可降解生物塑料(PHA)年产10000吨生产项目可行性报告

可降解生物塑料（PHA）年产10000吨生产项目可行性报告活性污泥法姓名： 班级：学号：指导老师： 目 录1. 项目提出的必要性和依据41.1 基础情况41.2 必要性和重要性51.3 主要依据52. 市场情况预测63. 资源73.1 原料资源73.2 劳力资源84. 项目建设条件84.1 地理位置84.2 自然条件84.3 社会经济条件84.4 交通、通讯、能源95. 厂址、地区选择106. 项目的进度、产品品种和生产计划安排116.1 项目进度116.2 产品规模、品种116.3 生产计划安排117. 项目实施步骤与方法128. 项目设计方案128.1 工艺流程及流程图128.2 组织机构及劳动定员128.3 劳动、消防、安全、环保处理139. 项目物料衡算1410. 项目投资估算1510.1 基本与专用设备费用1510.2 其它费用（含设计、安装、大调试费、咨询及技术培训费）1710.3 不可预计费1711. 投资资金筹措方案1712. 经济、社会效益评估1712.1 经济效益分析1712.1.1 产品销售成本估算1712.1.2 根据上述产品成本核算分析，求出年产值、年利润、年税金1812.1.3 盈亏平衡分析1812.1.4 该项目的有关投资考核指标1812.2 社会效益分析1913. 结论19参考文献19生产流程图见图1项目提出的必要性和依据1.1 基础情况聚羟基烷基酸酯(PHA)是近年来迅速发展起来的高分子生物材料，已成为生物材料领域最为活跃的研究热点。PHA是由很多微生物合成的一种细胞内聚酯，其结构的多元化赋予了性能的多样化。由于PHA 兼具良好的生物相容性、生物可降解性和塑料的热加工性能，因此可用作可降解包装材料和生物医用材料。悬挂在联合国大厅的世界地图上，仅仅标出了中国四个城市的名字，其中一个就是重庆。巍峨的高山，低回的河谷，承载着重庆三千年的文明史。在浩荡的历史长河中，重庆以其巨大的凝聚力和辐射力，成为古代区域性的军事政治中心和重要的商业物资集散地，历千载而不衰，从容吐纳万物，化育生机。直辖以来重庆市从大城市、大农村、大库区的特殊市情出发，集中力量建设一小时经济圈，优化“一圈两翼”总体布局，努力实现“五个重庆”“宜居重庆”、“畅通重庆”、“森林重庆”、“平安重庆”和“健康重庆”，是全市贯彻落实科学发展观和构建和谐社会，加快建成西部地区的重要增长极、长江上游地区的经济中心、城乡统筹发展的直辖市，在西部地区率先实现全面建设小康社会目标的必然选择。由于举国上下的环保意识加强，重庆市全市上下认真贯彻落实党的十七大、胡锦涛总书记“314”总体部署和市委三届三次、四次全委会精神，强力推进实施环保“四大行动”“蓝天行动、碧水行动、绿地行动、宁静行动”。国家印发实施了三峡库区及其上游水污染防治规划（修订本），重庆市的次级河流污染综合整治、工业污染防治、污水垃圾处理等项目得到了重点支持。市政府审议通过了重庆市规划（修订本）实施方案和碧水行动修订方案，新建成9座城镇污水处理厂和8座垃圾处理场。全市生活污水和垃圾处理率分别达到72%和78%，在全国处于领先水平。 污水处理厂大多采用生物法处理污水，活性污泥法又是最常用的生物法。污水处理厂必须定期排掉一定量的污泥，使生物反应器中活性污泥浓度保持在一定水平，排出的这部分污泥即为剩余活性污泥。目前，主要处置剩余污泥的方式包括：填埋、焚烧、水体消纳等。均不能满足环保要求。1.2 必要性和重要性重庆位于长江上游，又是西南地区的工业城市，如果废水处理不足或不达标，将增大长江中下游各大城市的负担，将导致其生产、生活受到严重的影响。国家国民经济及社会发展十一五规划明确指出：到 2010 年城市污水处理率不低于70%。这表明城市污泥的产生量将增加一倍多，如进行深度处理，污泥量还会增加 0.51倍，这还不包括随着达标排放和总量控制的新要求下各工业企业的污水处理增加的污泥。