黄姜清洁化生产及综合利用产业化可行性研究报告.docx
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黄姜清洁化生产及综合利用产业化可行性研究报告
农业科技成果转化资金项目
黄姜清洁化生产及综合利用产业化
可行性研究报告
项目名称：
黄姜清洁化生产及综合利用产业化
单位名称：
旬阳县恒源生物化工有限公司
推荐单位：
陕西省科学技术厅
编写时间：
二○○八年五月十日
中华人民共和国科学技术部
二ＯＯ八年制
目录
第一章总论
一、项目概述
本项目充分应用公司已取得的“黄姜综合利用及清洁化生产技术”，在本企业和行业内进行产业化推广应用，将过去用黄姜单一生产皂素水解物，且污染处理难的老工艺，经过技术革新，使得黄姜不仅生产皂素水解物，还能从中提取黄姜副产品淀粉和黄姜纤维，而且在生产水解物前、后两个环节能有效地解决污染源。
该成果已取得国家发明专利，技术水平达到国内领先。
本项目采用的工艺路线符合循环经济、清洁生产的要求，实现了黄姜资源综合利用，达到了环境治理与经济效益双赢的目标。
二、项目预期目标
1、总体目标：
项目计划总投资1646.42万元。
项目完成时，达到年产黄姜皂素水解物200吨、黄姜淀粉1000吨、黄姜纤维1000吨的生产能力。
生产的黄姜皂素水解物，皂素含量达到25%以上、熔点198度以上。
副产品黄姜淀粉，按照国家食用淀粉要求，达到食用黄姜淀粉标准。
副产品黄姜纤维主要用于食用菌、清洁炭生产。
项目完成后，年实现销售收入2400万元，税后利润515万元。
同时，该项目在全国黄姜皂素水解物加工厂转化运用，按年产1500吨皂素计算，可新增黄姜淀粉15000吨，新增产值8000万元，相当于8万亩土地种植玉米用来生产淀粉。
还可以新增黄姜纤维30000吨，新增产值6500万元，用于袋料栽培食用菌可产鲜菇2500公斤，产值5000万元，年节约木材2.5万余立方米。
2、阶段目标：
实施本项目，具体划分三个阶段，各阶段目标如下：
第一阶段：
2008年5月—2008年10月
完成项目可研报告的编制；落实自有资金和银行贷款资金；办理土地、环保、安全等相关手续及备案；建筑施工图、工艺图设计规划，工程预算和招标，签订工程承包合同；建筑工程正式施工，争取各项工程有条不紊地同时进行；完成厂区三通一平。
第二阶段：
2008年11月—2009年4月
完成生产线工艺方案分析论证；设备考察对比，签订设备买卖合同；动力、锅炉、水处理等基础设备安装调试；设备操作人员岗前培训；原材料收购。
第三阶段：
2009年5月—2008年10月
完成生产线设备安装与调试和试生产；进行营销体系策划，组建销售网络，项目产品全部投产上市，建立企业门户网站，开发国际市场。
项目投产达效后，正常年份达到年产黄姜皂素水解物200吨，黄姜淀粉1000吨，黄姜纤维1000吨的能力。
产值2400万元，实现税后利润515万元。
3、资金投入及使用计划：
项目计划总投资1646.42万元，截至2008年5月已完成投资646.42万元，计划新增投资1000万元。
新增投资筹措及使用计划如下表：
（一）经费来源单位：
万元
科目
2008年
2009年
合计
1国家转化资金拨款
100
/
100
2金融机构贷款
600
0
600
3单位自筹资金
300
0
300
合计
1000
0
1000
（二）经费支出单位：
万元
科目
2008年
2009年
合计
其中国拨转化资金支出预算
1区域实验费
0
20
20
0
2生产性试验费
0
22
22
12
3设备仪器购置费
200
182
382
75
4培训费
0
10
10
10
5差旅及会议费
2
1
3
3
6土建与安装
135
40
175
0
7流动资金
210
154
364
0
8其它
14
10
24
0
