合理使用和节省能源

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1、第九章合理使用和节省能源第一节能源的概念第二节 化学工业中的能源需求和化学反应中可利用的能量形式第三节优化反应条件，使耗能减小第四节微波技术第五节超声技术第六节国外化工节能的成功例子第七节 我国化工节能的形势与应对措施思考题第一节能源的概念一能源的定义自然资源中存在的某种形式的能，它可转换成热门生产和生活所需的电能、光能、机械能、热能。人类利用能源的四个阶段能源的分类能源一次能源二次能源常规能源新能源电力、煤气、沼气、焦炭氧气、蒸汽、热水、汽油、柴油、重油酒精、化工产品可再生水利能不可再生化石燃料、石油核燃料可再生太阳能、风能不

2、可再生核聚变能能源品位评价能源消耗需求量的计算标准煤：是指每千克能源发出29.3×106J的热量。中国能源结构特点(1)能源丰富人均消费少，浪费严重(2)能源构成以煤为主(3)工业部门消耗能源占很大比重(4)农村能源短缺，以生物质能为主(5)能源资源分布不合理二能源与环境问题城市大气污染温室效应水体热污染固体废物沙尘笼罩下的呼和浩特五塔寺(2001年6月14日)三中国能源的利用与保护充分利用能源，减少浪费以生态学原理解决能源问题四新能源简介太阳能核能其他新能源人类的生产与生活离不开能源，然而地球上的能源并不是取之不尽用之不竭的，

3、同时能源的使用也会对环境产生很大的影响。工业发达国家是世界能源消费的大国，特别是美国，其消耗的能源约占世界能源消耗总量的四分之一。而在工业化国家中，化学工业是消耗能源最大的。为了实现经济和社会的可持续发展，必须在化学工艺的设计过程中充分考虑能量的节约与最佳利用。第二节化学工业中的能量需求和化学反应中可利用的能量形式和化学反应中可利用的能量形式一、化学工业中的能量需求1.提供反应所需能量2.用热能加速化学反应3.用冷却的方法控制反应4.分离需要能量1.提供反应所需能量化学反应总是伴随着热量的吸收或放出。从热力学角度看，对于吸热

4、反应，需要持续加热以使反应进行完全。事实上，化学反应通常是将原料和试剂一起在溶剂中加热回流，直至反应完全。至于一个反应到底需要多少热能或其它能量，过去却没有分析过。绿色化学要求化学工程师必须考虑能量的需求因素，以使化学过程更为有效2.用热能加速化学反应从动力学角度看，为了使某些反应进行的比较快，往往需要提供一定的热量用以克服活化能。这类反应可以通过选择合适的催化剂来降低反应活化能，从而降低反应发生所需的初始热量。3.用冷却的方法控制反应对于放热反应，有时为了防止反应放热太剧烈需要用冷却的方法对其进行控制，这对于提高转化率也是必要

5、的。在化学品生产过程中，为防止反应失控而引发事故，也需要降低反应的速率。无论加热还是冷却，均需要消耗能量，故需要较大的费用并对环境产生影响4.分离需要能量化工过程中的分离、提纯是一个相当消耗能量的步骤。通常的分离步骤如蒸馏、重结晶等都需要能量的投入。因此化学家在设计反应过程时，应将分离步骤所需的能量，不管是热能、电能或其它形式的能量降至最低，这也是能量需求对环境、经济影响的要求二 化学反应中可利用的能量形式1.热能2.电能3.光能4.微波5.声纳1、热能2、电能除热能外，电能是应用较多的一种。电化学过程是清洁技术的重要组成部分

6、。由于电解一般无须使用危险或有毒试剂，通常在常温常压下进行，在清洁合成中具有独特的魅力。自由基反应是有机合成中一类非常重要的碳-碳键形成反应，实现自由基环化的常规方法是使用过量的三丁基锡烷。这样的过程不仅原子利用率低，而且使用和产生有毒的难以除去的锡试剂。这两方面的问题用维生素B12催化的电还原方法可完全避免。利用天然、无毒、手性的维生素B12为催化剂的电催化反应，可产生自由基类中间体，从而实现在温和中性条件下的自由基环化反应3、光能运用环境友好的光化学反应来替代一些需用有毒试剂的化学反应是近年来研究较多的课题。Epling等人

7、就致力于寻找二硫烷、苄基醚氧化的替代反应。例如:可见光条件下的二硫代保护基团的感光裂解4、微波在许多情况下，微波技术显示了极大的优势，即不需要持续加热来使反应进行。而且在固体状态下的微波反应避免了在有溶剂的反应中溶剂所需的额外的加热。微波协同萃取在环境样品的有机氯化合物的检测中显示出很大的优越性。在微波条件下的萃取不需要热能，萃取时间短，且萃取更完全。5、声纳某些类型的反应，如环加成反应、周环反应等，可被超声波催化，利用这一技术，化学反应的环境条件大为改变，但是针对每一个具体反应，需视其获得目标产物的效率而定。第三节优化反应条件

8、，使耗能减小在一个合成反应路线被证明可行时，化学家往往要去优化它。通常，“优化”是指提高产率或转化率，并不“考虑”上述能量因素的优化，而将能量平衡的问题留给了负责工艺过程的工程师。然而，能量的使用也像有毒有害物质的使用、废物的产生等问题一样，应当成为化学家设计反