1、化工过程设计概论化工过程设计概论第一节第一节.现代过程工程现代过程工程/国际化学工业发展趋势国际化学工业发展趋势第二节第二节.绿色化学科学与工程准则绿色化学科学与工程准则第三节第三节.化工过程设计的基本内容化工过程设计的基本内容第第四四节节.计算机辅助化工设计的发展计算机辅助化工设计的发展第五节第五节.工程伦理学与责任关怀准则工程伦理学与责任关怀准则第一章第一章 化工过程设计化工过程设计 本本“化工设计化工设计”教材教材(496496页页)：是高等教育：是高等教育十五十五、十二十二.五五国家级规划教材国家级规划教材,希望同学希望同学课下参考教材课下参考教材学习学习。化工过程设计概论 人类文明发
2、展历程证明人类文明发展历程证明，世界经济增长、社，世界经济增长、社会进步和人类生活水平及生活质量的提高，会进步和人类生活水平及生活质量的提高，都离不开化工过程工程。都离不开化工过程工程。化学工业在化学工业在2121世纪世纪仍是全球经济发展中强大的基础产业之一。仍是全球经济发展中强大的基础产业之一。2121世纪化学工业发展特征：世纪化学工业发展特征：1).1).发展战略：发展战略：可持续发展，可持续发展，2).2).发展准则：发展准则：绿色化学科学与工程。绿色化学科学与工程。第一节第一节.现代过程工程现代过程工程/国际化学工业发展趋势国际化学工业发展趋势化工过程设计概论 人类社会面临人类社会面临
3、2121世纪世纪可持续发展可持续发展的严峻挑战的严峻挑战l资源与能源（危机）资源与能源（危机）l环境（危机环境（危机-污染与治理）污染与治理）l人类健康水平与生活质量人类健康水平与生活质量（衣、食、住、行、医）（衣、食、住、行、医）l人类活动时空的拓展（空间技术）人类活动时空的拓展（空间技术）l高科技（信息、生命、物质等）高科技（信息、生命、物质等）l对建立生态工业园区的迫切需求对建立生态工业园区的迫切需求l中国还面临进入中国还面临进入WTOWTO的挑战的挑战工程技术发展的永恒目标工程技术发展的永恒目标-造福于人类，实现人类社会的可持续发展！造福于人类，实现人类社会的可持续发展！化工过程设计概
4、论 人类社会面临人类社会面临2121世纪世纪可持续发展可持续发展的严峻挑战的严峻挑战*世界自然基金会和联合国环境规划署联合发世界自然基金会和联合国环境规划署联合发表的表的2000年地球生态报告年地球生态报告显示，显示，若按目若按目前的速度继续消耗地球的资源，那么我们前的速度继续消耗地球的资源，那么我们地球地球的资源会的资源会在在2075年年耗尽耗尽。面对挑战面对挑战，全球皆要求，全球皆要求发展绿色科学发展绿色科学与与过程过程;向向“绿色低碳循环経济绿色低碳循环経济”发展。发展。化工过程设计概论世界可持续发展世界可持续发展与与绿色化学科学绿色化学科学&工程工程 “绿色化学科学与工程绿色化学科学与
5、工程”定义：定义：“为减少与消为减少与消除有害物质除有害物质对人类健康与环境的威胁对人类健康与环境的威胁所作的化所作的化学过程与产品的学过程与产品的设计设计，开发和生产开发和生产。”（Green Chemistry:Theory and Practice,1998）世界世界 “可持续发展可持续发展”定义：定义：“满足当前的满足当前的需要，需要，但不损及但不损及后代满足他们的需要后代满足他们的需要”。发展发展绿色化学科学与工程绿色化学科学与工程是保证是保证“世界可持世界可持续发展续发展”及及全球环境安全全球环境安全的必然趋势的必然趋势。全全 球球 系系 统统循循 环环 经经 济济 生生 态态 城
