输入/输出经济潜力（EP_I/O）通过为工艺输出分配年度货币价值，并减去其输入和环境负担的年度成本来进行评估：
[ EP_{I/O} = \text{产品价值} + \text{副产品价值}
- \text{原材料成本}
- \text{辅助材料成本}
- \text{生态成本} ]
显著为正的结果表明，该工艺路线具有足够的总经济利润空间，值得进一步研究，包括公用工程、设备投资和试验装置测试。其重要性在于，它能够在资源投入到详细流程图开发或单元操作设计之前，对工艺备选方案进行筛选。
EP_I/O 是第一阶段的经济筛选指标，而不是完整的盈利能力计算。正值意味着输入和输出物流具有较具吸引力的总经济性；但在后续设计阶段，该工艺仍必须能够支撑公用工程、设备、人工、废物处理和资本成本。
EP_I/O 的衡量内容
输入/输出边界
EP_I/O 在定义的边界内评估工艺，通常围绕所考虑的反应或工艺路线。它比较进入和离开该边界的商业价值，但尚未对完整工厂中的每一项设备进行建模。
计算通常以年度为基础进行，因此所有流量、价格和成本都必须采用一致的年度产量基准。
输出的经济价值
输出项包括可销售的主要产品，以及任何能够实际销售或再利用的副产品：
[ \text{输出价值} = \text{产品价值} + \text{副产品价值} ]
副产品价值不应被视为自动产生的收入。这取决于该物料是否具有足够的纯度、可靠的市场和可行的回收路线。
输入成本
输入项包括工艺消耗的主要原材料和辅助材料。根据所选系统边界，辅助材料可能包括催化剂、溶剂、萃取剂、工艺化学品或其他耗材。
[ \text{输入成本} = \text{原材料成本} + \text{辅助材料成本} ]
在路线选择过程中，这一区分非常有用，因为即使两个反应方案的收率相近，如果其中一个需要昂贵的溶剂、催化剂或分离剂，其经济性也可能大不相同。
生态成本
生态成本表示与废物和环境影响相关的经济负担。根据项目的核算方法，这可能包括废物处置、废水处理、排放处理或碳相关成本。
纳入这些成本可以避免某一看似有吸引力的工艺仅仅因为将成本从生产环节转移到了废物处理或环境管理环节而受到偏好。
如何进行评估
确定生产基准
首先，确定计划的年产量、运行时间和工艺边界。物料衡算、产品收入、原材料消耗、废物产生量和成本估算必须采用相同的基准。
将小时产量与年度成本相结合，或将实验室用量与商业价格相结合，都可能导致具有误导性的 EP_I/O。
建立物料衡算
估算以下各项的数量：
- 主要产品
- 可回收副产品
- 消耗的原材料
- 消耗的辅助材料
- 废物流和排放
在初步合成阶段，这些数值可能来自反应化学计量、估算的转化率和选择性、实验室数据或类似工艺。
分配经济价值
将每股物料流乘以适当的单位价格或处置成本，所得结果为年度总利润空间：
[ EP_{I/O} = \sum \text{有价值的输出物流}
\sum \text{物料和生态成本物流} ]
报告结果时应同时说明相关假设，包括价格、回收率、产品纯度、运行率和环境收费。
比较不同工艺路线
在比较不同反应化学体系或原材料来源时，EP_I/O 尤其有用。如果某一路线使用更便宜的原料、产生有价值的副产品或产生更少的废物，那么即使其理论收率略低，也可能更具优势。
目标并不是单独找出分离收率最高的路线，而是在考虑主要物料和环境影响后，找出具有可信经济利润空间的路线。
EP_I/O 对试验装置设计的重要性
避免进行技术上有吸引力但不经济的测试
试验装置需要设备、操作人员、公用工程、仪表、材料和时间。EP_I/O 提供了早期筛选机制，避免将这些资源用于测试具有较差固有物料经济性的工艺。
EP_I/O 为负或较低，通常表明在推进详细试验装置设计之前，需要重新考虑化学反应、原料、产品价格或废物负担。
确定试验装置必须测量的内容
经济计算能够识别对价值影响最大的技术变量。这些变量通常包括：
- 转化率
- 产品选择性
- 副产品生成
- 原材料消耗
- 溶剂或辅助材料损失
- 公用工程和废物相关影响
- 回收率和产品纯度
试验装置的设计应能够可靠地测量这些变量，而不应只关注证明反应或分离能够运行。
支持操作窗口的选择
转化率和选择性之间通常存在经济权衡。单程转化率过高可能增加副反应并降低选择性，而转化率过低则可能需要较大的循环流量，并增加排放或分离需求。
在不同操作条件下开展中试规模实验，可以确定转化率、选择性、回收率和物料消耗的变化情况。随后可以利用这些数据确定经济潜力最佳的操作窗口，而不仅仅是转化率最高的条件。
揭示副产品回收的价值
如果副产品能够被回收和销售，就可能提高 EP_I/O。然而，回收可能需要额外的蒸馏、萃取、过滤、纯化或干燥操作。
