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【摘要】工程分析是化工項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)估的核心內(nèi)容，但由于化工項(xiàng)目會(huì)受到多方面因素的影響，所以在測(cè)算污染源強(qiáng)度指標(biāo)的過(guò)程中要做到具體情況具體分析。針對(duì)此，本文首先簡(jiǎn)要闡述了物料衡算法的基本概念和具體方法，圍繞其具體應(yīng)用展開(kāi)探討，希望能夠促進(jìn)石油化工生產(chǎn)與自然環(huán)境、社會(huì)環(huán)境的協(xié)同進(jìn)步。

【關(guān)鍵詞】工程分析；化工項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)估；污染源強(qiáng)度指標(biāo)

化學(xué)工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，與社會(huì)生產(chǎn)及日常生活息息相關(guān)。其中石油化工生產(chǎn)工藝流程相對(duì)復(fù)雜，所需物料、生產(chǎn)成品及中間產(chǎn)物具有毒害性、易燃易爆性等特征，且對(duì)生產(chǎn)加工環(huán)境有特殊要求，即便是同類項(xiàng)目，污染排泄物種類也存在明顯差異。

1簡(jiǎn)述物料衡算法基本概念和常用方法

物料衡算法就是按照物質(zhì)基本守恒定律，動(dòng)態(tài)分析生產(chǎn)加工過(guò)程所用物料的配比情況。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是生產(chǎn)投入總量要與產(chǎn)出物料總量一致。在借助物料核算法估算污染物排放的過(guò)程中，需要綜合掌控整個(gè)生產(chǎn)作業(yè)流程，詳細(xì)了解必需能源、水資源及各類型物料的實(shí)際使用情況，立足于物料平衡分析視角，準(zhǔn)確評(píng)估整個(gè)生產(chǎn)工藝過(guò)程的能源消耗量。針對(duì)生產(chǎn)加工過(guò)程構(gòu)建完整的數(shù)學(xué)模型首要前提是遵守質(zhì)量守恒定律，定量進(jìn)行綜合分析和計(jì)算，而且這也是準(zhǔn)確評(píng)估生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)污染物排放量的關(guān)鍵手段。物料衡算要做到具體情況具體分析，針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的某一特定環(huán)節(jié)、基礎(chǔ)配套設(shè)施、單元操作等進(jìn)行評(píng)估，該類為開(kāi)展物料衡算工作所取的生產(chǎn)過(guò)程里面的某一具體空間范圍被叫作控制體。以質(zhì)量守恒定律為基準(zhǔn)，引用物料衡算法有助于全方位動(dòng)態(tài)掌控進(jìn)入控制體的物料投入使用量和排出量，進(jìn)而客觀分析二者的物理關(guān)系。

從物料衡算方程角度來(lái)說(shuō)，要想保證物料衡算過(guò)程的有序運(yùn)轉(zhuǎn)，首要前提是依據(jù)工程分析的實(shí)際需求選擇合適的控制體，進(jìn)而明確物料衡算質(zhì)量基準(zhǔn)。其中，間歇性操作通常是以1kg原料為加工單位，如果是連貫性加工操作，則是以單位時(shí)間內(nèi)所需物料量為基準(zhǔn)。依據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，投入到控制體內(nèi)某組分的質(zhì)量與在控制體內(nèi)該組分經(jīng)加工作業(yè)生成或消失質(zhì)量之和等于該組分完成生產(chǎn)加工與在控制體內(nèi)積存的質(zhì)量總和。針對(duì)連貫生產(chǎn)的整個(gè)定態(tài)化工過(guò)程來(lái)說(shuō)，控制體內(nèi)所有物料各階段的參數(shù)值及物理性質(zhì)都是一成不變的，因此，不會(huì)出現(xiàn)物料質(zhì)量在某特定時(shí)間內(nèi)不斷積存的現(xiàn)象。以化學(xué)計(jì)量方程為基準(zhǔn)可以準(zhǔn)確計(jì)算并控制體內(nèi)具體物料的質(zhì)量產(chǎn)出與消耗質(zhì)量，對(duì)于這種連續(xù)性定態(tài)化學(xué)反應(yīng)來(lái)說(shuō)，可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化上述程序，具體內(nèi)容如下：投放到控制體內(nèi)的物料總質(zhì)量等于加工生產(chǎn)反應(yīng)完成的物料總質(zhì)量。構(gòu)建獨(dú)立方程數(shù)；在物料衡算的過(guò)程中，能夠根據(jù)物質(zhì)的平衡關(guān)系構(gòu)建三種方程，分別是控制體約束條件、物料衡算方程以及同一物料不同組分含量存在的關(guān)系，具體來(lái)說(shuō)就是讓體內(nèi)物料各組分的摩爾數(shù)之和等于1。可以依據(jù)物料各組分含量確定物料衡算方程，但僅有NC個(gè)方程具備獨(dú)立性。務(wù)必要根據(jù)具體對(duì)象選擇對(duì)應(yīng)約束條件，例如：將兩種不同物料按照一定的配合比例放置在混合容器內(nèi)充分?jǐn)嚢?，在?yīng)用物料衡算法的過(guò)程中，已知的混合比例則成為最具代表的約束條件。因此，獨(dú)立方程數(shù)目就是NC、NS以及NE之和，其中NS表示物料總數(shù)；NE代表控制體全部約束條件個(gè)數(shù)。