合计
561
439
1000
100
（三）农转资金使用计划单位：
万元
时间
使用金额
使用说明
2008.08～2009.06
75
设备仪器购置费
2008.06～2009.11
3
差旅及会议费
2009.10～2009.11
12
生产性试验费
2009.03～2009.10
10
培训费
第二章项目技术成果的先进性分析
一、简述
近年来，很多研究人员对黄姜提取淀粉综合利用及清洁化生产进行研究，提出了很多解决办法，但一直没有在大生产中应用。
一是个别厂家过滤的废水进行中和处理后，接种酒精酵母、蒸馏酒。
该工艺虽然对淀粉进行了利用，但只能处理低浓度废水，且处理成本较高，不易推广应用。
二是有厂家做黄姜产酒试验，先将黄姜发酵产酒，然后将酒渣水解、生产水解干燥物。
该工艺由于投资较大，白酒市场疲软，企业经济效益差，难以推广应用。
三是有研究人员将黄姜淀粉提取出来，后将渣水提取出来，再从渣水中提取皂素，由于皂素回收率下降，故没有得到推广应用。
四是有厂家试验利用黄姜提取淀粉生产柠檬，取得了较好的成果，但成本过大，没有得到推广利用。
五是利用黄姜水解后废水经中和、脱色、脱盐等工艺步骤后抽取葡萄糖，并申请了专利。
但黄姜水解后废水量很大，葡萄糖在废水中仅占2%左右，生产成本较大。
六是已有研究单位分离法提取皂素，对淀粉的利用尚在实验室阶段，没有用于生产实践。
该创新项目采用机械方法提取黄姜淀粉，进而开发生产黄姜粉条，废渣用于食用菌、清洁炭生产等，在国内尚属首家。
该技术在黄姜皂素水解物加工企业具有很广、很好地推广转化应用价值。
二、项目创新点
一是认识理论上有了新的突破。
现有理论认为黄姜皂素被淀粉所包裹，在生产工艺上，只有将淀粉酶化成糖或酸水解将淀粉糖化，才能“释放”出皂素。
项目技术通过反复多次实验成功表明，当黄姜磨到一定细度，细胞壁遭到破坏，在充满水份的条件下淀粉与皂甙即可单体分离，利用淀粉比重高于皂甙的物化特性，用物理方法可将其分离出来。
对所分离淀粉酸酶化水解，检测皂甙为零。
二是开发利用价值上的新突破。
通过生产工艺流程创新，实现了黄姜资源综合利用，达到了黄姜加工节能降耗、循环利用目标，拓展了产业延伸链，大幅度提高了黄姜企业的经济效益。
过去及现有其它生产厂家所用技术工艺，只能利用黄姜根茎中2%左右皂素，该项目开发利用提取了根茎中40%-50%的淀粉，50%以上的纤维，产品由皂素一个品种增加到皂素、淀粉、纤维等三个产品，产品经济效益增加50-100%。
每生产吨皂素减少鲜姜原料消耗12吨，硫酸用量30%，减少燃煤用量25-30%，主要物耗降低10%，两次水循环利用较少用水量80%以上。
三是实现了黄姜加工业的清洁化生产，有效地降低了黄姜加工造成的环境污染。
本项目通过对造成污染主要物质（淀粉、纤维质等）的前端利用，减少污染产生，改变了末端治理污染的工艺路线，使造成污染源的纤维、淀粉变成有价值的产品。
提取淀粉、纤维后产生的污水COD下降76%，色度降低59.6%，污水排放量减少90%，且通过两次水循环利用减少直接用水量80%以上，既减少了黄姜加工过程中的污水治理费用，又实现了黄姜加工的达标排放。
纤维素渣用于生产食用菌、清洁炭、饲料添加剂等，从根本上消除了污染源。
四是黄姜工厂化提取淀粉，在国内尚属第一家，淀粉经西北农林科技大学测试中心和陕西省农产品质量监督检验站检测：
含有人体需要的17种氨基酸7种人体必需氨基酸及钙、锌、铁、硒等多种微量元素，不含铅、砷等人体有害物质（详见检测报告），开辟了人类的食用植物源。
五是产品质量实现新突破。
该项技术研究以提高黄姜水解干物质质量作为主攻方面，生产的黄姜皂素水解物皂素含量平均达45%以上，熔点198度以上。
三、知识产权状况
该项目核心技术属我公司独家拥有，“黄姜生产水解干燥物提取淀粉工艺研究”，于2005年6月13日通过安康市科技局组织国内专家进行评审验收，并一致认为：
