清潔生產(chǎn)原理與應(yīng)用課程練習(xí)題

1、清潔生產(chǎn)原理與應(yīng)用課程練習(xí)題說明：作業(yè)8-15作完之后發(fā)郵箱xiangwei0229，以班級為單位發(fā)送，12月18日晚8點之前交。注：如有抄襲現(xiàn)象，這項成績?yōu)榱惴?，該?xí)題占平時成績60%?；S清潔生產(chǎn)審核練習(xí)題中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部清潔生產(chǎn)中心前言本套練習(xí)題選取我國一家化工企業(yè)作為背景，結(jié)合清潔生產(chǎn)審核的過程，對清潔生產(chǎn)審核的每一階段進(jìn)行逐步練習(xí)。在本練習(xí)中，每一階段的第一部分都對工廠的相關(guān)情況進(jìn)行了簡要介紹，同時為學(xué)生提供了完成作業(yè)所必需的相關(guān)信息。隨著培訓(xùn)課程的逐步深入，針對每一道新作業(yè)題都會給出新的信息，大多數(shù)的作業(yè)都需要考慮此題之前給出的信息。特別說明的是，每一題僅與練習(xí)題中此題之

2、前提供的信息有關(guān)，與其后的信息沒有直接聯(lián)系。第一階段：籌劃和組織 這家化工廠屬于某化學(xué)工業(yè)集團(tuán)公司，自從1956年建立以來，已經(jīng)發(fā)展成為一家精細(xì)化學(xué)品工廠，主要生產(chǎn)塑料添加劑和其它有機(jī)化學(xué)品。該廠是高聚物材料(聚氯乙烯、聚烯烴、涂料等)添加劑的專業(yè)生產(chǎn)廠家 。全廠約有2800名職工，其中包括630名工程師和技術(shù)人員。廠里的主要設(shè)備建于1956年，現(xiàn)在仍然可以使用，但是廠里領(lǐng)導(dǎo)認(rèn)為這批設(shè)備已經(jīng)過時，正在尋求資金更新設(shè)備。工廠的生產(chǎn)業(yè)務(wù)計劃由廠里制訂，整體戰(zhàn)略計劃則由總部制訂；大的投資須由總部來批準(zhǔn)；研究開發(fā)任務(wù)以及投資項目的準(zhǔn)備工作由工廠承擔(dān)完成。工廠主要根據(jù)長期訂單來制作其生產(chǎn)計劃，其它任務(wù)(

3、如維修等)在工作分派上從屬于生產(chǎn)，即根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行安排。這家化工廠的產(chǎn)品主要分為6類：抗氧化劑、兩種增塑劑、有機(jī)溶劑和兩種聚烯烴，共約40種產(chǎn)品。在過去十年中，工廠為了達(dá)到政府制訂的國家環(huán)境排放標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)實行了多項環(huán)保措施。目前工廠每天排放約7600噸污水，COD產(chǎn)生量平均每天7噸，一年交納70萬元排污費。為了達(dá)到地方環(huán)境部門制訂的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，該廠認(rèn)為需要擴(kuò)大污水處理廠的能力，在兩年內(nèi)將COD排放總量降低20%。作業(yè)1：管理層的參與 至少找出一條在審核前工廠管理層可能提出的障礙，對障礙進(jìn)行分析并提出解決的辦法。這家工廠有6個主要生產(chǎn)車間，直接受廠級領(lǐng)導(dǎo)管理，并設(shè)有輔助部門，例如財會部門、

4、技術(shù)設(shè)備部門(包括維修科、實驗室和研究開發(fā)科)和環(huán)保部門。該廠實行廠長負(fù)責(zé)制，總工程師負(fù)責(zé)配合廠長工作。每個輔助部門的領(lǐng)導(dǎo)直接向廠長匯報工作。每個車間設(shè)一名車間主任，并有一名技術(shù)主管負(fù)責(zé)協(xié)助管理工作，車間主任和技術(shù)主管分別向廠長和總工程師匯報工作。車間有各自的環(huán)保工程師、維修工程師、操作工程師、過程控制人員和操作工，工人被分為不同的班組輪班工作。圖1給出了該化工廠的組織結(jié)構(gòu)示意圖。廠級領(lǐng)導(dǎo)決定進(jìn)行清潔生產(chǎn)審核后，成立了審核小組。審核小組的首要任務(wù)是使全廠認(rèn)識到清潔生產(chǎn)審核的目的及其重要性，并選擇一個車間進(jìn)行重點審核，設(shè)立清潔生產(chǎn)目標(biāo)。因此，審核小組首先對車間主任進(jìn)行培訓(xùn)，向他們介紹清潔生產(chǎn)的概

