中国石油大学华东绿色化学与化工导论汉语版课件总结

例如玉米可能崩溃释放石油,由此产生的物质可以发酵生产几个关键平台化学物质如乙醇,乳酸和乙酸。 如果所有的纤维素和木质素可以有效地用于发酵过程，这个吸引人的概念将会更加可行。 8.1 Conventional Reactors传统反应器

Two Main Types of Reactors:Batch Reactors间歇反应釜；semi-batch reactor半间歇反应釜；Continuous Reactors(连续反应釜)；

间歇式反应器适用于精细化工与制药；连续式反应器适用于大宗化学品的制备； 间歇式反应釜的材料:Stainless steel vessels(不锈钢容器): better heat transfer

Glass-lined steel vessels(搪瓷玻璃): superior fouling or corrosion property 结构:charging line:进料口Manhole:人孔Condenser:冷凝器Distillation column:蒸馏塔 Thermocouple:热电偶

Analytical instrumentation:分析仪器

Heating/cooling jacket:加热/冷凝套Baffle: 挡板Agitator:搅拌器Drain valve:液体阀

间歇式缺点:可能会降低产率和选择性,使精制更困难,因此导致更多的浪费,增加能耗,高成本,副产物增加,多余溶剂可以吸热,控制放热过程温度,但非绿色溶剂

提高传热速率的方法:1.通过使用高压或热油供给来增加温差2.通过加热或冷凝盘管增加传热面积 Mixing: Internal agitator and baffles 内部的搅拌器和挡板

具体描述:A variety of ports on the top of the reactor:sampling, instrumentation, reactant/product inlet/outlet and a venting line. 反应器顶部连接回流冷凝器来转移多余热量或连接蒸馏柱，底部是液体阀连接过滤装置,间歇式反应器不是实验室装置的简单放大,因为传质和传热不同

传质问题: the delay and subsequent generation of large and dangerous exothermic reactions. 传热问题: the safety and efficiency of a process, the economics.

Q:总传热量 U:传热系数 A:传热面积

连续式反应釜分为Plug flow(活塞流): tube-in-tube and fixed-bed reactors (套管式和固定床反应器) Mixed flow(混合流): a continuous stirred tank reactor (CSTRs)(连续搅拌反应釜) 活塞流与间歇式反应釜的区别:

连续性反应器:反应堆相对较小,库存规模较小且花费少.各组分的浓度随在反应堆中距离而改变.存在压降.压降和传热受污染影响大.适用于较短的反应时间.自动化操作,生产效率高.

间歇性反应器:相对较大的反应堆,库存规模较大且往往更加昂贵.各组分的浓度随时间而改变.没有压降.传热会受污染影响.适合相对长的反应时间.劳动密集型的,效率低.

连续搅拌反应釜 (CSTRs) :The physical structure of CSTRs similar to batch reactors: The CSTRs characters: 恒定的进出料流速,恒定的组成浓度和反应条件 CSTR与BR的对比:

相同点:1.带有搅拌和挡板的大的不锈钢器皿2.用于加热和冷却的套管或内盘管 不同点:在CSTR中,物质的进出量是常量, 各个成分的浓度时常量,反应条件也是常量 串联CSTR:1.花费高2.安全3.灵活 Tubular reactors管式反应器

1.反应动力学速度快,传热快,停留时间短2.用于生产散装化学品工业3.对宽范过程缺少适应性,尤其是要求停留时间长的过程4.不同过程之间的清洗更困难5.频繁取样存在问题 Inherently Safer Design(本质安全的设计)

Over 60% of all accidents at chemical manuacturing(制造)plants are caused by either mechanical(机械的) failure or operational error. 将安全部寄托于设备与操作人员

The concept概念of ISD arose 出现as a consequence of the incidents at Flixborough and Bhopal.