6、城 市市生态工业园区生态工业园区生态化规划生态化规划绿色过程工程绿色过程工程微观过程微观过程对宏观系对宏观系统的影响统的影响的评估的评估物流及物流及服务服务原料原料输入预输入预加工加工产品制产品制造过程造过程及包装及包装配送配送回收、回收、循环及循环及排放排放物流及物流及影响影响绿色过程工程绿色过程工程循环经济循环经济可持续发展可持续发展 可可 持持 续续 发发 展展 结论：世界可持续发展结论：世界可持续发展需要需要绿色过程工程绿色过程工程的支撑的支撑!宏观可持续发展宏观可持续发展对对微观过程微观过程的要求的要求化工过程设计概论 19951995年美国年美国总统克林顿设立总统克林顿设立“总统绿
7、色化学挑战奖总统绿色化学挑战奖”；日本日本政府规划了政府规划了2121世纪重建绿色地球的世纪重建绿色地球的“新阳光计划新阳光计划”；英国皇家化学会英国皇家化学会主办的国际性杂志主办的国际性杂志绿色化学绿色化学19991999年年1 1月月创刊；创刊；澳大利亚澳大利亚也创建了也创建了绿色化学期刊绿色化学期刊；在美国在美国20032003年公布的年公布的2121世纪化学化工发展战略世纪化学化工发展战略中，再中，再次强调了绿色化学化工的重要性。次强调了绿色化学化工的重要性。绿色化学化工作为绿色化学化工作为应对应对2121世纪挑战的关键技术世纪挑战的关键技术与与支撑基础支撑基础,已成为已成为2121世
8、纪世界科技与产业世纪世界科技与产业发展前沿热点发展前沿热点：绿色化学科学与工程化工过程设计概论绿色化学与化工定义：绿色化学与化工定义：为减少与消除有害物质对人类健康为减少与消除有害物质对人类健康与环境的威胁所作的化学过程与产品的与环境的威胁所作的化学过程与产品的设计，开发和生产。设计，开发和生产。绿色化学化工绿色化学化工是具有重大社会需求和明确是具有重大社会需求和明确科学内涵的科学内涵的新兴交叉学科，新兴交叉学科，是是全球环境安全全球环境安全的的保证保证,是当今是当今国际化学国际化学与与化工的前沿。化工的前沿。（Green Chemistry:Theory and Practice,1998G
9、reen Chemistry:Theory and Practice,1998）化工过程设计概论国际化学工业发展趋势国际化学工业发展趋势发达国家发达国家1990-99年年化学工业化学工业GDP平均增长率平均增长率是其全部工业是其全部工业GDP（国民生产总值（国民生产总值)平均增长平均增长率的率的2.69倍倍。在在21世纪世纪发达国家化学工业发达国家化学工业，年收益增长率，年收益增长率仍高于其全部工业仍高于其全部工业GDP的平均增长率。的平均增长率。根据英国化工协会对全球化学品的统计和预根据英国化工协会对全球化学品的统计和预测，测，2010年己超过年己超过2.04万亿美元（是万亿美元（是2000
10、年的年的1.42倍），倍），并将一直保持较高的平均增长率并将一直保持较高的平均增长率。化工过程设计概论Facts&Figures 2000CHART 3.3欧共体化学工业增长速度持续高于全部工业增长速度欧共体化学工业增长速度持续高于全部工业增长速度1990-1999901001101201301401990199119921993199419951996199719981999-40481216Chemical industry annual growthTotal industry annual growthProduction index 1990=100Sources:ESCIMO,(*