据建设部的计划，我国将新建城市污水处理厂千余座，污水处理能力将增加46倍，污泥的产生量也必然会成倍地增长。大量未经处理的污泥任意堆放和排放，不但会对环境造成新的污染，而且还会浪费污泥中的有用资源。虽然食品、纺织、造纸、皮革、制糖、酿酒等工业废水是环境的污染物，但污水中含有大量碳水化合物、脂类、蛋白质、维生素等有机物。目前，为了满足污水排放标准的要求，这些含有大量有机物的废水被各家企业通过生物法处理被分解掉了。其实，含有有机物的废水可作为合成PHA的良好底物。如果将高含量有机物废水的处理、剩余活性污泥的处理与聚羟基脂肪酸脂(PHA)的制备相结合，那将产生一举多得的效果。用污水处理厂的活性污泥，以工业废水作为液体培养基发酵生产可降解生物塑料（PHA）。一方面，对环境友好地处理了污水处理厂的活性污泥；另一方面，除去了废水中的有机物，达到净化的目的；最后，生产出环保材料可降解生物塑料（PHA）。活性污泥发酵生产可降解生物塑料可大大降低生产成本。1.3 主要依据法国的Lemoigne首次在1926年从巨大芽孢杆菌（Bacillus megatherium）细胞中提取得到可降解生物塑料。并得知其具有天然塑性，从此掀起了研究PHB的热潮。微生物合成出PHA有均聚物和共混物，其性能可在塑料和橡胶间变化。PHA可视为脂肪族羟基酸的聚合物4，P(3HB)含有重复的(R)-3-羟基丁酸单元，是自然界中可由多种微生物合成的生物聚酯。(结构如图1)图1 PHA的结构简式（当R为甲基时，为PHB的结构简式；当R为乙基时，为PHV的结构简式）能积累PHB的微生物分布很广，包括光能和化学能自养及异养菌多个属中的许多种。目前，用于PHB研究和生产用的菌种主要有真养产碱杆菌(A.eutrophus)、肥大产碱杆菌(A.1atus)、自养黄杆菌(Xanthobacter autotrophi-cus)、巨大芽孢杆(B.megaterium)、棕色固氮菌(Azotobacter vine1andii)、拜氏固氮菌(Abeijerinckii)、极端嗜盐菌(Halof erax mediterranei)、球形红杆菌(Rhodobacter sphaeroides)以及豚鼠气单胞菌(Aeromanas caviae)、扭脱原单胞菌(Protomonas ectorguens)、红色红球菌(Rhodococcus tuber)等等 ，其中真养产碱杆菌(Aeutrophus)是研究最多的PHB生产菌种14。污水处理EBPR系统中废水从厌氧区进入，微生物在好氧区和厌氧区之间循环。在厌氧条件下，聚磷微生物(PAOs)水解体内贮存的多聚磷酸盐以获取能量，从而吸收短链脂肪酸等有机底物贮存于细胞体内作为内部碳源PHA。在好氧条件下，聚磷微生物分解贮存的有机碳源PHA，通过氧化磷酸化获得能量，进行微生物自身的增长并过量地摄取磷。可见，PHA就是微生物在厌氧条件下吸收有机底物后存于细胞内的碳源物质。在活性污泥的驯化过程当中微生物的选择基于生态原理，为PHA的工业化生产创造了前提；混合菌种对工艺的适应性强，工艺控制简单，不需灭菌消毒，从而降低了工艺运行成本；混合菌种可以适应多种不同底物，扩大了底物的选择范围，为混合底物应用于生产打下良好基础；PHA的生产原料为工业废水以及市政污水，来源广泛、价格低廉，避免了大量购买有机碳源底物的支出，从而降低了PHA的生产价格。2市场情况预测生物法合成新型高分子材料生物聚酯已经成为一个新材料生产、开发和应用的方向，该领域的研究充分体现了多领域、跨行业的现代科技产业特点，但是，生物塑料与石化塑料相比其生产成本较高，和受到性能与可加工性的限制，还需进一步加快发展。据统计，19992005 年间全球生物聚合物生产能力大大增长，己达到2005 年约29 万吨/ 年。