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1、第二章 工艺设计基础与 工艺平衡计算,本章内容： 工艺设计的基本原则 工艺设计的程序和重点 工艺平衡计算 车间工艺布置概述,工艺设计的任务,1）确定生产方法、选择合适的工艺流程； 2）选取工艺参数及定额指标； 3）确定生产设备的类型、规格与数量； 4）确定劳动定员与生产班制； 5）进行车间工艺布置，合理安排设备之间的衔接。,工艺设计中需要高度重视的事项：,工艺设计的一些重大原则：生产方法的确定；主要生产设备（如水泥厂窑、磨、破碎机、烘干机、包装机等）的型式、规格、台数的选择；各生产车间的流程、工艺布置及其在总平面图上恰当的位置等。 设计中的一些具体问题：如传动设备的选定、设备之间互相衔接的溜管
2、、溜槽的角度、加工制作、安装等。 这些一般在初步设计阶段予以解决，而一些具体细节的处理，则在施工图设计阶段处理。,2.1 工艺设计的基本原则和程序,一、工艺设计的基本原则 1、按照计划任务书规定的产品方案、生产规模和产品规格进行设计； 1）选择与产品方案、生产规模和产品规格相适应的工艺流程和设备配置； 对于产品品种，如果认为计划任务书的规定在技术上或经济上有不适当之处，应阐明理由、建议调整，并取得业主的同意。 2）设备规模要满足生产规模和产品的产量、质量、规格的要求； 计划任务书规定的产品规模往往有一定的范围，设计规模在该范围之内或略超出该范围，都认为是合适的；但如限于设备选型，设计达到的规模
3、略低于该范围，应说明原因，取得同意后，才能继续设计。,3）对主机的生产能力进行标定，达到高产、优质、低耗、长期稳定安全运行。,窑、磨等主机的产量，除了参考设备说明书和经验公式计算以外，还应根据国内同类型主机的生产数据并参考国内外近似规格的主机产品进行标定。 在工厂建成后的较短时期内，主机应能达到标定的产量，同时标定的主机产量应符合优质、高产、低消耗和没备长期安全运转的要求。 既要充分发挥设备的能力，但又不能过分追求强化操作。 主要设备的能力应与工厂规模相适应，大型工厂应配套与之相适应的大型设备，否则将造成工艺线过多的现象。水泥厂的设计中，一般只采用一条或两条由大型设备组成的工艺线。,2、选择先
4、进、成熟、合理的工艺流程和设备,1）工厂的工艺流程： 在经济条件、物质资源和技术力量许可的前提下尽量推广新技术、新工艺，具体工段还应考虑相互之间连接的流畅； 2）设备选型（主机及配套辅机）： 尽量做到体积小、结构新、质量轻、效率高，消耗省、操作可靠、维修方便、供应有保证，且留有一定富裕量；,选择先进、成熟、合理的工艺流程和设备,3）附属设备： 型号、规格应尽量统一，以便于生产管理和减少配、备件的种类； 4）新技术、新工艺、新设备： 必须经过生产实践鉴定合格后，才可应用于新建厂的设计； 5）进行方案比较： 工艺流程、设备选型、工艺布置。,工厂的工艺流程和主要设备确定以后，整个工厂设计大局已定,在
5、选择生产工艺流程和设备时，应尽量考虑节省能源，采用国内较成熟的先进经验和先进技术。 水泥厂：原料破碎采用一级反击锤式破碎机代替二级或三级破碎系统；生料粉磨工序采用烘干磨系统；在水泥粉磨系统采用辊压机、球磨、高效选粉机(如O-SEPA选粉机等)的混合粉磨系统。 陶瓷厂：采用压力或真空入磨、压力出磨、真空脱气、管道注浆、喷雾干燥、大吨位自动压机成型，远红外和微波干燥、低温快烧等新技术。不仅大大缩短厂生产周期，提高厂劳动生产率，减轻劳动强度，而且降低了废品率，降低工厂成本。,3、合理确定各项技术指标和工艺参数,技术指标：留有余地、避免浪费； 如原料、燃料消耗量，设备（电）容量，员工人数，劳动生产率，
