清洁生产与环境材料.docx

1、清洁生产与环境材料 清洁生产与环境材料 考查 2013年秋 专业班级： 学 号： 姓 名： 成 绩： 任课教师： 日24月9年2013期： 日工厂介绍 这家化工厂隶属于某化学工业集团公司，建于1956年。现已发展成为一家精细化学品工厂，生产塑料添加剂和其他有机化学品。该厂是高聚物材料添加剂的专业生产厂家。全厂月2800名职工，其中工程师和技术人员630名。 厂里的主要设备由于建造时间过长，较为陈旧，现在仍然可以使用，但是工厂领导认为这批设备已经过时，正在寻求资金更新设备。工厂的生产业务计划由厂里制定，整体战略计划则由总部制定；大的投资须由总部批准；研究开发任务及投资项目的准备工作由工厂承担完成

2、。工厂主要根据长期订单制定其生产计划。其它任务如维修等等，在工作分派上从属于生产，即根据生产需要进行安排。 该化工厂的产品主要分为6类：抗氧化剂、两种增塑剂、有机溶剂和两种聚烯烃，共计40余种产品。 过去十年，工厂为了达到政府制定的污染物排放标准，已经实施了多项环保措施。目前工厂每天排放约7600 t污水，COD产生量平均每天7 t，每年缴纳排污费70万元。由于污水COD负荷过高，超过工厂污水处理站的设计处理能力，导致污水处理站外排废水COD不能达标。为了在环保部门要求的期限内解决超标排放的环境问题，该厂认为需要扩大污水处理站的处理能力。 作业1：管理层的支持与参与 至少找出一条在审核前管理层

3、可能提出的障碍，对障碍进行分析并提出解决的办法。 表a 管理层可能提出的障碍及解决对策 障碍 解决方法 管理层认为现阶段无法拨出财政资金用于清洁生产 向银行提出贷款申请；先实施无/低费方案，将所得收入作为后期投入资金 无相关技术、操作人员 引进技术人员或对现有员工进行清洁生产培训 员工对清洁生产不了解 组建清洁生产小组，宣传清洁生产思想 该工厂有6个主要生产车间，直接受厂级领导管理，并设有3个辅助部门，包括财务部门、技术管理部门（包括维修科、实验室和研究开发科）和环保部门。每个辅助部门的领导直接向总工程师负责配合厂长工作。该厂实行厂长负责制，厂长汇报工作。每个车间设一名车间主任，并有一名技术主

4、管负责协助管理工作，车间主任和技术主管分别向厂长和总工程师汇报工作。车间各有的环保工程师、技术员和过程控制人员，工人被分为不同的班组轮班工作。 溶剂车厂 长 备 部 门总 工 环保部门 术 设技 维修科财务部门 间 塑化剂二车研究开发科 实验室 抗氧剂车间 间氧化剂二车 间聚烯烃二车 间塑化剂一车间 车间主任 技术主管 过程监督员 操作工 图1：化工厂组织机构示意图 厂级领导决定进行清洁生产审核后，成立了审核小组。审核小组的首要任务是使全厂认识到清洁生产审核的目的及其重要性，并选择一个车间进行重点审核，建立清洁生产目标。因此，审核小组首先对车间主任进行培训，向他们介绍清洁生产的概念及清洁生产审

5、核的相关知识，但是由于工作负担重，只有几个车间主任参加了此次培训。 作业2：审核小组 (1)请根据图1帮助该厂组建清洁生产审核小组，注明每个审核小组成员的专业和职责，并阐明审核小组为什么需要这种专业和这项职责。 答： 队长：厂长，负责全面管理和调配工作。 总工：负责配合厂长的工作。 财务总管：总负责清洁生产过程中与财务相关的工作。 技术主管：总负责清洁生产相关技术工作。 环保主管：总负责清洁生产过程中相关环保工作。 车间主任：配合以上领导工作并调配员工。 审核重点工艺监督员：对审核重点有全面了解，监督技术人员及生产人员。 维修工程师：负责维修故障设备及定时检修。 会计：计算清洁生产过程的收入和

