循環經濟理念在生物工程工廠設計教學中的實現研究

李慧星

摘 要：文章以2016年度南陽理工學院本科專業核心課程改革專項研究項目這一課題為背景，闡述了循環經濟理念在生物工程工廠設計教學中的有效實現路徑，希望有所幫助。

關鍵詞：循環經濟理念 生物工程 工廠設計教學 實現

在《生物工程設備與工廠設計》的課程設計教學過程中，對生態工業園模型予以有效地構建，并針對園區內部的啤酒廠、生物制藥工廠以及工業園公用設施展開了科學化地設計。在此過程中，始終遵循布局的循環經濟與工廠技術經濟分析等諸多基本原則，有效地融合了生物工程工廠內部的物質和能量循環和工業園區循環，借助網絡載體實現了教學資源的共享。

一、構建合理的課程設計模型

設計課程前，根據生產實習所積累的經驗，加之教學隊伍成員具備企業清潔生產審核項目的相關經驗，充分考慮學院的背景以及專業特征，以教學與項目試驗的經驗為重要基礎，構建了生物工程設備與工廠設計教學模型：

A市位于山嶺重丘地區，擬在A式西北方向的20千米位置構建面積是一萬畝的SK工業園，規劃其主導產業是食品生物、新型建筑材料和輕紡服裝等等，而企業的數量規劃成200家，人口數量在預計為40萬[1]。SK工業園在M水庫壩下游的10千米位置，水庫屬于年調節水庫，且水質的標準是Ⅲ類，主要為城市提供水資源并進行農業灌溉。在工業園的西北方是N河，在M水庫的下游區域，而和誰的水質標準是Ⅳ類。A市全年的風向是東南風，而環境空氣功能區域是二類區，對于聲環境功能區而言則是3類。在實踐調查建設范圍以后發現其中并不具備特殊敏感的生態保護對象。

于SK工業園內部，C中外合資企業將投資并建設啤酒生物工廠，一期建設的產能可以達到。此外，園區內部還投資建設了生物制藥廠。根據以上條件，學生在課程設計過程中，需要嚴格遵循工業區的循環經濟布局需求，在滿足生物工廠技術經濟分析以及清潔生產要求的基礎上，初步完成啤酒廠一期工程與生物制藥廠的工廠設計。

二、循環經濟理念在生物工程工廠設計中的實現路徑

將SK生態工業園內部的啤酒廠一期工程與生物制藥工廠為設計對象，充分考慮相關行業規劃以及設計標準等，學生需要在設計的過程中，保證合理運用大型化裝置并全面優化全廠的節能效果，將企業循環經濟理念融入其中[2]。通過合理設計工廠生產工藝流程與生物工程設備，在實際生產的過程中，可以降低水資源、原料與能源使用量，確保有毒物質減少甚至是消除，達到廢物排放量減少的目標。

1.啤酒生物工廠一期工程的設計

第一，工廠總圖的布置與設計。根據設計任務書的要求，應當以道路、工廠總平面與管線作為重要對象進行設計，同時還包括路面質量、廠內與場外運輸以及運輸機械等諸多內容，將重點放在和工業園區管線對接方面。與此同時，要對廠內道路與綠化設計圖等進行繪制，保證圖紙尺寸清晰地標注，規范設計廠內的園林布置。

第二，物料的處理與輸送設備設計。在這一環節中，需針對麥芽原料倉、大米以及輸送設備進行設計，并計算出大米與麥芽濕法粉碎與輸送設備，并開展各個工段固體與液體物料的輸送設備選型計算，對原料倉的立面圖以及粉碎設備的平面布置圖進行有效地繪制。根據排放標準與生產能力，需完成排氣筒與風機選型的設計，對粉碎排氣筒的剖面圖等進行繪制。

第三，重點車間的設計。在這一環節當中，需計算出糖化與糊化等相關工藝，對糊化車間與糖化車間設備布置的平面圖形進行繪制，同樣也包括車間柱網示意圖以及立剖圖等等。在設計空氣過濾除菌系統的過程中，應對無菌壓縮空氣的消耗量以及抽真空量進行計算，同時合理選擇設備的型號，最終對系統的流程圖進行繪制。

第四，有機融合循環經濟和“三廢”。在設計生物工程工廠的時候，要保證空氣凈化系統當中的空壓機型號選擇以及冷卻水使用的合理[3]。為此，學生需要設計出二次蒸汽節能結構，并且詳細地講解廠內所使用的節能技術。在麥芽汁煮沸鍋二次蒸汽回收系統設計方面給予高度重視，將煮沸鍋二次蒸汽回收流程圖進行有效地繪制。通過熱水貯罐的設計，能夠針對糖化工段進行冷卻煮沸麥汁熱水循環利用，并對換熱器裝配圖予以有效地繪制。

2.生物制藥工廠與廢水處理工藝的設計

不同于啤酒厭氧發酵，抗生素選擇使用的是好氧發酵的方式，所以要合理地設計青霉素生物工廠與廢水處理工藝，對廠內總工藝流程圖以及物料的流程圖進行合理地繪制。將重點放在關鍵的生產設備中，積極開展物料衡算工作，科學選擇設備的型號，對培養基連續滅菌流程圖進行繪制。

對于設計任務而言，需針對廠內的循環經濟內容進行處理：

第一，物料平衡與節能設計[4]。一般情況下，生物工程工程實際用水量相對較大且能源消耗極高，所以在工藝計算方面，應高度重視水平衡和物料平衡。另外，應在保證產品質量標準與清潔生產標準的基礎上，對設備節能設計給予應有的重視。

第二，園區內部的工廠用水、用電以及廢水處理等主要是SK生態工業園區的配套工程負責供給，能夠集中治理規模效益和污染。然而，在實際設計的過程中，需始終遵循設計規范以及標準，確保對接關系的有效處理。

結語

綜上所述，在生態工業園區教學模型的構建，并在課程設計中合理融入循環經濟理論，與專業特色相互結合，使得工廠的初步設計對于節能環保要求實現向教學內容的轉化。南陽理工學院本科專業核心課程改革專項研究項目以生物工程設備與工廠設計為主，課程設計的效果理想，不僅強化了學生對專業知識的應用能力，同樣也形成了團隊協作的精神，具有一定的推廣價值。

參考文獻

[1] 楊佐毅，許燕濱，杜青平等.循環經濟理念在生物工程工廠設計教學中的實現[J].海南師范大學學報（自然科學版），2015（4）：465-468.

[2] 戴清源，朱秀靈，陳濤等.三維虛擬仿真技術在發酵工廠設計教學中的應用優勢[J].科教文匯，2011（9）：37-40.

[3] 吳建偉，尚小麗，羅振華等.利用工程蠅生物轉化器建設國酒茅臺循環型釀酒生態工業的技術工藝創新及相關理論研究[C].第九屆全國循環經濟與生態工業學術研討會暨中國生態經濟學會工業生態經濟與技術專業委員會2014年年會論文集.2014：105-105.

[4] 宋成軍，趙學蘭，田宜水等.中國農業循環經濟標準體系構建與對策[J].農業工程學報，2016，32（22）：222-226.endprint