循环经济理念在生物工程工厂设计教学中的实现研究

李慧星

摘 要：文章以2016年度南阳理工学院本科专业核心课程改革专项研究项目这一课题为背景，阐述了循环经济理念在生物工程工厂设计教学中的有效实现路径，希望有所帮助。

关键词：循环经济理念 生物工程 工厂设计教学 实现

在《生物工程设备与工厂设计》的课程设计教学过程中，对生态工业园模型予以有效地构建，并针对园区内部的啤酒厂、生物制药工厂以及工业园公用设施展开了科学化地设计。在此过程中，始终遵循布局的循环经济与工厂技术经济分析等诸多基本原则，有效地融合了生物工程工厂内部的物质和能量循环和工业园区循环，借助网络载体实现了教学资源的共享。

一、构建合理的课程设计模型

设计课程前，根据生产实习所积累的经验，加之教学队伍成员具备企业清洁生产审核项目的相关经验，充分考虑学院的背景以及专业特征，以教学与项目试验的经验为重要基础，构建了生物工程设备与工厂设计教学模型：

A市位于山岭重丘地区，拟在A式西北方向的20千米位置构建面积是一万亩的SK工业园，规划其主导产业是食品生物、新型建筑材料和轻纺服装等等，而企业的数量规划成200家，人口数量在预计为40万[1]。SK工业园在M水库坝下游的10千米位置，水库属于年调节水库，且水质的标准是Ⅲ类，主要为城市提供水资源并进行农业灌溉。在工业园的西北方是N河，在M水库的下游区域，而和谁的水质标准是Ⅳ类。A市全年的风向是东南风，而环境空气功能区域是二类区，对于声环境功能区而言则是3类。在实践调查建设范围以后发现其中并不具备特殊敏感的生态保护对象。

于SK工业园内部，C中外合资企业将投资并建设啤酒生物工厂，一期建设的产能可以达到。此外，园区内部还投资建设了生物制药厂。根据以上条件，学生在课程设计过程中，需要严格遵循工业区的循环经济布局需求，在满足生物工厂技术经济分析以及清洁生产要求的基础上，初步完成啤酒厂一期工程与生物制药厂的工厂设计。

二、循环经济理念在生物工程工厂设计中的实现路径

将SK生态工业园内部的啤酒厂一期工程与生物制药工厂为设计对象，充分考虑相关行业规划以及设计标准等，学生需要在设计的过程中，保证合理运用大型化装置并全面优化全厂的节能效果，将企业循环经济理念融入其中[2]。通过合理设计工厂生产工艺流程与生物工程设备，在实际生产的过程中，可以降低水资源、原料与能源使用量，确保有毒物质减少甚至是消除，达到废物排放量减少的目标。

1.啤酒生物工厂一期工程的设计

第一，工厂总图的布置与设计。根据设计任务书的要求，应当以道路、工厂总平面与管线作为重要对象进行设计，同时还包括路面质量、厂内与场外运输以及运输机械等诸多内容，将重点放在和工业园区管线对接方面。与此同时，要对厂内道路与绿化设计图等进行绘制，保证图纸尺寸清晰地标注，规范设计厂内的园林布置。

第二，物料的处理与输送设备设计。在这一环节中，需針对麦芽原料仓、大米以及输送设备进行设计，并计算出大米与麦芽湿法粉碎与输送设备，并开展各个工段固体与液体物料的输送设备选型计算，对原料仓的立面图以及粉碎设备的平面布置图进行有效地绘制。根据排放标准与生产能力，需完成排气筒与风机选型的设计，对粉碎排气筒的剖面图等进行绘制。

第三，重点车间的设计。在这一环节当中，需计算出糖化与糊化等相关工艺，对糊化车间与糖化车间设备布置的平面图形进行绘制，同样也包括车间柱网示意图以及立剖图等等。在设计空气过滤除菌系统的过程中，应对无菌压缩空气的消耗量以及抽真空量进行计算，同时合理选择设备的型号，最终对系统的流程图进行绘制。

第四，有机融合循环经济和“三废”。在设计生物工程工厂的时候，要保证空气净化系统当中的空压机型号选择以及冷却水使用的合理[3]。为此，学生需要设计出二次蒸汽节能结构，并且详细地讲解厂内所使用的节能技术。在麦芽汁煮沸锅二次蒸汽回收系统设计方面给予高度重视，将煮沸锅二次蒸汽回收流程图进行有效地绘制。通过热水贮罐的设计，能够针对糖化工段进行冷却煮沸麦汁热水循环利用，并对换热器装配图予以有效地绘制。

2.生物制药工厂与废水处理工艺的设计

不同于啤酒厌氧发酵，抗生素选择使用的是好氧发酵的方式，所以要合理地设计青霉素生物工厂与废水处理工艺，对厂内总工艺流程图以及物料的流程图进行合理地绘制。将重点放在关键的生产设备中，积极开展物料衡算工作，科学选择设备的型号，对培养基连续灭菌流程图进行绘制。

对于设计任务而言，需针对厂内的循环经济内容进行处理：

第一，物料平衡与节能设计[4]。一般情况下，生物工程工程实际用水量相对较大且能源消耗极高，所以在工艺计算方面，应高度重视水平衡和物料平衡。另外，应在保证产品质量标准与清洁生产标准的基础上，对设备节能设计给予应有的重视。

第二，园区内部的工厂用水、用电以及废水处理等主要是SK生态工业园区的配套工程负责供给，能够集中治理规模效益和污染。然而，在实际设计的过程中，需始终遵循设计规范以及标准，确保对接关系的有效处理。

结语

综上所述，在生态工业园区教学模型的构建，并在课程设计中合理融入循环经济理论，与专业特色相互结合，使得工厂的初步设计对于节能环保要求实现向教学内容的转化。南阳理工学院本科专业核心课程改革专项研究项目以生物工程设备与工厂设计为主，课程设计的效果理想，不仅强化了学生对专业知识的应用能力，同样也形成了团队协作的精神，具有一定的推广价值。

参考文献

[1] 杨佐毅，许燕滨，杜青平等.循环经济理念在生物工程工厂设计教学中的实现[J].海南师范大学学报（自然科学版），2015（4）：465-468.

[2] 戴清源，朱秀灵，陈涛等.三维虚拟仿真技术在发酵工厂设计教学中的应用优势[J].科教文汇，2011（9）：37-40.

[3] 吴建伟，尚小丽，罗振华等.利用工程蝇生物转化器建设国酒茅台循环型酿酒生态工业的技术工艺创新及相关理论研究[C].第九届全国循环经济与生态工业学术研讨会暨中国生态经济学会工业生态经济与技术专业委员会2014年年会论文集.2014：105-105.

[4] 宋成军，赵学兰，田宜水等.中国农业循环经济标准体系构建与对策[J].农业工程学报，2016，32（22）：222-226.endprint