6、支出，随时向财务总管汇报工作。 书记员：记录清洁生产各工作细节并记录在案。 (2)请至少找出一条审核小组在实施清洁生产审核过程中可能遇到的障碍，并提出克服障碍的方法。采取何种措施才能使普通员工参与清洁生产审核工作，并确保厂级领导能够持续参与支持清洁生产审核工作？ 答：缺乏进行清洁生产的相关技术。解决措施：聘请清洁生产审核专家进行技术指导，对员工进行清洁生产培训，购置新设备。 广泛开展宣传工作和培训，使普通员工拥有清洁生产的思想并投入生产中去。 长期固定某一审核小组组长，向其阐明进行清洁生产的投入和收益。 审核小组面临的首要任务是实现企业外排废水COD的达标排放。如果不扩大污水处理站的处理规模并

7、维持原处理能力，只能依靠清洁生产审核，从源头上控制COD的产生量，实现达标排放。 审核小组在启动预评估工作后，根据所掌握的数据资料，对各个生产车间的产出、废水排放量、COD产生量及能耗等情况进行了比较分析，结果如下： 无论是数量还是价值上，两个聚烯烃车间的产品产出都是最高的，且单位产品电耗高于同行业平均水平约5%，单位产品原材料A的消耗高于同行业平均水平的10%左右，抗氧剂车间的产品产出最低。 ，这是污水20%处理能力大约COD的总产生量超过污水处理站COD全场不能达标排放的主要原因，各车间COD产出量的统计结果显示，聚烯烃一车间的COD产生量最大，大约占全厂COD产生总量的50%。 抗氧剂车

8、间的排放物数量少，但其最终产品（一种有毒的有机锡化合物）可能随废水排放，造成其排放物的毒性最大。 塑化剂一车间和溶剂车间的能耗较低，根据反应计量、计算，其能耗已接近理论最佳值。 审核小组认为两个聚烯烃车间都存在较大的清洁生产潜力。 清洁生产审核工作启动后，聚烯烃一车间和抗氧剂车间的工人都非常积极，表示愿意参加清洁生产审核工作。 作业3：审核重点 根据所给信息，确定三个本轮清洁生产审核的备选审核重点，并从中筛选出本轮清洁生产审核的审核重点。要求说明作出这种选择的原因。 答：备选审核重点：聚烯烃一车间、聚烯烃二车间、抗氧剂车间。 审核重点：聚烯烃一车间。聚烯烃一车间的COD产出量最大，占全厂COD

9、产生总量的50%，若实施清洁生产将最快解决该厂COD排放量超标的问题。 作业4：清洁生产目标 请分别为全厂和审核重点设定具体、定量的清洁生产审核目标。 表b 全厂清洁生产目标一览表 序号 项目 现状 目标 1 聚烯烃车间一和二车间耗电量 高于同行业平均水平约5% 耗电量达到同行业国内先进水平或国际先进水平 2 产品原材料A的消耗 高于同行业平均水平的10%左右 减少原料A的投入量至少10% 3 抗氧剂车间的产品产出量 抗氧剂车间的产品产出率最低 提高产出率 4 聚烯烃一车间的COD产生量 占全厂COD产生总量的50% 至少减少一车间COD产生量40% 5 抗氧剂车间的排放物 含有有毒的有机锡化

10、合物 降低有机锡化合物的排放量或改变生产方法或原料 。40%产生量减少COD审核重点：聚烯烃一车间的聚烯烃一车间（生产用于溶剂基油漆的分散剂）生产工艺过程由若干操作单元组成。第一步是合成反应，后面是粗品的蒸发、冷却结晶、离心过滤、干燥，形成最终产品。整个生产过程用到四种原料（A/B/C/D）。在配料单元，这四种原料首先分别与工艺水进行混合，之后被送到合成反应器中进行反应。合成反应放热，用冷却水进行间接冷却。合成反应中工艺水只是反应介质，不参与合成反应，且反应产物中不含水。反应结束后，合成溶液被输送到一次蒸发器中，蒸发出的气相物料进入回收单元，凝结成为液体，该液体含有未反应的原料A。经过回收单元

11、收集后，一部分送回配料单元回用，其余的直接排往废水处理系统。一次蒸发单元的产物（一蒸母液）进入二次蒸发器。（后续生产过程略） 作业5：工艺流程图 画出聚烯烃一车间的工艺流程图（部分），包括配料、合成、一次蒸发和回收单元这几部分，指出可能的污染物产生部位。 下面的表（1-3）给出了化工厂合成反应及部分后续单元的生产数据汇总，操作单元包括配料、合成、一次蒸发以及回收。这些数据都是在正常生产过程中通过实测得到的。 表1：合成反应单元的总输入 总输入 数量 单位价格 原1.A 料新输入 730.0kg/h 2.7元/kg 来自回收单元的回 用物料料用300.0kg/h（回物，4300kg/h4000k