原则:Minimization(最小限度)Simplification(简单化) Substitution(替代)Moderation(适度原理) Limitation (限制能量原理)简化原理:较少的机械设备和较少的接口;最小化原理:危险性降到最低;替代原理:无毒的材料替代有毒的材料是绿色化学的核心,且是ISD的一个主要特征；适度原理:在低危险的条件下使用危险材料；限制能量原理:将能量大小限制在一个合适的水平上

Process Intensification(PI)过程强化(尽量减小尺寸)

Process intensification 'Technologies and strategies that enable the physical sizes of conventional process engineering unit

Q?U?A?ΔToperations to be significantly reduced.'

方法:1.提高传质速率与反应相匹配2.改善传热速率与反应的放热相匹配3.对于谋反应有合适的停留时间 In-process Monitoring 过程监测

Off-line(离线)analysis, in-line(在线) and on-line(即时) analysis Off-line analysis: for most batch reactions, sampling and analysis.

In-line analysis: no removal (取样)of the sample from the reaction vessel(容器). On-line analysis: with removal of a sample, usually as a side stream(流)

In-line or on-line process analysis in combination with in-process control techniques Conditions monitoring

Four common techniques:Titration(滴定).Chromatography(色谱)Spectroscopy.(光谱)Sensor-based methods(传感器)

题目:

1、 The definition of green chemistry ( 绿色化学的定义).与传统化学等的区别．

答:绿色化学又称为环境无害化学.环境友好化学.清洁化学,是指利用化学原理在化学品的设计生产和应用中消除或减少有毒有害物质的使用和产生,设计研究没有或只有尽可能一少的环境副作用.在技术上和经济上可行的产品和化学过程,是在始端实现污染预防的科学手段.

与传统化学相比较,绿色化学最明显的区别是:绿色化学强调与相关学科的联系,绿色化学强调以系统方法为基础,综合考虑与环境的关系.

绿色化学和环境化学的区别:环境化学是研究影响环境的化学问题,对终端或过程污染进行控制或进行处理.绿色化学研究与环境友好的化学反应,在始端就采用实现污染预防的科学手段,因而过程和终端均为零排放或零污染. 2.绿色化学的特点

答:a.化学反应的原子经济性:提高原子的利用率,力图使所有作为原料的原子都被产品所消耗,实现“零排放”；. b.化学反应的清洁性:充分利用资源和能源,采用无毒.无害的原料；c.化学工艺的循环性和闭路性:d.化学反应技术的可持续性e.化工生产的可持续性:

4.?(原子经济性).%Yield(实际收率及%Selectiv'ity(选择性)计算．

Conditions: p-cresol(对甲苯酚19.61g 0.22 mol),MTBE(甲基叔丁基醚24.31g 0.22mol) and a silica/zirconia catalyst (催化剂3.5wt%)were heated at 100C for 3 hr. After cooling the products were identified by gc. The main product was 2-t-butyl-p-cresol(产物13.0g),10.78g of p-cresol remained unreacted (未反应对甲苯酚10.78g).

答:Theoretical yield (理论产量)=19. 61×164/108 = 29.17% Yield(实际收率) =100×13/29.77=-43.7% %sectivity(选择性)=100×13/29.77[(19.61-10.87)/19.61])= 13/13.4 = 97% ? (原子经济性)=100×164/(164+32=83.6% 5.Heterogeneous Catalysts(非均相催化)和Homogeneous Catalysis(均相催化)比较．

答:非均相催化:固相通常不同.容易分离.容易再生和循环.通常没有均相催化反应快.扩散可控制.对毒物相当敏感的.低选择性.寿命长.通常是高能过程.机械性能差；

均相催化:反应介质同相.往往难以分离.很难回收且贵.反应速率快.扩散不可控制.抗毒性强.高选择性.使用寿命短.通常可发生在低能条件下.机械性能好.

6.Supercritical C02 as a solvent(超临界C02溶剂) Supercritical water as a solvent(超临界水溶剂)优缺点．

答:超临界C02:优点:无毒.容易去除.可回收.阻燃.高气体溶解度.溶剂化作用低.扩散率高.易于控制.传质性能好.容易得到；缺点:相对较高的压力设备.设备昂贵.溶剂制取困难.亲核反应放热大.存在传热问题.