11、)OECD&CEFIC-TEA Analysis.Notes:Germany 16 Bundeslnder as from 1991.ChemicalsTotal industry(*)Growth in volume,%p.a.化工过程设计概论石油化工产品及石油化工产品及衍生物衍生物13.413.4其它无机物其它无机物 3.8塑料塑料13.5合成橡胶合成橡胶0.9化肥化肥2 2医药生物制品医药生物制品25.9 特殊功能体特殊功能体12.6颜料和油墨颜料和油墨6.5染料染料 2.5人造纤维人造纤维 工业煤气工业煤气1.4农用化学品农用化学品2.7肥皂及清洁剂肥皂及清洁剂 4.6香料香料化妆品化
12、妆品,7.4人造油剂人造油剂 0.8无机物无机物 5.2%5.2%塑料和高聚物塑料和高聚物 14.414.4农业，食物农业，食物链保链保健产品健产品油剂，表面油剂，表面活性剂及衍活性剂及衍生物生物12.812.8特殊功能品特殊功能品和消和消费品费品21.621.6 图图1.1 1.1 国际国际化工化工涵盖的主要部分涵盖的主要部分及各部分及各部分GDPGDP的百分率的百分率2 4.7%由图可见：国际大化工过程工业（流程工业）由图可见：国际大化工过程工业（流程工业）包括制药、功能品产业、石化、化纤与塑料、包括制药、功能品产业、石化、化纤与塑料、精细化工、海洋化工、轻工、农产品及食品工精细化工、海洋
13、化工、轻工、农产品及食品工业业等。等。化工过程设计概论其它欧洲国家其它欧洲国家6 6美国美国30日本日本14亚洲亚洲13拉丁美洲拉丁美洲3其它地区其它地区5欧共体国家欧共体国家2929世界化学工业产值（世界化学工业产值（GDPGDP）在各地区的分布）在各地区的分布 美国化学工业美国化学工业持持续占续占世界化工世界化工GDP 30%，其中高端产，其中高端产品占品占79%。化工过程设计概论化学工程是21卋纪的基础产业化学与化工化学与化工信息信息航天航天生命生命 轻工轻工食品食品能源能源环境环境建筑建筑农牧业农牧业材料材料化工过程设计概论化学工业化学工业在在2121世纪仍持续高速发展世纪仍持续高速发
14、展 2020年年美国化学工业发展目标美国化学工业发展目标：继续保持继续保持世界技术领先的地位世界技术领先的地位；2025年年日本化工业发展目标日本化工业发展目标：世界化工市世界化工市场份额由场份额由18%18%提高到提高到20%20%；2025年年欧盟化学工业发展目标欧盟化学工业发展目标：继续保持继续保持国际竞争力。国际竞争力。中国化学工业在国际上有一定地位。中国化学工业在国际上有一定地位。但化但化工业工业GDPGDP人均值人均值尚小于世界人均值的尚小于世界人均值的1/21/2，急，急需努力创新提升。需努力创新提升。化工过程设计概论化学工业是国民经济的支柱产业化学工业是国民经济的支柱产业,在在
15、2121世纪仍持续高速发展世纪仍持续高速发展 20122012年我国化工产值年我国化工产值12.2412.24万亿元，占我国国民生万亿元，占我国国民生产总值的产总值的8.2%8.2%；产品结构不合理，产品结构不合理，产品以低端为主产品以低端为主。*中国化学工业年鉴中国化学工业年鉴,中国化工信息中心出版中国化工信息中心出版u 2011 2011年中国年中国GDPGDP越居世界第二越居世界第二（美、中、日、德）。（美、中、日、德）。u 美国美国财富财富杂志公布杂志公布 20132013年年7 7月月世界世界500500强企业排名：强企业排名：中国石化中国石化集团公司集团公司为第为第 5 5 位位
