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第5卷第5期 过程工程学报 V01．5No．5 2005年lO月 TheChineseJouHI砒ofProcess Oct．2005 Engineering 绿色过程系统合成与设计的研究与展望 张锁江， 张香平， 李春山 (中国科学院过程工程研究所，北京100080) 摘要：过程工业的高速发展导致环境污染不断加剧，对传统工业的改造和实现清洁生产离不开绿色过程系统合成的 理论和方法．本工作对绿色过程合成的相关研究进展进行了综述．首先对现有的环境影响评价体系进行了分类、归纳 和总结，评述了其各自的特点和作用，以及具体应用；其次对绿色过程合成的模型化和算法的研究进展进行了详细论 述，介绍了其在废物(水)最小化、分离系统集成等方面的应用；论述了绿色过程合成在化工过程绿色设计中的应用和 发展趋势．将绿色化学原理和系统集成的普适性理论相结合，提出了绿色度的理论和方法，阐明了其研究内容和拟解 决的关键科学问题，提出量化物质、能量、过程和系统的绿色度的原则方法，通过多目标优化实现不同层次系统的生 态、经济和社会效益的全局最优． 关键词：绿色过程合成；优化设计；环境评价；展望 中图分类号：TQ021．8 文献标识码：A 文章编号：1009—606x(2005)05一0580—11 1 前言 此，结构、界面和空间的大小及相互作用正是在处理复 杂系统(无论是大系统还是小系统)时必须考虑才能正确 传统化学工业在为人类做出巨大贡献、带来便利的 反映客观事实的基础【4】．这一概念的拓宽符合现代过程 同时，对自然生态环境也造成了极大破坏，典型的如温 室效应、酸雨、粉尘、水污染、土壤污染及资源、能源 的枯竭等，因此，减少、预防和控制污染，实现“零排 求．它将分子水平或微观水平上的基础科学创造性发现 放”成为化工设计中首要考虑的问题[1’2]．改善资源侑旨源 与工业需要或工程研究开发直接联系起来，是对具有40 的匮乏，解决污染问题，其根本就是要走绿色化工的道 年历史的过程系统工程学科的扩展，代表着学科发展的 路，对化工过程和产品进行绿色设计，实现真正意义上 方向和趋势pJ． 的清洁生产和生态循环，其核心之一是开展绿色过程系 统合成研究和化工过程的绿色设计，以彻底解决和消除 工业过程的污染问题． 绿色过程系统合成是随着当前绿色化学与化工的 兴起以及系统科学的广泛应用而迅速发展起来的，主要 解决与“化学供应链”相关的创造、合成、优化、分析、 设计、控制以及环境影响评价等多元复杂问题，以建立 环境友好的、可持续发展的化工过程或以产品生产为最 终目标．从广度和深度来讲，绿色过程系统合成不仅仅 是在模型中引入环境影响目标，更重要的是其学科的基 础从传统的“三传一反”深入到分子层次，并延伸到生 态层次的变化和发展，涵盖了从分子j聚集体 (Cluster)j界面_÷单元过程寸多元过程j工厂j工业园 直至人们赖以生存的自然生态环境的全过程[3】．图1直 观地表达了过程系统工程的研究内容，并着重强调除研 究对象的时间和空间尺度外，研究对象与外界进行物 图1过程工业的时间、空间及界面尺度‘2】 质、能量和信息交换的界面尺度对过程的分析和合成同 ThechemicaIchainintemsofthe