超临界水:优点:无毒.低挥发性.容易生成.便宜.阻燃.高比热容放热反应且控制更加安全；缺点:蒸馏耗能大.废弃的镉污染难以处理.高比热容量导致加热困难或迅速冷却.

8.What compounds are easy degradation？ (什么化合物容易降解. )

答:生物降解有机化合物的难易程度首先决定于物质本身的特性,同时也与有机物结构特征有关,结构简单的有机物一般先降解,结构复杂的一般后降解.具体情况如下:

1.脂肪族和环状化合物较芳香化合物容易被生物降解.2.不饱和脂肪族化合物(如丙烯基和羰基化合物)一般是可降解的,但有的不饱和脂肪族化合物(如苯代亚乙基化合物)有相对不溶性,会影响它的生物降解程度.3.有机化合物分子量的大小对生物降解能力有重要的影响.聚合物和复合物的分子能抵抗生物降解,主要因为微生物所必需的酶不能靠近并破坏化合物分子内部敏感的反应键.4.具有被取代基团的有机化合物,其异构体的多样性可能影响生物的降解能力.如伯醇.仲醇非常容易被生物降解,而叔醇则能抵抗生物降解.5.增加或去除某一功能团会影响有机化合物的生物降解程度.例如羟基或胺基团取代到苯环上,新形成的化合物比原来的化合物容易被生物降解,而卤代作用能抵抗生物降解.6.增加或去除某一功能团会影响有机化合物的生物降解程度.例如羟基或胺基团取代到苯环上,新形成的化合物比原来的化合物容易被

生物降解,而卤代作用能抵抗生物降解.7.很多种有机化合物在低浓度时完全能被生物降解,而在高浓度时,生物的活动会受到毒性的抑制,酚便是一例. 9.可再生能源的优缺点.

答:太阳能:用之不竭,污染极小;太阳光照射不稳定,太阳能发电厂成本昂贵.风能:用之不竭,成本低,污染极小;涡轮噪音大,受地域限制.水能:对水和空气污染小:受地域限制,水坝会影响生态环境.地热能:用之不竭,没有污染:受地域限制 生物质能:分布广泛易获得:直接燃烧会污染环境,加剧温室效应. 10.什么是E-factor(E因子)？为什么E因子越大越糟糕？

答:E因子指的是每生产kg期望产品与同时产生的废物质量的比值,它用来衡量一个产品在生产过程中对环境造成的影响.E因子=废物质量/产品质量,所以当产品质量一定时,废物质量越大,E因子越大,所以E因子越大,表明它对环境的污染越大.所以E因子越大越糟糕.

11.什么是原子利用率？原子利用率和产率的区别？

答:原子利用率=(目标产物的摩尔质量/按化学方程式计量所得全部物质的摩尔质量×100%,它能够评估化学反应的效率,产生一定量目标产物会产生多少废物.

产量=(实际产量/理论产量)Xl00%,产量体现不出副产物(废物)的产生,而原子利用率可以评估产生多少废物.另外原子利用率还可以初步判断E因子的大小. 12.E-因子.原子利用率与原子经济性之间关系？

答:①原子经济性在数值上用E因子.原子利用率来衡量.②E因子用来衡量一个产品在生产过程中对环境造成的影响,E因子越大,其对环境的污染越大.③原子利用率用来评估化学反应的效率.原子利用率越大,E因子越小,反应的“原子经济性”越高.

13.绿色化学的5个主要任务分别是:设计安全有效的目标分子.寻找安全有效的反应原料.寻找安全有效的合成路线.寻找新的转化方法.寻找安全有效的反应条件. 14. 具有以下结构特征的分子难以生物降解:

(1)RX,尤其是氯化物和氟化物.(2)支链结构(尤其是季碳和季氮或是极度分枝的物质)以及高取代化合物. (3)-NO.-NO.-N＝N-.芳氨基.(4)多环残基(如多环芳香烃或稠环芳香烃)以及杂环残基.(5)脂肪族醚键(C－O－C). 具有以下结构特征的分子具有较好的生物降解能力:

(1)具有水解酶潜在作用的物质会增大其生物降解能力(比如酯.胺). (2)在分子中引入以羟基.醛基.羧基形式存在的氧会增大其生物降解性.

