構(gòu)的形式的陽(yáng)離子交換樹脂存在的條件下的甲醛和甲醇反應(yīng)完成的。Kolah等人在下圖所示的間歇及連續(xù)操作的反應(yīng)精餾塔中，研究了這個(gè)反應(yīng)，并進(jìn)行了在反應(yīng)精餾塔中進(jìn)行多重反應(yīng)的理論分析。伴隨著縮醛化的反應(yīng)，二聚物和半縮醛的生成反應(yīng)也同時(shí)發(fā)生并且具有相當(dāng)大的轉(zhuǎn)化率。在封閉體系中，當(dāng)甲醇與甲醛的摩爾比為6：1時(shí)該反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率為85，而在反應(yīng)精餾塔中當(dāng)甲醇對(duì)甲醛的摩爾比為3：1時(shí)，即可達(dá)到99.除了合成有用的縮醛外，這個(gè)反應(yīng)是一個(gè)用于回收一些有價(jià)值的醛、酮和醇潛在的重要方法。由于縮醛/縮酮產(chǎn)品具有相對(duì)較低的沸點(diǎn)，

15、在反應(yīng)過(guò)程中它可以被容易地分離出來(lái)并且隨后可以被方便的水解成母體醇或醛/酮.圖13給出了由甲醇和甲醛制備甲縮醛的反應(yīng)精餾工藝流程. 圖13由甲醇和甲醛制備甲縮醛的反應(yīng)精餾工藝四、 工藝過(guò)程分析1. 酯的水解乙酸甲酯水解的常規(guī)工藝是用一個(gè)固定床反應(yīng)器加上一個(gè)由幾個(gè)蒸餾萃取塔構(gòu)成的復(fù)雜分離單元反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率被不利的平衡所限制（平衡常數(shù)為0.140.2）并且大量未轉(zhuǎn)化的乙酸甲酯需要被分離和循環(huán)。反應(yīng)在固定床內(nèi)進(jìn)行并且產(chǎn)物含有所有的四個(gè)組分。它還需要四個(gè)塔分離甲醇和乙酸,并且將未轉(zhuǎn)化的乙酸甲酯和甲醇一起循環(huán)到反應(yīng)器中。實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的反應(yīng)精餾工藝用于乙酸甲酯的水解，該工藝使用一種特殊形式的離子交換樹脂，將該

16、過(guò)程從常規(guī)的工藝轉(zhuǎn)換為反應(yīng)精餾工藝可以消除很多復(fù)雜的步驟,固體酸催化劑的使用消除了對(duì)廢酸回收的需求以及對(duì)耐酸材料的需求.樹脂用聚乙烯粉固化成7mm×7mm的顆粒。精餾塔內(nèi)直接裝填這些既起催化劑作用又起填料作用的顆粒。圖11就是兩種工藝的情況。圖11 乙酸甲酯水解的反應(yīng)精餾工藝與傳統(tǒng)工藝水在反應(yīng)段的頂部引入而乙酸甲酯在反應(yīng)段的底部引入。塔在乙酸甲酯甲醇共沸物全回流的條件下,汽提段汽提除去所有的乙酸甲酯,因此塔底產(chǎn)品中幾乎不含有乙酸甲酯。僅含有甲醇、水和乙酸的塔底產(chǎn)品用兩個(gè)串聯(lián)的精餾塔能夠容易地分成甲醇和乙酸產(chǎn)品。這樣,這個(gè)工藝從常規(guī)的工藝中取消的兩個(gè)主要設(shè)備：一是從乙酸甲酯中分離甲醇的

17、水洗塔;二是從含甲醇的稀水溶液中回收甲醇的富集塔，該工藝的轉(zhuǎn)化率能夠達(dá)到約99，與常規(guī)工藝相比較能耗減少50。該反應(yīng)也被研究用流化床反應(yīng)精餾塔，在該塔中催化劑顆粒在精餾篩板上保持懸浮狀態(tài)。2。醚化：MTBEMTBE還改善了燃料的耐水性，并且比其它添加劑如乙醇具有更高的熱值.反應(yīng)精餾工藝能夠超越平衡限制并且可以達(dá)到99以上的轉(zhuǎn)化率。這個(gè)過(guò)程如圖12所示,進(jìn)行醚化到接近完全轉(zhuǎn)化的另一個(gè)重要方面是可以有效利用從含有正構(gòu)和異構(gòu)丁烯的煉廠氣中分離出來(lái)的異構(gòu)烯烴，否則分離異構(gòu)烯烴是非常困難的.反應(yīng)精餾塔能相當(dāng)有效地處理混合烯烴并且開(kāi)發(fā)利用存在的的惰性丁烯以改善其自身性能。這種分離是必要的,因?yàn)橐髇-丁烯以純的形式生產(chǎn)純1-丁烯，這樣的1-丁烯方能作為乙烯聚合的共聚單體,生產(chǎn)丙烯酸酯的原料以及氧化生產(chǎn)丁二烯的原料.圖12 TMBE的生產(chǎn)過(guò)程:一個(gè)絕熱反應(yīng)器和一個(gè)反應(yīng)蒸餾塔MTBE生產(chǎn)的常規(guī)的工藝使用一個(gè)甲醇稍微過(guò)量的反應(yīng)器（甲醇/異丁烯=1。052.0），產(chǎn)物收率約為平衡轉(zhuǎn)化率的90%95%。反應(yīng)混合物利用精餾的方式分離，但是由