2023年绿色化学工艺考前辅导内容.doc

一 名词解释 1、背包式精馏反响器“背包式〞反响精馏是将多个装填催化剂的反响器连接到精馏塔上，通过循环抽料泵将精馏塔内的物料抽送至反响器中进行反响，根据反响器的不同，可以分为一次通过、单级再循环、多级再循环。 所谓“背包式〞反响精馏塔，将催化剂置于塔外的反响器中，采用管道将上下相邻或相间的塔板与反响器出口相连的组合设备。 2、反响精馏 反响精馏就是在进行反响的同时用精馏方法别离出产物的过程。化工生产中，反响和别离两种操作通常分别在两类单独的设备中进行。假设能将两者结合起来，在一个设备中同时进行，将反响生成的产物或中间产物及时别离，那么可以提高产品的收率，同时又可利用反响热供产品别离，到达节能的目的。 3、无载体促进传递 无载体促进传递在于使渗透到接收相的溶质的有效浓度维持在0，溶质A因选择性溶解而从料液相进入液膜相，并在膜中扩散，当其抵达膜相与接受相的界面时，它与接受相中的B发生不可逆化学反响，生成的产物AB不溶于液膜，无法透过液膜作逆向扩散。其结果，溶质A从料液中逆其浓度梯度被泵送到接受相，并在接受相得到富集。 4、吸收式热泵 吸收式热泵是单纯以热能为补偿热能,在吸收式制冷循环根底上开展起来的。常用的制冷剂是溴化锂水溶液。它又分为两种类型: Ⅰ型吸收式热泵—它是借消耗一局部高温热量将低温热量的温度提高到可以利用的中温程度的一种热泵,其性能系数大于1 ; Ⅱ型吸收式热泵不需要消耗高温热能就能使低温热量的温度提高,性能系数小于1。 5、絮凝 悬浮于水中的细颗粒泥沙因分子力作用凝聚成絮团状集合体的现象。在絮凝沉降过程中，悬浮颗粒因互相碰撞凝聚而使尺寸变大，沉速将随深度而增加。同时水深越深，较大颗粒追上较小颗粒而发生碰撞并凝聚的可能性也越大。因此，悬浮物的去除率不仅取决于沉降速度，而且与深度有关。 6、化学需氧量 化学需氧量〔COD〕是以化学方法测量水样中需要被氧化的复原性物质的量。所谓化学需氧量〔COD〕，是在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量。它是表示水中复原性物质多少的一个指标。 7、原子利用率 又叫原子经济性，可表示为： 原子利用率=目标产物的相对分子质量/反响物的相对分子质量总和 原子经济性是衡量所有反响物转变为最终产物的量度，如果全部转化，那么原子经济性为100%，原子经济性是绿色化学的重要指标之一。 8、生命周期是指一个产品从摇篮到坟墓的全过程，包括从最初的原材料开采、提炼加工、产品制造、包装、运输、为消费者效劳、回收和循环利用、最终的废弃物处理。 9、质量强度 质量强度〔MI〕概念，即获得单位质量目标产物消耗的所有原料、助剂、溶剂等物质的质量与目标产物质量的比值。 MI=反响中所消耗的各物质的总质量/目标产物质量 E因子=MI-1 10、气浮 气浮是气浮机的一种简称，也可以作为一种专有名词使用，即水处理中的气浮法，是在水中形成高度分散的微小气泡，粘附废水中疏水基的固体或液体颗粒，形成水-气-颗粒三相混合体系，颗粒粘附气泡后，形成表观密度小于水的絮体而上浮到水面，形成浮渣层被刮除，从而实现固液或者液液别离的过程。 11、化学热泵 化学热泵是利用物质化学反响时产生的吸热和放热来组成热力循环的一种热泵,它可用于加热、制冷及提高能量的品位,具有其它类型热泵所没有的优点,即当化学反响停止时,它具有蓄能的功能。 12、集约化生产 集约化生产是现代企业集团提高效率与效益的根本取向。集约化的“集〞就是指集中，集合人力、物力、财力、管理等生产要素，进行统一配置，集约化的“约〞是指在集中、统一配置生产要素的过程中，以节俭、约束、高效为价值取向，从而到达降低本钱、高效生产，进而使企业集中核心力量，获得可持续竞争的优势。 二、简答题 1、绿色化学和环境化学的区别。 答： 〔1〕.