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第四章工艺设计流程第一节概述一、概述按设计任务的职责范围将工厂设计分为“工艺设计”及“非工艺设计”之惯例。工艺设计就是按工艺过程的要求进行的设计工作。工艺设计事实上就是生产车间的工艺设计问题，而工艺设计的所有工作都应由发酵工程专业的技术人员去承担完成。而非工艺设计，一句话它是除工艺设计任务以外关于其他公用系统或设施的全部设计工作。例如：给排水、供电和仪表、制冷、通风、供暖、环境保护等等即属于其范畴，以上这些非工艺工程进一步还需要不同的专业工种技术人员承担。二、发酵工厂工艺设计的主要内容发酵工厂工艺设计大致包括工艺流程设计和车间布置设计两个主要内容，它们决定着车间的功能和生产合理与否。决定工厂的工艺计算、车间组成、生产设备及其布置的关键步骤。一般工艺流程设计开始在先，车间布置设计是在工艺流程设计的基础上进行的。（一）产品方案的确定；（全年要生产的产品品种和各产品的数量、规格标准、产期、生产班次等的计划。）（二）主要产品及综合利用产品的工艺流程确定；（三）物料衡算；（四）生产车间设备生产能力计算和设备选型；（五）生产过程蒸汽用量及耗水量的估算；（六）生产车间设备的工艺布置；（七）管路设计(八）向非工艺设计提出的要求和提供的技术参数：1.工艺对全厂总平面布置中建筑物相对位置的要求；2.工艺对车间建筑在土建、采光、通风及卫生方面的要求；3.生产车间水、电、汽、冷的消耗量计算；4.生产工艺对用水水质的要求；5.对三废（废水、废渣、废气）排放的要求；6.关于各种仓库建筑面积的计算及对仓库在保温、防潮、防鼠、防虫等方面的特殊要求。（九）设计文件的编写。第二节产品方案的确定一、概念:概念：产品方案又称生产纲领，它实际上就是工厂对全年要生产的产品品种和各产品的数量、产期、生产班次等的计划安排。二、安排产品方案计划要遵循的原则和要求：四个满足和五个平衡。四个满足为：1.满足主要产品产量的要求；2.满足原料综合利用的要求；3.满足淡旺季平衡生产的要求；4.满足经济效益的要求。五个平衡为：1.产品产量与原料供应量应平衡；2.生产季节性与劳动力应平衡；3.生产班次要平衡；4.设备生产能力要平衡；5.水、电、汽负荷要平衡。二、制定产品方案的步骤制定产品方案首先应根据设计任务书的要求1.确定产品的种类及包装规格；、2.根据设计规模，市场情况，确定各种产品在总产量中所占比例及产量；3.原料的选择要仔细考虑.4.根据各种产品的设计产量，确定班次产量及生产班次数；天产量=各产品生产规模/预计生产天数班产量=天产量/班次班产量的单位有：吨/班、公斤/班。5.产品方案比较：（1）主要产品年产值的比较；（2）每天所需生产工人数的比较；（3）劳动生产率的比较（年产量t/工人总数）（4）每天工人最多最少之差的比较；（5）平均每人每年产量的比较（元/人·年）；（6）季节性的比较；（7）设备平衡情况的比较；（8）水、电、汽耗量的比较；（9）组织生产难易情况的比较；（10）基建投资的比较；（11）社会效益的比较；（12）经济效益（利税元/年）的比较；（13）结论。6.产品方案表达，可以是文字叙述的方式，也可以用图表表达的形式。两相比，图表的形式较明确、清晰，也能较容易地发现方案安排中的疏漏和问题，特别对检查生产的衔接和均衡，计算每天劳动力所需要量的变化等尤为方便。第三节主要产品的工艺流程设计与确定一、工艺路线的选择选择工艺路线就是选择生产方法，它是决定设计质量的关键。因为不同的方案，即使原料相同，如果所确定的工艺路线和加工条件不同，它们所代表的技术水平不同，那么所生产出的产品质量都将有很大差别。当产品方案得以确定以后，就可以进一步着手各主要产品（包括综合利用产品）的工艺流程的设计工作。（一）工艺流程和工艺流程设计：1.