(3)存在未取代的支链烷烃(尤其是大于4个碳的直链)和苯环时,由于可受氧化酶进攻,因而可增大其生物降解能力. (4)水中溶解度大的物质更容易生物降解.

(5)相对低取代的化合物.其中分子中含有可增大讲解能力的氧尤为重要,许多化合物尤其是烃类降解的就是在氧化酶的作用下向分子结构中引入氧,而这一步通常是速率控制步骤. 15.生物质作为化工原料的优点有哪些？

(1)结构多样性,具有特定的立体和光学结构,可以利用的生物活性: (2)结构单元复杂,可以保留在最终产品中,减少副产物； (3)含氧结构,减少了氧化带来的副反应和副产物；(4)减少化石原料的消耗,减少温室气体CO2的排放,有助于可持续发展;(5)比化石资源有更大的灵活性,缓解化石资源的地区分布不均衡的矛盾. 一、常见有机和无机词汇常见有机.无机化合物

烷烃 alkane :甲methane .乙ethane .丙propane.丁butane.戊pentane.己hexane .庚heptane.辛octane. 壬nonane.癸decane;烯烃alkene:把ane换成ene;炔烃alkyne:把ane换成yne; 醇alcohol:把ane换成anol. 烷基alkyl:把ane换成yl;苯benzene.甲苯toluene.二甲苯dimethylbenzene .p-xylene对二甲苯.o-xylene邻二甲苯.m-xylene间二甲苯.苯酚phenol.过氧化氢hydrogen peroxide.次氯酸钠sodium hypochlorite.高锰酸钾potassium permanganate.二噁英dioxin.aromatic amines苯胺.benzyl aldehydes苯基醛.超临界水supercritical water.isooctane异辛烷.stainless steel不锈钢.glass-lined steel搪瓷玻璃.reflux condenser回流冷凝柱.membrane膜.centrifugal离心的.titration滴定.chromatography色谱.

-ide X化物 -ate X酸盐 carbon monoxide 一氧化碳 calcium sulfate 硫酸钙 silicon dioxide 二氧化硅 calcium carbonate 碳酸钙 potassium oxide 氧化钾 ammonium cyanate 氰酸氨 iron(Ⅲ) oxide 三氧化二铁 silver carbonate 碳酸银

lead(Ⅱ) sulfide 硫化铅 -ic X的

calcium carbide 碳化钙 sulfuric acid 硫酸 hydrogen cyanide 氰化氢 nitric acid 硝酸 sodium hydroxide 氢氧化钠 carbonic acid 碳酸 ammonium chloride 氯化氨 chloric acid 氯酸

二、有机无机化合物命名

命名顺序根据化学式从左往右读,与中文读法顺序相反. 1.表示原子个数时使用前缀:

(1)mono-, (2)di-, (3)tri-, (4)tetra-, (5)penta-,(6)hexa- (sexa-), (7)hepta- (septa-), (8)octa-, (9)nona-, (10)deca- 2.molecular Compound 分子化合物.metal oxide金属氧化物.nonmetal oxide非金属氧化物.acid 酸.base 碱.salt 盐.hydrate水合物.normal salt正盐.acidic salt酸式盐.basic salt碱式盐.Mixed salts复盐.ion 离子.cation 阳离子.anion阴离子.monatomic cation单原子阳离子.polyatomic cation多原子阳离子.metal ion金属离子.nonmetal ion非金属离子.single valence ion单价离子.multivalence ion多价离子.monatomic anion单原子阴离子.oxyanion(oxoanion)含氧阴离子,酸根.acid radical for per-salt高酸根.acid radical for normal salt 正酸根.acid radical for meta-salt 亚酸根.acid radical for hypo-salt次酸根 三、各类反应用词:

reduction还原.alkylation烷基化.pyrolysis热解.oxidizing agent氧化剂.reducing agent还原剂.intermediate中间产物.by-product副产品.oxidation氧化.hydrolysis水解.reactant reagent反应物.mechanism机理.free radicals自由基.carbocation碳正离子.carboanion碳负离子.asymmetric不对称的.exothermic放热.endothermic吸热.zeolite分子筛.epoxidation环氧化.isomerization异构化.disproportionation歧化反应

