第十一章 產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)在企業(yè)層面的應(yīng)用

1、第十一章 產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)在企業(yè)層面的應(yīng)用管理科學(xué)與工程管理科學(xué)與工程產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)（產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)（Industrial ecology）企業(yè)的三重底線企業(yè)的三重底線1物料衡算物料衡算能量衡算能量衡算23目 錄三重底線三重底線 三重底線（三重底線（Triple Bottom LineTriple Bottom Line）, ,就是指經(jīng)濟(jì)底線、環(huán)境底就是指經(jīng)濟(jì)底線、環(huán)境底線和社會(huì)底線，意即企業(yè)必須履行最基本的經(jīng)濟(jì)責(zé)任、環(huán)境線和社會(huì)底線，意即企業(yè)必須履行最基本的經(jīng)濟(jì)責(zé)任、環(huán)境責(zé)任和社會(huì)責(zé)任。責(zé)任和社會(huì)責(zé)任。對(duì)企業(yè)的要求（1）公司經(jīng)營(yíng)成功后，獲取利潤(rùn)匯報(bào)股東：（2）承擔(dān)社會(huì)責(zé)任，一要保證企業(yè)內(nèi)部員工的安全、健康

2、和福利；二要不損害企業(yè)外部利益相關(guān)者的利益。（3）承擔(dān)環(huán)境責(zé)任，提高資源利用率、減少排放、保護(hù)環(huán)境 企業(yè)生態(tài)管理的培育和建設(shè)企業(yè)生態(tài)管理的培育和建設(shè)教育引導(dǎo)宣傳和普及環(huán)境保護(hù)知識(shí)培養(yǎng)員工環(huán)保意識(shí)提高企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者的生態(tài)意識(shí)ISO14000制定規(guī)章制度約束企業(yè)部門(mén)和員工的行為企業(yè)管理制度將生態(tài)化目標(biāo)作為考核企業(yè)經(jīng)營(yíng)的重要內(nèi)容實(shí)施生態(tài)質(zhì)量管理體系實(shí)施生態(tài)質(zhì)量管理體系實(shí)行生態(tài)管理制度實(shí)行生態(tài)管理制度加強(qiáng)生態(tài)教育加強(qiáng)生態(tài)教育建立完善生態(tài)化管理組織建立完善生態(tài)化管理組織企業(yè)的三重底線企業(yè)的三重底線1物料衡算物料衡算能量衡算能量衡算23目 錄物料衡算物料衡算 物料衡算是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中最基本的設(shè)計(jì)內(nèi)容，物料衡算是產(chǎn)

3、品設(shè)計(jì)中最基本的設(shè)計(jì)內(nèi)容，是設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。是設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。主副產(chǎn)品的產(chǎn)量主副產(chǎn)品的產(chǎn)量原材料消耗定額原材料消耗定額生產(chǎn)過(guò)程中的損耗生產(chǎn)過(guò)程中的損耗三廢產(chǎn)生量三廢產(chǎn)生量物料的浪費(fèi)物料的浪費(fèi)生產(chǎn)過(guò)程的反常現(xiàn)象生產(chǎn)過(guò)程的反?，F(xiàn)象物物料料衡衡算算物料衡算的理論依據(jù)物料衡算的理論依據(jù)“質(zhì)量質(zhì)量守衡定律守衡定律”在化工過(guò)程中，物料平衡是指：進(jìn)入一個(gè)裝置（或設(shè)在化工過(guò)程中，物料平衡是指：進(jìn)入一個(gè)裝置（或設(shè)備）的全部物料的量，必定等于離開(kāi)這個(gè)裝置（或設(shè)備）的全部物料的量，必定等于離開(kāi)這個(gè)裝置（或設(shè)備）的全部物料的量（包括損失量）和系統(tǒng)內(nèi)累積起備）的全部物料的量（包括損失量）和系統(tǒng)內(nèi)累積起來(lái)的物料的量。來(lái)的物料的量