2結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目案例分析物料衡算法的具體應(yīng)用過(guò)程

以某化工企業(yè)吡蟲(chóng)啉農(nóng)藥制造項(xiàng)目為例，針對(duì)物料衡算法的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程開(kāi)展深度探究。

2.1繪制完整的工藝流程圖

要想明確表述工程不同階段污染物排放情況，應(yīng)當(dāng)就環(huán)境影響評(píng)估繪制詳細(xì)的工藝污染流程圖。一般來(lái)說(shuō)，化工項(xiàng)目主要包括化精制單元、反應(yīng)單元以及分離單元。如下為吡蟲(chóng)琳整個(gè)生產(chǎn)工藝污染物排放流程簡(jiǎn)介：在控制體內(nèi)投放2-氯-5-氯甲基吡啶、咪唑烷、氫氧化鈉和適量反應(yīng)溶劑配置吡蟲(chóng)啉農(nóng)藥，采用離心分離技術(shù)排除固體殘?jiān)?。?jīng)過(guò)蒸餾脫溶、三級(jí)冷凝，排放一組廢氣，同時(shí)進(jìn)行溶劑回收處理。在蒸餾脫溶后，加入適量水資源，進(jìn)行水洗、離心處理，排放一組廢水。在獲取吡蟲(chóng)啉濕品后，加入精制溶劑，進(jìn)行溶解、精制、結(jié)晶、離心、精餾處理，排泄二組固體殘?jiān)?，同時(shí)，經(jīng)過(guò)三級(jí)冷凝，排泄不凝氣二組廢氣。將結(jié)晶、離心處理的物質(zhì)經(jīng)過(guò)干燥后制得吡蟲(chóng)啉原藥。且在干燥過(guò)程中，經(jīng)過(guò)二級(jí)冷凝，將不凝氣三組廢氣予以精餾，并回收溶劑。

2.2物料衡算計(jì)算流程簡(jiǎn)介

2.2.1控制體采取物料衡算法

如下為吡蟲(chóng)啉藥品制備主體反應(yīng)與副反應(yīng)過(guò)程簡(jiǎn)介，其中主要原料為2-氯-5-氯甲基吡啶，經(jīng)測(cè)算，物質(zhì)轉(zhuǎn)化率高達(dá)98.5%，產(chǎn)品回收率達(dá)到86.2%。氯-5-氯甲基吡啶與咪唑烷、氫氧化鈉反應(yīng)生成吡蟲(chóng)啉、氯化鈉和水。

2.2.2針對(duì)離心分離采取物料衡算法

在采取離心分離技術(shù)的過(guò)程中：在一系列主副反應(yīng)結(jié)束后，物料的溫度會(huì)自動(dòng)降低，并離析出一定質(zhì)量的氯化鈉晶體，其中，離心分離所獲得的固體物質(zhì)通常含有5~15%的水分，根據(jù)一線化工技術(shù)人員的測(cè)算可知，本項(xiàng)目離心獲取的固體物質(zhì)相應(yīng)溶液含量為5%。在蒸餾脫溶過(guò)程中：經(jīng)過(guò)離心分離處理的母溶液會(huì)脫除部分溶劑，依據(jù)相關(guān)技術(shù)資料測(cè)算可知，本項(xiàng)目的溶劑脫除率高達(dá)99.5%。且通過(guò)一級(jí)水冷凝處理及溫度在20℃以下的鹽水反應(yīng)，整個(gè)冷凝效率高達(dá)99.8%。