6、产品合格率，原料配比、各种率值等； 工艺参数：相互协调，满足生产规模、产品方案的总体要求。 如窑、磨等主机、辅机的产量，原料损失率（各阶段）、回收率，物料储备量、储备期和运量（堆场面积）等。,4、注意考虑生产挖潜的可能、并预留改扩建的余地；,工厂扩建的原则：既要便于今后的扩建，使工厂扩建时尽量不影响原有的生产，又要尽可能不增加当前建厂的占地面积和投资。 工厂从设计到建成投产往往要好几年时间，而生产技术不断向前发展。因此设计能力应能切实满足生产要求并留有余地。 各车间主机对窑应有一定的储备能力，各种附属设备对其主机应有一定的储备能力。此外应结合设计时的国内外未来一段时期产品需求情况的预测，以及当
7、前国民经济发展的方针政策，考虑在设计中是否需要或应留有多大的扩建余地。,5、合理考虑机械化、自动化装备水平,机械化水平：与工厂规模和装备水平相适应； 连续生产过程中大宗物料的装、运、卸，必须实现机械化。重大设备的检修、起重以及需要减轻繁重体力劳动的场合，也应尽可能实现机械化。一般大型厂机械化水平较高，而小型厂则可以低一些； 自动化水平：值得提倡，因“厂”制宜。 生产控制自动化，具有反应灵敏、控制及时、调整精确的特点，是保证现代化连续性生产安全稳定进行的必不可少的手段。如在原料配料和粉磨过程中，新型干法生产广泛地采用电子秤X荧光分析仪电子计算机自动调节系统，控制原料配料，实现了原料配料的自动控制
8、。在水泥粉磨系统已广泛采用电子定量喂料秤、 自动化仪表、电子计算机控制生产。其中主要利用电耳、提升机负荷和选粉机回料量等进行磨机负荷控制。,6、重视环境保护，减少污染，积极执行国家清洁生产标准。,严格贯彻执行国家环境保护、工业卫生等方面的规定。对可能产生的污染应采取相应的防治措施，确保工人在良好的环境下从事生产，保护广大职工的身体健康，延长设备使用寿命。 为减少环境污染，应广泛地采用新型高效除尘设备，在物料储存设计上采用以“圆库化为主的方案。与此同时，也应重视噪音防治、污水治理、绿化环境，使水泥工业实现文明生产。,7、工艺布置要便于施工、安装、生产与维修,生产流程顺畅、紧凑、简捷； 尽力缩短物
9、料的运输距离； 并充分考虑设备安装、操作、检修和通行的方便； 以及其它专业对工艺布置的要求。,二、工艺设计的程序,按照基本建设程序，在厂址已获批准并对厂区矿区的各项技术条件落实后，即可全面展开设计工作。 工艺设计一般分初步设计和施工图设计两个阶段。,1、初步设计的步骤,在初步设计阶段，工艺设计计算与工艺布置常交错进行，由浅入深、有条不紊。 根据全厂物料平衡计算，进行主机选型，进而确定各种物料的储存期、储存量、储库的主要规格尺寸。然后初步考虑各个车间的轮廓尺寸，绘制生产车间总平面轮廓图，初步解决各个生产车间的平面位置关系，为各车间进行设计做好准备。各车间设计时，先从车间内部的主、辅机设备选型计算
10、着手。通过计算选定主、辅机设备，然后进行车间布置设计，绘制系统工艺布置图。 工艺设计计算与工艺布置问题不能截然分开，特别是进行主机平衡计算时，必须考虑到所选用的主机在工艺流程上和设计布置上的问题，以免在设计布置时出现困难。 物料平衡、主机平衡和储库计算，都以烧成车间生产能力为基准。烧成车间生产能力基本上决定了工厂的生产规模。在进行物料平衡、主机平衡和储库计算时，首先要确定烧成车间生产能力和工厂生产规模。,初步设计的步骤,1） 根据原料特点、产品质量要求等因素，确定配料方案与各车间生产任务； 原料加工试验是设计前的准备工作之一，应在开展设计以前的资源勘探和建厂可行性研究时进行。 配料计算确定原料
11、种类和配合比，是确定原料需要量和进行物料平衡、主机平衡及储库计算的主要依据之一。在设计中，原料加工试验和配料计算是由原料专业完成的。,初步设计的步骤,2）选择生产工艺流程及主机设备； 3）确定主要工艺参数、定额指标及车间工作制度； 4）物料平衡计算、设备选型及计算、储库平衡计算； 5）绘制全厂生产车间总平面轮廓图、工厂总平面资料图； 全厂生产车间总平面轮廓图(方块图)，主要表示各车间的相对位置，是总图专业人员进行工厂总平面布置图设计的主要依据。,初步设计的步骤,6）进行车间工艺布置并绘制工艺布置草图； 7）计算设备的电力安装容量以及蒸汽、压缩空气和其它动力需要量；计算人员数量和运输量；向土建等
