氨基乙酸生产工程分析专题概况.docx
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氨基乙酸生产工程分析专题概况
第二章工程分析
本次工程分析采用类比分析、物料衡算和查阅参考资料相结合的方法,通过对本项目生产工艺过程、操作规程、治理措施等内容的分析,确定污染源,核定相关污染源的排污源强,为项目环境影响预测等专题提供基础数据。
2.1项目概况
本项目生产工艺方案是在技术人员不懈的努力下,在总结实际生产与实验数据的基础上,整理出的一套全新的氨基乙酸生产工艺方案,其主要产品为氨基乙酸,产品主要应用于医药行业,同时也是新型除草剂的中间体,产品应用广泛。
2.1.1项目建设地点
********有限责任公司年产5000吨氨基乙酸项目拟建厂址在****城南工业区********院内,占地面积约9750m2。
厂西侧邻****,厂东侧、北侧为****空闲院区,厂南为农田。
项目厂址地理位置见附图,厂址周边环境示意见图3-1。
2.1.2建设项目内容
(1)项目组成
********有限责任公司年产5000吨氨基乙酸项目为新建化工项目,根据项目建议书和实地调查,本项目工程由工艺生产主装置、辅助生产设施、公用工程、行政生活设施等组成,具体见表2-1。
(2)产品方案
本项目主要产品为生产纯度≥97.5%的工业级氨基乙酸晶体,副产品主要为20%的稀盐酸、95%的乙醇溶液和蒸馏残液,其中乙醇溶液自用,稀盐酸和蒸馏残液出售。
表2-1项目组成一览表
序号
主项名称
主要内容
备注
一、
生产装置
1
主生产装置
氯化反应釜、氨解反应釜、醇析反应晶釜、过滤槽、离心机、干燥设备、蒸馏塔
新建
二、
辅助生产设施
1
废水处理
地埋式污水处理系统
新建
2
废气处理
锅炉废气
水膜除尘烟气净化装置
工艺尾气
二级降膜吸收+一级水洗吸收系统
粉尘
袋式收尘器
3
贮运设施
液氯、液氨、冰醋酸等罐区等
新建
4
维修车间
机、电、仪、建修
新建
5
化验室
原料、中间产品以及成品分析和检测
新建
6
消防
消防泵、消防管网及其它装备
新建
三
厂内公用工程
1
循环冷却水系统
冷冻机、循环水池、循环水泵等
新建
2
给排水管网
给水、排水
新建
3
供热工程
自备蒸汽锅炉
新建
4
变配电及供电
变压器1台、供电及照明系统
新建
5
总图工程
生产厂房、围墙、大门、成品仓库、锅炉房
原有
四
服务性工程
1
行政生活设施
办公房、职工宿舍、食堂等
原有
(3)劳动定员及工作制度
本项目劳动定员45人,每班生产人员15人。
本项目全年操作日300天,每天三班连续生产,每班工作8小时。
尽可能利用当地下岗职工,部分向社会招聘化工专业毕业的大学生。
(4)主要生产设备
该项目主要生产设备见表2-2。
表2-2项目主要设备一览表
序号
名称
规格
数量
材质
设置部位
1
氨化反应釜
1000L(上)
4只
搪玻璃、夹套
氨化车间
2
醇析反应釜
5000L(下)
4只
搪玻璃、夹套
3
氯化反应釜
3000L
3只
搪玻璃、夹套
氯化车间
4
氯化反应釜
5000L
3只
搪玻璃、夹套
5
离心机
SS-1200
3台
卧式
一备两用
6
干燥设备
-
1台
闪蒸、风干
氨化车间
7
锅炉
4t/h
1台
蒸汽、链条式
锅炉房
8
冷冻机
4AV17
1台
-
-
9
液氨罐
60m3
1只
专用钢制
氨罐储区
10
蒸馏塔
1200mm
1座
-
氨化车间南侧
11
大冷凝器
100m2(乙醇)
3套
玻璃
氨化车间
12
小冷凝器
20m2
6套
玻璃
反应釜出气口
13
大乙醇罐
50m3
2只
砖混结构
氨化车间南侧
14
小乙醇罐
15m3
1只
专用
氨化车间
15
氯乙酸罐
2m3
