作者:叶向群 女 37岁 硕士0
得到中 英政府间国际合作项目 计算机辅助的化工过程绿色设计 (SHA /992/307)的支持0
绿色设计与绿色化学设计
叶向群
(浙江大学材料与化工学院
杭州310027)
摘要根据绿色设计的基本定义 特点 过程与原则 将绿色设计与传统设计进行比较 阐述绿色化学设计的主要内容0
关键词
绿色设计绿色化学设计
Green design and green chemical design Ye Xianggzn .College of MeteLials Science and Chemical EngineeLing
Zhejiang UniueLsity Hangzhoz 310027
Abstract :The basic definition characteristics process and principle of green design were put forward and the green design compared with traditional design was analysied and the main content of green chemical design was ex-pounded .
Keywords :Green design
Green chemical design
绿色设计(Green D esign 简称G D )是在遍及全球的 绿色浪潮 冲击下诞生的现代设计方法 目前正处于发展时期020世纪70年代以来 工业污染所导致的环境恶化已达到了前所未有的程度 进入90年代 旨在保护环境的 绿色 行动在世界各国纷纷兴起0 绿色设计 绿色产品 绿色制造 清洁化生产 等新概念 新理论 新方法不断涌现 其中绿色设计是 清洁化生产 出绿色产品的设计手段 因此 研究绿色设计的理念与方法对指导企业进行产品的绿色设计具有十分重要的意义[1]0l
绿色设计的内涵
绿色设计是获得绿色产品的基础 并已成为当前设计领域的研究热点之一0研究表明 设计阶段决定了产品制造成本的70%~80% 而设计本身的成本仅占产品总成本的10% 因此 只有从设计阶段将产品的 绿色程度 作为设计目标 才能取得理想的设计结果01.1
绿色设计的定义
绿色设计和绿色产品的概念最早出现在70年
代 经过20多年的发展 对绿色设计已有了较为科学的定义 具体为:绿色设计是以环境资源为核心概念的设计过程 即在产品的整个生命周期内 优先考虑产品的环境属性如可拆卸性 可回收性等 并将其作为产品更新换代的设计目标 在满足环境目标的同时保证产品的理化目标;绿色设计综合了面向对
象设计 并进行工程 寿命周期设计等 包含了产品从概念形成到生产制造 乃至废物的回收 再用及处理的各个阶段 即涉及到产品的整个生命周期0绿色设计具体如图1所示
月
系统化设计程序9其中包括2环境规章评价9环境污染鉴别9环境问题的提出9减少污染9满足用户要求的潜代方案9替代方案的技术与商业评估等
三个设计目标包括2(1 提高产品的资源~能源利用率;(2 降低产品生命周期成本;(产品无污染或环境污染最小化
三个主要阶段2(1 跟踪材料流9确定材料输入与输出之间的平衡;(2 对特殊产品或产品种类分配环境费用并确定产品价值时考虑此项费用;(
对设计过程进行系统性研究9而不是只注重产品本身
z绿色设计与传统设计的比较
绿色设计与传统设计在设计依据~设计人员~设计工艺和技术~设计目的等方面均存在很大不同9见表1
表1绿色设计与传统设计的比较
比较因素传统设计绿色设计
设计依据依据用户对产品提出的功能~性能~质量及成本要求
进行设计
依据环境效益和生态环境指标与产品功能~性能~质
量及成本要求进行设计
设计人员设计人员较少考虑到有效的资源再生利用及对生态
环境的影响
设计人员必须在产品构思及设计阶段考虑降低能
耗~资源重复利用和生态环境的保护
设计技术或工艺在制造和使用过程很少考虑产品的回收9仅考虑有
限的贵重材料的回收
在产品制造和使用过程中可拆卸~易回收~不产生毒
副作用及保证产生最少的废弃物
设计目的以需求为主要设计目的为需求和环境而设计9满足可持续发展的要求产品普通产品绿色产品或绿色标志产品
3绿色设计原则
一般来讲9绿色设计须遵循以下原则[2]2
(1 资源最佳利用原则一是选用资源时须考虑其再生能力和跨时段配置问题9尽可能使用可再生能源;二是在设计时尽可能保证所选用的资源在产品的整个生命周期中得到最大限度的利用
(2 能源消耗最少原则一是尽可能选用太阳能~风能等清洁能源或废物处置过程的二次能源;二是力求产品整个生命周期循环中能源消耗最少9能源浪费最小
