《清洁生产原理与应用》课程练习题

清洁生产原理与应用 课程练习题 说明 作业 8 15 作完之后发邮箱 xiangwei0229 以班级为单位发送 12 月 18 日晚 8 点之前交 注 如有抄袭现象 这项成绩为零分 该习题占平时成绩 60 0 化工厂 清洁生产审核练习题 中华人民共和国环境保护部清洁生产中心 前言 本套练习题选取我国一家化工企业作为背景 结合清洁生产审核的过程 对清洁生产 审核的每一阶段进行逐步练习 在本练习中 每一阶段的第一部分都对工厂的相关情况进行了简要介绍 同时为学生 提供了完成作业所必需的相关信息 随着培训课程的逐步深入 针对每一道新作业题都会给 出新的信息 大多数的作业都需要考虑此题之前给出的信息 特别说明的是 每一题仅与练 习题中此题之前提供的信息有关 与其后的信息没有直接联系 1 第一阶段 筹划和组织 这家化工厂属于某化学工业集团公司 自从 1956 年建立以来 已经发展成为一家精细 化学品工厂 主要生产塑料添加剂和其它有机化学品 该厂是高聚物材料 聚氯乙烯 聚烯 烃 涂料等 添加剂的专业生产厂家 全厂约有 2800 名职工 其中包括 630 名工程师和技 术人员 厂里的主要设备建于 1956 年 现在仍然可以使用 但是厂里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订 整体战略计划则由总部制订 大的投资须由总部来批准 研究开发任务以及投资项目的准备工作由工厂承担完成 工厂主 要根据长期订单来制作其生产计划 其它任务 如维修等 在工作分派上从属于生产 即根据 生产需要进行安排 这家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 约 40 种产品 在过去十年中 工厂为了达到政府制订的国家环境排放标准 已经实行了多项环保措施 目前工厂每天排放约 7600 吨污水 COD 产生量平均每天 7 吨 一年交纳 70 万元排污费 为了达到地方环境部门制订的污染物排放标准 该厂认为需要扩大污水处理厂的能力 在两 年内将 COD 排放总量降低 20 作业作业 1 管理层的参与 管理层的参与 至少找出一条在审核前工厂管理层可能提出的障碍 对障碍进行分析并提出解决的办 法 这家工厂有 6 个主要生产车间 直接受厂级领导管理 并设有辅助部门 例如财会部门 技术设备部门 包括维修科 实验室和研究开发科 和环保部门 该厂实行厂长负责制 总工 程师负责配合厂长工作 每个辅助部门的领导直接向厂长汇报工作 每个车间设一名车间主 任 并有一名技术主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 车间有各自的环保工程师 维修工程师 操作工程师 过程控制人员和操作工 工人 被分为不同的班组轮班工作 图 1 给出了该化工厂的组织结构示意图 2 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 设立清洁生产目标 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以及清洁生产审核的 相关知识 但是 由于工作负担 只有几个车间主任参加了此次培训 图 1 化工厂组织机构示意图 作业作业 2 审核小组 审核小组 根据图 1 请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长和职能 并且阐明审核小组为什么需要这种专长和这项职能 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 采取何种措施才能够使普通员工参与清洁生产审核工作并且确保厂级领导能够持续参 与支持清洁生产审核工作 实验室研究开发科 管理层 财务部门环境部门技术设备部门 维修科 溶剂车间抗氧剂车间塑化剂二车间 聚烯烃一车间聚烯烃二车间 塑化剂一车间塑化剂一车间 车间主任 技术主管 环保工程师 维修工程师 操作工程师 过程监督员 操作工 3 第二阶段 预评估 审核小组所面临的首要任务是减少废水排放 审核小组在启动预评估后 根据所掌握的 数据资料 对各生产车间的产出 废水排放和能耗等情况进行了比较分析 结果如下 1 无论在数量上还是价值上 两个聚烯烃车间的产出都是最高的 抗氧剂车间的产出 最低 2 聚烯烃一车间 COD 产生量大约占全厂 COD 产生总量的 50 3 抗氧剂车间的排放物数量少 但其最终产品 一种有毒的锡的金属有机化合物 可能 会随废水流失 造成其排放物的毒性最大 4 塑化剂一车间和溶剂车间的能耗较低 根据反应计量 计算 其能耗已接近于理论 最佳值 5 审核小组认为两个聚烯烃车间和溶剂车间都存在较大的清洁生产潜力 6 