工艺流程：就是各种产品生产所采用的方法、步骤和途径及其各环节必需的技术参数。2.工艺流程设计：是确定生产过程的具体内容、顺序和组合方式，并最后以工艺流程图的形式表示出整个生产过程的全貌。（二）工艺路线选择的原则和要求1.保证产品质量符合国家标准,外销产品还必须满足销售地区的质量要求.2.尽量用成熟、可靠、先进的的技术和设备。努力提高原料利用率、劳动生产率，降低生产成本，使工厂建成后能迅速投产，在短期内达到设计生产能力和产品质量要求，并做到生产稳定、安全、可靠。3.尽量减少三废排放量，有完善的三废治理措施，以减少或消除对环境的污染，并做好三废的回收和综合利用。4.确保安全生产，以保证人身和设备安全。5.生产过程中尽量采用机械化和自动化，实现稳产、高产。5.非定型产品的工艺路线，要待成熟以后方可采用；6.新产品的加工路线，必需经过中试放大，确认能够符合大批量生产的要求，方可用于设计中；7.对于改进后的新工艺，必需经过鉴定认可后，方可用于设计中。二、工艺流程图的绘制工艺流程一般有两种表示方法：一种是用框图的形式表示，另一种是所谓的生产工艺流程图的形式。框图的优点是步骤明确、易懂，能清晰显现工艺的原理，但缺点是不详细，一般多在科技论文叙述中予以采用。工艺的设备流程图是一种直观性的表示方式，它以形象的图形、符号、代号表示发酵加工设备、输送路线、控制仪表等、借以表达发酵生产过程和物料流向。它通常在图纸中出现，是我们工艺人员必须掌握和在设计中要绘制的图纸之一。生产工艺设备流程图进一步可根据它是不是带有控制点而分为一般的生产工艺物料流程图及带控制点的工艺流程图。关于控制点在设备流程图上怎样表示，我们将在流程图要点中详细介绍。（一）分类1.工艺流程示意图：配合可行性论证中对设计方案的论证要求，粗线条地勾划并作出工艺流程设想的示意图。该图要能定性地标出物料由原料转变成为成品的路线，以及采用的各设备，物料流向用箭头表示，设备用方块图表示。2.工艺流程草图：在进行物料计算、设备计算与选型以后，即可做出工艺流程草图，该图除表明物料流向，设备的名称及特性，数量之外，与示意图不同的是图中设备要用轮廓图形来表示，一般从左到右按工艺过程逐个绘制。3.正式工艺流程图；待设备设计全部完成后，再修改，充实工艺流程草图。根据流程草图和设备设计进行车间布置设计，根据车间布置图再来修改工艺流程草图，最后得出生产工艺流程图。（二）工艺流程图设计步骤：搜集资料，调查研究落实设备3.全面对比画工艺流程图1、搜集资料调查研究（1）技术路线特点，工艺参数。（2）原材料及公用工程单耗，产品的质量。（3）三废治理。（4）各种技术路线的发展情况与动向等。2、落实设备（1）研究各技术路线设备情况。（2）分清设备供货类型。①国产②引进③重新设计3、全面比较（1）几种工艺在国内外采用情况及发展趋势。（2）产品质量情况。（3）生产能力及产品规格。（4）原材料及能源消耗情况。（5）建设费用及产品最终成本。（6）三废的产生和治理情况。生产工艺流程示意图→物料平衡计算→设备设计及计算→设备选型→绘制工艺流程草图→车间布置设计→草图的修改和完整→正式绘制生产工艺流程图。（三）工艺流程图的设计（三）工艺流程图的设计1.生产工艺流程示意图——在物料衡算前进行，定性地表明原料变成产品的路线和顺序，以及应用的各种化工单元过程及设备。在设计工艺流程示意图时，首先要清楚原料变成产品要经过哪些单元操作，其次要确定采用何种操作方式—连续或间歇。它可以用简单的设备流程图来表示。甚至可以用文字示意图表达。在设计流程示意图时，力求在主要线路上做到技术先进，经济合理。生产工艺流程示意图一般由下列三部分组成：（1）物料流程；（2）图例；（3）设备一览表。物料流程包括：①设备示意图，由于未进行物料计算与设备设计，只要绘出大致的设备几何形状，甚至方块图也行，设备的相对高低位置也不要求准确；②设备流程号；③物料的全部及溶剂、蒸汽、水、真空等部分管线及流向箭头；④必要的文字注解。