在欧洲，消费量己从2001年2万吨增加到2005年8万吨，到2015年，消费量将增加到约100万吨。另外，欧盟使用生物聚合物的长期替代潜力估计将提高到1500 万吨，生产能力可望达到现有塑料生产量约1/ 3。据巴斯夫公司预测，在2010年前，生物降解塑料需求的年增长率大于20%。PHA的开发始于十九世纪七十年代，当时，ICI公司采用天然土壤中微生物通过发酵过程生产PHA。同时， MTI开始采用工程化微生物生产PHA。MIT的工作导致1992年诞生了Metabolix公司。而ICI的技术诀窍转让给了Zeneca公司，此后此项业务出让给了孟山都公司。Metabolix公司于2001年从孟山都收购技术诀窍并与自有成果进行了融合。 国外生产PHA的主要公司有Metabolix公司和ADM(Archer Daniels Midland)，并于2004年两公司签约，将使PHA塑料推向大规模工业化，将建设5万吨发酵装置以生产这种聚合物，并组建50/50合资企业生产和销售这种聚合物。 ADM称，世界对石油的需求在持续增长，这套装置是推进再可生塑料生产，替代传统的从石油生产塑料的重要步骤。国内生产PHA主要为宁波天安生物材料有限公司（1000吨/年），宁波天安生物材料有限公司位于大港工业城，成立于2000年4月，是一家为实现完全生物分解材料PHBV产业化而专门组建的科技型企业，目前已建成一条国际上规模最大的PHBV材料中试生产线，公司拥有关键技术的专利，PHBV产业化研究项目于2002年被列入国家863计划。可降解生物塑料被誉为“绿色材料”、“环保材料”、“环境友好材料”，对保护环境、保护地球有不容忽视的作用。如今还未大面积推广的一个重要原因，就是生产成本过高，相当于一般塑料的九倍，作为普通消费者目前还难以接受。只要降低PHA的发酵生产成本，减少分离纯化成本，普通百姓用上PHA就指日可待了。PHA在人类的环境保护、医药保健等方面发挥着重要作用。由于PHA 还具有非线性光学活性、压电性、气体阻隔性等许多高附加值性能，使其除了在医用生物材料领域之外，还可在包装材料、粘合材料、喷涂材料和衣料、器具类材料、电子产品、耐用消费品、化学介质和溶剂等领域得到广泛应用。生物可降解塑料以可再生的原材料为原料，可望在许多领域中应用，逐步替代传统聚合物，成为新一代高分子材料。3资源3.1 原料资源可降解生物塑料的发酵生产最主要的原料就是活性污泥和有机废水，活性污泥取自污水处理厂如重庆市鸡冠石污水处理厂，对于污水处理厂来说活性污泥是需要处理的废物，可免费或低价向其收购；有机废水取自重庆的几个废水产量较大的厂家，长安汽车（集团）有限责任公司、重庆化医控股集团公司、太极集团有限公司、重庆市长寿化工、重庆啤酒（集团）有限责任公司。除了活性污泥与有机废水这两大主要原料以外，还需要乙酸钠用于发酵，以及氯仿、次氯酸钠、甲醇和丙酮用于PHA的提取。3.2 劳力资源 重庆市是长江上游的经济中心，重庆市紧紧抓住中央直辖、三峡工程建设和西部大开发三大历史性机遇，大力调整经济结构，积极扩大开放，深化体制改革，加快基础设施建设，经济社会全面发展，综合力进一步增强。重庆是一个大城市与大农村的结合体，农村地域广阔，人口众多。现有耕地138.46万公顷，劳动力1470万人。所谓川渝一家亲，早在“巴人兴国”初始，四川与重庆就相承一脉，不分彼此。重庆作为老工业基地，拥有雄厚的制造业基础，特别是钢铁、化工；作为西部交通枢纽，重庆连通全国的高速公路和强大的港口吞吐能力，在国内也是罕见。而四川不但高科技发达，且百业兴旺，市场繁荣，川渝彼此大有互补的空间。重庆市总人口3235万人，四川省总人口8127万人，两地往来十分频繁，劳动力潜力巨大。正是由于西部地区偏远落后，加之西部的产业又远不如东部，以至于外出务工人员居高不下，西部的劳动力流向了东部，倘若在西部需要劳动力，作为西部的一分子一定希望用自己的双手建设美好的家园。