5、念以及清潔生產(chǎn)審核的相關(guān)知識。但是，由于工作負(fù)擔(dān)，只有幾個車間主任參加了此次培訓(xùn)。實驗室研究開發(fā)科管理層財務(wù)部門環(huán)境部門技術(shù)設(shè)備部門維修科溶劑車間抗氧劑車間塑化劑二車間聚烯烴一車間聚烯烴二車間塑化劑一車間車間主任技術(shù)主管環(huán)保工程師維修工程師操作工程師過程監(jiān)督員操作工圖1 化工廠組織機(jī)構(gòu)示意圖作業(yè)2：審核小組 根據(jù)圖1，請幫助該廠組建清潔生產(chǎn)審核小組，注明每個審核小組成員的專長和職能，并且闡明審核小組為什么需要這種專長和這項職能。至少找出一條審核小組在實施清潔生產(chǎn)審核過程中可能遇到的障礙，并提出克服障礙的方法。采取何種措施才能夠使普通員工參與清潔生產(chǎn)審核工作并且確保廠級領(lǐng)導(dǎo)能夠持續(xù)參與支持清潔生

6、產(chǎn)審核工作？第二階段：預(yù)評估 審核小組所面臨的首要任務(wù)是減少廢水排放。審核小組在啟動預(yù)評估后，根據(jù)所掌握的數(shù)據(jù)資料，對各生產(chǎn)車間的產(chǎn)出、廢水排放和能耗等情況進(jìn)行了比較分析，結(jié)果如下：(1) 無論在數(shù)量上還是價值上，兩個聚烯烴車間的產(chǎn)出都是最高的；抗氧劑車間的產(chǎn)出最低。(2)聚烯烴一車間 COD產(chǎn)生量大約占全廠COD產(chǎn)生總量的50%。(3)抗氧劑車間的排放物數(shù)量少，但其最終產(chǎn)品(一種有毒的錫的金屬有機(jī)化合物)可能會隨廢水流失，造成其排放物的毒性最大。(4)塑化劑一車間和溶劑車間的能耗較低，根據(jù)反應(yīng)計量、計算，其能耗已接近于理論最佳值。(5)審核小組認(rèn)為兩個聚烯烴車間和溶劑車間都存在較大的清潔生產(chǎn)

7、潛力。(6)清潔生產(chǎn)審核工作啟動后，聚烯烴一車間和抗氧劑車間的工人都非常積極，表示愿意參加清潔生產(chǎn)審核工作。作業(yè)3：審核重點 根據(jù)所給信息，確定三個本輪清潔生產(chǎn)審核的備選審核重點，并從中篩選出本輪清潔生產(chǎn)審核的審核重點，要求說明做出這種選擇的原因。作業(yè)4：清潔生產(chǎn)目標(biāo)如果工廠污水處理廠的處理效率不變，為了使COD排放總量降低20%，必須將COD產(chǎn)生量降低20%。請為工廠和審核重點設(shè)定具體的、定量的清潔生產(chǎn)目標(biāo)。第三階段：評估聚烯烴一車間(生產(chǎn)用于溶劑型油漆的分散劑)由若干個單元操作組成。第一步是合成反應(yīng)，后面是粗品的蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶、離心過濾、干燥，形成最終產(chǎn)品。整個生產(chǎn)過程用到四種原料(A、B

