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1、化工过程强化及其在消化吸收引进技术中的应用,荷塘月色,化工过程强化及其在消化吸收引进技术中的应用,一、概述； 二、过程强化的若干新特点 三、在消化吸收引进技术中的应用 ； 四、几点思考。,一、概述,广义的化学工业(Chemical Based Industries)在我国国民经济总产值中占16.6%, 在美国、德国均占国民经济第二位; 往往存在高物耗、高能耗和高污染的问题； 我国重复引进的问题十分严重。我国引进和消化、吸收引进技术资金之比为1:0.07,而日、韩为5:1； 过程强化至关重要；,化学工程的重要性,化学工程是实验室通向工厂的桥梁，是认识世界、改造世界的技术基础科学，也是推动制造业发
2、展的先驱。人们常说它是 能源转化的核心技术技术； 资源利用和新材料制造的基础； 生物技术产业化的依托； 发展近代农业的后盾； 环境保护的支撑；,Chemical Engineering at the Center,Chemical engineering has a unique position at the interface between molecular sciences and engineering,Biochemical Biomedical,Transportation Energy,Environmental Applications,Ceramics Polymers,
3、Applied Chemistry,Structured Fluids,Microelectronics MEMS,Biology,Electrical Engineering,Mechanical Engineering,Civil Engineering,Materials Science,Chemistry,Physics,Chemical Engineering,Computer Science,Mathematics,在能源和资源领域,16大提出，2020年我国GDP番两番，如何保证所需的能源供应？ 按汇率计算，我国单位能耗产出的GDP是日本的1/7，美国的1/4，不到世界平均水平的
4、1/2； 按购买力平价法计算，我国高能耗工业的产品单位能耗与美国、日本的差距基本上在一倍以内； 节能降耗十分重要！过程强化十分重要！,Gasification-Based Energy Production System,同分异构体的分离,己烯-1和丁烯-1是生产高品质聚烯烃树脂的重要共聚单体，与常用的聚烯烃树脂相比，拉伸强度、抗冲击强度、抗撕裂性和经久耐用性能都明显提高。市场需求增长迅速。 目前国内尚无己烯-1和丁烯-1的生产线，长期依赖高价进口，成为制约我国聚烯烃发展的瓶颈。,过程强化的迫切性,在己烯-1生产新工艺中，己烯-1与副产物己烯-3等同分异构体沸点相近，精馏分离需100多个理论级
5、，回流比极大，投资占总投资的近一半，且能耗很高。 在乙烯裂解装置副产C4馏分的分离工艺中，丁烯-1与异丁烯的精馏法分离需350理论级，回流比100，同样面临能耗过高的问题、而用醚化法生产存在严重的污染环境的问题。,在环境保护领域,各种工业废水（如含有机物、含酸、含金属离子、含放射性物质和其他有毒物质的废水等）的回收的处理； 各种工业废气的回收的处理；温室气体CO2的捕集和分离； 回收有价物料或使物料再循环； 开发绿色工艺过程中将发挥重要的作用。,Global Warming is Already Happening,Global Warming is Already Happening,Glo
6、bal CO2 Reductions,The 450 ppmv CO2 stabilisation corridor would require global CO2 emission reductions of around 50 to 60% by 2050 and about 80% by 2100.,Cost of Capture and Storage,Source: International Energy Agency,Cost relative to use of same fuel in least cost plant without capture,Relative Co
7、st of Post-Combustion CO2 Capture Technologies,Data is for a 500 MW PC power station, taken from Riemer, Audus and Smith , IEA Report Carbon Dioxide Capture from Power Stations, 2001,0,10,20,30,40,50,60,70,80,90,With MEA,Absorption,With MEA,Membrane,Contactor,With Gas,Separation,Membrane,With PSA,Co
8、st of Capture (US$/tonne CO2 avoided),Technology Horizon for CO2 Capture,Solvents- incremental- improved contactors Selected Membranes,Novel Solvents Membrane- Gas- Absorption- Inorganic Hybrids- Adsorbents- Cryogenics,MembraneReactor/Separators Novel Concepts- Chemical looping- Advanced Adsorbents,
