生物工程工厂

1生物工厂设计题型：①名词解释②填空③判断④计算⑤设计题绪论生产工艺设计在总体设计中的重要地位：从总体设计来说，生产工艺设计总体设计的主导设计，生产工艺专业是主体专业，它起着贯穿全过程并且组织协调各专业设计的作用，而其他配套专业是根据生产工艺提出的要求来进行设计的。所以，生物工程工厂生产工艺设计的范围是负责全厂生产工艺流程设计和各生产车间的设计，并向配套专业人员提供设计依据、提出设计要求。工艺专业向配套专业提出的要求将作为配套专业设计的重要依据。因此，生产工艺设计不仅要求自身工艺设计具有先进性和合理性，而且也将直接影响到其他协同配套专业的设计先进性和合理性。第一章基本建设程序基本建设程序：是指基本建设项目在整个建设过程中各项工作必须遵循的先后顺序。基本建设程序的内容：建设前期阶段，建设期阶段，交付使用期阶段。项目申请报告：是设计工作的前奏，其任务就是向国家、省、市有关主管部门直接申请工程项目，以期批准建设。可行性研究：是工程项目建设的首要环节，是决定项目投资命运的关键。其意义在于避免和减少建设项目决策的失误，提高建设投资的综合效益。初步设计阶段的划分：三阶段设计、两阶段设计、一阶段设计三阶段设计：初步设计→技术设计→施工图设计两阶段设计：扩大初步设计→施工图设计一阶段设计：施工图设计两阶段设计综合了三阶段和一阶段设计的优点，既可靠，又节约时间，是我国基本采用的设计方法。初步设计的主要内容：总图、运输、工艺、土建、电力、照明、采暖、通风、空调、给排水、动力及设计概算等。初步设计的成果：设计说明书、设计图纸。第二章厂址选择与工厂总平面设计厂址选择的原则:①符合国家的方针政策：符合区域经济发展规划、国土开发及管理的有关规定。②厂区自然条件符合要求：气候、水文、地质、地形地貌、水源等条件③遵循指向原理：根据原料、市场、能源、技术、劳动力等生产要素的相对区位综合分析具体厂址所在地点的选择，则要从场地的自然条件、技术经济条件及所在行业的特点三方面考虑，依次满足相应的条件。自然条件:地理位置;地形、面积、地势;地质条件;气象条件.技术经济条件:原辅料等供应条件;动力供应条件;交通运输条件;基础设施条件;土地费用;环境卫生条件;人力资源.风玫瑰图：风向频率图。风向频率：是在一定时间内，某风向出现的次数占总观测次数的百分率。风向玫瑰图：①表示风向和风向频率；②风向由外缘吹向中心；③以线条长度表示风向频率，最长者为主导风向；④粗实线表示全年风频，虚线表示6-8月夏季风频。2总平面设计内容：平面布置设计、竖向设计、运输设计、管线综合布置、绿化布置（道路等运输设施和各类地上地下工程管网、三废治理设施和场地等）总平面设计的原则和要求：①.总平面设计要符合厂址所在地区的总体规划。②.必须符合生产流程的要求（主车间、仓库等应按照生产流程布置，并尽量缩短距离，避免物料往返运输）③.生产主厂房布置在厂区的中心地带（辅助车间及仓库应尽可能地靠近所服务的主要车间；动力设施应尽量靠近负荷中心）④.总平面设计应充分考虑地区主风向的影响，以此合理布置各建、构筑厂房及厂区位置，主风向由各地风玫瑰图决定。⑤.总平面设计应将人流、货流通道分开，避免交叉。.工厂组成：生产车间、辅助车间、动力车间、行管部门和生活福利设施、绿化区域、道路等运输设施和各类地上地下工程管网、三废治理设施和场等。工厂组成：生产车间：生产成品或半成品的厂内所有工艺生产主要部门。辅助车间：协助生产车间正常生产的各生产部门。动力车间：保证生产车间顺利生产及全厂各部门正常工作的部门（贮水池等）。行管部门：全厂性行政、后勤职能部门，起指挥管理服务的作用。（办公室等）。绿化区域：绿化设施和工厂前区建筑小品等美化环境布置。道路等运输设施和各类地上、地下工程管网：如上下水道、电缆或架空电气线路等。三废治理：废污处理设施和场地等。厂区划分：①厂前区：行政管理及后勤职能部门等有关设施；②生产区：车间厂房及其联系紧密的辅助车间厂房和少量动力车间厂房；③厂后区：主要是原料仓库、露天堆场、污水处理站等；④两侧区：机修车间、给排水系统、变电站及其有关仓库等。