4. 项目建设条件4.1 地理位置重庆地处较为发达的东部地区和资源丰富的西部地区的结合部，东邻湖北、湖南，南靠贵州，西接四川，北连陕西，是长江上游最大的经济中心、西南工商业重镇和水陆交通枢纽。重庆山河纵横，地势由南北向长江河谷逐级降低，西北部和中部以丘陵、低山为主，东南部靠大巴山和武陵山两座大山脉。主要河流有长江、嘉陵江、乌江、涪江、綦江、大宁河等。4.2 自然条件重庆属中亚热带湿润季风气候区，具有夏热冬暖，光热同季，无霜期长，雨量充沛，湿润多阴，多雾等特点，素有雾都之称。年平均气温19，年总降雨量1439.2毫米。4.3 社会经济条件重庆市贯彻落实胡锦涛总书记“314”总体部署的重大战略举措。构建“一圈两翼”（一小时经济圈，渝东北翼和渝南北翼）发展新格局，是市委、市政府立足新的发展起点，推动重庆在新阶段实现科学发展的重大战略决策。集中力量建设一小时经济圈，优化“一圈两翼”总体布局，加快建设渝东北地区和渝东南地区。图2 重庆市“一圈两翼”区位图4.4 交通、通讯、能源重庆地处我国中部和西部地区的结合部，铁路、水路、公路、航空、管道运输等运输方式发展很快。重庆是中国西部地区唯一汇集水、陆、空交通资源的特大型城市。重庆拥有成渝铁路、川黔铁路、襄渝铁路、渝怀铁路、遂渝铁路（中国西部地区第一条高速铁路）五条电气化铁路干线和达万铁路。根据铁道部最新的规划，重庆将成为继北京，上海，广州，武汉之后的全国第五大铁路枢纽。 经过重庆的国道有5条，拥有高速公路一千多公里，已建成一环七射的高速公路。国家最新高速公路规划7918网中有五条经过重庆，分别是上海至重庆、上海至成都、包头至茂名、重庆至昆明、兰州至海口。在重庆，与公路建设发展同步的桥梁建设也发展迅速，号称“中国桥都”，目前重庆在长江上已建成特大桥十六座，规划建设的还有五座，嘉陵江上已建特大桥十二座，在建特大桥四座。重庆拥有得天独厚的黄金水道长江。三峡工程竣工后，万吨级轮船可以直达重庆港。重庆寸滩国际集装箱港是目前国内内陆航运最大港口。重庆的水运，顺长江东行，万吨级的轮船可顺江至武汉，南京，上海等地，以及沿海城市。逆长江西行，1000吨左右的轮船可到四川省的宜宾。重庆市有三座民用机场，分别是重庆江北国际机场、重庆万州五桥机场、重庆黔江舟白机场。重庆江北国际机场2006年进出港客流量八百多万人次，是中国十大民用机场之一。重庆江北国际机场客流增长量全国第一，2007年突破1000万人次。重庆市主城区内公共交通形势丰富多样，包含公交汽车、轻轨、地铁、过江索道、缆车、扶梯、升降电梯以及过江轮渡等，其中主要公共交通工具是轨道交通和公交汽车。重庆市邮电及通讯事业发展迅速。重庆是中国西部电网的负荷中心之一，煤炭、天然气产量大，能源供应的保障程度高。电力开发建设迅猛，尤其是三峡水电站。重庆是全国大中城市中矿产资源最富集的地区之一，优势矿产有煤、天然气、锰、汞、铝、锶等。 西南铝业集团煤探明储量33亿吨，是我国南方煤炭生产的重要基地。天然气探明储量3200亿立方米，其中垫江卧龙河气田开采量居全国第一。5厂址、地区选择 初步拟定厂址选择在重庆市长寿区。长寿处于重庆市“一小时经济圈”，与“渝东北翼”相接，位于长江之滨。选址在重庆市长寿区有如下原因：（1）长寿地处重庆腹心地带，襟长江而临重庆主城，居渝东而挟三峡库区；（2）重庆市长寿区经济基础好，国家投资力度大，如今的长寿英姿勃发，魅力十足，新建成的重庆（长寿）化工园区和重庆市晏家工业园区，已经成为全国最大的天然气化工基地；（3）长寿化工园区和工业园区位于长寿区，有大量的污水需处理；（4）在长江沿岸，可将上游重庆市鸡冠石污水处理厂的活性污泥水运至此，顺流而下，也可水运高浓度有机废水，减少运输费用；（5）高速公路、铁路运输方便，原料及产品可快速运输；（6）发酵生产PHA后，污水达到国家相关标准，可排放到长江，对长江下游减少污染。