16、中国石油天然气中国石油天然气集团集团公司公司为第为第6 6位（位（年收入约年收入约$1811$1811亿亿）但目前化工人均值仍小于世界人均值但目前化工人均值仍小于世界人均值1/21/2。化工过程设计概论1.1.强调强调绿色化学科学与工程绿色化学科学与工程特殊重要性特殊重要性及发展前景及发展前景;2.2.强调强调多学科交叉融合研究，多学科交叉融合研究，必须重视与其它学科必须重视与其它学科交叉发展交叉发展;3.3.强调强调化学与化工内涵的紧密融合，多尺度集成研化学与化工内涵的紧密融合，多尺度集成研究究.以实现以实现由分子水平去研究、设计由分子水平去研究、设计与与创造新的有创造新的有用的物质用的物质
17、及其及其新的制造新的制造与与转化工程技术转化工程技术的全程目标的全程目标;4.4.重视重视环境法律法规的建设环境法律法规的建设;5.5.重视重视生态工业园区的建立。生态工业园区的建立。2121世纪世纪 美国化工学科发展战略美国化工学科发展战略化工过程设计概论 美国化学过程工业是美国少数具有正的贸易美国化学过程工业是美国少数具有正的贸易顺差的制造工业之一，顺差的制造工业之一，它获得的附加值占美国全部它获得的附加值占美国全部制造业的制造业的1/31/3。根据联邦政府统计，在近六年中对根据联邦政府统计，在近六年中对于化工于化工R&DR&D的投入，的投入，每每$1($1(美元美元)可获得可获得$2$2
18、的收益，的收益，即税后年收益率即税后年收益率 17%17%。（美国化学科学与技术学会，（美国化学科学与技术学会，20032003）新型工业化道路的请髓在于新型工业化道路的请髓在于以信息化带动工以信息化带动工业化，以工业化促进信息化。两者相互依存、相互业化，以工业化促进信息化。两者相互依存、相互融合、相互促进。融合、相互促进。美国美国化学工业发展趋势化学工业发展趋势化工过程设计概论 生物质原料产品所占比例，生物质原料产品所占比例，产品种类产品种类 当前当前 20202020年年 20902090年年液体燃料液体燃料 1 12 2 10 10 5050有机化学品有机化学品 10 10 25 25
19、9090对于生物质资源的利用，对于生物质资源的利用，美国国家研究委员会提出美国国家研究委员会提出的生物质原料制得产品目标的生物质原料制得产品目标*世界自然基金会和联合国环境规划署联合发表的世界自然基金会和联合国环境规划署联合发表的年年地球生态报告地球生态报告显示，若按目前的速度继续消耗地球的资源，那显示，若按目前的速度继续消耗地球的资源，那么我们地球的资源会在年耗尽。么我们地球的资源会在年耗尽。化工过程设计概论 绿色化学化工绿色化学化工:由由分子层次直至分子层次直至多尺度研发多尺度研发 尺度尺度(时间及空间时间及空间)集成研究发展集成研究发展时间尺度时间尺度空间尺度空间尺度v 在二十一世纪初，
20、在二十一世纪初，我国我国化学工业化学工业总能耗为美、加、总能耗为美、加、墨三国之和的墨三国之和的 4.14.1倍倍,但产值相当三国之和的但产值相当三国之和的23.8%23.8%成本显然缺乏竞争性成本显然缺乏竞争性。v 化学工业化学工业万元产值万元产值水耗水耗为美国的为美国的3.53.5倍倍生产生产技术显然缺乏竞争性。技术显然缺乏竞争性。v 我国我国万元产值万元产值的的污染物排放污染物排放强度强度是美国是美国的的近百近百倍倍。化学工业化学工业废水排放量废水排放量占全国工业部门的占全国工业部门的17.5%17.5%，名列名列第一位第一位；化工废气化工废气排放量排放量占第占第4 4位位，固体废物，固