四、石油各种成分的英文表示

saturates(饱和烃),aromatics芳烃, and compounds bearing heteroatoms 含杂原子化合物(sulfur,oxygen, or nitrogen). normal alkanes正构烷烃, branched alkanes支链烷烃, cycloalkanes环烷 ,alkene烯烃 ,monoaromatic constituents 单芳香组分,multiple fused ring analogs 稠环类似物((naphthalene, phenanthrene, etc.)萘,菲等, thiol (mercaptan)硫醇(硫醇), thiophene form噻吩形式,nitrogen-containing and oxygen-containing constituents 含氮含氧成分,(pyridines, pyrroles, phenols, carboxylic acids, amides,酚类.羧酸.酰胺 etc.) ,nonpolar forms非极性形式 (such as ethers醚),Hydrocarbon Constituents烃组分,Aliphatic hydrocarbon脂肪烃,Paraffin Hydrocarbons,石蜡族烃,Aromatic Hydrocarbons芳烃, aromatic nuclei 芳核,Peri-condensed aromatic compounds:稠环芳烃 , phenanthrene菲, chrysene屈, Kata-condensed渺位缩合,anthracene 蒽,Sulfur Compounds含硫化合物,Benzothiophene苯并噻吩,Disulfides 二硫化物,Carboxylic acids羧酸, naphthenic acids环烷酸, phenolic苯酚类compounds,Ketones酮, esters酯, ether醚,anhydrides酸酐 Nitrogen Compounds---pyridine 嘧啶homologs同系物

The nonbasic nitrogen compounds非碱性氮化物: the pyrrole吡咯, indole吲哚, and carbazole咔唑 types How to classify the basic or nonbasic nitrogen compounds: whether they can be titrated滴定with perchloric acid高氯酸 in a 50:50 solution of glacial acetic acid冰醋酸 and benzene. Porphyrins: biomarkers生物标记物-卟啉 In high-sulfur crude oil of marine origin,-----vanadium钒 nickel镍 五、石油加工相关翻译用词:

Dewatering and desalting 脱水脱盐.Early processes 早期工艺. Distillation 蒸馏.Thermal Methods 热处理工艺.Catalytic Methods 催化工艺.Hydroprocesses 加氢工艺.Reforming 重整工艺.Isomerization 异构化.Alkylation Processes 烷基化.Polymerization Processes 聚合.Solvent Process 溶剂处理.Refining Heavy Feedstocks 重质油炼制.Petroleum Products 石油产品.Petrochemicals 石油化学制品 Hydrophilic/lipophilic亲水/亲油.quaternary ammonium salts季铵盐

七.四组分及石油加工:

saturates, aromatics,resin,asphaltene汽煤柴:gasoline,diesel,kerosene,润滑油lubricating oil,AR-atmosphere residue,VR-vacuum residue,石蜡基paraffin -base oil 中间基intermediate-base oil环烷基

Sweetening脱硫 Reduce sulfur Sulfur 硫磺Thermal reforming热重整 Improve octane number辛烷值 Hydrogenation 加氢 Remove sulfur脱硫 Coking 焦化Solvent extraction 溶剂抽提 Improve lubricant viscosity index 提高润滑油粘度指数 Solvent dewaxing 溶剂脱蜡Improve pour point提高倾点 Catalytic polymerization 催化聚合 Improve octane number Petrochemical feedstocks 原料Catalytic cracking 催化裂化 环氧乙烷制法比较(epoxy—ethane)