6项目的进度、产品品种和生产计划安排6.1 项目进度表1 PHA生产项目进度日期项目进度2009年67月计划建设PHA厂房，绘制厂房平面布置图2009年8月2010年2月PHA厂房基础建设2010年3月办理生产许可证等相关手续，进行环评2010年4月PHA厂房装修，供水、电、气系统完善2010年5月PHA生产设备选型、购置、安装及测试2010年6月小规模发酵生产PHA产品2010年78月市场供需调查，产品质量反馈意见收集2010年910月改进生产工艺，调整工艺参数，大规模生产2010年10月以后正是运行6.2 产品规模、品种PHA生产项目可形成年产1万吨的生产能力。 经过活性污泥发酵产生的可降解塑料的分子量可达到30万以上的聚合物，不需要再进行化学聚合。在PHA中加入适当的助剂，可进行挤出造粒，注塑加工等后续工艺，此工艺简单，条件温和，不需高温、高压的反应釜，通过一系列驯化、发酵过程，生物合成的可降解塑料性能与石油化工树脂不相上下，而且是可完全降解为CO2和H2O的高分子材料 预计品种有提纯后的PHA，加工后的可降解塑料（如医学材料，各式各样包装材料），合理利用活性污泥，处理废水以达到相关标准排放。6.3 生产计划安排由于用活性污泥中的混合菌群发酵生产PHA，混合菌群对工艺的适应性强，不需要灭菌环节提供纯种环境，本工艺采用分批补料发酵生产。表2 PHA生产计划安排计划生产项目所需时间活性污泥驯化10天好气发酵2天PHA的提取2天后续加工1天pH值在线检测PHA结构鉴定污水溶解氧总有机碳（TOC）化学需氧量（COD）7项目实施步骤与方法（1）办理生产许可证，进行环评；（2）与原料提供厂家协商，确保原料的供货；（3）厂房及办公处建造，向相关单位审批，该项目拟征用地约100亩，新建厂房及办公楼等建筑约2万平方米；（4）厂房装修，水电气安装； （5）设备选型、购买，由相关专家、工程师根据生产能力、生产规模选定相关设备，以公开招标的形式购置；（6）将设备安装，并调试其性能是否良好；（7）技术人员继续开发新工艺，研发新产品，保养设备使其运转正常；（8）经过企业上上下下的努力，形成独特的企业文化，进一步发展、壮大企业。8项目设计方案8.1 工艺流程及流程图见附图。8.2 组织机构及劳动定员 见下图。人力资源部董事长室总经理室财务部贸易部仓储部档案室安保部营运部设备部后勤部生产部技术部企业策划部10人10人10人10人20人100人400人5人5人5人5人20人招聘科、培训科、劳资科和社保科等现金、融资、信贷、计帐和成本核算厂长、车间主任、班组长和一线职工打样、技术支持和研发新工艺在线监测和检验合格业务员、跟单和客服收发员和计帐拉货、送货和货车管理设备安装、保养和修理广告策划、活动策划和工作程序策划各类人事、财务和其它公司内部资料门卫保安和巡查保安质检部20人食堂、宿舍、卫生和劳保用品发放图3 组织机构及劳动定员8.3 劳动、消防、安全、环保处理按照相关法律，进行劳动人员的雇佣，给予合理的社会保障，和劳动人员打成一片，齐心协力共创美好未来。在注重产量和质量的同时，加强安全意识，注意安全隐患，消防设备齐全。生产产品时要从根本上、从源头上减少对环境的污染，以防“输出资源，留下污染；输出财富，留下贫穷”的伤痛。因此，采用循环经济方式生产，如下图所示。图4 循环经济框图采用资源产品再生资源的模式，实现最优生产、最适消费、最少废弃的目的。9项目物料衡算表3 生产过程相关转化率编号生产工序技术指标1原料装卸、运载和管道输送有效原料972活性污泥驯化过程活性污泥增长量103发酵产生PHA过程PHA产率8.7（污泥湿重）或80.5（细胞干重）4发酵后有机废水中PHA含量1Kg/m35次氯酸钠氯仿法提取PHAPHA收率916生产周期15天（1）生产过程总物料衡算：年产10000吨PHA，每年的生产天数按320天计算，则日产量为31.25吨；每年活性污泥用量； 每年有机废水用量。