21、体废物排放占第排放占第5 5位，但危险废物占位，但危险废物占60%60%为第为第1 1位位环境环境污染度高。污染度高。v 中国的中国的SOSO2 2排放排放世界世界一，一，COCO2 2排放趋于排放趋于世界世界第一，第一，面临面临环境污染环境污染和和低碳经济的低碳经济的挑战挑战。发展绿色化学科学与工程，发展绿色化学科学与工程，更是中国的当务之急更是中国的当务之急！中国面临资源、能源和环境严峻的挑战中国面临资源、能源和环境严峻的挑战。化工过程设计概论中国中国“十二五规划十二五规划”：提升化工产业提升化工产业高新技术必要性高新技术必要性1.可以减轻资源供应压力，克服资源对产业的制约。可以减轻资源供
22、应压力，克服资源对产业的制约。2.可以减轻污染排放压力，克服环保的制约。可以减轻污染排放压力，克服环保的制约。3.可以应对市场竞争压力，克服成本的制约。可以应对市场竞争压力，克服成本的制约。4.可以克服增效减排压力，克服结构的制约。可以克服增效减排压力，克服结构的制约。5.可以缓解能源替代压力，克服技术的制约。可以缓解能源替代压力，克服技术的制约。6.可以减轻低碳经济压力，克服二氧化碳减排的制约。可以减轻低碳经济压力，克服二氧化碳减排的制约。7.可以减轻安全生产的压力，克服安全事故的制约。可以减轻安全生产的压力，克服安全事故的制约。利用高新技术提升化工产业：利用高新技术提升化工产业：化工过程设
23、计概论1.走资源高效利用走资源高效利用的绿色可持续发展之路的绿色可持续发展之路。2.节能降耗减排节能降耗减排是保证是保证环璄友好环璄友好的必由之路的必由之路。3.“低碳技术低碳技术”将是将是实现实现“低碳经济低碳经济”一个重要一个重要 的支撑的支撑。4.实现循环经济发展实现循环经济发展,提高技术创新能力尤为重要提高技术创新能力尤为重要。中国中国“十二五规划十二五规划”：化工产业化的发展战略化工产业化的发展战略：化工过程设计概论第二节、绿色化学科学与工程准则：1.20022002年提出的年提出的绿色化学绿色化学十二条原则十二条原则 (Science,Science,20022002.)2.200
24、8年提出的年提出的国际绿色化学工程的十二准则 (Green Chem.,2008)化工过程设计概论20022002年提出的年提出的绿色化学十二条原则绿色化学十二条原则1.1.源头防止废弃物产生要比废弃物产生之后再去处理净化更为源头防止废弃物产生要比废弃物产生之后再去处理净化更为可取；可取；2.2.设计的合成方法应使反应过程中所用物料最大限度地转化为设计的合成方法应使反应过程中所用物料最大限度地转化为最终产物；最终产物；3.3.在任何可行的情况下，设计的合成方法都应当采用和产出在任何可行的情况下，设计的合成方法都应当采用和产出那那些对人类健康和环境毒性很小甚至是无毒的物质；些对人类健康和环境毒性
25、很小甚至是无毒的物质；4.4.化学产品的设计要考虑到化学产品的设计要考虑到维持高效并减少毒性维持高效并减少毒性；5 5.尽可能不使用辅助物质（如溶剂、析出剂等），尽可能不使用辅助物质（如溶剂、析出剂等），在不得不使在不得不使用时，也尽量使用无害物质；用时，也尽量使用无害物质；6.6.应当认识到能量需求对环境及经济的影响，并应当认识到能量需求对环境及经济的影响，并应使之降到最应使之降到最低。合成方法应在常温常压下进行；低。合成方法应在常温常压下进行；摘自摘自Poliakoff M et.al.Poliakoff M et.al.ScienceScience,2002,2002,297297,60