4只
塑料
氨化车间
16
过滤槽
4m3
4座
塑料
氨化车间
17
水泵
-
6台
-
-
18
氯乙酸泵
-
2台
-
氯化车间
19
喷射泵
-
3台
-
吸收工段(一备两用)
20
吸收塔
-
1座
-
-
21
盐酸贮罐
200m3
1只
专用塑料
吸收工段
22
液氯钢瓶
1m3
12瓶
专用钢制
0.423t/瓶
23
消防设备
-
3套
-
-
24
化验设备
-
1套
-
-
25
配电设备
-
-
-
-
26
办公设备
-
-
-
-
(5)原辅材料用量及供应方案
本项目原辅材料用量及供应方案见表2-3。
表2-3项目原辅材料用量及供应方案表
物料名称
供应方案
用量(t/a)
冰醋酸
从江苏镇江、山东鲁南化工企业采购
4565.5
液氨
在河南省各大化肥厂购进
1684.775
乙醇
从附近的****生态农业发展公司购进
500
液氯
在当地就近购进
4733.5
乌洛托品
在当地就近购进
175
硫磺
在当地就近购进
125
(6)物料贮运方式
本项目物料贮运方式见表2-4。
表2-4项目物料贮运方式一览表
物料名称
运输方式
贮存方式
备注
冰醋酸
罐车公路运输
专用醋酸罐、分区贮存
原料
液氨
氨罐公路运输
专用氨罐、按化学危险品贮存要求分区存放
原料
乙醇
罐车公路运输
专用乙醇罐、分区贮存
原料
液氯
公路运输
专用氯罐、按化学危险品贮存要求分区存放
原料
乌洛托品、硫磺
公路运输
袋装、按化学危险品贮存要求存放
催化剂
氯乙酸混合液
管道输送
直接放料入氨解釜
中间产品
残液
管道输送
自建防渗结构的残液池、分区贮存
副产品
乙醇
管道输送
专用罐装、分区贮存
副产品
盐酸
桶装公路运输
专用罐装、按化学危险品贮存要求存放
副产品
氨基乙酸
袋装公路运输
专用袋装、成品仓库贮存
主产品
(7)给、排水方案
本项目采用自备水井开采深层地下水供给企业生产、生活等用水。
本项目通过在厂区内敷设收水管网收集雨水排出厂区;处理后的生活污水通过管道排入厂区西侧的公路沟,最终排入厂区南侧的惠济河。
(8)电、汽供应方案
供电:
本项目拟在厂区内建变压器1台,供电电源为********110千伏安变电站,距离厂区约1公里,本项目已与该县供电局签定供电协议,在项目用电方面有保障。
供汽:
本项目拟建设4t/h链条蒸汽锅炉1台,主要是通过供热管道对蒸馏塔提供热量,蒸汽降温为热水后,回入锅炉重新加热变为蒸汽后使用。
锅炉燃煤采用优质低硫煤。
(9)消防
本项目拟根据消防部门的具体消防要求配套建设管网、配备消防器材。
消防用水由自备水井供给。
(10)主要建构筑物
本项目主要建构筑物见表2-5。
表2-5项目主要建构筑物一览表
序号
名称
数量
合计占地面积(m2)
备注
1
办公房
5间
100
2
职工宿舍
10间
200
厂区外,北50m
3
职工食堂
1间
50
4
氯化车间
1间
80
5
氨化车间
1间
100
6
蒸馏塔
1座
10
7
醋酸贮罐区
1处
25
8
乙醇贮罐区
2处
45
9
液氨贮罐区
1处
20
10
液氯贮罐区
2处
70
其中空罐区40m2
11
乙醇池
1座
40
容积150m3
12
循环冷却水池
1座
250
1000m3,兼作消防水池
13
锅炉房
1处
50
包括煤、灰、渣场
14
粉煤灰沉淀池
1处
-
15
配电房
1间
20
16
机修房
1间
40
17
产品仓库
1间
200
18
绿化
-
975
19
其它
-
7475
20
总计
9750
(11)总图布置方案
本项目总图布置方案见图2-1。
(12)投资规模
本项目总投资3000万元,其中环保投资36.3万元,项目环保投资约占总投资的1.21%。
本项目投资构成见表2-6。
表2-6项目投资构成表