(零污染原则绿色设计须彻底抛弃传统的先污染9后处理的末端治理环境的设计方式9实施预防为主9治理为辅的清洁生产等环保策略9在设计时充分考虑如何消除污染源9从根本上防止污染
(4 无害原则绿色设计须确保产品在生命周期内对生产者和使用者具有良好的保护功能9在设计时不仅要从产品的质量和可靠性等方面考虑如何确保生产者及使用者的安全9而且要使产品符合人机工程学和美学等有关原理9以免对人们的身心健康造成危害9力求损害为零
(5 技术先进原则为使设计体现绿色的特定效果9就必须要求采用最先进的技术9同时还要求设计者具有创造性9使生产者能取得最佳的生态经济效益(eco efficiency 4绿色化学设计的主要内容
绿色化学设计的主要内容包括2化学反应~原料~催化剂~溶剂和产品的绿色化9如图2[ ]
所示
叶向群绿色设计与绿色化学设计
部转变为产物9即化学反应的选择性为百分之百9这就是所谓的Trost S理想原子经济反应70化学反应绿色化的最终目标就是实现S原子经济反应70如在基本有机原料生产中9甲醇羧基化制乙酸乙烯齐聚制备a_烯烃乙烯和苯烷基化制乙苯乙烯直接氧化制乙苯等均是以S原子经济反应7为基础开发的0 .3催化剂与溶剂的绿色化
许多化工生产的反应过程通常使用催化剂9因此催化剂的绿色化是绿色化学设计中必须考虑的主要内容0如目前烃类的烷基化反应一般均使用氢氰酸硫酸三氯化铝等液体催化剂9这些催化剂的共同特点是对设备的腐蚀严重9危害人体9产生废渣9污染环境9多年来国外正从分子筛杂多酸超强酸等新催化材料中大力开发绿色固体酸烷基化催化剂0
另外9大量的与化学品制造相关的污染问题不仅来源于原料催化剂和产品9而且源自其制造过程中使用的物质9最常见的是反应介质以及分离和配方中所用的溶剂0因此溶剂绿色化也是绿色化学设计中十分重要的内容之一0如传统的C馏份中抽提丁二烯原料时9通常采用乙氰二甲基甲酰胺等对环境会带来明显影响的物质作为抽提溶剂9新研制成功的丁二烯抽提溶剂__甲基吡咯烷酮由于其无毒9因而体现了绿色化学设计的基本要求0
5结论
绿色设计与传统设计的最大不同之处就是设计过程中充分考虑到环境属性9并将其作为设计目标9实现了产品生产周期阶段的闭路循环9其最终目标是生产出绿色产品和绿色标志产品0绿色化学设计则主要包含了原料化学反应溶剂催化剂以及产品的绿色化9而其中化学反应绿色化则是为了实现S原子经济反应70
参考文献
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2Werner J Glantschning.Green Design.IEEE Transaction on components9199 .508~513
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责任编辑:闵怀(收到修改稿日期:2002_03_18)
(上接第186页)
(2)磷石膏对水泥物理性能的影响9除了与磷石膏中的杂质因素有关外9还与磷石膏的溶解度与天然石膏存在差异有关0
(3)采用石灰中和煅烧再结晶等方法对磷石膏进行改性后9磷石膏可以代替天然石膏用于磨制水泥0
()采用石灰中和煅烧再结晶等方法对磷石膏进行改性时9石灰加入量以改性后磷石膏的p~值为6.5~7.5为宜9一般为水溶性磷含量的3倍9再结晶喷水量以控制在20%左右为宜9改性磷石膏干燥前或煅烧后的陈化时间均应不小于2 h0
参考文献
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is portland cement industry.Cement Concrete Research9 197797:537~5
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Cement Concrete Research91989919:377~38
3~Olmez9V T Yilmaz.Infrared study on the refinement of phosphogypsum for cements.Cement Concrete Research9 1988918:9~ 5
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6中国科学院贵阳地球化学研究所.矿物X射线粉晶鉴定手册.
北京:科学出版社91978
责任编辑:滕华妹(收到修改稿日期:2001_05_15)
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环境污染与防治第24卷第3期2002年6月。