研究任务不同，绿色化学是从源头上解决污染，寻找充分利用原材料和能源且在各个环节都洁净和无污染的反响途径和工艺；环境化学是要从微观的原子、分子水平上来研究宏观的环境现象与变化的化学机制及其防治途径。 〔2〕.研究内容不同，绿色化学的研究主要是围绕化学反响、原料、催化剂、溶剂和产品的绿色化来进行的；环境化学是研究污染物(主要是化学污染物)在环境(包括大气圈、水圈、土壤岩石圈和生物圈)中的迁移、转化的根本规律，环境中污染物的种类和成分及其定量分析方法，环境中天然的和人为释放的化学性质的迁移、转化规律及其与环境质量和人类健康的关系。 2、渗透蒸发的优点(3个即可) 1〕别离系数大。 2〕过程中不引入其它试剂，产品不会受到污染。 3〕过程简单，附加的处理过程少，操作比拟方便。 4〕过程中透过物有相变，但因透过物量一般较少，汽化与随后的冷凝所需能量不大。 5〕渗透通量小，一般小于1000g/m2·h。 3、反响萃取与萃取精馏 反响与萃取的耦合过程主要是解决反响过程中因产物抑制所引起的产率和转化率低的问题而开展起来的。它同样是强调输出的牵引，而不是靠增加输入物质和能量的推动。当体系的沸点太高时，或者产生大量的固体物难以精馏时，最有效的方法是萃取精馏。萃取过程与反响过程的在线连接，通过别离过程将反响所得产物不断地移出反响系统，使反响过程向生成产物的方向进行，从而提高转化率和产品收率。 反响萃取的反响产物沸点高，有热敏性物质，平衡转化率低，反响物相变，而萃取精馏的反响有相变化。 4、打包式反响精馏塔的优缺点 优点：该反响器可以看作是反响与别离在同一塔盘上同时进行，对于低平衡转化率的反响也有一定的别离效果。结构简单，操作方便。 缺点：持液量小，需要大的停留时间，适于反响快的反响。制作麻烦，催化剂失活后装卸不便，不易再生。本钱高，催化剂利用率较低。 5、精馏型反响精馏与反响型反响精馏的区别 按照其应用目的分类，反响精馏可以大致分为两类：第一类，以精馏促进反响，可称之为“反响型反响精馏〞这一类型的目的主要是为了实现反响过程的要求，如提高反响物的转化率或提高反响的选择性。这一类过程从应用上说是以反响为主而精馏为辅的过程。第二类，以精馏为目的，反响为之效劳的，可称之为“精馏型反响精馏〞。“精馏型反响精馏〞的应用范围较窄。 6、开式A型热泵和开式B型热泵 1〕当轻重组分的沸点相差比拟小，而整体的沸点又比拟低，其中轻组分的含量大于重组分的量，此时可以把塔底产生的气相通过加压液化，液化所放出的热量将会使塔底的液相气化，而液化之后的液体一局部回流一局部作为产品流出，从而完成两组分的别离。 2〕当轻重组分的沸点相差比拟小，其中重组分含量大于轻组分，此时可以把塔底的液相减压气化，气化吸热，可以使塔底的蒸汽冷凝，而减压后的气相通过压缩机加压，再重新从塔底打入塔内作为上升的蒸汽，从而完成两组分的别离。 7、如何理解是靠“输出的牵引〞而不是“靠输入的推动〞？ 强调“输出〞的牵引，而不是靠输入物质和能量的推动。许多化学反响是平衡反响，当反响体系的温度、压力、浓度发生变化时会破坏这种平衡。通常，通过提高反响温度、压力或反响物的量使化学平衡向生成产物的方向移动，但这会造成能量和原料的浪费。通过不断将产品从反响体系中移出也可到达相同的目的，并可减少能量和原料的消耗。反响精馏技术即是一个很好的应用。 8、非均相反响精馏塔 配置：通常的反响精馏塔分为三局部，最上部是精馏段，中间是多级反响段，下部是提馏段，外带冷凝器和塔底再沸器。 结构形式： 9、反响精馏和萃取精馏的区别 为了提高产品收率、降低设备投资和能耗，出现了将“反响和别离〞结合在同一个设备中进行的新型别离过程，其中一种是反响与精馏的耦合过程，称为反响精馏。萃取精馏的原理是在精馏过程中外加一种与混合液中某一组分有较强亲和力，且沸点较高的溶剂〔或称萃取剂〕，使两组分之间的相对挥发度增大，因而可以比拟容易地用精馏方法别离。 10、反响偶合的特点 　 特点：是放热反响，反响速率很快。