该工艺技术国内领先，开发的黄姜淀粉产品填补了国内空白，采用的工艺路线符合循环经济、清洁生产的要求，实现了黄姜资源综合利用，在生产过处程中解决了黄姜皂素加工污染难题。
同年，该技术被陕西省科技厅审查确认为陕西省科学技术成果。
“黄姜提取水解干燥物和淀粉的生产方法”于2005年12月21日取得国家发明专利（专利号：
ZL200410026237.3国际专利主分类号：
C12P19/04），并荣获第五届国家专利技术“发明奖”二等奖。
2006年3月该技术荣获安康市科技进步“一等奖”。
（各类证书详见附件）
第三章项目实施方案分析
一、项目的转化内容与技术路线
1、项目提出的背景
旬阳县位于秦岭南麓汉水流域，是全国薯蓣最佳适生区之一，人工种植黄姜高峰期面积达到20余万亩，占全国人工种植面积的1/6，年可开挖10万亩左右，创造产值3亿多元。
被确定为“陕西省中药材示范县”、“国家级黄姜规模化种植示范基地”和“国家黄姜标准化示范区”。
黄姜的规模化种植，不但使财政增资，农民增收，保护了水土流失，而且也带动了加工业的发展。
全县以黄姜为原料生产水解干燥物（提取皂素的中间产品）的企业有13家，年产皂素达760吨，工业产值近2亿多元，上交税收近2000万元，可解决农村剩余劳动力和城镇就业近千人，其经济效益和社会效益非常明显。
黄姜初加工过程中废水的产生给环境带来相当大的压力——该类高浓度有机废水的处理在全国尚无先例可循，致使探索、攻关不断，但效果仍不理想，治理后的废水不能够达到稳定达标排放的目的，势必影响到旬阳黄姜产业的健康发展和国家确保南水北调中线取水工程水源地的水质。
加之黄姜初加工中，仅利用1-2%的皂素，所含淀粉、纤维未得到回收利用，造成了利用率低，资源浪费。
因此，开展黄姜综合利用及清洁生产技术研究及运用，改进创新，努力改善区域环境质量，实现清洁生产及经济、社会、生态协调发展的必然选择，本项目在可行的前提下独辟蹊径，从抓源头——以先提取黄姜淀粉减少生产后有机污染物的生产入手，对黄姜系列产品的开发和废水的有效治理进行了有益的探索，并取得了可喜的成果。
因此，该项技术成果的转化，具有十分重要的现实意义和长远意义。
2、项目的转化内容
黄姜无发酵清洁化生产及综合利用技术项目属资源综合利用及环保技术领域项目。
其主要转化内容是：
将过去用黄姜单一生产皂素水解物，且污染处理难的老工艺，通过科研攻关，改为黄姜不仅生产皂素水解物，而且从中提取黄姜副产品淀粉和黄姜纤维的新工艺，于生产水解物前、后两个环节解决了污染源。
关键技术在于机械化提取黄姜淀粉和提取淀粉后无发酵加助剂生产皂素水解物。
3、关键技术及工艺路线
①．技术工艺路线
清除土杂：
先用振动筛除去黄姜根茎土杂，用清水浸泡8—10小时，再用清水洗机高压清洗，确保食品品质要求。
粉碎磨细：
利用粉碎机、针磨机进行粉碎磨细。
机械分离：
利用筛分机进行分离纤维。
淀粉回收：
利用离心机回收淀粉，再进行过滤除渣，脱水烘干。
酸化水解皂素：
将分离提取淀粉后的稀浆料浓缩后加硫酸、助剂进行水解，得到皂素水解物。
关键技术是采用机械化方法提取黄姜淀粉和提取淀粉后无发酵加助剂生产黄姜皂素水解物。
（见黄姜提取皂素及副产物清洁化生产工艺流程图）。
B.综合利用开发路线
②.综合利用开发路线
4、项目成熟性和可靠性
该项目已完成中试并进行了批量生产，技术成熟程度高，可靠、稳定，安康市科技局组织国内专家进行验收评审认为：
工艺技术国内领先，开发的黄姜淀粉产品填补了国内空白，采用的工艺路线符合循环经济、清洁生产的要求，实现了黄姜资源综合利用，在生产过处程中解决了黄姜皂素加工污染难题。
二、项目组织实施方案
1、开发计划
从现在起到2010年底，达到年生产黄姜皂素水解物200吨、黄姜淀粉1000吨、黄姜纤维1000吨的生产能力，完成黄姜粉条产品的开发研究和市场开发工作。