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 作业作业 3 审核重点 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 要求说明做出这种选择的原因 作业作业 4 清洁生产目标 清洁生产目标 如果工厂污水处理厂的处理效率不变 为了使 COD 排放总量降低 20 必须将 COD 产生量降低 20 请为工厂和审核重点设定具体的 定量的清洁生产目标 4 第三阶段 评估 聚烯烃一车间 生产用于溶剂型油漆的分散剂 由若干个单元操作组成 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 合成反应是放热的 用冷却水进行间接冷却 反应结束后 合成溶液被 输送到一次蒸发器中 蒸发出的液体进入回收单元 该液体含有未反应的原料 A 经过回收 单元处理后 一部分送回配料单元 其余的直接排掉 一次蒸发单元的产物 一次母液 进入 二次蒸发器 后续生产过程省略 作业作业 5 工艺流程图 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 分单元操作 指出可能的污染物排放点 下面的表 1 3 中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 5 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 说明 1 该车间生产过程的所有输入输出物料已全部标在表中 2 合成反应过程中 水不参与也不生成 3 合成反应单元之后的工艺过程中 物料 A 物料 D 产品 副产品 水等相互之间无化学反应 表 1 合成反应单元的总输入 总输入数量单位价格 新输入730 公斤 小时2 7 元 公斤 1 原料 A回收单元中回收 利用部分 300 公斤 小时 含在 4000 公斤 小 时的回收水中 此处 4000 公斤 小 时为水量 不含 300 公斤原料 A 的 数量 2 原料 B226 4 公斤 小时4 4 元 公斤 3 原料 C261 6 公斤 小时1 7 元 公斤 4 原料 D20 4 公斤 小时4 8 元 公斤 5 水 包括工艺水与冷却水 8 4 吨 小时0 7 元 吨 6 电190 度 小时0 4 元 度 表 2 合成反应器的输出 合成溶液的成分 单位 公斤 小时 合成反应器的输出数量 1 产品626 2 副产品444 3 原料 A436 4 原料 D9 7 5 工艺水7300 表 3 一次蒸发器的输出 一次母液的成分 单位 公斤 小时 一次蒸发后的输出送到二次蒸发器 一次母液 送到回收单元 蒸出液 1 产品566 2 副产品398 3 原料 A7 8384 4 原料 D0 28 5 5 工艺水16454927 作业作业 6 物料平衡 物料平衡 6 根据上述三个表的输入 输出数据画出合成 回收 一次蒸发器三个部位的物料平衡 图 利用物料平衡计算出下列内容 1 合成反应器冷却系统的冷却水用量 2 回收单元排 出废水的成分 3 一次蒸发器中的损失 根据上述信息画出聚烯烃一车间的物料流程图和物料平衡图 输入的原料 A B 和 C 是液体 批量运输 原料 D 是固体 装在 5 公斤的袋中运送 在 配料区 每种原料分别同新加的工艺水和回收单元中的回收液 原料 A 混合 合成反应是放 7 热的 因此要用水冷却 反应产率依赖于反应温度 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 检测到几处泄漏和溢流 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制冷量低 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 现场调查发现管道上有几处泄漏 在操作中 随机抽取样品 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的 其余工序的步骤都是连续进行的 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 左右 行业平均水平为 85 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行维修 作业作业 7 原因分析 原因分析 分析上面练习中说明的废弃物产生的原因 参照以下 8 条提示 从前面给出的信息推出 可能原因 1 原辅料及能源是否对废弃物的数量或成分有影响 2 技术工艺是否对废弃物的数量或成分有影响 3 设备是否对废弃物的数量或成分有影响 4 过程控制是否对废弃物的数量或成分有影响 