化工前沿知识讲座幻灯片

过程科学与工程技术的发展1过程科学与化工技术的发展一、序言：二、化工领域优先发展方向三、过程科学与工程技术四、设计案例展示：全球温室气体减排项目2一、序言：本课目的：了解化工专业基本内容与任务，明确自己的学习方向与奋斗目标，初步了解化工前沿科学技术的发展动态，掌握化工前沿高新技术的发展重点，带着自己的梦想，朝着自己的奋斗目标，度过自己精彩的大学时代！3二、化工领域优先发展方向

（一）新兴产业：主要为生物技术、材料技术和环保工艺。

（二）化工分支学科本身的积累和交叉结合。

4（一）新兴产业：主要为生物技术、材料技术和环保工艺。

在生物技术中，大规模培养细胞可运用化工反应器的设计知识，但受到生命体系的制约，由此向化工提出新的要求。如酶催化而生成的产物非一般人造催化剂工艺所能获得。微生物生产酶属生命过程。为了改变酶的功能或为了获得某些特有功能以制造新的产物，化工必须和生命科学结合，包括进行细胞中DNA的改组。化工与医学相结合提出一系列需化工而又非传统化工的技术。

5在材料方面，组成与纯度，有化学性能要求，但其功能往往取决于其物质结构，而材料的成分、纯度及结构又由其加工工艺所决定。用化工方法制造的材料种类最多且具特色的是塑料。在环保方面，化工的一个重要社会效应在于保护环境，减少人类生活与生产活动对环境的污染。将来的工业，要求生产少污染环境和不污染环境的产物，与以往的化工生产的不同之处是，在环境保护中，化工起的作用是销毁和利用无用产物。

6（二）化工分支学科本身的积累和交叉结合化工分支学科在科学和技术方面各有发展，促进了化工整体的前进。这些代表性的分支学科包括热力学、流体力学和传递过程，以及动力学、催化和反应器工程、过程工程等。

在新兴产业和化工分支学科的科技积累这两种动力的推动下，化工在当前的进展中呈现出一些新的特征。

如新的运用三传一反的领域（三传一反概括了化工生产过程的全部特征。“三传”为动量传递、热量传递和质量传递，“一反”为化学反应过程。

7三、过程科学与工程技术

过程科学包括各种工程技术，工程科学，以及工程设计、放大和建设，是化学品制造设施的开发、放大和设计的基础。化学科学与可用技术有效地加以集成，从而带来更高的投资利用率、提高产出、减少废物生成、提高人类健康和安全以及环境保障。化学化工不但是自然科学中的核心基础学科，它与国计民生密切相关。在经济全球化的进程中，无论工业发达国家还是发展中国家，可持续发展更依赖化学化工技术；我国加入WTO后，作为技术密集型产业的化学工业，人才需求量剧增；由于经济可持续发展的迫切需要，环境化学及绿色化学正日益成为研究焦点。8杜尔伯特集成牛粪便综合利用系统（IMUS）示范工程发电100.8万度供杜尔伯特奶牛基地（也可按国家规定上网）二氧化碳减排当量11000吨出售给发达国家固体有机肥2000吨供给当地农田液体有机肥16500吨供给当地农田四、案例展示：全球温室气体减排项目9

由于过度的放牧带来了生态环境的恶化，为了保护环境，全世界都在禁止牛羊放养，我国2001年开始开始实施全境禁止放牧、实行牛羊圈养的政策，取代原有的放牧型养殖。传统的畜牧方式由此开始改变。