9、在生物和医药领域,利用分子设计研制特效的新分离剂； 发酵液中各种有机酸的提取新工艺； 中草药的提取和净化新工艺的开发； CO2超临界萃取选择性高并不污染产品； 反微团、膜萃取、电泳萃取、电色谱等耦合的分离技术的开发和应用；,现代工业生物技术,分子水平 代谢网络 细胞,大宗化学品,医药化学品,精细化学品,能源与环境,细胞网络,过程,Chemical Engineering,Molecular biology,Systems biology,Metabolic engineering,Genetic engineering,智能化,多功能,新材料和其他领域,超高纯单一稀土的分离； 纳米材料的制备等
10、； 氧18，碳15等稳定同位素的分离； 光导纤维材料的生产； 性能优异的布基球C60的分离； 微电子工业中的分离过程;,过程强化面临的机遇和挑战,在能源和资源、生物和医药、环境和新材料等领域都面临迫切需求； 按环境友好、安全和可恃续发展的原则改造过程工业也急需PI；,化工过程强化,The term “Process Intensification” refers to technologies that replace large, expensive, energy-intensive equipment or processes with ones that are smaller, le
11、ss costly and more efficient, or that combine multiple operations into fewer devices (or a single apparatus). -Tsouris (ORNL) and Porcelli (JVP), Chemical Engineering Progress, 2003, 99(10), pp50,化工过程强化,化工过程强化包括新装置和新工艺两方面： (1) 设备的强化：包括新型反应器、新型热交换器、高效填料、新型塔板等； (2) 过程的强化：如反应和分离的耦合（反应精馏、膜反应、反应萃取等）、分离过程
12、的耦合（膜吸收、膜精馏、膜萃取等）、外场作用（离心场、超声等）及其他新技术（如超临界流体等）。 化工过程强化是国内外化工界长期奋斗的目标，人们力图灵活应用化学工程的原理和方法，通过技术创新，推动化工过程强化；,化工过程强化,1995年以来，已举行过多次化工过程强化的国际会议（每3年一次）； UEF和AIChE联合召开的 Refocusing Chem. Eng. 的研讨会上（2001， 意大利），化工过程强化被列为当前化学工程优先发展的领域之一； UEF和AIChE于2002年9月在英国爱丁堡举行过程发明和过程强化的专题研讨会。 2002年成立了Process Intensification
13、Network (PIN)，约23个月开一次研讨会； 2003年4月 US DOE 和 AIChE 召开了过程强化的主题研讨会；,我国化工过程强化的研究和应用,石油工业的崛起大大推动了催化剂、反应工程和精馏技术的发展； 核燃料后处理和湿法冶金的发展推动了溶剂萃取合离子交换技术的发展等。 我国单位产值能源消耗量比世界先进水平的高得多； 我国自主开发的新过程数量较少，工业化周期较长，在国际市场上竞争能力较差。 在实现可持续发展方面差距较大。,二、 过程强化的若干新特点,对强化提出了更高的要求； 信息科学和先进实验技术相结合； 耦合分离技术广泛应用； 推动可持续发展； 多尺度、多层次的研究；,对强化
14、提出更高的要求,效率更高：大幅度提高； 能耗更低：瞄准国际先进水平； 环境友好：安全、环保、符合可恃续发展的原则； 按科学的发展观和资源节约型原则改造已有的过程工业，建设新的工厂：,整体催化剂和管式反应器,二、 过程强化的若干新特点,对过程强化提出了更高的要求； 信息科学和实验技术结合; 耦合分离技术广泛应用； 推动可持续发展； 多尺度、多层次的研究；,信息科学和实验技术结合,CAD的应用； CFD和DPIV等相结合； 分子模拟发挥重要作用; mm05,Simulation Tools and Model Selections,Simulation Tools PROVISION ASPEN-
15、plus HEXTRAN BioSim HYSIS DIPPR,C+ Java Fortran MatLab gPROMS Excel Spreadsheet User defined Languages Models Development : Programming,Electrolyte Ideal / Non-Ideal Low / High Pressure,What Model Is Best for Your System ? Gas Mixture P-V-T Soave-Redlich-Kwong (SRK) ? Grayson-Streed (GS) ? Peng-Robi
16、nson (PR) ? Ideal System ? Braun K-10 ? Lee-Kesler ? LIQUID NRTL ? Wilson ? UNIFAC ? UNIQUAC ? Electrolyte ? Polymer ? Azeotrope ?,Transport Properties Diffusivity Viscosity,Fugacity and Activity Coefficients,Parameter EvaluationBeyond the Limitation of ASPEN-plus, PRO/II, ,Lab Pilot,Plant Tower,Application in simulation,compare with operating data,Theoretical Predictions,Design of Distillation TowerTraditional Equilibri