完成黄姜纤维生产食用菌、清洁炭的开发研究工作，并投入批量生产。
2、技术方案
项目技术方案描述（见黄姜综合利用及清洁生产技术方案流程图）
3、基本建设内容
主要土建工程
序号
项目
规模
1
沉淀池
150m3
2
清洗
100m3
3
生产厂房
600m2
4
库房
600m2
5
管理及检验
400m2
6
绿化
500m2
7
场地道路硬化
3000m2
主要设备购置
序号
名称
数量（件套）
1
清洗机
2
2
粉碎机
2
3
针磨
1
4
带式压滤机
1
5
振动筛
3
6
沉降离心机
1
7
膜分离机
2
8
压榨机
2
9
淀粉烘干设置
10
10
设备配件及安装
10
11
粉条生产机械及安装
1
12
清洁炭生产设备
1
4、生产方案
企业产品的主要原料黄姜。
旬阳县在2002年就被确定为国家级黄姜种植示范基地、陕西省中药现代化示范县。
种植面积曾高达30余万亩，现留存面积近5万亩，随着黄姜市场价格的回升，近期农民种植积极性高涨，优良品种储备充足，原料资源充足。
所需辅助硫酸，县内有年产2万吨锌焙砂副产硫酸6000吨的生产企业。
公司占地面积6万多平方米，有生产黄姜水皂素解物100吨的成套设备及年产1000吨淀粉的过滤、离心、烘干成套设备，给排水、电气热供应工程完备。
5、污水处理措施和方案
1．废水产生来源分析
从工艺流程分析来看，本项目废水污染物的产生主要在原料清洗、淀粉回收沉淀及混悬物处理和水洗几个工段，各工段产生的废水特性如下：
清洗工段：
废水量约1．2吨／吨原料，主要污染物为SS和COD浓度前者约为1200—1500mg／L，后者约为150～250mg／L，属一般污染废水，较易处理。
淀粉回收沉淀工段：
主要为浆脱水后的废水，经沉淀进入混悬物工段处理后产生的废水，该废水量约为0．85吨／吨产品左右，属一般污染性废水，可循环用于洗姜，不外排。
水洗工段：
是水解干燥物生产产生污水的主要工段，加酸水洗后可产生高浓度的有机废水。
未经前端综合利用，即提取淀粉的废水，其PH值变化范围在0．8--4．5之间，SS：
500～1200mg／L，COD在30000～830000mg／L，BOD在1500～5000mg／L。
一般水洗3～4道混合调节后，污染物质浓度相对变小，其PH值在2.5—3.5，Ss在600—900mg／L，COD。
在25000～50000mg／L，BOD在2500～3500mg／L，温度40--50V。
废水呈油状，橙黄色，色度高达250-500度。
未经处理的废水进入河道后易起泡，不易扩散，悬浮物随水流搅动后加长链接呈絮状结团后粘附于河床及岩石上，易发酵发臭。
在提取了淀粉后的废水中，其污染物的浓度较未提取淀粉而产生的废水污染物浓度有较大的下降，其下降幅度最小在50％左右，其变化值约在45—54％之间。
如按45％的下降幅度计（保守估计，且PH值除外），其各水污染物的浓度变化为：
PH值O．82—4.5之间，SS：
500—750mg／L，COD在16500—4565Omg／L，BOD，在850一3000mg／L，色度基本不变。
其它情况与未提取淀粉的废水特性相同。
2.废水产生量
洗姜工段废水量：
清洗工序主要去除黄姜原料表皮的泥土，无其它任何辅助物质介入。
经实地测算其用水量为吨原料清洗约需清水1.2吨左右。
按其生产总规模原料需求及清洗量计，产废水量约2.16万吨。
淀粉浆脱水废水量：
吨淀粉浆含水率按85％计，年生产规模1800吨，年废水量1440吨。
水解工段废水量：
根据生产规模，年黄姜水解干燥物总生产能力约为1200吨（每15吨鲜姜约1吨水解干燥物产品），吨产品废水量约在30吨左右，年废水产生量约3.6万吨。