4、。輸入輸入=輸出輸出+累積累積 F=D+W（1）基本式：）基本式： 輸入輸入+生成生成=輸出輸出+消耗消耗+累積累積 “生成生成”、“消耗消耗”是指由于化學(xué)反應(yīng)而是指由于化學(xué)反應(yīng)而生生 成、消耗的質(zhì)量成、消耗的質(zhì)量（2）對(duì)）對(duì)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)過(guò)程：過(guò)程：累積項(xiàng)累積項(xiàng)=0 輸入輸入+生成生成=輸出輸出+消耗消耗* *穩(wěn)態(tài)（定態(tài)）過(guò)程：穩(wěn)態(tài)（定態(tài)）過(guò)程：系統(tǒng)內(nèi)任一部分的參數(shù)，系統(tǒng)內(nèi)任一部分的參數(shù)，不隨時(shí)間而變，只隨空間位置而改變，是存在不隨時(shí)間而變，只隨空間位置而改變，是存在于連續(xù)操作的一個(gè)過(guò)程，其特征為：于連續(xù)操作的一個(gè)過(guò)程，其特征為：累積項(xiàng)累積項(xiàng)=0有化學(xué)反應(yīng)時(shí)的物料衡算有化學(xué)反應(yīng)時(shí)的物料衡算無(wú)化學(xué)反

5、應(yīng)的穩(wěn)態(tài)過(guò)程：無(wú)化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)態(tài)過(guò)程：輸入輸入= =輸出輸出穩(wěn)態(tài)過(guò)程物料衡算式穩(wěn)態(tài)過(guò)程物料衡算式物料平衡形式物料平衡形式 無(wú)化學(xué)反應(yīng)無(wú)化學(xué)反應(yīng) 有化學(xué)反應(yīng)有化學(xué)反應(yīng) 總平衡式總平衡式總質(zhì)量平衡式總質(zhì)量平衡式 是是 是是 總摩爾平衡式總摩爾平衡式是是 否否組分平衡式組分平衡式 組分質(zhì)量平衡式組分質(zhì)量平衡式是是 否否 組分摩爾平衡式組分摩爾平衡式 是是 否否元素原子元素原子平衡式平衡式 元素原子質(zhì)量平衡式元素原子質(zhì)量平衡式 是是 是是 元素原子摩爾平衡式元素原子摩爾平衡式 是是 是是 物料衡算的基本步驟1. 畫(huà)畫(huà)出工藝出工藝流程流程示意示意圖圖2. 列列出化學(xué)出化學(xué)方程式方程式3. 確定計(jì)劃任務(wù)確定

6、計(jì)劃任務(wù)4. 收集數(shù)據(jù)收集數(shù)據(jù)物料的名稱(chēng)，數(shù)量，組成及流向物料的名稱(chēng)，數(shù)量，組成及流向與計(jì)算有關(guān)的工藝條件如：與計(jì)算有關(guān)的工藝條件如：P， T，配比等，配比等未知的，待求的未知項(xiàng)，用字母，未知的，待求的未知項(xiàng)，用字母， 符號(hào)標(biāo)定清楚。符號(hào)標(biāo)定清楚。畫(huà)出與物料衡算有關(guān)的設(shè)備及管線畫(huà)出與物料衡算有關(guān)的設(shè)備及管線寫(xiě)明反應(yīng)過(guò)程的熱效應(yīng)寫(xiě)明反應(yīng)過(guò)程的熱效應(yīng)省略次要的副反應(yīng)省略次要的副反應(yīng)分析未知分析未知選擇公式選擇公式收集數(shù)據(jù)收集數(shù)據(jù)生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)時(shí)間生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)時(shí)間（年生產(chǎn)時(shí)數(shù)）（年生產(chǎn)時(shí)數(shù)） 生產(chǎn)規(guī)模在設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中已有，若是中間車(chē)間應(yīng)根據(jù)消耗生產(chǎn)規(guī)模在設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中已有，若是中間車(chē)間應(yīng)根據(jù)消耗定額來(lái)