序号
投资类别
投资金额(万元)
备注
一、
固定投资
1000
其中环保投资36.3万元,占总投资额的1.21%。
1
生产车间改造
120
2
仓储
60
3
设备采购
670
4
设备安装
100
5
其它
50
二、
流动资金
2000
2.2生产工艺分析
2.2.1工艺原理
本项目氨基乙酸的生成主要分两步反应来完成,其化学反应原理如下:
第一步羧酸的卤代反应
在羧酸中由于羧基的影响使α-氢变得活泼,在少量催化剂(如碘或硫)存在下,羧酸的α-氢可以被氯逐步取代。
如乙酸的α-氢被逐步取代后可生成氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸。
通过控制反应条件可使反应停留在一元取代阶段得到较高产率的一氯代产物,控制条件主要包括催化剂、控制反应温度和羧酸过量等。
第二步α-卤代酸的氨解
α-卤代酸中的卤素可以发生亲核取代反应,转变为-NH2、-OH等,由此得到各种α-取代酸。
此法会有仲胺、叔胺的副产物的生成,必须对工艺采用要求较高控制反应条件,在通过控制反应条件,主要为催化剂、控制反应温度、投加过量的氨和溶液合适的PH,使反应停留在一级反应阶段,制取得一级胺。
本项目的氨基乙酸的制取化学反应式如下:
主要副反应:
③NH3+HClNH4Cl(4)
2.2.2生产工艺流程
本项目生产工艺主要包括氯化、氨解、醇析结晶、过滤、离心精制、干燥等工序,另外在对尾气、母液的处理上分别设有吸收(酸回收)、蒸馏(乙醇回收)工序,工艺流程见图2-1。
本项目工艺过程简述如下:
(1)氯化工艺
工艺过程为首先将冰醋酸过量的加入反应釜,然后从反应釜顶部的投加孔将硫磺(催化剂)加入反应釜中,此时有少量废气从釜中溢出,在一定温度下,从管道通入液氯,在釜内进行氯化反应,用夹套冷却水控制反应温度,制得的氯乙酸混合液通过管道输往下道工序,氯化反应产生的尾气(主要为HCl)经反应釜顶部的冷凝器冷却后通过管道通往吸收塔。
本项目氯化反应釜共6只,共设两组(容量为5000L的3只反应釜为1组,容量为3000L的3只反应釜为1组),每组的三只氯化反应釜依次水平排列,每组的釜之间用管道连接,在氯化反应环节,当第一级氯化反应中的氯气反应不完全时,进入第二、三反应釜继续反应,第一个反应釜为主反应釜,第二、三反应釜为副反应釜,副反应釜起保障作用。
原主反应釜放料后作为第三反应釜,原第二反应釜作为主反应釜,原第三反应釜作为副反应釜,生产过程中主、副反应釜的设置依次类推。
反应釜设置的尾气管道起到卸压作用,反应过程釜内基本上处于常压状态。
(2)氨解、醇析结晶工艺
该工艺过程为首先向反应釜中加入乌洛托品(六亚甲基四胺催化剂)和水,使乌洛托品溶解,然后向反应釜内通入过量的氨,并滴加氯乙酸反应,反应温度为70-85℃,反应时间为3-4h,反应过程用夹套冷却水控制反应温度。
反应产生的HCl部分与过量的氨反应生成氯化氨,尾气(主要为HCl)经反应釜顶部的冷凝器冷却后通过管道通往吸收塔。
反应釜设置的尾气管道起到卸压作用,反应过程釜内基本上处于常压状态。
将反应完全的氨解反应液放入醇析结晶反应釜中,从顶部加入乙醇,并搅拌,通过夹套内的冷却水将溶液温度降至30-45℃,停止搅拌,静置若干小时,溶液中有白色结晶体析出,析出的白色结晶为氨基乙酸,含氨基乙酸结晶的混合液放入反应釜下方的过滤槽。
本项目有氨解反应釜4只、醇析结晶反应釜4只,容量为1000L的1只氨解反应釜与容量为5000L的1只醇析结晶反应釜上下布置为1组,共设4组,各组之间平行排列。
(3)过滤工艺
含氨基乙酸结晶的混合液排入反应釜下方的过滤槽,通过滤布过滤出氨基乙酸,过滤出的氨基乙酸结晶体收集进入离心机,过滤流出液通过管道进入蒸馏塔蒸馏。