（2）PHA提取工艺物料衡算：经过实验测定，100g发酵后的活性污泥所需次氯酸钠100mL（浓度为30）、氯仿100mL、冷甲醇20mL和10mL丙酮。则1Kg发酵后的活性污泥所需次氯酸钠为，氯仿为，冷甲醇为，丙酮为。经过发酵，活性污泥中微生物繁殖、增重，提取前经离心，每1Kg发酵后的活性污泥需要原料活性污泥量，即每年所需试剂用量为1Kg发酵液的倍数是由于氯仿价格较贵，用量也大，本工艺过程中采用6070（）蒸发回收氯仿，回收率为95，即年总需要量为。表4 主要试剂衡算用量及规格试剂名称用量/1Kg活性污泥年总需量（m3）单价（元/吨）规格次氯酸钠0.3L3.789104600化学纯氯仿1L6.3151037400化学纯甲醇（冷）0.2L2.5261041750分析纯丙酮0.1L1.2631045900分析纯10项目投资估算10.1 基本与专用设备费用 活性污泥是污水处理厂中急需处理的废物，可免费取自重庆市鸡冠石污水处理厂，至多每年1万元以下购买。 有机废水取自重庆长安汽车（集团）有限责任公司、重庆化医控股集团公司、太极集团有限公司、重庆市长寿化工和重庆啤酒（集团）有限责任公司。短距离通过管道输送，约1000米，管道价格为100元/m，需10万元。表5 生产原材料成本统计原材料单价（元/吨）年耗量（吨）所需金额（万元）活性污泥118379.070有机废水1070次氯酸钠6003.7891042273.4氯仿74009.4721037009.6甲醇17502.0211043536.4丙酮59009.9521035871.9合计18691.3注：次氯酸钠、氯仿、甲醇和丙酮的密度分别为1103Kg/m3、1.5103Kg/m3、0.8103Kg/m3和0.788103Kg/m3，由表6 主要设备成本统计设备名称单位产地型号及规格单价（万元）数量总金额（万元）驯化池个自造504010m12020气升式发酵罐套山东300m31802360离心机台江苏SSM/SSL6008216空气压缩机台江苏V1.05/1020240空气过滤器台上海20 m2111变压器台苏州630VA5210蒸馏设备套浙江Lk-500.52010真空干燥台四川SB/T10430-2007428钢材吨重庆316L0.5610056管道米重庆dn200-dn18000.01100010厂房基建200装修50供水电气设备20合计801表7 能耗成本名称年耗量单价总金额（万元）水80万吨/年1.87元/吨149.6电力200万度0.843元/度168.6蒸汽10万吨40元/m3400合计718.210.2 其它费用 支付工人年总工资约1200万，设计、安装和调试费用约50万，咨询及技术培训约20万，设备保养维修费用50万元/年。10.3 不可预计费 本项目不可计费用约为100万元，预计流动资金1000万元。经上述估算，第一年年投资，以后各年就不需设备的初次投资，年投资为21829.5（万元）。11投资资金筹措方案本生产项目所需总投资为22630.5万元人民币，根据实际及预测，拟通过以下渠道筹措资金：表8 资金筹措方式筹措方式金额（万元）自筹7630.5国家资助3000重庆市财政借款2000银行贷款1000012经济、社会效益评估12.1 经济效益分析12.1.1 产品销售成本估算 产品的销售成本包含运费、销售和售后服务等，预计为1000万元。12.1.2 根据上述产品成本核算分析，求出年产值、年利润和年税金每千克可降解生物塑料的市场价格为3.94欧元，折合人民币为38.2元；税率分别是营业税按提供的服务收入5%缴纳，增值税按销售收入4%缴纳，城建税按缴纳的营业税与增值税之和的6%缴纳。则年产1万吨可降解生物塑料的年产值、年利润和年税金分别如下：