8、、C、D)。在配料單元,這四種原料首先與工藝水進(jìn)行混合,之后被送到合成反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)。合成反應(yīng)是放熱的,用冷卻水進(jìn)行間接冷卻。反應(yīng)結(jié)束后，合成溶液被輸送到一次蒸發(fā)器中，蒸發(fā)出的液體進(jìn)入回收單元，該液體含有未反應(yīng)的原料A，經(jīng)過回收單元處理后，一部分送回配料單元，其余的直接排掉。一次蒸發(fā)單元的產(chǎn)物(一次母液)進(jìn)入二次蒸發(fā)器。(后續(xù)生產(chǎn)過程省略)。作業(yè)5：工藝流程圖畫出聚烯烴一車間的工藝流程圖(部分)，包括配料、合成、一次蒸發(fā)和回收單元這幾部分單元操作，指出可能的污染物排放點。下面的表(1-3)中給出了化工廠合成反應(yīng)及部分后續(xù)單元的生產(chǎn)數(shù)據(jù)匯總，操作單元包括配料、合成、一次蒸發(fā)以及回收。這些數(shù)據(jù)都

9、是在正常生產(chǎn)過程中通過實測得到的。說明：(1)該車間生產(chǎn)過程的所有輸入輸出物料已全部標(biāo)在表中；(2)合成反應(yīng)過程中，水不參與也不生成；(3)合成反應(yīng)單元之后的工藝過程中，物料A、物料D、產(chǎn)品、副產(chǎn)品、水等相互之間無化學(xué)反應(yīng)。表1：合成反應(yīng)單元的總輸入總輸入數(shù)量單位價格1.原料A新輸入730公斤/小時2.7元/公斤回收單元中回收利用部分300公斤/小時(含在4000公斤/小時的回收水中，此處4000公斤/小時為水量，不含300公斤原料A的數(shù)量)2.原料B226.4公斤/小時4.4元/公斤3.原料C261.6公斤/小時1.7元/公斤4.原料D20.4公斤/小時4.8元/公斤5.水(包括工藝水與冷卻

10、水)8.4噸/小時0.7元/噸6.電190度/小時0.4元/度表2：合成反應(yīng)器的輸出(合成溶液的成分) (單位：公斤/小時)合成反應(yīng)器的輸出數(shù)量1.產(chǎn)品6262.副產(chǎn)品4443.原料A4364.原料D9.75.工藝水7300表3：一次蒸發(fā)器的輸出(一次母液的成分) (單位：公斤/小時)一次蒸發(fā)后的輸出送到二次蒸發(fā)器(一次母液)送到回收單元(蒸出液)1.產(chǎn)品5662.副產(chǎn)品3983.原料A7.83844.原料D0.28.55.工藝水16454927作業(yè)6：物料平衡根據(jù)上述三個表的輸入輸出數(shù)據(jù)畫出合成、回收、一次蒸發(fā)器三個部位的物料平衡圖，利用物料平衡計算出下列內(nèi)容：(1)合成反應(yīng)器冷卻系統(tǒng)的冷卻

11、水用量；(2)回收單元排出廢水的成分；(3)一次蒸發(fā)器中的損失。根據(jù)上述信息畫出聚烯烴一車間的物料流程圖和物料平衡圖。輸入的原料A、B和C是液體，批量運輸；原料D是固體，裝在5公斤的袋中運送。在配料區(qū)，每種原料分別同新加的工藝水和回收單元中的回收液(原料A)混合。合成反應(yīng)是放熱的，因此要用水冷卻，反應(yīng)產(chǎn)率依賴于反應(yīng)溫度。一次蒸發(fā)是用來除去多余的水和未反應(yīng)的原料A和D。因為缺少維修，一次蒸發(fā)器的狀況較差，檢測到幾處泄漏和溢流。在回收過程中，部分過量(未反應(yīng))的原料A循環(huán)回到配料區(qū)，但由于合成反應(yīng)器冷卻系統(tǒng)的制冷量低，目前只有其中的一部分被重復(fù)使用。在單元操作之間，液體原料通過管道運送，固體原料用