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圈养后，我国奶牛存栏数以约20%速度增长，目前已经达到了1500万头。以一头牛日排粪尿约30公斤计算，年产生的粪尿总量超过亿吨。未经处理的牛场粪污会产生大量硫化氢、醇类、酚类、醛类、氨、酰氨类等污染物，而粪尿中含有的大量病原菌极易传播疾病，细菌和有害气体随风扩散，使污染范围扩大。粪尿聚集区，易于蚊蝇等昆虫滋生，严重地影响了周围地区的卫生。未经处理的奶牛场粪污经雨水冲刷或直接流入江河，使水中硝态氮、硬度和细菌总数超标，水质恶臭。奶牛场粪污中含有较高的氮、磷养分，如果过量还田，进入土壤后会转化为硝酸盐、磷酸盐，破坏土质。11另外，目前在饲养牛时大量使用添加剂。添加剂中含有重金属，奶牛食用后只有少量被吸收，大多数随粪便排出，如未经处理直接进入土壤被农作物吸收，人食用后在体内产生富集，影响健康。黑龙江省目前有奶牛141万头，日排粪量为4.23万吨，年排粪量约为1544万吨，粪肥的还田率不足30%，其余部分未经处理倾倒在郊外、道路两旁，严重地影响农民的生活工作和身体健康。12由于技术和经济的原因，我国有相当数量的奶牛养殖场粪污没有得到有效处理，给社会带来巨大的环境压力和生态压力，粪污处理问题已经严重影响了自身的持续发展。如何解决养殖业发展中产生的污染问题和生态问题，走绿色、环保型的可持续发展道路建设社会主义新农村，是迫在眉睫急需解决的重要问题。沼气的发展，复合循环经济的“3R”原则。13即减量化原则（reduce）,再使用原则（reuse）,再循环原则（recycling）。实验证明：牛粪便的利用不仅无公害，而且还有助于地球温室气体的减少。1m3的沼气完全燃烧可以放出约23000~27600kJ的热量，相当于0.7kg汽油或0.8kg煤燃烧所放出的热量。∴沼气是一种优质的气体燃料。根据加拿大计算标准，处理1吨牛粪便相当于减排1-1.5吨二氧化碳当量。取其低数值1.0计算，处理一吨牛粪便可减排氧化碳当量为1.0吨。3R”原则14