12、专业工种提供资料； 8）根据土建设计，绘制正式工艺布置图； 各车间工艺布置图分别绘制，表示该车间的主要平、剖面，供土建等有关专业配合设计用，然后汇总成全厂生产车间平、剖面图（表示全厂生产工艺流程，主机和主要附属设备台数及定位尺寸、厂房楼层、地面的标高和检修设施等）。与设备表和设计说明书、概算一起，组成初步设计文件。 9）计算主要技术经济指标； 10）编写工艺设计说明书。,2 施工图设计,分资料图和成品图两个步骤 资料图：工艺专业人员根据初步设计的各车间工艺布置图和审批意见，绘制工艺施工资料图，供各专业配合设计之用； 成品图：在各专业设计后进行查对、修改和补充后，绘制成品图。 施工图包括工艺布置
13、图（平面图、剖面图）、局部放大图和设备基础图，在工艺布置图的基础上，绘制管道系统图、设备安装图和溜管、支架等非标准件图。 施工图设计的文件，是工艺设备安装的依据。 施工图设计，每个车间分别进行设计。如设计方案无变化，施工图设计不编写工艺设计说明书。,2.2 物料平衡计算,物料平衡计算：以确定的生产规模、产品方案、原料配方试验结果、工艺流程、工艺参数及生产班制为基础，计算各种原料、燃料、材料的需要量以及从原料进厂直至成品出厂各工序所需处理的物料量。 物料平衡计算解决的问题 一、 水泥厂物料平衡计算 二、 陶瓷厂物料平衡计算,物料平衡计算解决的问题,原料进厂至成品出厂各工序所需处理的物料量，作为确
14、定车间生产任务、设备选型及人员编制的依据。 例如：陶瓷厂年装窑量是窑炉选型计算及匣钵数量计算的依据；年成型量是成型设备台数及模具用量的计算依据；坯料粉碎加工量是确定粉碎设备数量的依据等。,物料平衡计算解决的问题,各种原料、辅助材料及燃料需要量作为总图设计中确定运输量、运输设备和计算各种堆场、储库、料仓规模的依据。 计算水，电、蒸汽和劳动力的需要量，确定原材料、燃料等的单位消耗指标，作为公用设计和计算产品成本等的依据。,物料平衡计算,物料平衡计算是工艺设计必不可少的工艺计算内容之一 保障物料平衡计算正确的基础 正确的工艺流程：计算的步骤 生产工艺：计算的内容 物料衡算的基本公式（某道工序）： 出
15、料量（产量）= 进料量（加工量、上道工序产量） *（1-生产损失率）,一、 水泥厂物料平衡计算,物料平衡计算的基础资料 1、 烧成车间生产能力和工厂生产能力的计算 2 、原燃材料消耗定额的计算 3 、原燃料的需要量与物料平衡表的编制 2012年底前，淘汰窑径3.0米以下水泥机械化立窑生产线、窑径2.5米以下水泥干法中空窑(生产高铝水泥的除 外)、水泥湿法窑生产线(主要用于处理污泥、电石渣等的除外)、直径3.0米以下的水泥磨机(生产特种水泥的除外)以及水泥土(蛋)窑、普通立窑等落后水泥产能。,一、 水泥厂物料平衡计算,以窑的熟料产量作为物料平衡的计算基准 1）年平衡法：工厂规模以水泥年产量表示，
16、取熟料年产量为基准； 2）周平衡法：工厂规模以熟料日产量表示，取熟料周产量为基准。 生料各组分配合比，由配料计算确定；,物料平衡计算的基础资料,工厂规模：水泥或窑的产量、窑的年运转率及时间； 生料各组分配合比及生料外加物比例、水分、消耗定额； 水泥各组分配合比、水分：水泥中熟料、石膏和混合材的比例视水泥品种和质量要求而定； 燃料品种、水分、热值； 熟料烧成热耗； 物料烘干热耗：取决于所选烘干机的热工特性和湿物料的含水量，它用以计算烘干所需的燃料量。 车间工作制度等：包括生产周制度(连续周每周7天工作，不连续周为每周6天工作)和生产班制度(每日的生产班数和每班的生产小时数)，它用以确定年平衡法的设备年利用率，或周平衡法的设备每周运转小时数。,典型的新型干法水泥生产工艺流程图,1 烧成车间及工厂生产能力的计算,1.1 年平衡法 计算步骤： A）按计划任务书对工厂规模(水泥年产量)的 要求，计算要求的熟料年产量（可直接用）； B）选择窑型、规格； C）标定窑的台时产量； D）选取窑的年利用率
