第十一章 产业生态学在企业层面的应用

1、第十一章 产业生态学在企业层面的应用管理科学与工程管理科学与工程产业生态学（产业生态学（Industrial ecology）企业的三重底线企业的三重底线1物料衡算物料衡算能量衡算能量衡算23目 录三重底线三重底线 三重底线（三重底线（Triple Bottom LineTriple Bottom Line）, ,就是指经济底线、环境底就是指经济底线、环境底线和社会底线，意即企业必须履行最基本的经济责任、环境线和社会底线，意即企业必须履行最基本的经济责任、环境责任和社会责任。责任和社会责任。对企业的要求（1）公司经营成功后，获取利润汇报股东：（2）承担社会责任，一要保证企业内部员工的安全、健康

2、和福利；二要不损害企业外部利益相关者的利益。（3）承担环境责任，提高资源利用率、减少排放、保护环境 企业生态管理的培育和建设企业生态管理的培育和建设教育引导宣传和普及环境保护知识培养员工环保意识提高企业领导者的生态意识ISO14000制定规章制度约束企业部门和员工的行为企业管理制度将生态化目标作为考核企业经营的重要内容实施生态质量管理体系实施生态质量管理体系实行生态管理制度实行生态管理制度加强生态教育加强生态教育建立完善生态化管理组织建立完善生态化管理组织企业的三重底线企业的三重底线1物料衡算物料衡算能量衡算能量衡算23目 录物料衡算物料衡算 物料衡算是产品设计中最基本的设计内容，物料衡算是产

3、品设计中最基本的设计内容，是设计的基础。是设计的基础。主副产品的产量主副产品的产量原材料消耗定额原材料消耗定额生产过程中的损耗生产过程中的损耗三废产生量三废产生量物料的浪费物料的浪费生产过程的反常现象生产过程的反常现象物物料料衡衡算算物料衡算的理论依据物料衡算的理论依据“质量质量守衡定律守衡定律”在化工过程中，物料平衡是指：进入一个装置（或设在化工过程中，物料平衡是指：进入一个装置（或设备）的全部物料的量，必定等于离开这个装置（或设备）的全部物料的量，必定等于离开这个装置（或设备）的全部物料的量（包括损失量）和系统内累积起备）的全部物料的量（包括损失量）和系统内累积起来的物料的量。来的物料的量

4、。输入输入=输出输出+累积累积 F=D+W（1）基本式：）基本式： 输入输入+生成生成=输出输出+消耗消耗+累积累积 “生成生成”、“消耗消耗”是指由于化学反应而是指由于化学反应而生生 成、消耗的质量成、消耗的质量（2）对）对稳态稳态过程：过程：累积项累积项=0 输入输入+生成生成=输出输出+消耗消耗* *稳态（定态）过程：稳态（定态）过程：系统内任一部分的参数，系统内任一部分的参数，不随时间而变，只随空间位置而改变，是存在不随时间而变，只随空间位置而改变，是存在于连续操作的一个过程，其特征为：于连续操作的一个过程，其特征为：累积项累积项=0有化学反应时的物料衡算有化学反应时的物料衡算无化学反

5、应的稳态过程：无化学反应的稳态过程：输入输入= =输出输出稳态过程物料衡算式稳态过程物料衡算式物料平衡形式物料平衡形式 无化学反应无化学反应 有化学反应有化学反应 总平衡式总平衡式总质量平衡式总质量平衡式 是是 是是 总摩尔平衡式总摩尔平衡式是是 否否组分平衡式组分平衡式 组分质量平衡式组分质量平衡式是是 否否 组分摩尔平衡式组分摩尔平衡式 是是 否否元素原子元素原子平衡式平衡式 元素原子质量平衡式元素原子质量平衡式 是是 是是 元素原子摩尔平衡式元素原子摩尔平衡式 是是 是是 物料衡算的基本步骤1. 画画出工艺出工艺流程流程示意示意图图2. 列列出化学出化学方程式方程式3. 确定计划任务确定

