化工项目环评中的核心内容是工程分析,工程分析的主要目的是进行项目产排污环节分析,给出污染物源强。确定污染物源强的主要方法有类比分析法、物料衡算法、资料复用法等,由于化工项目工艺复杂,就是同类项目,产排污环节也不尽相同,所以类比分析法、资料复用法等有一定的局限性,实际工作中更多的是采用物料衡算法。
物料衡算法是根据质量守恒定律而进行的物料平衡计算,基本原理是投入系统的物料等于该系统产出的物质的产量和物料流失量之和。环评中的物料平衡与工程设计中物料平衡有所区别的是,工程设计中考虑主要原料和产品的投入和产出,而忽略了其他排入环境的那部分损失量,在环评中物料平衡主要侧重损失的部分以何种形式和何种途径进入环境。本文结合一个吡虫啉农药生产项目环评报告来说明化工项目物料衡算需要注意的事项。
1物料衡算法的实际应用
1.1绘制工艺污染
流程图为更直观的表明每个单元(工序)的产排污环节,环评绘制的工艺污染流程图一般为框图。化工项目一般包括反应单元、分离单元、精制单元等几部分。吡虫啉生产工艺污染流程图见图1。

1.2物料衡算的计算过程
1.2.1反应单元的物料衡算主反应方程式:副反应方程式:主原料2-氯-5-氯甲基吡啶反应转化率98.5%,产品收率86.2%。反应单元的进出物料见表1。
1.2.2分离单元的物料衡算
离心分离工序:反应后物料降温,氯化钠结晶析出,离心分离产生的固体一般含有5%~15%的溶液(含有其他物料),根据技术人员提供资料,本工程取值5%。蒸馏脱溶工序:分离后母液经过蒸馏脱除溶剂,根据技术资料,溶剂脱除率为99.5%。分离单元进出物料平衡见表2。脱出溶剂经一级水冷凝、二级盐水(-20℃)冷凝回收溶剂套用,冷凝效率为99.8%,回收溶剂量为5945kg/批,不凝气(G1)排放量为11.91kg/批。
1.2.3精制单元
(1)水洗精制工序:分离后物料按照1:1比例加入水,加热水洗、离心分离吡虫啉粗品。经查阅资料:氢氧化钠、溶剂在水中的溶解度较大,会全部溶解;咪唑烷溶于热水,水洗过程经加热后,咪唑烷全部溶解于水中;吡虫啉的溶解度为0.51g/L,2-氯-5-氯甲基吡啶溶解度为2.24g/L。分离后的固相含水量在5%左右(含有其他物料)。水洗精制工序进出物料见表3。
(2)溶剂精制工序:采用溶剂(醇类)对吡虫啉粗品进行重结晶精制,溶剂加入比例为2.5:1(重量比),根据项目中试资料,精制、离心后的吡虫啉湿品中各物质含量见表4。溶剂精制工序进出物料见表5。


离心分离溶剂经进一步精馏,99%的溶剂蒸出,经一级水冷凝、二级盐水(-20℃)冷凝回收溶剂套用,设计冷凝效率为99.8%,回收溶剂量为2818kg/批,不凝气(G2)排放量为5.65kg/批。蒸馏产生的废渣(S2)主要为副反应产物,以及吡虫啉、咪唑烷等,产生量为221.24kg/批。
(3)干燥工序:产品采用盘式烘干机干燥,99.85%的溶剂蒸出、冷凝回收。干燥工序进出物料见表6。烘干废气经一级水冷凝、一级盐水(-20℃)冷凝回收溶剂套用,设计冷凝效率为98%,回收溶剂量为132.48kg/批,不凝气(G3)排放量为2.7kg/批。通过以上计算,可以在工艺流程图的基础上建立物料平衡图,见图2。
(4)物料衡算小结图
反应溶剂平衡图见图3,精制溶剂平衡见图4。

2结论
通过实例总结出,化工项目环评中物料衡算需要注意以下事项:
(1)绘制合理适用的工艺污染流程图,明确原辅材料的作用、产排污环节,生产过程中间产物、产品等工艺物料的形态、走向。
(2)通过收集项目技术资料、与企业技术人员沟通、查阅文献资料等方法,收集充足的资料:①主、副反应化学方程式,反应物料配比,主要原料的反应转化率、选择性、主产品收率等设计数据;②水洗、溶剂精制等过程配比;离心、精馏、冷凝、干燥等物理分离过程的分离效率;主要原料、产品(或粗品)成分;③原辅材料、中间产品的溶解度、沸点、饱和度、饱和蒸气压等理化性质。