12、g/h,其中水它杂质忽A300kg/h,原料其 略） B 原料2.226.4 kg/h /kg 元4.4 C 3.原料261.6 kg/h 1.7 元/kg D 4.原料20.4 kg/h 4.8 元/kg （包括工艺水与冷却5.新鲜水 水）8.4t/h 0.7元/t 6.电190.0kWh/h 0.4元/kWh 表2：反应器的输出（合成溶液的成分） 合成反应器的输出 数量（kg/h） 产品1.626 2.副产品444 A 3.原料436 D 4.原料9.7 5.工艺水7300 表3：一次蒸发器的输出（一次母液的成分） 一次蒸发后的输出 送到二次蒸发器（一次母 ）液,kg/h送到回收单元（蒸出

13、液,kg/h） 产品1. 566 2.副产品398 A 3.原料7.8 384 D 4.原料 0.2 8.5 工艺水5.1645 4927 作业6：物料平衡 （1）利用上述输入输出物料数据，根据物质守恒原理，计算下列数据： 合成反应器冷却系统的新鲜水用量； 回收单元排出废水的成分； 一次蒸发器的损失。 绘制物料流程图中绘制的工艺流程图中，5输出数据纳入练习-将输入）2（含配料、合成、一次蒸发和回收单元，不含冷却系统） （3）在物料流程图的基础上绘制物料平衡图（含配料、合成、一次蒸发和回收单元，不含冷却系统） （4）对上述物料平衡图进行初步分析。 答：（1）合成反应器冷却系统的新鲜水用量： h/

14、1t3?5.?Q8.4?4-7冷却水 回收单元排出废水的成分： Q=4927-4000=927kg/h 废水 M=384-300=84kg/h A M=8.5kg/h D 一次蒸发器的损失: 损失了产品626-566=60 kg/h （2） （4）由物料平衡图知合成反应器和一次蒸发器中均有物料损失，一次蒸发器损失较大；合成反应器中产品A的利用率为57.7%，回收单元对A的回收率为78.12%。 输入的原料A、B、C是液体，批量运输A；原料D是固体，装在5kg的袋中运输。在配料区，每种原料分别同新加的工艺水和回收单元的回收液（含原料A）混合。合成反应是放热的，因此要用水冷却，反应产率依赖于反应温

15、度。一次蒸发是用来除去多余的水和未反应的原料A和D。因为缺少维修，一次蒸发器的状况较差，监测到几处泄露和溢流。在回收过程中，部分过量（未反应）的原料A循环回到配料区，但由于合成反应器冷却系统的冷却效果差，导致目前只有其中的一部分被重复使用。在单元操作之间，液体原料通过管道运送，固体原料用传送带运送。现场发现管道上有几处泄露。在操作中，随机收取样品，手动控制生产过程。合成、澄清工序同最终产物的洗涤都是分批进行，其余工序的步骤都是连续进行。工厂的生产一天24小时分3班连续进行。合成工序的产率在80%90%（同行业先进水平92%）。车间负责组织安排生产过程的各项操作，在车间的要求下维修组负责对设备进

16、行维修。 作业7：存在的问题及原因分析 根据前面的工艺过程描述、输入输出物料数据以及审核重点部分工艺流程物料平衡结果及其分析，参照以下8条提示，从前面给出的信息中找出存在的问题，并分析出可能导致废弃物产生的初步原因： 1.原辅料及能源是否对废弃物的数量或成分有影响？ 答：有影响，因为原料D是固体，装在5kg的袋中运输，由于规格较小，产生编织袋废物，同时增加了对D的撒落。由于冷却系统效果差，从而降低了产率。 2. 技术工艺是否对废弃排放物的数量或成分有影响？ 答：由于该生产反应是放热反应，因此冷却系统的工作效果需良好。手动控制生产过程对物料在反应过程中的变化不清，降低了利用率和生产率。 3.设备