偶合一般在水介质中进行，不同类型的偶合组分对介质要求不同的pH。酚类偶合时在弱碱性介质中速率较快；芳胺偶合时在弱酸性介质中速率较快。偶合是亲电取代反响。 偶合一般用釜式反响器间歇操作。为了防止稀酸的腐蚀，一般用搪瓷或衬瓷砖的反响锅，并向锅中直接参加碎冰或者将冷冻盐水通入夹套或搪瓷蛇管来控制反响温度。在反响后如需加热，可用直接蒸汽或间接蒸汽。 11、萃取精馏和萃取的区别 萃取精馏的原理是在精馏过程中外加一种与混合液中某一组分有较强亲和力，且沸点较高的溶剂〔或称萃取剂〕，使两组分之间的相对挥发度增大，因而可以比拟容易地用精馏方法别离。萃取 利用化合物在两种互不相溶(或微溶)的溶剂中溶解度或分配系数的不同，使化合物从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中而提取出来的冶金过程。 　三 工艺过程的设计及设备选型 3.用工业酒精生产无水酒精 渗透汽化是以混合物中组分蒸汽压为推动力，依靠各组分在膜中溶解与扩散速率不同的性质来实现混合物别离的过程。图4-4是最常用的一种渗透汽化过程的简单流程图。 图4-4渗透汽化简单流程图 在图4-4所示流程中包括预热器、渗透汽化膜别离器、冷凝器和真空泵等四个主要设备。料液进入渗透汽化膜别离器，膜后侧保持低的组分分压，在膜两侧组分分压差的驱动下，组分通过膜向膜后侧扩散，并汽化成蒸汽而离开膜。其中扩散快的组分较多地透过膜进入膜后侧，扩散速度慢的组分较少的，或很少透过膜，因此可以到达别离料液的目的。透过膜的渗透物蒸汽用适当的溶剂将它吸收除去，也可使膜后侧保持低的组分蒸汽压，这种方法称为吸收渗透汽化法。图4-5是吸收渗透汽化法别离苯与环己烷的流程。 4..甲缩醛的生产工艺 方法 ：反响精馏 Masamuto和Matsuzaki用实验室规模的反响精馏塔制备出来了甲缩醛，该过程是在装填有茶叶袋结构的形式的阳离子交换树脂存在的条件下的甲醛和甲醇反响完成的。Kolah等人在以下列图所示的间歇及连续操作的反响精馏塔中，研究了这个反响，并进行了在反响精馏塔中进行多重反响的理论分析。伴随着缩醛化的反响，二聚物和半缩醛的生成反响也同时发生并且具有相当大的转化率。在封闭体系中，当甲醇与甲醛的摩尔比为6：1时该反响的转化率为85%，而在反响精馏塔中当甲醇对甲醛的摩尔比为3：1时，即可到达99%。除了合成有用的缩醛外，这个反响是一个用于回收一些有价值的醛、酮和醇潜在的重要方法。由于缩醛/缩酮产品具有相对较低的沸点，在反响过程中它可以被容易地别离出来并且随后可以被方便的水解成母体醇或醛/酮。图13给出了由甲醇和甲醛制备甲缩醛的反响精馏工艺流程。 图13由甲醇和甲醛制备甲缩醛的反响精馏工艺 四、 工艺过程分析 1. 酯的水解 乙酸甲酯水解的常规工艺是用一个固定床反响器加上一个由几个蒸馏／萃取塔构成的复杂别离单元．反响的转化率被不利的平衡所限制〔平衡常数为0.14－0.2〕并且大量未转化的乙酸甲酯需要被别离和循环.反响在固定床内进行并且产物含有所有的四个组分。它还需要四个塔别离甲醇和乙酸，并且将未转化的乙酸甲酯和甲醇一起循环到反响器中。 实验室规模的反响精馏工艺用于乙酸甲酯的水解，该工艺使用一种特殊形式的离子交换树脂，将该过程从常规的工艺转换为反响精馏工艺可以消除很多复杂的步骤，固体酸催化剂的使用消除了对废酸回收的需求以及对耐酸材料的需求。树脂用聚乙烯粉固化成7mm×7mm的颗粒。精馏塔内直接装填这些既起催化剂作用又起填料作用的颗粒。图11就是两种工艺的情况。 图11 乙酸甲酯水解的反响精馏工艺与传统工艺 水在反响段的顶部引入而乙酸甲酯在反响段的底部引入。塔在乙酸甲酯-甲醇共沸物全回流的条件下，汽提段汽提除去所有的乙酸甲酯，因此塔底产品中几乎不含有乙酸甲酯。仅含有甲醇、水和乙酸的塔底产品用两个串联的精馏塔能够容易地分成甲醇和乙酸产品。这样，这个工艺从常规的工艺中取消的两个主要设备：一是从乙酸甲