第三章工艺流程设计工艺流程设计的三个阶段：生产工艺流程示意图→生产工艺流程草图→生产工艺流程图带控制点的工艺流程图：表示全部工艺设备、物料管道、阀门、设备附件以及工艺和自控仪表的图例、符号等的一种工艺流程图。也称工艺控制流程图。相同设备的处理：一般应全都画出，但也有只画出一套者。只画出一套时，被省略部分的设备，则需用双点划线绘出矩形框表示。框内注明设备的位号、名称，并绘出引致该设备的一套支管。线条要求：①.设备轮廓：细实线;②.物料管道：粗实线;③.辅助管道：中实线;④.管道上的各种附件：细实线;⑤.地坪线：细实线;⑥.仪表管线：细虚线.图材：①B：不锈钢管②DN：水、煤气输送钢管，公称直径③Ø：无缝钢管④L：铝管⑤T：铜管在流程图中，凡是并联的相同的设备，可以只绘制一台，其余予以省略在施工图中，凡设计中所选用的一切工艺设备都要在流程图中反映出来设备标注方法:3管道标注：a.尺寸用公称直径：b.流向c.管道序号：工艺流程顺序编写d.管道等级e.保温等级f.物料代号:《管道系统图形符号管道》GB6567-86规定英文名称的第一字母。管段序号标注法：第四章工艺计算物料衡算的意义（质量守恒定律）:①确定原料、辅料消耗定额，及成品、副产品、三废等排放量。②确定生产设备的容量、个数和主要尺寸。③为热量、冷量、水、蒸汽等平衡计算提供依据。④在实际生产过程中，物料衡算可以揭示物料的浪费和生产过程的反常现象。物料衡算计算基准：①.以单位时间原料量或单位时间产品量作为计算基准。（连续操作过程及设备）②以单位质量、单位体积或单位物质的量的原料或产品为计算基准。（间歇操作过程及备）③以加入设备的一批物料或一批产品为计算基准。（间歇操作过程及设备）计算：热量平衡计算热量衡算的意义：（热力学第一定律）①通过热量衡算，计算生产过程能耗定额，进而计算加热剂或冷却剂的用量。②计算由设备传递的热量，为设备设计提供依据。③通过热量衡算分析研究工程设计和生产操作中热量利用是否经济合理，以提高热量利用水平。热量衡算的依据：热力学第一定律热量衡算方程：∑Q入=∑Q出+∑Q损（输入=输出+损失）对于单元设备的热量衡算，热平衡方程可写成如下形式：Ql+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6+Q7+Q8式中：Ql——各股物料带入设备的热量(kJ)Q2——由加热剂(或冷却剂)传给设备和物料的热量(kJ)Q3——过程的热效应，包括生物反应热、搅拌热、状态热等(kJ)Q4——各股物料带出设备的热量(kJ)Q5——加热或冷却设备需要的热量(kJ)Q6——加热物料需要的热量(kJ)Q7——气体或蒸汽带出的热量(kJ)Q8——损失的热量，如设备向环境散失的热量(kJ)注意：①对具体的单元设备，上述的Q1、Q8各项热量不一定都存在，故进行热量衡算时，必须根据具体情况进行具体分析。（重点）②式中除了Q1、Q4是正值外，其他各项都正、负两种情形。③计算时，对于一些量小，比率小的热量可以略去不计，以简化计算。热量衡算计算基准：①物料数量上的基准：尽量和物料衡算所选定的基准量相一致。②温度的基准：通常取0℃为基准温度，可简化计算。4进行具体的热量计算：Ql+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6+Q7+Q8①料带入的热量Q1和带出的热量Q4Q=∑mct显热：Q=∑mct潜热：Q=m△H△H=（h-i）η②由加热剂或冷却剂传给设备和物料的热量Q2----待求量Q=m△Hm=Q(h−i)η③过程热效应Q3Q3=Q生物热+Q搅拌热+Q状态热④加热设备耗热量Q5Q5=mc（t2-t1）⑤加热物料需要的热量Q6Q6=mc(t2-t1)⑥气体或蒸汽带出的热量Q7Q7=∑(mct+mr)⑦设备向环境散热的热量Q8Q8=AaT(tw-ta)τaT的计算：空气作自然对流，aT=8+0.05tW强制对流时(空气流速w=5m/s):aT=5.3+3.6w或aT=6.7w0.78(w5m/s)有关热量衡算值得注意的几个问题：①确定热量衡算系统所涉及的所有热量或可能转化成热量的其他能量，不要遗漏、但对衡算影响很小的项目可以忽略不计，以简化计算。