IMUS项目的开展不仅推进了生物质能（可再生能源）发展，还具有帮助盐碱草地恢复等作用，最大程度地保护人类生存的环境。本项目是黑龙江省科学院与加拿大阿尔伯塔研究院合作开发的IMUS项目，是以科学发展观为指导，统筹考虑国际与国内当前与长远及黑龙江省经济发展与生态建设，把IMUS项目成功运用到黑龙江省并将技术推广到全国，为建设资源节约型、环境友好型社会和创新型国家而做贡献。15牛粪浪便综俩合利贝用技虾术将夸动物扇牛粪谱便的脱有利箭用的积部分鸽转化冠为能握源，要生物孕肥料疯和可杰再利毯用的锦水。倒使用益该系果统的热可以挺减少苹温室顽气体劣排放建，解态决环胞境污戴染问巨题。该牛粪梁便综总合利众用系够统的想好处梅：将音牛粪项便及蹄其相逮关类事似物府质转挠化为姓有价按值的进资源姻，为洲全球帖的温看室气杀体减慰排做际出贡酷献，套经济吸效益捞和社差会效阁益俱念佳，药不仅脆保护梦了环扬境又不开发疑了绿撕色能殖源。16该项贡目属泳于能伐源环她境工掉程，黄通过益牛粪典便便捞发酵捐产生胶沼气断再转钱化成越电能汗，不压仅满刊足奶即牛基沈地所导有用悟电需叨求，胃而且傍还可跌将富协裕电格能支供援给股国家摘电网罢，同对时解烟决了宪牛粪返便污辽染环油境的狐难题期。剩川余沼阀渣可串加工参成固邮体有轧机肥赌料给滋当地肢农田徐使用经，剩勿余沼口液更薄是天栽然好打肥料臣，可膏直接或喷洒券给农院作物讨。17该项孕目属草于CD嚼M项目州。CD泊M（清秃洁发弊展机禽制Cl鉴ea粮n反De霸ve莲lo析pm晶en突t宇Me最ch膊an页is笨m）是隔根据熄联合绪国《京都牵议定拿书》创建凝的一纷套具环有双观赢效史应、阵利国震利民涛的国命际合作机制佛，作咳为买拢家一陵方，裕发达缸国家等可以虽通过CD贱M降低葛其兑院现碳员减排到额度杜承诺哀的成朋本；慈而另副一方藏面，右发展其中国跑家的对项目爱业主嗓则通叨过确愁立符债合CD省M机制邀的环例保项武目，循变废遍为宝馒，在吵改善乡丰大气撇环境徐的同链时，钻获得拾国际挣买家振的资延金支蜓持。18《京都析议定司书》规定20梦12年前薪发达戴国家矩需要收减排佛的温毙室气精体的检量为50亿吨CO此2，其识中一信半由润国内增完成凭，另观一半剥约需翁要通木过清蛋洁发僚展机骡制、骄联合帆履约杏和排右放贸欧易完查成。标世界聚银行20智05年的救一份琴研究军报告坊预测执，发岔达国乞家为殖完成《京都斑议定厌书》规定毙的承齿诺，畅在20邮08晨~2斜01慢2年的5年中同，每膛年需插购买质约2亿一4亿t当量孤的CO济2排放擦额度颜。目盆前已姐经签族约的刮减排美量不桥到3亿t，存箩在的肉缺口励还非驶常大摸。英割国一摩家技突术咨保询公德司预事测，舞由CD萍M项目乞引入发中国嫩的外议资净补增加陆额到20煌10年将柳达到遭每年4.答75亿美捎元，20唤05妻~2阁01馒0年的5年中拥累计粮新增17是.8亿美赠元。19举例做：清能险投资庙注册齿成功寒的云肠南末邮坡河下项目裤：水坛电站押总装房诚机容演量12串.5刻MW，预桃计年贩均减瓦排量既为44绞27翼5吨CO2e，预紧计将额为项饮目业壁主云建南末湾坡河灯水电扒站带纱来每常年约40斩0万元逼人民州币的料可观朋收益期。由遵此可突见，CD熟M已经薯成为石了任妖何具笨有温奖室气敲体减百排潜准力的级中国姐项目萍业主倍融资驰的有脂效途钢径之银一。20CD亿M的主逆要内暴容由发芒达国殊家通浙过提粪供资阳金和额技术奏的方厌式，照与发驴展中耽国家趁开展科项目执合作支，通笨过所听实现起的“耳经核分证的涨减排砖量”年（CE肠Rs）,用于偷发达案国家舍缔约舅方完枕成在招议定悠书第乒三条拍中关炼于减街少本捆国温鉴室气蹲体排轮放的斯承诺搭，同畅时为揭东道捕主的喷发展商中国磁家的逗可持夸续发蛋展做野出贡绑献。因为秤发达孔国家进的减尊排量菠成本点比发概展中孟国家伙高5至20倍，脖所以孟发达掘国家塞愿意寨以资厕金援播助和栗技术庸转让再的方角式，刷在没夕有减专排指乳标的杏发展懒中国胜家实种施环鲜保项涝目。棒经认醋证后符，如石果这争些项幅目确泻能减既少温授室气软体排愁放，绳那么雨发达泥国家奖就可耽获得雀相应伪的减扭排额择度，础这就壮是所肢谓的CD底M机制肝（Cl尊ea鹊n姻De枕ve滨lo厌pm著en载t弯Me葬ch半an野is步m）。衡该合汪作项申目产槽生的政额外旬的、芝可核尖实的趴二氧决化碳猴减排兆量，凡由发巷展中话国家购的项简目企叠业所贩拥有刃，并墨可出截售。烛工业急发达旷国家反的企分业如携果在滴不减落产的答情况球下要涨实现跑减排场，则录在本延国通涝过技酿改降喜低排夫放的捧成本起会很杆高。巩但如该果与黑发展孔中国击家进党行CD克M合作亦，购锣买发优展中邪国家蚂碳减蓬排量(CE模Rs)，成怪本则书相对图会低盆很多犹，发值展中贷国家肾也可燃从中走获益血，也点称“摆碳汇葬交易熔”。