年产4000吨豆浆的生产线设计及其生命周期评价开题报告

全文总字数：5045字

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

豆浆是我国传统的健康饮品，具有丰富的营养，深受消费者喜爱。中国豆制品专业委员会统计数据显示，2012年全国豆浆的消费量为60~70万吨，工业化豆浆生产占全国豆浆总生产的50%左右^[1]。豆浆的生产过程需消耗大量的能源与物质资源，排放大量污染物如氮氧化物、cod等。尽管我国豆浆的产量巨大，但在生产工艺方面仍然与世界先进水平存在较大差距。部分豆浆企业以小规模形式经营，生产工艺水平较低，品牌影响力较弱，导致豆浆企业经济效益普遍较低。我国在机械化程度比较高的豆浆加工设备研制方面起步比较晚，因此现今相当一部分企业仍处于复制日本淘汰设备的阶段，很多设备和技术都是日本三十年前，甚至是四十年前的设备技术。另一方面，中国在豆浆加工方面的自动化水平比较低，大多数企业仍停留在手工作坊式的生产，使得生产过程中的卫生性、可靠性、安全性无法得到保障^[2]。另外，豆浆生产行业在环境保护方面的投入和重视程度仍然不够。豆浆的生产过程中消耗大量的煤炭和水资源，过高的不可再生能源消耗不利于全球的资源可持续性发展，过高的水耗加剧了全球淡水资源匮乏。在豆浆生产过程中产生大量的废水、废气和废渣，对生产区域周边环境造成影响，导致温室效应、水体污染、土壤酸化和噪声污染等环境问题。因此，豆浆生产行业应当积极采取措施，在保证产量的同时，降低污染物的排放和能源消耗。

生命周期评价（lca）是一种评价产品，生产过程或某一活动从原料开采、加工、包装、销售、使用、回收、循环利用和最终处理等包括整个生命活动周期内有关环境负荷的过程。生命周期评价作为一种环境管理工具，不仅对当前的环境冲突进行有效的定量化分析和评价，而且对产品及其“从摇篮到坟墓”全过程所涉及的环境问题进行评价，因而是“面向产品环境管理”的重要支持工具。目前，生命周期评价已经广泛应用于轻工业、重工业、农业、食品加工业、包装业等，为产品的绿色化生产提供了指导意见，但目前还尚未应用于豆浆生产行业中，因此将生命周期评价与豆浆生产相结合，对于提高豆浆生产效率，实现清洁生产具有重要意义。

一般来讲，豆浆的加工方式主要分为中国式和日本式，它们均可被认为是豆浆的传统加工方法。具体来说，不管哪种方法，都是将整粒大豆先进行浸泡，然后清洗，再碾磨。打浆豆水比大约在1:8和1:10之间，碾磨后再经纱布过滤，除去豆渣后的滤液煮沸几分钟后即可。而日本式豆浆与中国式的加工方法的差异主要是，日本在磨浆后进行加热，再过滤，也就是“热过滤”。所以我们也将中国式豆浆称为生浆工艺，而日本式称为熟浆工艺^[3]。生浆工艺比较典型的特点是先将豆糊分离豆渣后，再进行煮沸。生浆工艺产出的豆浆蛋白质含量较熟浆工艺的较低^[4]。由于后期煮浆，会导致豆浆中纤维较为粗大，使入口的润滑度降低，影响口感。豆浆的熟浆工艺其特点是先将豆糊煮沸后，再进行渣浆分离。经过熟浆工艺生产出的豆浆口感润滑细腻，容易消化吸收，并且熟浆工艺生产的豆浆能将大豆蛋白质和脂肪充分提取，色泽和风味均比较好，故国外大多采用熟浆工艺的方法生产豆浆^[5]。

2. 研究的基本内容和问题

研究目标：将生命周期评价方法引入豆浆生产线设计过程，将lca结果作为豆浆生产方案确定的理论依据以诊断豆浆生产审核重点阶段和主要的环境污染类型，进而确定生产方案，形成基于lca方法的豆浆企业清洁生产的体系。

