化工產品生命周期設計的理論和方法ppt課件

1、化工產品生命周期設計的實際和方法 .傳統(tǒng)的環(huán)境技術主要針對消費過程污染物的末端治理,不能從根本上實現對環(huán)境的維護。要徹底處理環(huán)境污染問題,必需從源頭上進展治理。要同時思索產品整個生命周期各個階段對環(huán)境的影響,最大限制地利用原資料和能源,減少有害廢物和固體、液體、氣體的排放,改良操作平安,減輕對環(huán)境的污染,選取對環(huán)境和人類危害小的替代產品。 .美國工程院院士Grossmann 指出,可繼續(xù)開展和環(huán)境問題非常重要,但是對過程系統(tǒng)工程研討的努力程度還遠遠不夠需求開發(fā)更具發(fā)明性的方法和工具,化工產品和過程相互作用以及化工產品生命周期分析將成為一個研討時機和挑戰(zhàn).另一方面,提高產品運用性能和降低產品本錢

2、一直是工業(yè)技術研討開發(fā)的重要目的。但是,降低本錢不是一個孤立過程,本錢分析不應僅僅局限在對消費本錢的估測上,而應貫穿產品的全生命周期。下面從生命周期評價(LCA) 入手,綜合分析生命周期本錢(LCC) ,引見生命周期設計(LCD) 的概念和實施步驟,有助于做出正確的決策,開發(fā)出環(huán)境友好、經濟節(jié)約的產品。.1 生命周期評價1997 年,國際規(guī)范化組織根據生命周期評價的思想,把生命周期評價過程分為：目的范圍的界定數據清單分析環(huán)境影響評價改良分析等4 個步驟.各個子系統(tǒng)的關系如圖1 所示 圖1 生命周期評價技術框架.生命周期評價首先是確定評價范圍,即目的和范圍的定義,確定了評價范圍也就確定了系統(tǒng)的邊

3、境。數據清單分析的目的是將環(huán)境負荷定量化,即將一個產品從消費、運用到廢棄整個生命過程中投入的一切原資料和能源作為輸入逐一列出,而將在這個過程中排放出的一切影響環(huán)境的物質作為輸出也逐一列出,對輸入和輸出進展以數據為根底的客觀量化分析,該分析應貫穿于產品的整個生命周期過程。.經環(huán)境影響評價得到在產品生命周期全過程客觀量化的環(huán)境影響數值之后,就能得到一個目的來表征被評價過程呵斥的環(huán)境負荷。其根本步驟可分為3 步:分類、計算和賦值。 .分類是指對不同的環(huán)境損害類型進展分類;計算是將與各環(huán)境損害項相聯絡的目錄工程進展匯總,定量計算呵斥的各種環(huán)境損害的大小,這個定量化過程是人為規(guī)定的，它依賴于廣泛的科學知

4、識;賦值是由專家規(guī)定各種環(huán)境損害的權重,與前面得到的各種環(huán)境損害大小加權求和,從而得出一個目的來表示被評價過程呵斥的環(huán)境負荷。.解析是生命周期評價的最終目的,經過確定產品的環(huán)境負荷,比較產品的環(huán)境性能優(yōu)劣,可對產品進展重新設計、不斷完善和改良這種分析包括定量和定性的改良措施,以期得到產品對環(huán)境影響程度最小的方案。.2 生命周期本錢分析傳統(tǒng)的技術經濟學思索的只是單純的消費本錢,對產品整個周期各個階段費用相互影響的分析不夠,缺乏對產品生命周期本錢的決策?？梢肷芷诒惧X分析來進一步分析消費本錢與生命周期本錢之間的關系.生命周期本錢是指產品從出現到消亡所涉及的一切費用。它分為2 個部分:一部分是傳

5、統(tǒng)意義上的消費本錢,包括原料的預備和消費操作費用,就是在產品生命周期的原料預備和消費階段的費用,稱為上游本錢。另一部分是指在產品的運用時產生的附帶費用和廢棄處置費用,也就是生命周期后2 個階段的費用,稱為下游本錢,二者之和構成了產品的整個生命周期本錢,其構造如圖2 所示。 . 圖2 生命周期本錢構造.3 化工產品的生命周期設計生命周期設計是指在產品設計階段權衡思索產品在整個生命周期不同階段的環(huán)境問題和經濟要素。為了獲得良好的生態(tài)效果和經濟效益,設計者應該在思索產品在整個生命周期產生的費用的同時,也思索產品對環(huán)境的影響貫穿于生命周期的各個階段。 .Alting 提出將產品的生命周期劃分為6個階段