7、確定生產(chǎn)規(guī)模，要考慮物料在定額來(lái)確定生產(chǎn)規(guī)模，要考慮物料在車(chē)間回流車(chē)間回流的情況。的情況。大型化工廠大型化工廠一般一般8000小時(shí)小時(shí)/年年對(duì)要對(duì)要經(jīng)常維修或試驗(yàn)性車(chē)間經(jīng)常維修或試驗(yàn)性車(chē)間一般一般7200小時(shí)小時(shí)/年年很少的廠可達(dá)很少的廠可達(dá)8400小時(shí)小時(shí)/年年有關(guān)的定額，收率，轉(zhuǎn)化率有關(guān)的定額，收率，轉(zhuǎn)化率的數(shù)據(jù)收集的數(shù)據(jù)收集要注意可靠性準(zhǔn)確性，并了解其單位與基準(zhǔn)要注意可靠性準(zhǔn)確性，并了解其單位與基準(zhǔn)原料，輔助材料，產(chǎn)品，中間產(chǎn)品的規(guī)格原料，輔助材料，產(chǎn)品，中間產(chǎn)品的規(guī)格與計(jì)算與計(jì)算有關(guān)的物理化學(xué)常數(shù)有關(guān)的物理化學(xué)常數(shù)如密度，蒸汽壓，相平衡常數(shù)如密度，蒸汽壓，相平衡常數(shù)5. 選擇選擇計(jì)算計(jì)

8、算基準(zhǔn)基準(zhǔn)6. 建立物料平衡方程，建立物料平衡方程，進(jìn)行進(jìn)行物料衡算物料衡算7. 整理并校核整理并校核計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果 8. 繪制繪制物料流程圖，物料流程圖，填寫(xiě)填寫(xiě)物料平衡表。物料平衡表。 列出的數(shù)學(xué)關(guān)聯(lián)式的數(shù)目應(yīng)與列出的數(shù)學(xué)關(guān)聯(lián)式的數(shù)目應(yīng)與所求未知項(xiàng)的數(shù)目相同，若數(shù)學(xué)所求未知項(xiàng)的數(shù)目相同，若數(shù)學(xué)式不夠，用試差法求解。式不夠，用試差法求解。時(shí)間基準(zhǔn)時(shí)間基準(zhǔn)質(zhì)量基準(zhǔn)質(zhì)量基準(zhǔn)體積基準(zhǔn)體積基準(zhǔn)干濕基準(zhǔn)干濕基準(zhǔn)對(duì)對(duì)連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程可用可用單位時(shí)間的物料量或單位時(shí)間的單位時(shí)間的物料量或單位時(shí)間的產(chǎn)品量產(chǎn)品量作計(jì)算基準(zhǔn)如三十萬(wàn)噸作計(jì)算基準(zhǔn)如三十萬(wàn)噸NH3廠，可以每小時(shí)產(chǎn)廠，可以每小時(shí)產(chǎn)NH3量作

9、物料衡算基準(zhǔn)，年生產(chǎn)時(shí)間量作物料衡算基準(zhǔn)，年生產(chǎn)時(shí)間8000h（7200h），），30104/8000=37.5 T/h 對(duì)對(duì)間歇生產(chǎn)過(guò)程間歇生產(chǎn)過(guò)程可以可以一套或一批料的生產(chǎn)周期一套或一批料的生產(chǎn)周期作基準(zhǔn)。作基準(zhǔn)。如一個(gè)反應(yīng)釜，每次投料如一個(gè)反應(yīng)釜，每次投料800kg，完成一個(gè)操作周期為，完成一個(gè)操作周期為4h，則每小時(shí)處理物料，則每小時(shí)處理物料200kg/h作計(jì)算基準(zhǔn)。作計(jì)算基準(zhǔn)。時(shí)間基準(zhǔn)時(shí)間基準(zhǔn)質(zhì)量基準(zhǔn)質(zhì)量基準(zhǔn)當(dāng)進(jìn)行衡算的系統(tǒng)其物料緣于固相或液相時(shí)，可選擇當(dāng)進(jìn)行衡算的系統(tǒng)其物料緣于固相或液相時(shí)，可選擇一定一定質(zhì)量的原料或產(chǎn)品作為計(jì)算基準(zhǔn)質(zhì)量的原料或產(chǎn)品作為計(jì)算基準(zhǔn)，如以煤，礦石，石油為