5 产品是否对废弃物的数量或成分有影响 6 废弃物本身特性是否对废弃物的数量或成分有影响 7 管理是否对废弃物的数量或成分有影响 8 8 员工素质是否对废弃物的数量或成分有影响 第四阶段 方案产生和筛选 作业作业 8 方案产生 方案产生 根据工艺说明 物料平衡及相关的分析 产生清洁生产方案 从八个方面着手产生相应 的方案 并将方案简要写在表中 表 4 八个方面如下 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 4 如何改进过程控制才能尽量减少或消除废弃物 5 如何改进产品才能尽量减少或消除废弃物 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 方案产生 方案类型清洁生产方案 原辅材料及能源 技术工艺 设备 过程控制 产品 废弃物 管理 员工 第五阶段 可行性分析 为了说明可行性的过程 下面就四个清洁生产方案进行了详细论述 这四个方案是从审 核小组产生的众多方案中挑选出来的 9 1 冷却系统的改造 为了提高制冷能力 必须安装第二台制冷设备 这样可以增加合成反应器的进料量 进 而使一次蒸发器中出来的原料 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 反应器本身只需要再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 不要 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 安装电脑控制的反应器装料和过程控制系统 可以安装一台微电脑控制器对过程进行最优化控制 合成反应器上需要增加连线 因为 原料 B 在合成反应中完全转化 其流量可用来作为反应过程的控制参数 还要增加连线和 管道从而控制原料 B 的流量 这方面的技术相当简单 但是还没有应用于化工厂 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 5 公斤包装袋改为可重复使用的 200 公斤包装桶 这会减少包装浪费 避免向混料箱 配料 装料时的散落 因为财务部门负责定购 所以 必须通知该部门 需要制作新的操作规程 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 修补漏洞和改进维修程序 在实地调查中发现很多泄露 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用新的人员 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 能够减少设备的维修从而降低技术部门的工作量 此项方案不需要进行额外的培训 但必须 列出一份任务清单并按照清单严格执行 作业作业 9 初步分析 初步分析 通过下表 5 对上述 4 个方案进行初步分析 并确定哪些方案需要详细的技术 经济和环 境评估 表 5 清洁生产方案的初步分析 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 方案 人员设备简单复杂低高技术环境经济短中长 10 冷却系统的改造 电脑控制 改用 200 公斤包装桶 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 审核重点排出的 COD 减少了 3 作业作业 10 实施有效的车间管理方案 实施有效的车间管理方案 利用上述改进车间管理类方案的实施所取得的经济收益 估算这些方案的实施对物料平 衡的影响 并将计算结果填入表 6 中 表 6 有效车间管理实施前后的经济效益对比 实施前实施后差别 项目 价格 数量 小时 价值 元 小时 数量 小时 价值 元 小时 经济收益 元 小时 产品 10 元 公斤 副产品 50 元 吨 输出 COD 0 4 元 公斤 总收益 扩大制冷量需要安装一套氨冷却系统 这样在保持同样的反应效率 相同的产率 和产品 质量情况下 反应器的进料量可增加约 12 总产出也可增加约 12 耗新鲜水量增加到 18 吨 小时 同时 回收单元回收的原料 A 的重复使用率可达到 100 由于提高了原料 A 的重复使用率 COD 可减少 100 公斤 小时 而配料 合成 冷却 蒸发和回收操作的耗电量则从 190 度 小时增加到 200 度 小时 作业作业 11 技术评估 技术评估 节约的证明节约的证明 估算冷却系统的改动引起的物料平衡的变化 在作业 10 的基础上答题 并计算节省的 操作成本 将计算结果填写到表 7 中 表 7 冷却系统的改动对物料平衡的影响和预计节省费用 实施前实施后差别 项目 价格 数量 小时 价值 元 小时