独作为擦全球虑最大漆的碳秃开发宰市场续，中艘国是CD的M的主射要受亭益国眼之一驰。伴铜随国违内企种业对搅于CD鸟M的了没解进谢一步竟加深说以及有本土听咨询集机构柳的成蚁熟，替中国CD渴M项目恳推进吗速度钟有明检显加昨快趋牙势，壶中国华注册鸽的CD漏M项目然近30垦0个，可位居应世界眨第二.21因此士，开怨发沼熔气技息术的孤清洁盛发展厕机制竭项目脸，出食售经陶核实煌的碳于减排密量(CE境Rs)，可枣为我谎国大骆中型妖沼气肚工程抬以及敏农村姥户用但沼气本开辟昨新的番融资叔渠道葛，并霉提高籍整个飞项目疲的经撤济回等报率妥。22处理1.优0吨牛产粪便选可减家排二事氧化膊碳当稍量按1.肥0计算（处撑理1吨牛丘粪便猫相当鹊于减挽排1-狗1.鲜5吨二健氧化仅碳当瓜量。灰）杜蒙棒牛场泉广场帝养奶修牛以10捏00头计用算，窗每头怜牛每并天排克粪便30公斤值，一筝头牛承一年泡的排沿粪量指为30枕X3含65筝=1短09蚂50公斤=1万1吨，10夫00头牛奏为11恒00谣0吨。统每年咳产生瓶湿沼躲气约47惩0吨，肆利用愧这些绣沼气眨可发义电10意0.立8万度绸，处拔理牛僻粪便扎可以现减排11辆00只0吨二喷氧化叉碳当咬量。霉国际娇市场投每吨趴二氧镜化碳灯当量晋平均跃价格梯为15逐.9欧元蚂（1欧元=1卸0.刃80段33元人昨民币额，合临计17注1.绪72元人盲民币阶），卵中国着每吨役二氧馆化碳刮当量蜻价格更为8-日9美元例，以8美元辰计算隆（1美元=6纱.8善6人民践币，燃约为54抵.8急8元人擦民币疫），沉总计查二氧忌化碳茶当量渐售价查为60蹈36池80元。23发电献能力穷：14婆0k犹wh二氧残化碳脾当量呈：11黄00攻0吨/年有机疮营养平肥：号由背沼渣句制成西的固倚体有茫机肥副产举品：谊液体邮有机冰肥（吩直接峰喷洒脾农作于物）24利用贺牛粪咸便便使发电冻的技绸术关讽键是命厌氧休消化强。国矿内有嘴各种务沼气末发酵葡技术河，但银温度恋低，悔发酵陵周期倚长，圣处理提过程胜慢，谜连续尺化生荣产稳声定性犯差。本项被目通首过国熊际合呢作引蚀进加新拿大称技术炕，由划加拿棵大阿越尔伯属塔研控究院旱与Hi烂gh絮ma秋rk可再熟生能慢源公役司联佩合开羊发。夏牛粪斩便综胖合利火用系裙统，该是一呢种封速闭环绒式沼象气系都统，菜它将稀牛粪柱便转捆换为丽能源边、生劲物肥伏料和狗可再客利用疑的水径。通毅过高崇温厌村氧发用酵来垫生产斥沼气询，主萌要成陪分是蛮甲烷倘，可果用来抛发电仆。回晃收后械营养尼物可钩作为塞无病苏原体饶的生更物肥丽料市俩场化抽，回忧收后秤的水摄可以桨再次必用于避牛粪疼便综悦合利糊用系室统或枣者灌积溉。幸如图暮（4-穴1）：25集成偏粪便失综合适处理喇系统26IM渴US技术昏特点枣和创迈新点穿：（1）整歉个处吵理过筑程不门发生巾二次务污染求，无则三废秤发生运；（2）具宵有生丸产“扣气、就电、墨肥”光三种允功能塌，装舒置启摄动后鸣自我躁循环千运行党，不瞧再依辩靠外穿部动押力；（3）进计料和卷出料哈连续愧化，宽处理台过程锯速度刻快，双约20天左烟右，贝发酵劲周期麻仅为邀国内青的1/田3到1/嚼5。27工艺贴流程检简述弟：牛粪朋便综县合利腾用技情术处皇理过垮程：沼气疫的产皮生是气通过架厌氧霸消化蹦而获熊得的淹，新钢鲜的添动物帆牛粪屡便通堪过中差央倾酸倒输逐送装趣置进椅入厌兔氧消立化器流，温燥度、PH值、揉牛粪炮便的交固液丈比等穴值可骡调节君到预陕定的妙级别辞。为滚了创乎造最辉优的捷嗜热润细菌雄生长旋环境宿，厌间氧消嫩化的环温度榨控制签在53贤℃到55挥℃。基愉于这傻些条诸件，彩使液暑滞留蕉时间钞缩短被，超康过99央%的存张在于乡丰牛粪凭便病摆原体竹将被瞒杀死探，使增得沼标气的染生产侍达到赠最佳结化。偶沼气耐利用指包括率利用增发电绍机组旷发电税，通倒过热提交换裳系统健采暖关，将浆发电晋产生牲废气目给乙床二醇鬼水溶渡液加钱热，逝乙二帝醇溶俊液作滋为热索媒用办于消相化器何的保伍温和束原料叮水的偷加热犯。来派自消俱化器暂的固篮液物衔料通眉过离根心机表来分排离：吧营养荒物质求回收劈燕系统拖，通让过物柱理和的化学兵的方雷法处迈理离飘心后曲的液蜜体，寨回收溜氮、罗磷和凭生产逼可再娇利用研的水染。固富体物滔质联四合营市养物稿浓缩聋处理半，用姻于生鞋产营吹养均牢衡的腹固态免生物乌肥料唤。利债用多率种生肯物废跑料来朝生产邀有附拒加值恶的产吓品，昏包括预能源登、生东物肥岸料、亦可再践利用颈的水抖。28牛粪莫便综嘉合利将用系讽统，货是一必种封王闭环饱式沼采气系追统，赞它将幅牛粪墨便转杏换为绳能源疤、生傲物肥歇料和驱可再旦利用款的水母。通返过高滑温厌苏氧发滨酵来渔生产汁沼气杀，主疮要成糕分是征甲烷垃，可里用来铜发电柄。回岸收后茧营养川物可佩作为