根据以上废水量计算，第一和第二工段即洗姜和淀粉浆脱水废水除可用物理法处理后回用外，污水处理的重点为水解工段产生的废水。
3.水处理工艺路线选择
处理工艺路线选择:
目前国内各类有机废水的处理工艺主要原理大致相同，基本属于生物化学处理方法。
但总结近两年黄姜水解干燥物生产废水治理方面的经验教训，该废水的处理重点应在做好废水预处理的前提下，重点考虑生化方面的指标控制，提高生化处理的效果，以利于后续处理效果的实现，保证处理后的污水能稳定达标排放。
根据黄姜水解干燥物生产废水的特性和国家对保护汉江水质的要求，确定该处理工艺采用深度生化处理工艺．其处理的主要目的是去除废水中的COD和BOD及色度，其次为SS和降酸。
目前，常用的生化处理工艺有两大类，即厌氧法和好氧生化法。
在这两类处理工艺中又分别有多种处理方式，并随着处理工艺技术的不断成熟和发展，处理工艺的形式也日趋繁多和完善。
以下对根据黄姜水解干燥物生产废水的特性和处理深度的需要及其可能采用的工艺路线进行比选。
（1）厌氧法
a、基本工艺流程
b、主要特点
①处理效率高，尤其是对高浓度有机废水处理效果好。
②投资省，占地面积小，有利于节省投资和土地资源。
③污泥床无载体，避免堵塞。
C、主要缺点
①反应器内如有短流，将影响处理能力。
②进水中的悬浮物浓度较高时，会减少颗粒污泥的形成和减少反应区的容积，甚至引起堵塞。
③运行启动时间长。
④对水质有机负荷的突然变化比较敏感。
⑤出水水质不能达标，需进一步进行处理。
（2）活性污泥法
a、基本工艺流程
b、主要特点
①处理效率高，效果好。
②投资省。
c、主要缺点．
①运行管理复杂；环境因素对处理效果影响较大，如营养物、PH值和水温等。
②耐冲击负荷能力差。
③需设鼓风、污泥回流等设备，动力消耗大。
④风机噪音较大，影响环境。
⑤活性污泥培养慢，成熟时间长。
（3）生物转盘法
生物膜法的主要构筑物有滴滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池和生物转盘等。
普通生物滤池占地面积大、易堵塞、卫生条件差。
高负荷生物滤池BOD去除率低，占地面积也较大，并需设污水回流设施，增加动力费用。
塔式生物滤池BOD，去除率低。
结合本企业实际情况和管理水平，重点介绍生物转盘工艺。
a、基本工艺流程
b、主要特点
①适用范围广。
②处理程度较高。
③维护管理简单、动力消耗低、卫生条件好、噪音低。
④承受冲击负荷的能力强，工作稳定。
⑤生物膜培养快，成熟时间短。
⑥产泥量少，污泥的沉淀性好，易于分离脱水，不需设鼓风和污泥泥流设备。
c、主要缺点
①生物转盘价格较贵，基建投资较高。
②处理效果较活性污泥法稍差。
（4）接触氧化法
该方法结合了活性污泥法和生物膜法的特点，是两种工艺优势的结合。
a、基本工艺流程
b、主要特点
①容积负荷高，停留时间短，有机物去除效率高效果较好。
②没有污泥回流问题，剩余污泥量少，运行管理较简单。
③占地面积较少，投资低于转盘法。
c、主要缺点
①运行管理不善时容易引起填料堵塞、维修不便。
②布水、曝气不均匀，影响处理效果。
③需要曝气，因此动力费用较高。
（5）推荐方案
综上所述，如采用厌氧法，虽能处理高浓度有机废水，但出水水质得不到保证；如采用活性污泥法或接触氧化法，则需一定数量的专业技术人员和训练有素的技术工人。
结合旬阳县的实际情况，在规模较小的污水处理站是很难办到的，且该两种方法也不适宜处理高浓度有机废水。
结合厌氧法和接触氧化法的特点，推荐采用厌氧一接触氧化综合污水处理工艺，作为黄姜水解干燥物生产废水的处理工艺路线。
该工艺虽投资高一些，但易于管理，运行较为稳定；适当加大厌氧反应器的容积，则能保证其对水量、水质的适应性；占地小，能耗相对较低；采用全封闭结构，运行时异味少；能保证出水水质要求，且收集后的沼气还可回收利用。
