生产过程的清洁生产习题

1、第一章 筹划和组织工厂介绍：这家化工厂属于某化学工业公司，自从1956年建立以来，已经发展成为一家精细化学品加工厂，生产塑料添加剂和其他的有机化学品。该厂是高聚物材料（聚氯乙烯、聚烯烃和涂料等）添加剂的专业生产厂家。全厂约有职工2800名，期中包括630名工程师和技术人员。 厂里的设备建于1956年，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定制，整体战略由总部定制；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

2、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40种产品。在过去十年中，工厂为了达到政府制定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定的污染物排放标准，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1 管理层的参与至少找出一条在审核前可能因为工厂管理层的原因而遇到的障碍，对障碍进行分析并提出解决的办法。这家工厂有6个主要的生产车间，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

3、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、技术人员和过程控制人员，工人被分为不同的班组轮流工作。图一给出了该厂的组织结构示意图。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性和重要性，并选择一个车间进行重点审核，设定清洁生产目标。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。但是由于工作负担重，只有几个车间主任参

4、加了这次培训。管理层财务部门聚烯烃一车间塑化剂车间抗氧剂车间溶剂车间实验室 研究开发科维修科技术设备部门环境部门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 操作工作业2 审核小组根据图一 请组建一个审核小组，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专项技能。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，并提出克服障碍的办法。采取何种措施才能使普通员工参与清洁生产并且确保厂级领导能够持续参与支持清洁生产审核工作？第二章 预评估审核小组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，对生产车间的产出、废水排放和能耗

5、等情况进行了比较分析，结果如下：1、 无论在数量上还是在质量上，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、 聚烯烃一车间的COD产出量大约占全厂COD的产生量的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，根据反应计算，其能耗已经接近于理论最佳值；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工作。作业3 审核重点根据所给信息，确定三个本论清洁生产审

6、核的备选审核重点，并从中筛选出本轮清洁生产的审核重点。要求说明做出这种选择的原因。作业4 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的排放总量降低20%，必须将COD产生量减低20%。请为工厂和审核重点设定具体的、定量的清洁生产目标。第三章 评估 聚烯烃一车间由若干单元操作组成。第一部是合成反应，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4种原料（A、B、C、D）。在配料单元，这四种原来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，反应时放热的，用新鲜的冷却水进行间接冷却。反应结束后，合成溶液被送到一次蒸发器中，蒸发出的液体进入回收单元，

7、该液体含有未完全反应的原料A，经过回收单元处理后，一部分送回到配料单元，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。（后续过程省略）。作业5 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输入数量单位价格1原料A新输入730.0 kg/h2.7 Y/kg回收单元回收部分300.0 kg/h2 原料B226.4 kg/h4.4 Y/k

8、g3 原料C261.6 kg/h1.7 Y/kg4 原料 D20.4 kg/h4.8 Y/kg5新鲜水工艺水与冷却水8.4 t/h0.7 Y/kg6、回收单元回收回收单元回收部分4000 kg/h7、电190.0KWh0.4 Y/ KWh表2合成反应器的输出（合成溶液的成分）表3 一次蒸发器的输出（一次母液的成分）合成反应器的输出数量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626 kg/h1产品566 kg/h2副产品444 kg/h2副产品398 kg/h3原料A436 kg/h3原料A7.8 kg/h384kg/h4原料D9.7 kg/h4原料D0.2 kg/

9、h8.5 kg/h5水7300 kg/h5水1645 kg/h4927kg/h作业6 物料平衡 将输入-输出数据纳入到工艺流程图中，利用物料平衡计算出下列数据：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输入的原料A、B和C是液体，批量运输；原料D是固体，装在5kg的袋中运送。在配料区，每种原料分别同新加入的工艺水和回收单元的回收液（原料A）混合。合成反应时放热反应，因此要用水冷却，反应产率依赖于反应温度。一次蒸发器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

10、循环回到配料区，但由于回收反应器冷却系统的制冷效率低，目前只有一部分被循环重复使用。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。在操作过程中，速记抽取样品，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。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之间。车间负责组织安排生产过程的各项操作，在车间的要求下负责对设备进行维修。作业7 分析原因分析上面联系体重说明废弃物产生的原因。参照以下8条提示，从前面给出的信息中推出可能的原因：1 原辅材料和能源是否对废弃物的数量或成分有影响？2 技术