10、，如以煤，礦石，石油為原料的化工過(guò)程可選用原料的化工過(guò)程可選用1kg原料為計(jì)算基準(zhǔn)。原料為計(jì)算基準(zhǔn)。特別是原料或產(chǎn)品是單一化合物，或其組成是已知的，選特別是原料或產(chǎn)品是單一化合物，或其組成是已知的，選此作計(jì)算基準(zhǔn)更為方便。此作計(jì)算基準(zhǔn)更為方便。 體積基準(zhǔn)體積基準(zhǔn)當(dāng)物料是氣體時(shí)，可選用體積為基準(zhǔn)，通常都換算成當(dāng)物料是氣體時(shí)，可選用體積為基準(zhǔn)，通常都換算成STP（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）下的體積，這樣可排除下的體積，這樣可排除T，P變化帶變化帶來(lái)的影響，而且容易把體積換算成來(lái)的影響，而且容易把體積換算成mol數(shù)（除以數(shù)（除以22.4）。）。不論是固態(tài)，液態(tài)或氣態(tài)物質(zhì)往往都含有一定的水分，因不論是固態(tài)

11、，液態(tài)或氣態(tài)物質(zhì)往往都含有一定的水分，因此就出現(xiàn)干基，濕基的問(wèn)題。此就出現(xiàn)干基，濕基的問(wèn)題。若進(jìn)行衡算時(shí)，把水分去掉則稱(chēng)若進(jìn)行衡算時(shí)，把水分去掉則稱(chēng)干基干基，把水分一起算入，把水分一起算入稱(chēng)為稱(chēng)為濕基濕基，二者可互算。，二者可互算。干濕基準(zhǔn)干濕基準(zhǔn)* *選作基準(zhǔn)的物料，必須是已知條件最多，并與其它物料選作基準(zhǔn)的物料，必須是已知條件最多，并與其它物料關(guān)系明確之物。關(guān)系明確之物。物料平衡表物料平衡表 輸輸 入入輸輸 出出 名稱(chēng)名稱(chēng)重量重量組成組成%單重單重名稱(chēng)名稱(chēng)重量重量組成組成%單重單重混酸混酸 435HNO3 47H2SO4 49H2O 4 204.5213.117.4 廢酸廢酸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 硝基硝基物層物層538C6H5Cl 0.65NO2C6H4Cl 99.353.5534.6共計(jì)共計(jì) 829100100829 共計(jì)共計(jì)829100100829基準(zhǔn)：每小時(shí)基準(zhǔn)：每小時(shí) 單位：?jiǎn)挝唬簁gkg廢酸層 165.3組分重量%HNO3H2SO4H2ONCB2.60118.641.32.851.5771.7424.981.72混合料 210.7組分重量%NCBCB2.6201.351.2398.7萃取廢酸 162.7組分重量%氯苯 208

13、.1組分重量%CB208.1100萃取硝化單 位：kg/h物料流程圖物料流程圖 -2.6+2.6企業(yè)的三重底線企業(yè)的三重底線1物料衡算物料衡算能量衡算能量衡算23目 錄能量衡算能量衡算 定義：定義：根據(jù)能量守恒定律，利用能量傳遞和轉(zhuǎn)化的規(guī)則，用以確定能量比例和能量轉(zhuǎn)變的定量關(guān)系的過(guò)程稱(chēng)為能量衡算。能量平衡方程式 能量衡算平衡方程式 E:表示體系能量總變化； Q: 表示體系從環(huán)境吸收的熱量； W: 表示環(huán)境對(duì)體系所做的功。WQE解決的問(wèn)題 (1)確定物料輸送機(jī)械和其它操作機(jī)械所需要的功率； (2)確定各單元操作過(guò)程所需熱量或冷量，及其傳遞速率；計(jì)算換熱設(shè)備的工藝尺寸；確定加熱劑或冷卻劑的消耗量，