过滤过程无组织挥发排放少量废气。
(4)离心精制工艺
过滤出的氨基乙酸结晶体进入离心机脱水,离心过程中同时加入清洁水冲洗表面,得到的氨基乙酸进入干燥工序。
收集后的离心液与过滤液混合形成混合母液用管道输送进入蒸馏塔。
(5)干燥工艺
离心得到的氨基乙酸在60-90℃下干燥,制成氨基乙酸成品。
干燥装备设计风量5600m3/h,配套设有袋式除尘设备,除尘效率≥99.9%,处理后的废气达标排放。
风机运行时产生较大的噪声。
(6)吸收工艺
从氯化、氨解工段传输过来的氯化氢气体在吸收工段拟采用二级降膜吸收,一级水洗的处理措施,整个系统利用水环泵,在负压下吸收,设计排气量3000m3/h。
吸收系统设计吸收效果见表2-7。
处理后的废气达标排放。
表2-7吸收系统设计吸收效率一览表
名称
一级降膜吸收效率
二级降膜吸收效率
水洗吸收效率
系统总吸收效率
氯化氢
80%
90%
98%
99.96%
(7)蒸馏工艺
分离出的母液进入蒸馏塔,蒸馏出乙醇,回用于生产。
蒸馏釜底残液流入残液池,自然冷却结晶后,用专用容器盛装出售。
2.2.3原辅材料消耗
该项目原辅材料消耗情况见表2-8。
表2-8项目主要原辅材料消耗情况一览表
序号
物料名称
物态
纯度
吨产品用量(吨)
年用量(吨)
备注
1
冰醋酸
溶液
≥97%
0.913100
4565.5
原料
2
液氯
液态
工业级
0.946700
4733.5
原料
3
硫磺
粉剂
≥98.5%
0.02500
125
催化剂
4
液氨
液态
工业级
0.336955
1684.775
原料
5
乌洛托品
粉剂
≥98%
0.03500
175
催化剂
6
乙醇
溶液
≥95%
0.1000
500
原料
2.2.4物料理化性质及毒理特征
本项目物料理化性质及毒理特征见表2-9。
表2-9物料理化性质及毒理特征一览表
(1)冰醋酸
英文名:
AceticAcid。
别名:
乙酸、醋酸。
分子式:
CH3COOH。
相对分子量:
60.05。
物化性质:
无色透明易燃液体,有刺激性酸臭,有较强的腐蚀性。
相对密度1.049(20℃)。
凝固点:
16.7℃。
沸点118.1℃。
闪点42.78℃(闭杯),属二级有机酸性腐蚀品。
自燃点465℃。
爆炸极限:
5.4%-16%。
能溶于水、醚及甘油,不溶于二硫化碳。
与醇能发生脂化反应。
毒性:
有毒,空气中最高容许浓度10ppm。
大鼠经口半致死量3300mg/kg。
危害特性:
闪点相当于中闪点易燃液体。
遇明火、高温、氧化剂有燃烧危险。
其蒸气浓度达到爆炸界限时遇火星会爆炸。
(2)液氯
英文名:
Chorine。
分子式:
Cl2。
相对分子量:
70.91。
物化性质:
黄绿色有刺激性气味的气体。
常温下加压到608-811千帕或大气压下冷至-35~-40℃可液化,液化后为黄绿色透明液体。
相对密度1.47(液体;0℃;369.8千帕)。
熔点-101℃。
沸点-34.5℃。
爆炸极限:
11%-94.5%(在H2中)。
易溶于水和碱溶液。
毒性:
有剧毒,空气中最高容许浓度为1mg/m3。
大鼠一次吸入半数致死量为1mg/m3。
危害特性:
本身虽不燃,但有助燃性。
在日光下与易燃气体混合时会发生燃烧爆炸。
气体外逸时可能会使人畜中毒,甚至死亡。
受热时瓶内压力增大,危险性增加。
(3)硫磺
英文名:
Sulfur。
分子式:
S。
相对原子量:
32.06。
物化性质:
有好几种同素异构体,一般为淡黄色脆性结晶体或粉状物。
有特殊臭味,不溶于水。
相对密度1.956(粉)。
熔点119℃。
闪点207.2℃。
自燃点232.2℃。
属二级易燃固体。
爆炸下限:
2.3g/m3。
危险特性:
在正常情况下,燃速缓慢,遇明火、高温,易发生火灾危险。