11、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 员工素质是否对废弃物的数量或成分有影响第四章 方案的产生和筛选作业8 方案产生根据工艺说明、物料平衡和相关的分析，产生清洁生产方案。从八个方面着手研究相应的工艺，并就方案简明写在表中（表4）1 如何改进原辅材料和能源才能尽量减少或消除废弃物？2 如何技术工艺才能尽量减少或消除废弃物？3 如何改进原辅材料和能源才能尽量减少或消除废弃物？4 如何改进设备

12、才能尽量减少或消除废弃物？5 如何改进过程控制才能尽量减少或消除废弃物？6 如何改进产品才能尽量减少或消除废弃物？7 如何改进废弃物本身特性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 方案产生方案产生清洁生产方案描述原辅材料和能源技术工艺设备过程控制产品废弃物管理员工第五章 可行性分析为了说明可行性分析的过程，下面就四个清洁生产方案进行详细分析。这四个方案是从审核小组产生的众多方案中挑选出来的。1 冷却系统的改造为了提高冷却系统的制冷能力，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，进而使一次蒸发器出来的原料A可以达到全部的循环利用。安装第二套循环

13、系统需呀新的冷却水管道，反应器本身只需要在管道方面做出有限的改进。市场是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，必须为操作工制定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优化控制。合成反应器上需要增加连线。以内原料B在合成过程中完全转化，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，但是还没有应用于工厂化，操作工和技术设备部门将进行额外的培训。3 将原料D的5kg包装桶

14、改为可重复使用的200kg包装桶 这样会较少包装浪费，避免向混料箱（配料）装料时的洒落。因为财务部门负责订购，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 修补漏洞和改进维修程序 在实地调查中发现很多漏洞、管路阻塞、物料洒落等问题，大部分立即做了修复。目前维修工作仅是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，以满足陈建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，因为增加的工足量只能由有关部门和车间承担，各方面商定

15、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减低技术部门的工作量。次防范不需要增加额外的培训，但必须列出一分任务清单并按照清单严格执行。作业9 初步分析对这些方案的初步分析师用来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可以完成初步的分析。表5 清洁生产方案的初步分析方案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的改造电脑控制改用200kg包装桶改进维修的程序厂级领导根绝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

16、一次蒸发器产出的（含产品和副产品）提高5%，审核重点排出的COD减少了3%。作业10：实施有效的环境管理方案利用上述改进车间管理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，并将结果填入表6中：表6 有效车间管理实施后的经济效益对比项目实施前实施后差别数量（/h）价值（Y/h）数量（/h）价值（Y/h）经济收益（Y/h）输出产品（10Y/kg）副产品（50Y/t）COD（0.4Y/kg）总收益扩大制冷系统需要安装一套氨制冷系统，这样在保持同样的反应速率（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%，耗新鲜水量增加到8t/h。同时，回收单

17、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100kg/h。而配料、合成、冷却、蒸发和回收操作的耗电量则从190hWh增加到200kWh。作业11 技术评估：节约的证明估算冷却系统的改动引起物料平衡的变化；利用这条信息计算节约的操作成本。完成下表（表7）表7 冷却系统的改动对物料平衡的影响和预计节省的费用项目（价格）实施前实施后差别数量（/h）价值（Y/h）数量（/h）价值（Y/h）经济收益（Y/h）输入A（2.7Y/kg）B（4.4Y/kg）C（1.7Y/kg）D（4.8Y/kg）新鲜水（0.7Y/t）电（0.4Y/kWh）输出产品（10Y/kg）副产品（50Y/t）COD（0.4Y/kg）总收益冷却系统的改动扩容所需投资为91万元（包括管道和设备）。作业 12经济评估利用表8中数据，评估冷却水系统的经济可行性。要求至少计算出投资偿还期和净现值。表8 财务数据费用Y总投资910，000年度总节省贴现率12%折旧年限10年工厂税率1