26、7-810.,607-810.化工过程设计概论7.7.只要在技术和经济上可行，所用未加工材料或原料都应只要在技术和经济上可行，所用未加工材料或原料都应当是可回收而不是纯消耗的；当是可回收而不是纯消耗的；8.8.尽量避免产生不必要的化学衍生物（尽量避免产生不必要的化学衍生物（如基团封闭、保护如基团封闭、保护/去保护、在化学去保护、在化学/物理过程中暂时修饰）物理过程中暂时修饰）；9.9.催化剂催化剂（尽可能具有选择性）更优于符合化学计量的试（尽可能具有选择性）更优于符合化学计量的试剂；剂；10.10.设计出的化学产品在设计出的化学产品在完成其效用后不应持续残留于环境完成其效用后不应持续残留于环境
27、，而应分解为无害的降解产物，而应分解为无害的降解产物；11.11.需要进一步发展分析方法需要进一步发展分析方法，以便在危险物质形成以前进，以便在危险物质形成以前进行实时在线检测与控制；行实时在线检测与控制；12.12.合理选择化学过程中所使用的物质及其形态，合理选择化学过程中所使用的物质及其形态，避免或尽避免或尽量减少发生量减少发生包括泄露、爆炸及火灾等化学事故包括泄露、爆炸及火灾等化学事故。绿色化学十二条原则绿色化学十二条原则2008年提出的年提出的国际绿色化学工程的十二准则 (Green Chem.,2008)1.1.保证工程的安全性和可靠性保证工程的安全性和可靠性。2.2.设计的过程应源
28、头防止废弃物产生。设计的过程应源头防止废弃物产生。3.3.实现工艺过程优化。实现工艺过程优化。4.4.考虑可再生资源与能源考虑可再生资源与能源循环利用循环利用。5.5.产品工程导向的设计。产品工程导向的设计。6.6.实现过程集成简化。实现过程集成简化。7.7.物质、能量、空间和时间利用效率物质、能量、空间和时间利用效率的高效化的高效化。8.8.工程设计应面向用户需求。工程设计应面向用户需求。9.9.化学产品设计要考虑到化学产品设计要考虑到高效化与易于分离的副产品高效化与易于分离的副产品。10.10.引入引入质量和能量质量和能量交換网络交換网络的工程。的工程。11.11.对设计的生命周期对设计的
29、生命周期进行评价进行评价。12.12.考虑产品生命周期的可持续性。考虑产品生命周期的可持续性。化工过程设计概论现代的集成型流程现代的集成型流程 （1 1个装置个装置）传统的常规型流程传统的常规型流程（1111个装置设备个装置设备）乙酸甲醇催化剂乙酸甲酯溶剂共沸物水溶剂共沸物水较重组分蒸馏萃取蒸馏反应蒸馏反应反应蒸馏蒸馏乙酸催化剂甲醇乙酸甲酯绿色化学工程的准则：绿色化学工程的准则：6.6.实现过程集成简化实现过程集成简化过程集成简化过程集成简化国际绿色化学工程的十二准则(Green Chem.,2008)1.1.保证工程的安全性和可靠性保证工程的安全性和可靠性。2.2.设计的过程应源头防止废弃物
30、产生。设计的过程应源头防止废弃物产生。3.3.实现工艺过程优化。实现工艺过程优化。4.4.考虑可再生资源与能源循环利用。考虑可再生资源与能源循环利用。5.5.产品工程导向的设计。产品工程导向的设计。6.6.实现过程集成简化。实现过程集成简化。7.7.物质、能量、空间和时间利用效率的高效化。物质、能量、空间和时间利用效率的高效化。8.8.工程设计应面向用户需求。工程设计应面向用户需求。9.9.化学产品设计要考虑到高效化与易于分离的副产品。化学产品设计要考虑到高效化与易于分离的副产品。10.10.引入质量和能量交換网络的工程。引入质量和能量交換网络的工程。11.11.对设计的生命周期进行评价。对设