(4)氯乙酸
英文名:
MonochloroaceticAcid。
分子式:
CH2ClCOOH。
相对分子量:
94.49。
物化性质:
无色结晶,有潮解性。
相对密度1.58(20℃)。
沸点189℃。
闪点126.11℃。
自燃点423℃。
属二级有机酸性腐蚀品。
爆炸下限:
8%。
能溶于水、乙醇、醚、氯仿和二硫化碳。
毒性:
有毒,大鼠经口半致死量76mg/kg。
危害特性:
可燃。
受热分解产生有毒光气和氯化物气体。
对皮肤有腐蚀性。
(5)氨
英文名:
Ammonia。
别名:
液氨。
分子式:
NH3。
相对分子量:
17.03。
物化性质:
无色,有刺激性恶臭的气体。
在适当压力下可液化成液氨,同时放出大量的热;当压力减低时,则气化逸出,同时吸收周围大量的热。
有毒。
相对密度0.817(-79℃)。
熔点-77.7℃。
沸点-33.5℃。
自燃点651℃。
爆炸极限:
15.7%-27.4%。
最易引燃浓度:
17%。
最小引燃能量0.77毫焦(浓度为21.8%时)。
易溶于水、乙醚和乙醇,水溶液呈碱性。
毒性:
空气中最高容许浓度为30mg/m3。
危害特性:
猛烈撞击使钢瓶受到损害时,气体外逸会危及人畜健康与生命。
遇水则变为有腐蚀性的氨水。
受热后瓶内压力增大,有爆炸危险。
空气中氨蒸气浓度达15.7%-27.4%时,遇火星会引起燃烧爆炸。
有油类存在时,更增加燃烧危险。
(6)乌洛托品
英文名:
Urotropine。
学名六亚甲基四胺。
分子式:
C6H12N4。
物化性质:
白色结晶性粉末或无色有光泽的结晶体,可燃。
几乎无臭味,味甜而苦。
可溶于水、乙醇及氯仿,不溶于乙醚。
260℃以上升华,但不熔融而是部分分解,对皮肤有刺激性。
比重1.27。
闪点482℉。
毒性:
中等毒性,刺激皮肤,引起皮炎。
对大鼠致死量(LD)1200mg/kg。
当皮肤溅上本品时,应用大量水冲洗。
贮运:
可用塑料袋、尼龙编织袋、纸袋、乳胶袋等包装,外套麻袋。
应贮存于干燥、清洁、通风的仓库内,不得露天堆放。
避免受潮污染。
贮运时应与氧化剂隔离。
(7)乙醇
英文名:
Ethanol。
别名:
酒精、火酒。
分子式:
CH3CH2OH。
相对分子量:
17.03。
物化性质:
无色液体,易挥发,有酒香味。
相对密度0.7893(20℃)。
沸点78.32℃。
闪点12.78℃,属中闪点液体。
自燃点423℃。
爆炸极限:
3.3%-19%。
易燃。
最易引燃浓度7.1%。
能与水、醚、氯仿和甘油任意混合。
毒性:
大鼠经口半致死量13660mg/kg。
危害特性:
易燃,与次氯酸钙、过氧化氢、硝酸、硝酸银、过氯酸盐等反应剧烈,有发生燃烧爆炸的危险。
蒸气与空气混合能成为爆炸性混合物。
遇热、明火有燃烧爆炸危险。
(8)氨基乙酸
英文名:
Aminoaceticacid;Glycine。
别名:
甘氨酸。
分子式:
NH2CH2COOH。
相对分子量:
75。
物化性质:
白色单斜晶系或六方晶系晶体,或白色结晶粉末。
无臭,有特殊甜味。
相对密度1.1607。
熔点248℃(分解)。
易溶于水,在水中的溶解度:
25℃时为25g/100ml;50℃时为39.1g/100ml;75℃时为54.4g/100ml;100℃时为67.2g/100ml。
极难溶于乙醇,在100g无水乙醇中约溶解0.06g。
几乎不溶于丙酮和乙醚。
与盐酸反应生成盐酸盐。
CAS号:
56-40-6。
毒性:
本品无毒,无腐蚀性。
2.2.5资源能源消耗
(1)用水
本项目用新鲜水由厂内的自备水井提供,用水情况见表2-10。
表2-10项目用水情况一览表单位:
t/a
项目
生活
工艺过程
冷却系统
锅炉供热