研究内容：（1）阐述本课题的选题背景、研究目的和研究意义。对国内外的相关领域的研究进展进行文献综述，并对本文的研究内容和研究技术路线进行简要说明。

（2）介绍生命周期评价的基本理论，详细介绍生命周期评价的研究范围确定、清单分析、环境影响分析和生命周期评价解释的基本内容。阐述评价范围、模型选用、权重因子和数据库及软件选用等内容。

3. 研究的方法与方案

研究方法：利用生命周期评价理论对调研工厂生产线进行生命周期评价，根据评价结果进行数据分析，结合已学知识设计年产4000吨的豆浆生产线，并针对所设计的生产线进行生命周期评价，评估其生产效率及对环境影响程度。

实验方案：

根据ISO14000系列标准的定义，LCA是对一个产品或系统的生命周期中输入、输出及潜在环境影响的汇编和评价，如下图所示LCA的技术框架为4个阶段：目的和范围的确定、清单分析、影响评价、结果解释。完整的LCA过程是一个循环往复的过程且每一个过程均要进行结果解释。

（1）目的与范围的制定：清楚地说明开展此项生命周期评价活动的目的和原因，以及研究结果可能应用的领域；研究范围的确定要服务于研究目的，确定系统边界、数据质量要求，明确指出限制和假设。

（2）清单分析：量化所研究的对象全生命周期阶段的资源、能量的使用，以及废弃物的排放的过程。这个过程必须以确定的数据进行客观量化。

（3）影响评价：根据上一阶段的结果定性、定量地表征产品的物质、能量交换对外部环境的影响。目前，主流的环境影响评价有温室效应、酸化、富营养化、臭氧层损耗、光化学氧化等。

（4）结果解释：从全生命周期角度分析产品减少能源消耗、原材料的使用、污染排放的可行性。根据以上三个阶段完成一个产品的生命周期评价，我们可以在定性、定量的分析产品生产的每一个环节带来的能源及原材料消耗、环境影响，这样的结果可以使工艺流程、产品设计等不断完善，以期达到更好的生命周期评价结果。

根据生命周期评价结果进行豆浆生产线设计，初步设计方案如下：

可行性分析：

（1）技术可行性：本设计在传统豆浆生产线上根据豆浆特质增加均质机、巴杀等设备，均为生产常用设备，选购方便，易于操作；采用专用软件进行生命周期评价，结果具有参考意义，操作简单易学，有技术上的可行性。

（2）经济可行性：本设计采用eFootprint软件对生产线进行生命周期评价，价格适宜；采用高效率低能耗的生产设备，提高豆浆的生产效率，减少生产过程中能源浪费，提高资源利用率，经济上可行。

4. 研究创新点

目前我国的豆浆行业主要存在以下问题：产品生产仍然极大程度上依赖人工操作，机械化程度低，工艺技术普遍落后，生产效率较低；产品品质缺乏，质量仍在低层次徘徊，鲜豆浆保质期较短；缺乏对产品生产的环境评估，行业内清洁生产程度低；未将生命周期评价与实际生产相结合，不能做到有针对性地改进生产方案。本设计将生命周期评价与豆浆生产工艺线相结合，可以有效规避传统生产审核中权重分配过程的主观性，避免了传统生产设计的局限性。利用生命周期评价方法，可以利用输入与排放清单，对环境影响进行定量分析，根据分析结果诊断整个生产过程对环境产生的影响，发挥生命周期评价方法全过程化和分段分析的优势，有针对性的制定豆浆生产方案，提高豆浆生产效率，形成基于方法的豆浆清洁生产的体系。

5. 研究计划与进展

2018年12月：对已有生产线进行实地考察

2019年1月-2019年2月：收集已有生产线数据清单进行生命周期评价分析