12、傳送帶運送?，F(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)管道上有幾處泄漏。在操作中，隨機(jī)抽取樣品，手動控制生產(chǎn)過程。合成、澄清工序同最終產(chǎn)物的洗滌都是分批進(jìn)行的，其余工序的步驟都是連續(xù)進(jìn)行的。工廠的生產(chǎn)一天24小時分3班連續(xù)進(jìn)行。合成工序的產(chǎn)率在80%左右(行業(yè)平均水平為85%)。車間負(fù)責(zé)組織安排生產(chǎn)過程的各項操作，在車間的要求下維修組負(fù)責(zé)對設(shè)備進(jìn)行維修。作業(yè)7：原因分析分析上面練習(xí)中說明的廢棄物產(chǎn)生的原因，參照以下8條提示，從前面給出的信息推出可能原因：1.原輔料及能源是否對廢棄物的數(shù)量或成分有影響？2.技術(shù)工藝是否對廢棄物的數(shù)量或成分有影響？3.設(shè)備是否對廢棄物的數(shù)量或成分有影響？4.過程控制是否對廢棄物的數(shù)量或成分有影

13、響？5.產(chǎn)品是否對廢棄物的數(shù)量或成分有影響？6.廢棄物本身特性是否對廢棄物的數(shù)量或成分有影響？7.管理是否對廢棄物的數(shù)量或成分有影響？8.員工素質(zhì)是否對廢棄物的數(shù)量或成分有影響？第四階段：方案產(chǎn)生和篩選作業(yè)8：方案產(chǎn)生根據(jù)工藝說明、物料平衡及相關(guān)的分析，產(chǎn)生清潔生產(chǎn)方案。從八個方面著手產(chǎn)生相應(yīng)的方案，并將方案簡要寫在表中(表4)。八個方面如下：1.如何改進(jìn)原輔料及能源才能盡量減少或消除廢棄物？2.如何改進(jìn)技術(shù)工藝才能盡量減少或消除廢棄物？3.如何改進(jìn)設(shè)備才能盡量減少或消除廢棄物？4.如何改進(jìn)過程控制才能盡量減少或消除廢棄物？5.如何改進(jìn)產(chǎn)品才能盡量減少或消除廢棄物？6.如何利用廢棄物本身特性才

14、能盡量減少或消除廢棄物？7.如何加強(qiáng)管理才能盡量減少或消除廢棄物？8.如何提高員工素質(zhì)才能盡量減少或消除廢棄物？表4：方案產(chǎn)生方案類型清潔生產(chǎn)方案原輔材料及能源技術(shù)工藝設(shè)備過程控制產(chǎn)品廢棄物管理員工第五階段：可行性分析 為了說明可行性的過程，下面就四個清潔生產(chǎn)方案進(jìn)行了詳細(xì)論述。這四個方案是從審核小組產(chǎn)生的眾多方案中挑選出來的。1.冷卻系統(tǒng)的改造為了提高制冷能力，必須安裝第二臺制冷設(shè)備，這樣可以增加合成反應(yīng)器的進(jìn)料量，進(jìn)而使一次蒸發(fā)器中出來的原料A可以得到全部的循環(huán)利用。安裝第二套循環(huán)系統(tǒng)需要新的冷卻水管道，反應(yīng)器本身只需要再管道方面做有限的改動。市場上很容易找到關(guān)于冷卻系統(tǒng)的技術(shù)，技術(shù)設(shè)備部

15、門的工程師也熟悉這些技術(shù)。反應(yīng)器旁邊有容納制冷設(shè)備的空間。不要要額外的培訓(xùn)，但是由于反應(yīng)器的進(jìn)料量增加，必須為操作工制訂新的操作規(guī)程并進(jìn)行相應(yīng)的培訓(xùn)和管理。2.安裝電腦控制的反應(yīng)器裝料和過程控制系統(tǒng)可以安裝一臺微電腦控制器對過程進(jìn)行最優(yōu)化控制。合成反應(yīng)器上需要增加連線。因為原料B在合成反應(yīng)中完全轉(zhuǎn)化，其流量可用來作為反應(yīng)過程的控制參數(shù)，還要增加連線和管道從而控制原料B的流量。這方面的技術(shù)相當(dāng)簡單，但是還沒有應(yīng)用于化工廠，操作工和技術(shù)設(shè)備部門將需要進(jìn)行額外的培訓(xùn)。3.將原料D的5公斤包裝袋改為可重復(fù)使用的200公斤包裝桶這會減少包裝浪費，避免向混料箱(配料)裝料時的散落。因為財務(wù)部門負(fù)責(zé)定購，所