17、是否对废弃排放物的数量或成分有影响？ 答：冷却设备效果差，导致目前只有其中的一部分A被重复使用，增加了废水中A的含量； 一次蒸发器的泄露和溢流导致物料和产品溢出到反应器之外； 冷却系统的冷却效果差，导致目前只有其中的一部分被重复使用；输送管道上有几处泄露导致液态原料洒落。 4. 过程控制是否对废弃排放物的数量或成分有影响？ 答：手动控制生产过程不能监测到物料在反应体系中的连续变化。 5. 产品是否对废弃排放物的数量或成分有影响？ 答：由于工序的产率低，导致较多的原料废弃； 产品的转化率低于同行业先进水平。 6. 废弃物本身特性是否对废弃排放物的数量或成分有影响？ 答：冷却水对周围环境可产生热污

18、染，废弃物的毒性可造成对受纳水体的毒害污染。 7. 管理是否对废弃排放物的数量或成分有影响？ 答：科学管理有利于执行清洁生产。 8. 员工素质是否对废弃排放物的数量或成分有影响？ 答：员工素质不高将导致清洁生产收益效果不佳。 作业8：方案的产生 根据前面的工艺过程描述、输入输出物料数据以及审核重点工艺流程物料平衡图，突出可能的情节生产备选方案。参照一下8条提示，结合练习7的废弃物原因分析结果，逐条提出可能的清洁生产备选方案，并将方案简要写在表中（表4）： 1.如何改进原辅料及能源才能尽量减少或消除废弃物？ 2.如何改进技术工艺才能尽量减少或消除废弃物？ 3.如何改进设备才能尽量减少或消除废弃物

19、？ 4.如何改进过程控制才能尽量减少或消除废弃物？ 如何改进产品才能尽量减少或消除废弃物？5.6. 如何利用废弃物本身特性才能尽量减少或消除废弃物？ 7.如何加强管理才能尽量减少或消除废弃物？ 8.如何提高员工素质才能尽量减少或消除废弃物？ 表4：方案生产 方案类型 清洁生产方案描述 原辅料及能源 加大原辅料的包装规格 技术工艺 自动化控制生产过程；提高原料转化率 设备定时检修、保养设备；更新已经落后的设备 过程控制安装自动监控系统 产品 使用合适的产品规格和包装 废弃物对废弃物进行循环再利用 管理 指导适合清洁生产的管理制度 员工 提高员工积极性，提起恰当的激励措施 个清洁生产4本轮清洁生产

20、审核中，全厂共产生清洁生产方案38个，其中 方案简述如下： 冷却系统改造1.，这样可以增加合成反应器的安装第二台制冷设备 为了提高制冷能力，必须进料量，进而使一次蒸发器中蒸发进入回收单元的原料A可以得到全部的循环利用。安装第二套循环系统需要新的冷却水管道，反应器本身只需要在管道方面做有限的改动。市场上很容易找到关于冷却系统的技术，技术设备部门的工程师也熟悉这些技术，反应器旁边有容纳制冷设备的空间。不需要额外的培训，但是由于反应器的进料量增加，必须为操作工制订新的操作规程并进行相应的培训和管理。 2.安装自动监控系统 可以安装一套自动控制系统对过程进行最优化控制。合成反应器上需要增加其流量可用作

21、反应过在合成反应中完全转化，B因为原料相应的自动监控设备。程的控制参数，并通过自动监控系统控制原料B的流量。虽然这方面的技术较成熟、简单，但是该化工厂在生产过程中还没有应用，操作工和技术设备部门将需要进行额外的培训。 3.将原料D的5kg包装袋改为可重复使用的200kg包装桶 这会减少包装浪费，避免向混料箱（配料）装料时的撒落。因为财务部门负责定购，所以必须通知该部门。需要制定新的操作规程，并对操作工人进行相关培训，同时还要添置新的操作设备。 4.消除跑冒滴漏和改进维修维护程序 在实地调查中发现很多泄漏、管路阻塞、物料散落等问题，大部分立即做了修复。目前维修工作仅仅在需要的时候才进行，也就是说

22、设备在维修时已经无法使用了。作为技术设备部门的一部分，维修科愿意重新安排工作程序，以满足车间持续预防性维修计划的需要。因为加大了工作量，所以需要增加技术人员和操作工人，但是财务部门不同意雇佣新的人员，因此增加的工作量只能由有关部门和车间承担。各方面商定了一个试验期，在此期间由技术设备部门的技术人员、维修组和聚烯烃一车间共同负责预防性维修，希望增加的维修工作量能够减少设备的修理从而降低技术部门的工作量。此项方案不需要额外的培训，但必须列出一份任务清单严格执行。 作业9：清洁生产方案的简单筛选 对上述4个清洁生产方案进行初步分析和简单筛选，确定哪些方案需要详细的技术、经济和环境评估，通过下表5完成