试验装置能够帮助工程师估算实际回收效率、纯度、公用工程需求和废物产生量。只有在计入这些额外要求后其净价值仍为正时，才应将副产品计入收益。
指导分离和废物处理设计
经济潜力不仅受反应器影响，也受下游单元操作影响。在稀释或受污染的物流中生成有价值产品的工艺，可能需要昂贵的分离过程，才能使产品具备商业用途。
试验规模的分离数据有助于确定所假设的产品和副产品价值是否现实，以及生态成本是否得到了正确估算。
将 EP_I/O 与后续经济分析相联系
EP_I/O 不是最终投资决策
EP_I/O 是一种总量筛选指标。它通常不包括反应器、塔、换热器、压缩机、厂房、安装、人工、维护、融资或完整公用工程系统的全部成本。
因此，对于许多工艺概念而言，正的 EP_I/O 是必要条件，但并不能证明其具有商业盈利能力。
增加公用工程和运行成本
一条有前景的路线通过输入/输出筛选后，应将分析扩展到能源和公用工程消耗。这可能包括蒸汽、冷却水、电力、压缩空气、制冷和其他运行成本。
在这一阶段，试验装置测量数据非常有价值，因为根据实验室数据估算的公用工程消耗可能存在较大不确定性。
增加设备和资本成本
下一层级的评估应考虑设备采购、安装和年度化资本成本。流程模拟和经济分析工具可以估算设备尺寸、采购成本、安装成本和界区内投资。
实际试验装置能够提供改进这些估算所需的运行数据，包括处理量、热负荷、压降、分离效率和设备性能。
采用经济目标函数
设计优化不应只关注收率或转化率。经济目标函数可以寻求最大化净收益，或最小化结合资本支出和运行费用的年度化成本。
这样可以避免选择技术上更优、但需要过高能源消耗、循环能力、分离设备或废物处理能力的工况。
理解各种权衡
正的 EP_I/O 仍可能导致糟糕的项目
某一工艺可能具有有吸引力的产品和原材料经济性，但需要昂贵的设备或公用工程。如果下游资本成本和运行成本过高，整个项目仍可能变得不经济。
因此，EP_I/O 应被视为继续研究的关卡，而不是完整可行性研究的替代品。
副产品收入可能被高估
理论上的副产品产量并不保证能够产生可销售收入。低纯度、质量不稳定、市场需求有限或昂贵的回收过程，都可能使其实际价值降至零，甚至使其成为需要处置的负担。
在试验测试确认可回收性和产品质量之前，应采用保守假设。
最大转化率并不总是最佳选择
提高转化率可以增加生产率，但也可能降低选择性，或增加能源和循环需求。相反，低转化率可能增加反应器体积和循环负荷。
经济上更优的工况，是能够平衡物料效率、分离负担、公用工程消耗和设备需求的条件。
生态成本需要明确假设
废物和排放成本会因法规、地点、处理技术和核算方法而变化。如果省略这些假设，计算出的 EP_I/O 可能会偏向一条难以获得许可或许可成本高昂的路线。
随着工艺定义变得更加详细，应明确说明环境成本并及时更新。
如何将其应用于您的项目
EP_I/O 应作为分阶段决策工具使用，随着工艺从合成阶段推进到试验装置设计阶段，逐步增加经济分析的详细程度。
- 如果您的重点是筛选反应路线：在相同基准下计算年度产品、副产品、原材料、辅助材料和生态价值，然后淘汰 EP_I/O 为负或较低的备选方案。
- 如果您的重点是选择试验装置实验：优先测量转化率、选择性、回收率、纯度、物料损失、废物产生量和公用工程消耗，因为这些参数能够直接完善经济模型。
- 如果您的重点是设计下游单元操作：测试副产品回收和产品纯化在计入额外设备、能源和废物处理要求后是否能够创造净价值。
- 如果您的重点是批准资本投资：仅将 EP_I/O 作为初步筛选指标，然后在作出投资决策前，加入公用工程、年度运行成本、设备资本成本和其他财务指标。
设计良好的试验装置能够将 EP_I/O 从初步估算转化为经过逐步验证的经济工艺设计依据。
汇总表：
| EP_I/O 要素 | 包含内容 | 对试验装置设计的重要性 |
|---|---|---|
| 产品价值 | 主要产品收入 | 确认工艺输出的商业价值 |
| 副产品价值 | 可销售或可再利用的副产品 | 发现回收、再利用和增加收入的机会 |
| 输入成本 | 原材料和辅助材料 | 揭示原料、溶剂、催化剂和耗材的影响 |
| 生态成本 | 废物处置、废水处理、排放和碳成本 | 避免忽视环境负担 |
| 试验测量 | 转化率、选择性、回收率、纯度、公用工程和废物 | 用经过验证的运行数据替代初步假设 |
| 后续经济分析 | 公用工程、人工、设备、资本和运行成本 | 确定工艺能否实现商业可行性 |
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