14、為其他專(zhuān)業(yè)如供汽、供冷、供水專(zhuān)業(yè)提供設(shè)條件； (3)化學(xué)反應(yīng)常伴有熱效應(yīng)，導(dǎo)致體系的溫度上升或下降，為此需確定為保持一定反應(yīng)溫度所需的移出或加入的熱傳遞速率； (4)為充分利用余熱，必須采取有效措施，使過(guò)程的總能耗降低到最低程度。為提高能量利用率，降低能耗提供重要依據(jù)。 (5)最終確定總需求能量和能量的費(fèi)用。1、技術(shù)指標(biāo)（1）能耗單耗：?jiǎn)挝划a(chǎn)量能源=某種能量總耗量/產(chǎn)品總產(chǎn)量 單位產(chǎn)值能耗=某種能量總耗量/產(chǎn)品凈產(chǎn)值綜合能耗：?jiǎn)挝划a(chǎn)量綜合能耗=總綜合能耗量/產(chǎn)品總產(chǎn)量 單位產(chǎn)值綜合能耗=總綜合能耗量/產(chǎn)品凈產(chǎn)值可比能耗：可比能耗=總綜合能耗量/標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品產(chǎn)量（2）利用率設(shè)備熱效率、企業(yè)能源利用率

15、和裝置能量利用率1、技術(shù)指標(biāo)（3）回收率：能量回收利用所帶來(lái)的節(jié)能效果指標(biāo)（4）等價(jià)熱量：是指為了得到一個(gè)單位的二次能源或一個(gè)單位的耗能，實(shí)際消耗的一次能源的熱量。 例如：發(fā)電1kwh約需消耗0.350.44kg標(biāo)準(zhǔn)煤，換算為熱量是583733KJ，故取電的等價(jià)熱量為714KJ。熱量衡算熱量衡算有兩種情況： 1）對(duì)單元設(shè)備做熱量衡算； 2）整個(gè)過(guò)程的熱量衡算。 （當(dāng)各個(gè)工序或單元操作之間有熱量交換時(shí)，必須做全過(guò)程的熱量衡算。）熱量衡算方程式 Q入= Q出 - Q損 式中:Q入 一輸入設(shè)備熱量總和； Q出 輸出設(shè)備熱量總和； Q損 損失熱量總和。熱量衡算舉例例1 某化工廠計(jì)劃利用廢氣的廢熱，進(jìn)入

16、廢熱鍋爐的廢氣溫度為450，出口廢氣的溫度為260，進(jìn)入鍋爐的水溫為25，產(chǎn)生的飽和水蒸氣溫度為233.7，3.0MPa，(絕壓)，廢氣的平均熱容為32.5 kJ(kmol)，試計(jì)算每100 kmol的廢氣可產(chǎn)生的水蒸汽量?解：過(guò)程如圖，基準(zhǔn)：100 kmol的廢氣。 鍋爐的能量平衡為：計(jì)算結(jié)果不同生產(chǎn)工藝的物流和能流比較分析 項(xiàng)目物料、能量損失分析原輔料和能源原輔料純度是否符合要求原輔料貯存、發(fā)放、運(yùn)輸、投料過(guò)程中的流失原輔料投入量、配比量的合理程度原輔料及能源超定額消耗有毒、有害原輔料的使用，未利用清潔能源和二次能源生產(chǎn)工藝設(shè)備工藝參數(shù)沒(méi)有準(zhǔn)確控制且沒(méi)有優(yōu)化技術(shù)工藝落后，原材料廠轉(zhuǎn)化率低，連續(xù)生產(chǎn)能力差，生產(chǎn)穩(wěn)定性差設(shè)備選型、管線布局不合理設(shè)備落后、陳舊、自動(dòng)化程度低設(shè)備缺乏有效地維護(hù)和保養(yǎng)通過(guò)比較分析，可以確定廢物數(shù)量、成分和去向。 項(xiàng)目物料、能量損失分析管理計(jì)量檢測(cè)。分析儀表不齊全，質(zhì)量差，檢測(cè)精度