图例只要求标出管线图例即可。设备一览表只要包括：①序号；②流程号；③设备名称；④备注。生产工艺流程示意图的画法采用由左至右展开式，先为物料流程，次为图例，最后为设备一览表。2.工艺流程草图的设计完成工艺流程示意图后，即开展物料平衡计算。通过物料平衡计算，求出原料、半成品、产品、副产品以及与物料计算有关的废水、废料等的规格、重量和体积等，并据此开始设备设计。设备设计通常分两阶段进行。第一阶段的设计内容是：计算、确定计量和贮存设备的容积以及决定这些容积型设备的尺寸和台数等。第一阶段设备设计完成后，即开展工艺流程草图的设计，并进行第二阶段设备设计与水、电、汽等能量计算。第二阶段的设备设计主要解决生物反应过程和化工单元操作的技术问题，如过滤面积、传热面积等，对专业设备和通用设备进行设计或选型。至此，所有设备的规格、型号、尺寸、台数等均已求出，据此对工艺流程草图进行修改和充实，并进行初步平面布置。生产工艺流程草图由五部分组成：（1）物料流程；（2）图例；（3）设备一览表；（4）图鉴；（5）图框。生产工艺流程草图的各部分的内容和流程示意图中相应的组成部分的内容是不同的。前者是定性的，而后者是定量的。流程草图中各部分的具体要求分述如下：（1）物料流程物料流程要求包括：①厂房各层地平线及标高；②设备示意图（设备外形尺寸须按比例画，（尺寸大小应适当相称且大致形似，还要画出设备各管口等）；③设备流程号；④画出设备的物料及水、汽、真空、压缩空气、冷凝剂等管线和流动方向；⑤管线上主要的阀门等；⑥必要设备及管道上的附件，如阻火器、管道过滤器、冷凝水排除器；⑦必要的计量——控制仪表，如转子流量计、玻璃计量管、压力表、真空表、温度计等；⑧必要的文字注解，如废水的下水道、废料、废气及半成品、副产品的去向等。物料流程的比例一般采用1：100。如设备过小或过大，则比例相应采用1：50或1：200。物料流程的画法是采用由左至右展开式，其步骤如下：①先将各层地平线用细双线条画出，并注上标高；②将设备示意图按厂房内布置的相对高度用细实线画上，而平面位置采用由左向右展开式。设备之间留有一定的间隔距离；③将物料流程管线用粗实线画出，用箭头表明流向；④将其它管线（水、汽、真空、压缩空气等动力管线）用细实线画出，并标出流向；⑤画出设备和管道上必要的附件、计量⑥标上设备流程号和辅助线；i（图中设备除画出其轮廓图形外，还需对每一台设备按类别编出位号和名称标柱在其图形附近。例如：B—201a~b（见书274页~275页）同样设备的分序号设备序号工段（或车间分区）序号设备的分类序号（可用大写拼音字母表示）见下表部分设备分类代号表示设备分类代号设备分类代号泵类B贮罐（槽）R反应器、转化器F提升、输送设备Q换热器类H塔器T工业炉类L压缩机、风机Jii带控制点工艺流程图，要标明有关控制点。控制点就是生产线上用来监测或同时可控制工艺条件参数的仪器或仪表的安装测控位置。控制点分为单纯监测和具有监测调节双重作用两种形式。在工艺流程图和后面还要讲述的车间设备工艺布置中控制点的表示用下述的一些图形符号及标注方法去表示，用不着直接画仪表或仪器的实际外形进行示意。表示控制点的图形符号是一个细实线园圈，只要在这个圆中标写出所要监测的参量代号、仪表的编号及仪表的功能代号。就大体可以对仪表有一个基本的了解。T101Z如果该仪表仅进行监测，则应用细的虚线与设备（或管路）上的检测点连接起来就行了；若它还有调节的作用，则可再用另一条细虚线符号园圈与调节阀的执行机构示意处连接起来即可。如图(a)所示。为了能辩识仪表的安装位置又采用图(b)中的三种形式来代表仪表的三种常见安装状态：1—它是一个纯粹的园圈，表示该仪表是就地安装；2—其园圈内有一虚线将园分成上下两半，该符号表示仪表安装于就地处的仪表盘上；而3—园内有一实线把园分成上下两半，它表示仪表是安装于集中控制室内的仪