23、初步分析。 表5：清洁生产方案的简单判断与初步筛选 案方 涉及的 变动 实施 难易投资 成本 所需进一步评估 预计实施时间人 员设 备简 单复 杂 低 高技 术环 境经 济 短 中 长冷却系统 改造 安装自动 监控系统 200kg 改用 包装桶 改进维修程序 厂级领导根据审核小组的方案筛选结果，决定立即实施可行的无/低费方案即改变包装和进行预防性维修，结果审核重点的一次蒸发器产出（含产品和副产品）提高了5%，审核重点产生的COD减少了3%。 作业10：实施有效的无/低费方案 利用上述无低费方案的实施所取得的绩效估算这些方案的实施对输入输出的影响，计算出无/低费方案取得的初步效益，并将计算结果填

24、入表6中（与数量有关的计算结果保留小数点为与原始数据一致，与金额有关的计算结果保留小数点后2位）。 表6：实施无低费方案的绩效 项目（价格）实施前 实施后 差别 数量（/h） 价值(元/h) 数量（/h） 价值(元/h) 经济效益（元 ）/h输 出 ）产品（10元/kg566 kg 5660 594.3kg 5943 283 副产品（50元/t）0.398 t 19.9 0.4179t 20.895 0.995 元0.4/kg）（COD145.83 kg 58.33 138.54kg 55.42 2.91 总收益 5621.57 5908.48 286.91 本练习从多个中高费方案中选出“冷却

25、系统改造”方案作为可行性分析的案例。 本方案主要是提高冷却能力，为此需要安装一套氨冷却系统为了便于计算，假设改造后反应效率不变，这样在保持同样的反应效率（相同的产率）和产品质量的情况下，反应器的进料量可增加约12%，总产出也可增加约12%，回收单元回收的原料A重复利用率达到100%，耗新鲜水量增加到10t/h。 由于提高了原料A的重复利用率，COD可减少100kg/h。而配料、合成、 。200kWk/h增加到190kWh/h冷却、蒸发和回收操作的耗电量则从作业11：技术评估：节省物料的证明 估算冷却系统改造引起的物料输入输出的变化，并计算方案实施所带来的经济效益。（在作业10的基础上完成下表7

26、，与经济效益有关的计算结果保留小数后2位） 表7：冷却系统改造对物料输入输出的影响和预期的经济效益 项目（价格）实施前 实施后 差别 数量（/h） 价值(元/h) 数量（/h） /h) 元价值(经济收益（元/h） 输入原料及能 源 /kg) A(2.7元730 1971 817.6 2207.52 -236.52 B(4.4 元/kg) 226.4 996.16 253.568 1115.70 -119.54 C(1.7 元/kg) 261.6 444.72 292.992 498.09 -53.37 D(4.8 元/kg) 20.4 97.92 22.848 109.67 -11.75 新鲜

27、水（0.7元/t） 8.4 5.88 10 7 -1.22 电（0.4元/kWh） 190.0 76 200 80 -4 输 出产品（10元/kg） 566 5600 633.92 6339.2 739.2 副产品（50元/t） 0.398 19.9 0.44576 22.29 2.39 COD（0.4元/kg） 145.83 58.332 45.83 18.33 40.00 总收益 1969.89 2325.18 355.29 冷却系统改造所需投资91万元（包括管道和设备）。 作业12：经济评估 利用表8中的数据，评估该方案的经济（财务）可行性。要求计算出投资偿还期和净现值，并进行评估。 n

28、F?I?NPV j)i(1?1?j F=年净现金流量 n=项目寿命周期 I=总投资费用 i=贴现率 j=年份 注：101?6502?5. j%)12(1?1?j中的数据，评估改动冷却系统的经济（财务）可行性。要求至少计8利用表 算出投资偿还期和净现值。 ：财务数据表8 总 投 资 元910000 P年度运行费用总节省金额 元2557368 率现 贴 12% 年限折 旧 年10 工厂综合税率 25%*：一年300个工作日 9191?194.1316万.25年净现金流F?.?（2557368-）?01- 101091I年47?0.投资偿还期N 1316194F.万.881005?5.6502?91?1316NVP净现值?194.以为NVP0，所以投资可行。 作业13：环境评估 这项方案的预期环境效益是什么？（根据表7中相关数据进行评估） 答：减少了COD的排放量100kg/h，使污水处理站处理能力