烟气除尘
车间清洗
新鲜水用量
1080
15939
600
900
900
6.0
循环水量
-
-
576000
6000
6600
-
合计
1080
15939
576600
6900
7500
6.0
总计
新鲜水用量19425;循环用水量588600;用水总量608025
(2)用电
本项目用电包括生活、生产两方面,每天平均用电量约为500kwh,年均用电量约150000kwh。
(3)用煤
本项目设有4t/h节能型链条蒸汽锅炉1台,根据生产及用汽情况,锅炉每天按满负荷运行6h,每小时燃煤0.65t,则该锅炉耗煤量为3.9t/d。
拟采用山西晋中煤(低硫优质煤),其煤质设计见表2-11。
表2-11煤质成分设计
名称
全硫分%
灰分%
挥发分
低位发热值kJ/kg
山西晋中煤
0.5
10
25
20934
2.3工程污染源分析
本项目污染源主要包括工艺装置、锅炉房和职工生活等。
2.3.1工艺装置污染源分析
(1)污染因素分析
经分析,本项目工艺产污环节见图2-1。
工艺装置产污因素分析见表2-12。
表2-12本项目工艺装置产污因素一览表
污染物类别
污染源名称
产污原因分析
排污特征
废气
氯化反应釜
①尾气:
氯化过程中由化学反应产生废气,从末端的副反应釜顶部经管道进入吸收塔处理
②Q1:
在每次向反应釜内人工投加硫磺时,从投加孔逸出少量废气,散失在车间内,为无组织排放。
尾气总体上呈连续排放,不直接排入环境。
Q1废气间断排放。
氨解反应釜
尾气:
氨解过程中由化学反应产生废气,从反应釜顶部经管道进入吸收塔处理
尾气总体上呈连续排放
吸收塔
Q2:
来自氯化、氨解反应釜的尾气在吸收塔内经吸收处理后,废气中仍会有残余污染物,经排气筒高空排放。
连续排放
过滤过程
Q3:
在从醇析结晶反应釜放料进行过滤时,由于过滤槽为敞口,会有少量废气污染物从结晶混合料中逸入环境,为无组织排放。
总体上呈连续排放。
干燥装备
Q4:
氨基乙酸(粉状结晶体)在装备中干燥时,由于干燥工艺为有风干燥,会随风带走大量的粉尘,产生含粉尘废气。
装备配套袋式除尘器收尘。
连续排放。
废水
整个工艺过程中无废水产生。
噪声
干燥装备
Z1:
干燥过程中由风机运行产生
连续稳态排放。
固废
蒸馏塔
残液:
由于生产工艺过程产生母液中含有一定量的乙醇,对于本项目来说极具回收利用价值,在采用蒸馏方式对母液中的乙醇回收过程中,会有大量的母液残液产生,残液冷却结晶后出售给相关厂家综合利用。
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(2)排污源强分析
本项目工艺产污源强由物料衡算得到,结合工程拟采取的污染防治措施,最终确定排污源强。
①物料平衡
物料衡算依据:
根据工艺流程、主要化学反应方程式、吨产品原辅料消耗量及对同类型企业(许昌东方化工有限公司年产5000吨氨基乙酸生产线项目,与本项目在生产工艺方案、工艺流程、生产规模、设备类型等方面上相同,调查期间企业生产正常)的实地调查,本项目在氯化混合液中HCL约占0.159%(质量百分比),醋酸约占4.56%(质量百分比);在氨解过程中加入新鲜水与乌洛托品的比例约为:
水:
乌洛托品=3.6:
1,氨解液中NH4CL约占21.03%(质量百分比);吸收塔总吸收率约为99.96%,产生的稀盐酸浓度为20%,稀盐酸中HCL:
醋酸=34.05:
1(质量比);过滤液产生量约为1.645819t/(t产品),半成品(粗结晶品)产生量约1.17t/(t产品);离心分离投加新鲜水量约为0.1t/(t产品),离心液产生量约为0.197
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