6、:需求識別、設計開發(fā)、制造、運輸、運用以及廢棄 。Zust 等人進一步將產品的生命周期劃分為4 個階段:產品開發(fā)、產品制造、產品運用及產品處置 。也可從原料預備、消費過程、運用和廢棄4個階段來思索化工產品的生命周期設計。.31 原資料預備和選擇在實施生命周期設計的原料預備階段,要求原資料在滿足普通功能要求的前提下,應具有良好的環(huán)境兼容性,以便產品在制備、運用以及用后處置等生命周期的各階段具有最大的資源利用率和最小的環(huán)境影響。 .生命周期設計要求選擇原資料應遵照以下原那么: 優(yōu)先選用可再生資料,盡量選用可回收資料,提高資源利用率,實現可繼續(xù)開展; 盡量選用低能耗、少污染的資料; 盡量選擇環(huán)境兼容

7、性好的資料,防止選用有毒、有害和有輻射特性的資料。所用資料應易于回收、再利用、再制造或易于降解。.32 消費工藝和流程確實定化工產品制造階段應該采用綠色工藝實現綠色制造,綠色工藝與清潔消費密不可分。清潔消費要求對產品及其工藝不斷實施綜合的預防性措施,其實現途徑包括清潔資料、清潔工藝和清潔產品。綠色工藝是指既能提高經濟效益,又能減少環(huán)境影響的工藝技術。 .它要求在提高消費效率的同時必需兼顧削減或消除危險廢物及其他有毒化學品的用量,改善勞動條件,減少對操作者的安康要挾,并能消費出與環(huán)境兼容的平安產品。在經濟方面應采用費用相對最小的工藝流程。.33 運用階段的設計在這個階段,對設計者而言,產品的功能

8、和性能是主要要素,在實現其功能的過程中伴隨著物料耗費、有害氣體的釋放和對人體的影響。就產品對環(huán)境的友好功能而言,在設計階段應該思索到能量的有效性,減少廢物排放,提高產品利用率,減少消費本錢同時在保證性能的前提下,使其生命周期盡能夠地延伸。.34 廢棄階段的設計目前曾經有一些研討報道了關于描畫廢物管理的生態(tài)設計戰(zhàn)略 ,比較典型的有再利用、再制造和再回收戰(zhàn)略。廢物再利用和回收是指把一種產品運用后的廢品回收再利用或者作為消費其他產品的原料。這表達了循環(huán)經濟的思想,同時節(jié)約了本錢,防止環(huán)境遭到更大危害。.4 案例分析利用相對豐富的煤資源消費汽車代用燃料,根據能源形狀可分為煤制甲醇、煤合成油和煤發(fā)電。不

9、同的燃料消費道路與相應的汽車組成完好的生命周期鏈,對這些生命周期鏈進展分析,確定哪條鏈具有優(yōu)勢,從而為未來汽車和相應的燃料開展方向提供決策根據,是此生命周期研討的目的。.根據汽車燃料的特殊性,它的生命周期本錢只涉及從原料階段到運用階段的費用,廢棄階段的費用忽略不計,可以得到不同燃料的生命周期本錢,見表1。.由表1 可知,單位質量的燃料中電的生命周期本錢最高。為了進一步更清楚對比各個產品經濟的優(yōu)劣性,假設汽油車每百公里耗油7.5 L ,以甲醇為燃料的汽車是以85 %甲醇和15 %汽油混合的靈敏燃料汽車,其每百公里耗費燃料12.5 L ,合成油每百公里的耗油量為9.8 L ,電動汽車是鎳氫電池電動

10、車,其每百公里電耗為26 kWh。 .據此計算,在到達同樣效果的前提下,用煤基甲醇是最經濟的,煤基發(fā)電的本錢約是甲醇的8 倍。另一方面,同時對各種燃料對環(huán)境的影響進展生命周期評價。以每條鏈在生命周期整個過程中的廢氣排放量為例,由于行駛同樣路程所需不同燃料的量是不同的,仍以行駛每百公里所需燃料在生命周期排放的廢氣為根據。.把各個階段的排放進展匯總,采用環(huán)境負荷計算公式:式中, EB 指環(huán)境負荷; a 、b、c 為排放物中所含的各種化學物質; W 為各物質的質量; PF 為各物質對某類環(huán)境所呵斥影響的潛能因子(采用英國ICI公司研討運用的潛能因子) , 得到的各種信息見表2。.由表2 可以看出,對大氣污染而言,電所產生的環(huán)境負荷最小,合