2.2.3針對(duì)精制蒸餾采取物料衡算法

水洗精制環(huán)節(jié)：經(jīng)過(guò)離心分離處理的物料按照一比一的比例添加適量水資源，同時(shí)對(duì)吡蟲(chóng)啉半制品實(shí)施加熱水洗及二次離心分離處理。根據(jù)相關(guān)化學(xué)反應(yīng)資料顯示，本項(xiàng)目的溶劑與主體參與物質(zhì)氫氧化鈉能夠與水發(fā)生溶解反應(yīng)，且咪唑烷能夠在熱水中完全溶解，如果在水洗過(guò)程中升高水溫，就會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)原料咪唑烷完全溶解于熱水。吡蟲(chóng)啉藥物的溶解度為每升0.51g，反應(yīng)原料2-氯-5-氯甲基吡啶具體溶解度是每升2.24g。在完成離心分離后，最終固體產(chǎn)物的含水量控制在5%左右。

溶劑精制環(huán)節(jié)：本項(xiàng)目的溶劑屬于醇類，能夠讓吡蟲(chóng)啉半成品結(jié)晶，進(jìn)而完成整個(gè)精制過(guò)程，其中，溶劑質(zhì)量混合配比比例為2.5：1，按照項(xiàng)目技術(shù)資料可知，經(jīng)離心分離處理的吡蟲(chóng)啉濕品中含有不同含量的多種物質(zhì)。經(jīng)過(guò)離心分離與精餾工作，可以保證溶劑蒸出率高達(dá)99%，經(jīng)過(guò)一級(jí)水冷凝處理以及溫度在20°C以下鹽水處理，可以保證冷凝效率高達(dá)99.8%。此外，溶劑回收量達(dá)到每批次2818kg，二組廢氣排放量為每批次5.65kg。對(duì)于蒸餾的二組固體殘?jiān)鼇?lái)說(shuō)，其中主要包括咪唑烷未反應(yīng)完全物質(zhì)及副反應(yīng)中間產(chǎn)物，總質(zhì)量為每批次221.24kg。

干燥環(huán)節(jié)：選擇盤(pán)式烘干機(jī)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行干燥處理，經(jīng)冷凝后溶劑回收率約為99.85%。另外，通過(guò)一級(jí)水冷凝以及溫度在20°C以下的鹽水處理，冷凝效率高達(dá)98%，并且溶劑回收量為每批次132.48kg，三組廢氣排放量為每批次2.7kg。本項(xiàng)目物料衡算過(guò)程各反應(yīng)物的物質(zhì)變化參數(shù)如下：2-氯-5-氯甲基吡啶的相對(duì)分子質(zhì)量是162；咪唑烷為13；氫氧化鈉為40；吡蟲(chóng)啉為255.5；副反應(yīng)產(chǎn)物為381；氯化鈉為58.5；生成水為18。2-氯-5-氯甲基吡啶的投入量是每批次750kg；咪唑烷每批次750kg；氫氧化鈉每批次200kg；溶劑為每批次6000kg，共計(jì)7000kg。2-氯-5-氯甲基吡啶的轉(zhuǎn)化率為98.5%，吡蟲(chóng)啉收率為86.2%。2-氯-5-氯甲基吡啶的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率是每批次738.75kg；咪唑烷每批次551.92kg；氫氧化鈉每批次182.41kg。

吡蟲(chóng)啉的反應(yīng)生成率是每批次1004.34kg；副反應(yīng)產(chǎn)物為每批次119.88kg；氯化鈉每批次266.78kg；生成水為每批次82.08kg。2-氯-5-氯甲基吡啶的產(chǎn)出量是每批次11.25kg；咪唑烷每批次198.08kg；氫氧化鈉每批次17.59kg；吡蟲(chóng)啉每批次1004.34kg；副反應(yīng)產(chǎn)物為每批次119.88kg；氯化鈉每批次266.78kg；生成水為每批次82.08kg；溶劑的產(chǎn)出量為每批次6000kg；總計(jì)每批次7000kg。

3結(jié)語(yǔ)

總之，采用物料衡算法的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)繪制完整的污染排放流程圖，掌握各主輔料的作用、各排污環(huán)節(jié)的規(guī)律特征以及相關(guān)產(chǎn)品等詳細(xì)內(nèi)容，并與項(xiàng)目負(fù)責(zé)人或一線技術(shù)人員保持有效的信息溝通，進(jìn)而為提高物料衡算法實(shí)際應(yīng)用效率奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]羅常泉，李海.物料衡算法在化工項(xiàng)目環(huán)評(píng)中的應(yīng)用分析[J].低碳世界，2016（23）.

作者:袁丹 黃鑫 蔣立強(qiáng) 單位:江蘇龍環(huán)環(huán)境科技有限公司