31、计的生命周期进行评价。12.12.考虑产品生命周期的可持续性。考虑产品生命周期的可持续性。化工过程设计概论环氧乙烷环氧乙烷草酸（媒染剂、除锈剂、漂白剂）草酸（媒染剂、除锈剂、漂白剂）墨水、染料、皮革墨水、染料、皮革与与对苯二甲酸对苯二甲酸反应反应酯化生成酯化生成单体单体；再；再缩聚生成缩聚生成聚对苯二聚对苯二甲酸乙二醇酯甲酸乙二醇酯，纺纺丝后处理丝后处理涤纶纤维涤纶纤维二甘醇二甘醇乙二醇乙二醇水合水合氧化氧化医药、化妆品等医药、化妆品等 如如环氧乙烷的环氧乙烷的深度深度加工加工至至涤纶涤纶及涤纶及涤纶再生资源的循环利用再生资源的循环利用:乙烯乙烯石油石油醇解或水解醇解或水解单体单体.绿色石油化
32、工的生产链与绿色石油化工的生产链与资源的循环利用资源的循环利用绿色化学工程准则绿色化学工程准则：12.产品生命周期的可持续发展性循循环环利利用用 国际发达国家国际发达国家对化工设计审批标准对化工设计审批标准提升到必须对提升到必须对产产品的生命周期的可持续发展品的生命周期的可持续发展负责。负责。化工过程设计概论 以以涤纶涤纶为例说明为例说明12.产品生命周期的可持续发展性 它是由它是由环氧乙烷环氧乙烷水合制水合制乙二醇乙二醇(EG)，与与对苯对苯二甲酸二甲酸（PTA）反应酯化）反应酯化生成单体生成单体或对苯二或对苯二甲酸二甲酯（甲酸二甲酯（DMT）和乙二醇（）和乙二醇（EG）为原料，经酯化或酯）
33、为原料，经酯化或酯交换交换，经经缩聚反应缩聚反应而制得的而制得的成纤高聚物成纤高聚物聚对苯二甲酸乙二醇酯（聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），），经纺经纺丝和后处理制成的纤维。丝和后处理制成的纤维。该使用后废纤维该使用后废纤维经过净化处理后经过净化处理后，醇解和醇解和水解后水解后，成为单体，可供循环利用。成为单体，可供循环利用。化工过程设计概论5.5.产品工程导向的产品工程导向的设计设计/国际化学工业国际化学工业产品结构产品结构发展态势发展态势基本化工基本化工：规模效益规模效益（资源利用率的提高）（资源利用率的提高）信息化程度信息化程度（自动化程度）的提高（自动化程度）的提高,能耗的降低能耗的降低
34、。精细化工精细化工(包括功能产品包括功能产品):产品结构的及时调整产品结构的及时调整 多产品车间的建立多产品车间的建立柔性生产线。柔性生产线。根据全球统计数据，根据全球统计数据，在在美、英、日、德美、英、日、德等国的大化等国的大化工行业的工行业的GDPGDP中中精细化学品及功能产品占精细化学品及功能产品占79%79%左右左右。石油化工一体化石油化工一体化：原料原料基本化工基本化工精细化工精细化工 功能产品功能产品/生产链式结构生产链式结构化工过程设计概论 大力发展精细化工已成为世界各国调整化大力发展精细化工已成为世界各国调整化学工业结构、提升化学工业产业能级和扩学工业结构、提升化学工业产业能级
35、和扩大经济效益的战略重点。大经济效益的战略重点。21世纪以来，世界精细化工发展具有世纪以来，世界精细化工发展具有产业产业集群化、工艺清洁化、节能化，产品多样集群化、工艺清洁化、节能化，产品多样化、专用化及高性能化化、专用化及高性能化的显著特征。的显著特征。5.5.产品工程导向的产品工程导向的设计设计/国际化学工业国际化学工业产品结构产品结构发展态势发展态势化工过程设计概论合理合理生产链生产链及其优化与及其优化与产品结构产品结构的及时调整的及时调整 世纪末期，美国商业部作了一项统计，世纪末期，美国商业部作了一项统计，以以石油作基准计算石油作基准计算，如果作为燃料烧掉价值，如果作为燃料烧掉价值为为