②确定物料计算的基准、热量计算的基准温度和其他能量标准。有相变时，必须确定相态基准，不要忽略相变热。③正确选择与计算热力学数据④在有相关条件约束，物料量和能量参数（如温度）有直接影响时，宜将物料平衡和热量平衡计算联合进行，才能获得准确结果。第五章设备的设计与选型生物工厂设备分为：①专业设备：指发酵罐、糖化锅等专业较强、仅为生物工程工厂使用的设备；②通用设备：泵、风机等各行各业都可以试用的设备③非标准设备：生产车间的贮藏、池子等设施。计算：间歇与连续操作设备生产能力、数量、容积）间歇操作设备计算：间歇操作设备生产能力的表示方法：t/(罐·批)或m3(罐·批)①生产能力计算：m——物料质量(kg)c——物料比热容[kJ/(kg·K)]t——物料进入或离开设备的温度(℃)m——设备总质量(kg)c——设备材料比热容kJ／(kg·K)t1、t2——设备加热前后的平均温(℃)m——物料质量(kg)c——物料比热容kJ/(kg·K)t1、t2——物料加热前后的温度(℃)m——离开设备的气态物料量(如空气、C02等)(kg)c——液态物料由0℃升温至蒸发温度的平均比热容kJ/(kg·K)t——气态物料温度(℃)r——蒸发潜热(kJ/kg)A——设备总表面积(m2)aT——壁面对空气的联合给热系数W/(m2·℃)tw——壁面温度(℃)ta——环境空气温度(℃)τ——操作过程时间(s)5例如：3000t/a味精厂选总容积为100t的发酵罐，其生产能力为：式中100——发酵罐容积(t)70％——填充系数15％——发酵初糖浓度(还原糖)48％——发酵转化率80％——提取率112％——精制收率1％——染菌率100×70％×15％×48％×80％×112％×(1-1%)=4.47t／(罐·批)②设备数量计算：(2种方法)V=V0τ24VaΦ③设备容积的计算：V=V0τ24Nρ连续操作设备计算：连续操作设备的容量和主要尺寸的依据是：物料流量q(m3/s或t/s)；物料在设备中的逗留时间τ(s);物料在设备各部位的流速ω(m/s);①生产能力计算（用单位时间通过设备的物料量表示，由工厂的规模与物料衡算确定）例如：以淀粉质为原料，年产10000t燃料酒精厂，根据物料衡算蒸煮醪的体积流量为14.8m3/h。因此要求连续蒸煮设备的生产能力为14.8m3/h。②设备容积的计算已知物料的流量V和逗留时间τ，可以计算出设备的有效容量V有效：V有效=Vτ(m3)例如10000t/a酒精厂蒸煮时间，根据生产经验60-90min，取80min，则蒸煮设备的总容积V有效为：V有效=14.8×（80/60）=19.73(m3)③设备数量的计算连续操作一般取设备数量为3-6个。也可设定单个设备容量由总容量求算设备数量n：n=V有效ρV′V有效---设备有效总容积（m3）V‘---单台设备容积（m3）ρ---填充系数（%）例10000t/a酒精厂蒸煮V有效=19.73m3，Va=7m3，φ=80％，则设备数量n为：n=19.73/(7×80％)=3.52，取4个。公称容积：指罐的圆柱部分和底封头容积之和，并圆整为整数；上封头因无法装液，一般不计入容积。全容积：指罐的圆柱部分和两个封头容积之和。有效容积=全容积×公称系数传热公式计算法：为了保证发酵在最旺盛、微生物消耗基质最多以及环境温度最高时也能冷却小来发酵热，必须按发酵生成热量高峰、一年中最热的那半个月的气温下，而冷却水可能达到的最高温度的恶劣条件下，计算冷却面积。泵(P290)：水泵（离心泵）、油泵、耐腐蚀泵、液下泵、隔膜泵、计量泵、齿轮泵、螺杆泵、轴流泵、往复泵①水泵(输送各种工业用水及物化性质类似于水的其他液体,最普通的清水泵是单级单吸式泵)②油泵(输送石油产品的泵特点：应具有良好的密封性能，热油泵在轴承和轴封处设置冷却装置)③耐