16、以必須通知該部門。需要制作新的操作規(guī)程，并對操作工人進(jìn)行相關(guān)培訓(xùn)，同時還要添置新的操作設(shè)備。4.修補(bǔ)漏洞和改進(jìn)維修程序 在實地調(diào)查中發(fā)現(xiàn)很多泄露、管路阻塞、物料散落等問題，大部分立即做了修復(fù)。目前維修工作僅僅在需要的時候才進(jìn)行，也就是說設(shè)備在維修時已經(jīng)無法使用了。作為技術(shù)設(shè)備部門的一部分，維修科愿意重新安排工作程序，以滿足車間持續(xù)預(yù)防性維修計劃的需要。因為加大了工作量，所以需要增加技術(shù)人員和操作工人，但是財務(wù)部門不同意雇用新的人員，因此增加的工作量只能由有關(guān)部門和車間承擔(dān)。各方面商定了一個試驗期，在此期間由技術(shù)設(shè)備部門的技術(shù)人員、維修組和聚烯烴一車間共同負(fù)責(zé)預(yù)防性維修，希望增加的維修工作量能夠

17、減少設(shè)備的維修從而降低技術(shù)部門的工作量。此項方案不需要進(jìn)行額外的培訓(xùn)，但必須列出一份任務(wù)清單并按照清單嚴(yán)格執(zhí)行。作業(yè)9：初步分析通過下表5對上述4個方案進(jìn)行初步分析，并確定哪些方案需要詳細(xì)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境評估？表5：清潔生產(chǎn)方案的初步分析方案涉及的變動實施難易投資成本所需進(jìn)一步評估預(yù)計實施時間人員設(shè)備簡單復(fù)雜低高技術(shù)環(huán)境經(jīng)濟(jì)短中長冷卻系統(tǒng)的改造電腦控制改用200公斤包裝桶改進(jìn)維修程序廠級領(lǐng)導(dǎo)根據(jù)審核小組的方案篩選結(jié)果，決定立即改變包裝和進(jìn)行預(yù)防性維修，結(jié)果審核重點的一次蒸發(fā)器產(chǎn)出(含產(chǎn)品和副產(chǎn)品)提高了5%，審核重點排出的COD減少了3%。作業(yè)10：實施有效的車間管理方案利用上述改進(jìn)車間管理

18、類方案的實施所取得的經(jīng)濟(jì)收益，估算這些方案的實施對物料平衡的影響，并將計算結(jié)果填入表6中：表6：有效車間管理實施前后的經(jīng)濟(jì)效益對比項目(價格)實施前實施后差別數(shù)量(小時)價值(元/小時)數(shù)量(小時)價值(元/小時)經(jīng)濟(jì)收益(元/小時)輸出產(chǎn)品(10元/公斤)副產(chǎn)品(50元/噸)COD(0.4元/公斤)總收益擴(kuò)大制冷量需要安裝一套氨冷卻系統(tǒng)，這樣在保持同樣的反應(yīng)效率(相同的產(chǎn)率)和產(chǎn)品質(zhì)量情況下，反應(yīng)器的進(jìn)料量可增加約12%，總產(chǎn)出也可增加約12%，耗新鮮水量增加到18噸/小時。同時，回收單元回收的原料A的重復(fù)使用率可達(dá)到100%。由于提高了原料A的重復(fù)使用率，COD可減少100公斤/小時。而配料、合成、冷卻、蒸發(fā)和回收操作的耗電量則從190度/小時增加到200度/小時。作業(yè)11：技術(shù)評估(節(jié)約的證明)估算冷卻系統(tǒng)的改動引起的物料平衡的變化(在作業(yè)10的基礎(chǔ)上答題)，并計算節(jié)省的操作成本，將計算結(jié)果填寫到表7中。表7：冷卻系統(tǒng)的改動對物料平衡的影響和預(yù)計節(jié)省費用