36、1 1的话的话，若把它全部分离为，若把它全部分离为“基本原料基本原料”，则价值增至则价值增至2 2，若合成出，若合成出“通用化学品通用化学品”将增值至将增值至4 4，进一步制，进一步制成成“精细化学品精细化学品”将增值至将增值至8 8，最终制成，最终制成“专用化专用化学品学品”增值至增值至106106。其价值比值为：其价值比值为：1:2:4:8:1061:2:4:8:106。以上是以上是国际制造业产品结构竞争焦点国际制造业产品结构竞争焦点：我国必须向精品高端制造强国前进我国必须向精品高端制造强国前进。化工过程设计概论10.引入质量与能量交换网络的工程，实现过程集成，引入质量与能量交换网络的工程
37、，实现过程集成，是实现是实现绿色化工的绿色化工的核心技术。核心技术。1)、夹点分析夹点分析（资源、能源节约型）（资源、能源节约型）基于基于热力学原理热力学原理的的集成换热器网络集成换热器网络的的夹点技术推夹点技术推广到广到传质交换网络传质交换网络中来。中来。质交换器指的是任何逆向直质交换器指的是任何逆向直接接触的传质操作，如吸收、吸附、液接接触的传质操作，如吸收、吸附、液液萃取、离液萃取、离子交换、浸取、汽提，氢夹点分析等。子交换、浸取、汽提，氢夹点分析等。这种质交换网络分析这种质交换网络分析的目的是设计污染杂质的回的目的是设计污染杂质的回收网络，以减少污染。废水最小化的夹点设计方法。收网络，
38、以减少污染。废水最小化的夹点设计方法。化工过程设计概论2)2)、深度过程集成：、深度过程集成：网络超结构模型模拟网络超结构模型模拟交换网络交换网络:绿色绿色深度过程集成方法深度过程集成方法 立足于通用反应器及相互连接的流股网络构成的立足于通用反应器及相互连接的流股网络构成的超结构，在超结构，在研究传质和传热的研究传质和传热的各种可能安排的基础上，各种可能安排的基础上，找找寻最优化的结构寻最优化的结构:用可再生资源代替不可再生资源用可再生资源代替不可再生资源 氢夹点分析氢夹点分析 基于溶剂的分离系统设计基于溶剂的分离系统设计 利用微化工厂来规避风险、提高效率利用微化工厂来规避风险、提高效率 工厂
39、公用工程及联产系统的节能工厂公用工程及联产系统的节能化工过程设计概论课下作业课下作业 1.化工过程设计的绿色化学科学与工程准则包括化工过程设计的绿色化学科学与工程准则包括那些内容那些内容？2.简述化工过程系统工程模拟软件主要发展趋势简述化工过程系统工程模拟软件主要发展趋势 参考文献：参考文献：David T.Allen,David R.Shonnard,Green Engineering:Environmentally Conscious Design of Chemical Processes,Prentice Hall PTR,Indiana,USA.,2001 2.Edited By:D
40、 J H CLARK,Handbook of Green Chemistry and Technology,Blackwell Publishing,Oxford,UK.,2002请同学们请同学们提前提前完成作业，在完成作业，在习题课习题课上进行讨论。上进行讨论。化工过程设计概论化工过程设计概论 1.化工过程设计的绿色化学科学与工程准化工过程设计的绿色化学科学与工程准则包括那些内容？则包括那些内容？2.简述化工过程系统工程模拟软件主要发简述化工过程系统工程模拟软件主要发展趋势。展趋势。3.试述化学工程师的责任及责任关怀的主试述化学工程师的责任及责任关怀的主要内容？要内容？4.试述化工过程设计的基本内容是什么？试述化工过程设计的基本内容是什么？5.在化工过程设计中工艺专业主要负责的在化工过程设计中工艺专业主要负责的内容又是什么？内容又是什么？课下作业课下作业请同学们请同学们提前提前完成作业，在完成作业，在习题课习题课上进行讨论。上进行讨论。