6、计划任务4. 收集数据收集数据物料的名称，数量，组成及流向物料的名称，数量，组成及流向与计算有关的工艺条件如：与计算有关的工艺条件如：P， T，配比等，配比等未知的，待求的未知项，用字母，未知的，待求的未知项，用字母， 符号标定清楚。符号标定清楚。画出与物料衡算有关的设备及管线画出与物料衡算有关的设备及管线写明反应过程的热效应写明反应过程的热效应省略次要的副反应省略次要的副反应分析未知分析未知选择公式选择公式收集数据收集数据生产规模和生产时间生产规模和生产时间（年生产时数）（年生产时数） 生产规模在设计任务书中已有，若是中间车间应根据消耗生产规模在设计任务书中已有，若是中间车间应根据消耗定额来

7、确定生产规模，要考虑物料在定额来确定生产规模，要考虑物料在车间回流车间回流的情况。的情况。大型化工厂大型化工厂一般一般8000小时小时/年年对要对要经常维修或试验性车间经常维修或试验性车间一般一般7200小时小时/年年很少的厂可达很少的厂可达8400小时小时/年年有关的定额，收率，转化率有关的定额，收率，转化率的数据收集的数据收集要注意可靠性准确性，并了解其单位与基准要注意可靠性准确性，并了解其单位与基准原料，辅助材料，产品，中间产品的规格原料，辅助材料，产品，中间产品的规格与计算与计算有关的物理化学常数有关的物理化学常数如密度，蒸汽压，相平衡常数如密度，蒸汽压，相平衡常数5. 选择选择计算计

8、算基准基准6. 建立物料平衡方程，建立物料平衡方程，进行进行物料衡算物料衡算7. 整理并校核整理并校核计算结果计算结果 8. 绘制绘制物料流程图，物料流程图，填写填写物料平衡表。物料平衡表。 列出的数学关联式的数目应与列出的数学关联式的数目应与所求未知项的数目相同，若数学所求未知项的数目相同，若数学式不够，用试差法求解。式不够，用试差法求解。时间基准时间基准质量基准质量基准体积基准体积基准干湿基准干湿基准对对连续生产过程连续生产过程可用可用单位时间的物料量或单位时间的单位时间的物料量或单位时间的产品量产品量作计算基准如三十万吨作计算基准如三十万吨NH3厂，可以每小时产厂，可以每小时产NH3量作

9、物料衡算基准，年生产时间量作物料衡算基准，年生产时间8000h（7200h），），30104/8000=37.5 T/h 对对间歇生产过程间歇生产过程可以可以一套或一批料的生产周期一套或一批料的生产周期作基准。作基准。如一个反应釜，每次投料如一个反应釜，每次投料800kg，完成一个操作周期为，完成一个操作周期为4h，则每小时处理物料，则每小时处理物料200kg/h作计算基准。作计算基准。时间基准时间基准质量基准质量基准当进行衡算的系统其物料缘于固相或液相时，可选择当进行衡算的系统其物料缘于固相或液相时，可选择一定一定质量的原料或产品作为计算基准质量的原料或产品作为计算基准，如以煤，矿石，石油为

10、，如以煤，矿石，石油为原料的化工过程可选用原料的化工过程可选用1kg原料为计算基准。原料为计算基准。特别是原料或产品是单一化合物，或其组成是已知的，选特别是原料或产品是单一化合物，或其组成是已知的，选此作计算基准更为方便。此作计算基准更为方便。 体积基准体积基准当物料是气体时，可选用体积为基准，通常都换算成当物料是气体时，可选用体积为基准，通常都换算成STP（标准状态）（标准状态）下的体积，这样可排除下的体积，这样可排除T，P变化带变化带来的影响，而且容易把体积换算成来的影响，而且容易把体积换算成mol数（除以数（除以22.4）。）。不论是固态，液态或气态物质往往都含有一定的水分，因不论是固态

11、，液态或气态物质往往都含有一定的水分，因此就出现干基，湿基的问题。此就出现干基，湿基的问题。若进行衡算时，把水分去掉则称若进行衡算时，把水分去掉则称干基干基，把水分一起算入，把水分一起算入称为称为湿基湿基，二者可互算。，二者可互算。干湿基准干湿基准* *选作基准的物料，必须是已知条件最多，并与其它物料选作基准的物料，必须是已知条件最多，并与其它物料关系明确之物。关系明确之物。物料平衡表物料平衡表 输输 入入输输 出出 名称名称重量重量组成组成%单重单重名称名称重量重量组成组成%单重单重混酸混酸 435HNO3 47H2SO4 49H2O 4 204.5213.117.4 废酸废酸291HNO3