若需处理的废水量较大，且水量、污染物的浓度变化较大时，可根据需要采用厌氧一厌氧一好氧法处理工艺流程，即A2／0法，以增强厌氧过程的硝化作用，以保证好氧后的出水水质，以利后续处理达标。
推荐方案的工艺流程如下
4.污水处理水质控制指标
4.1污水处理系统进水水质控制指标
由于采用的工艺是中温厌氧一好氧生物法处理，故对进水水质有一定的要求，应在进水前进行预处理，以控制水温、水量、C1、Sr、盐分等。
具体指标如下：
指标
名称
水温
（℃）
PH值
水量
（t/d）
C1
（mg/L）
Sx
（mg/L）
盐分
（mg/L）
有机负荷
（kg/m3、D）
控制
范围
35—38
6.5—7.8
＜150
＜1000
不得检出
＜100
＜25
4.2污水处理系统出水水质控制指标
出水若作为厂内循环水，基本达标即可；若外排，必须执行《污水综合排放标准》（GB8978—1996）I级标准，具体指标见下表：
污染物名称
PH值
SS
COD
BOD-5
色度
控制指标
（mg/L）
6—9
≤70
≤100
≤20
≤50
6、营销方案
企业计划主产品黄姜皂素销售年销售200吨，通过业内整合可达300吨以上销售量；副产品淀粉销售1000吨；副产品纤维素销售1000吨。
主要策略：
一是生产出高含量高质量的皂素水解物，以同比价格，可降低厂家深加工费用为原则，提高产品在市场的竞争能力。
二是以市场为导向，开发出人无我有且符合产业政策的黄姜淀粉系列绿色保健食品，开发生产食用菌、清洁炭，赢得市场。
三、项目产品市场调查与竞争能力预测
1、产品主要用途、主要应用领域及市场分析
黄姜皂素可以合成生产肾上腺等皮质激素、性激素、蛋白同化激素共200多种药物，以黄姜皂素为基础几乎可以合成所有的甾体激素药物，且具有不可替代性，故有“激素之母”之称。
随着激素类药物的不断开发，可带来黄姜皂素需求不断增加。
黄姜皂素水解物的市场就是国内各皂素深加工企业和激素类药物价格企业。
资料表明，中国近年薯蓣皂素产量约为3000吨，占世界总产量60%以上，有2/3产品用于出口。
世界上出口薯蓣皂素产品只有中国和墨西哥。
据悉，墨西哥近年由于受自然灾害和国内产业政策的影响，皂素出口量逐年减少，从而为中国皂素产品提供了更为宽松的国际市场空间，我国年需皂素1600吨左右，其中薯蓣皂素80%左右，即1200吨左右。
现全国约150家皂素生产企业，据调查约70%企业由于市场、环境问题而停产、半停产，象本企业即综合利用又彻底解决环境问题的企业很少，特别是提取淀粉、纤维可谓独家。
2、国内同类产品开发生产情况
截至目前，全国有此类加工企业150家，但由于综合利用，特别是污水处理未解决，70%以上企业停产或转产，仅陕西、湖北的还有一些加工企业。
有的企业作了先提取酒精，再生产皂素水解物；也有的进行了先提取淀粉的试验研究。
但采用机械化提取黄姜淀粉，再通过无发酵加助剂生产黄姜皂素水解物，并通过中试批量还只有本企业一家。
3、产品的国内外市场竞争力
项目的主产品黄姜皂素水解物的主要市场是国内的皂素深加工企业和制药企业。
本企业生产的皂素水解物皂素含量达45%左右，高出同类生产的皂素水解物3.8倍，熔点一般在198度以上，这是资源区位优势所决定，其它地区无法比拟和抗争，具有较强的价格优势，另企业通过综合利用，附加值提高，又从根本上提高了产品质量。
四、投资预算与资金筹措
（一）、投资估算依据
1、国家有关基本建设投资规定及目前普遍采用技术经济指标与参数。
2、本可行性研究报告确定的项目建设方案与设备配置清单，各专业提供的技术经济数据及参数。
3、项目承建单位提供的有关资料及数据。
4、土建工程参照同类工程单位造价计算。
5、设备购置按生产厂家提供的价格及市场价
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