12、 1H2SO4 73.2H2O 25.8 2.9213.175氯氯 苯苯混合料混合料 394C6H5Cl 92NO2C6H4Cl 8 362.531.5 硝基硝基物层物层538C6H5Cl 0.65NO2C6H4Cl 99.353.5534.6共计共计 829100100829 共计共计829100100829基准：每小时基准：每小时 单位：单位：kgkg废酸层 165.3组分重量%HNO3H2SO4H2ONCB2.60118.641.32.851.5771.7424.981.72混合料 210.7组分重量%NCBCB2.6201.351.2398.7萃取废酸 162.7组分重量%氯苯 208

13、.1组分重量%CB208.1100萃取硝化单 位：kg/h物料流程图物料流程图 -2.6+2.6企业的三重底线企业的三重底线1物料衡算物料衡算能量衡算能量衡算23目 录能量衡算能量衡算 定义：定义：根据能量守恒定律，利用能量传递和转化的规则，用以确定能量比例和能量转变的定量关系的过程称为能量衡算。能量平衡方程式 能量衡算平衡方程式 E:表示体系能量总变化； Q: 表示体系从环境吸收的热量； W: 表示环境对体系所做的功。WQE解决的问题 (1)确定物料输送机械和其它操作机械所需要的功率； (2)确定各单元操作过程所需热量或冷量，及其传递速率；计算换热设备的工艺尺寸；确定加热剂或冷却剂的消耗量，

14、为其他专业如供汽、供冷、供水专业提供设条件； (3)化学反应常伴有热效应，导致体系的温度上升或下降，为此需确定为保持一定反应温度所需的移出或加入的热传递速率； (4)为充分利用余热，必须采取有效措施，使过程的总能耗降低到最低程度。为提高能量利用率，降低能耗提供重要依据。 (5)最终确定总需求能量和能量的费用。1、技术指标（1）能耗单耗：单位产量能源=某种能量总耗量/产品总产量 单位产值能耗=某种能量总耗量/产品净产值综合能耗：单位产量综合能耗=总综合能耗量/产品总产量 单位产值综合能耗=总综合能耗量/产品净产值可比能耗：可比能耗=总综合能耗量/标准产品产量（2）利用率设备热效率、企业能源利用率

15、和装置能量利用率1、技术指标（3）回收率：能量回收利用所带来的节能效果指标（4）等价热量：是指为了得到一个单位的二次能源或一个单位的耗能，实际消耗的一次能源的热量。 例如：发电1kwh约需消耗0.350.44kg标准煤，换算为热量是583733KJ，故取电的等价热量为714KJ。热量衡算热量衡算有两种情况： 1）对单元设备做热量衡算； 2）整个过程的热量衡算。 （当各个工序或单元操作之间有热量交换时，必须做全过程的热量衡算。）热量衡算方程式 Q入= Q出 - Q损 式中:Q入 一输入设备热量总和； Q出 输出设备热量总和； Q损 损失热量总和。热量衡算举例例1 某化工厂计划利用废气的废热，进入

16、废热锅炉的废气温度为450，出口废气的温度为260，进入锅炉的水温为25，产生的饱和水蒸气温度为233.7，3.0MPa，(绝压)，废气的平均热容为32.5 kJ(kmol)，试计算每100 kmol的废气可产生的水蒸汽量?解：过程如图，基准：100 kmol的废气。 锅炉的能量平衡为：计算结果不同生产工艺的物流和能流比较分析 项目物料、能量损失分析原辅料和能源原辅料纯度是否符合要求原辅料贮存、发放、运输、投料过程中的流失原辅料投入量、配比量的合理程度原辅料及能源超定额消耗有毒、有害原辅料的使用，未利用清洁能源和二次能源生产工艺设备工艺参数没有准确控制且没有优化技术工艺落后，原材料厂转化率低，连续生产能力差，生产稳定性差设备选型、管线布局不合理设备落后、陈旧、自动化程度低设备缺乏有效地维护和保养通过比较分析，可以确定废物数量、成分和去向。 项目物料、能量损失分析管理计量检测。分析仪表不齐全，质量差，检测精度