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1、 第十四章王 方林生化生产工艺设计教学内容： 14.1 生化工艺流程的设计 14.2 工艺流程设计任务、方法和步 骤 14.3 工艺流程图 教学重点：工艺流程设计 教学难点：生产方法的选择 教学方法：课堂讲授、参观、讨论 教学时数：学时第十四章 生化生产工艺设计基础评价一个工厂设计的优劣最主要 是看它采用的生产工艺和技术是否先进可 靠、安全适用，以及经济上是否合理。生 产工艺设计是总体设计的主导，它起着贯 穿全过程并且组织协调各专业设计的作用 ，其它配套设计必须根据生产工艺提出的 要求，来进行设计。生化工厂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，并向配套设计提出设计依据
2、和 要求。由此可见，生产工艺设计是整个 工厂设计的基础。工艺流程设计是化工设计中的重 要环节，是每一个化工工作人员必须接触 和了解的内容。它通过工艺流程图的形式，形象 地反映了化工生产由原料进入系统到产品 输出的全过程，其中包括：（1）物料和能量的变化（2）物料的流向（3）产品生产所经历的工艺过程和 使用的设备仪表工艺流程设计集中表现了整个过程的全貌， 是设计的核心。设计工作包括设备选型、工艺计 算、设备布置等工作,这些工作都与工艺流程有 直接关系。只有确定流程以后，其它工作才能开 展，工艺流程涉及各个方面，而各方面的变化又 反过来影响工艺流程设计。因此，工艺流程设计 动手最早，结束最晚。14
3、. 生化工艺流程的设计同一种产品的生产，可以采用不同的 生产方法，不同原料，不同的生产线，不同的 工艺流程。因此，选择生产方法是决定设计质 量的关键一步，必须认真对待。如果产品只有一种生产方法，无须选择 ；如果产品有几种生产方法，就需逐个进 行分析研究、比较、筛选，作为工艺流程设计 的依据。一、工艺流程的选择原则工艺流程的选择原则应突出以下三点 ：1、技术上先进性 ： 就是技术 上的先进和经济上的合理可行。具体包括 ：基建投资、产品成本、消耗定额和劳动 生产率等 方面 的内容，应选择物料损耗 小、循环量少，能量消耗小和回收利用好 的生产方法。2、经济可靠性：是指所选择的 生产方法和工艺流程是否
4、成熟可靠（不成 熟的工艺技术，会造成极大的浪费）。因 此，对于尚 在试验阶段的新技术、新工 艺、新设备应慎重对待,要防止只考 虑新 的一面，而忽略不成熟、不稳妥的一面， 坚持一切经过试验原则,不允许把未来的 生产当作试验工厂进行设计。3、结合国情： 中国是发展中的国 家，在工厂设计时不能单从技术观点考虑问 题，应结合具体国情例如 ：（1） 中国人的消费水平及各种化工产品 的消费趋势；（2） 中国化工机械设备及电气仪表的制 造能力；（3） 中国 化工生产所用的原材料设备所 用金属材料供应情况；（4） 中国环境保护的有关规定和三废排放情 况； （5） 劳动就业与化工生产自动化关系； （6） 资金筹
5、措与外汇贮备情况以上三项原则必须在技术路线和工艺流 程选择中全面衡量、综合考虑。生产路线选定之后，即可 进行工艺流程设计。它和车间布 置设计是决定整个车间（装置） 基本面貌的关键性步骤，对设备 设计和管路设计等单项设计也起 着决定性的作用。 二、工艺流程设计的任务流程设计包括两个方面：一是确定生产流程中各个生产过 程的具体内容，顺序和组合方式，由原料 制成产品。二是绘制工艺流程图，以图解的 形式表示生产过程，当原料经过各个单元 操作过程制得产品时物料和能量发生的变 化及其流向，以及采用哪些化工过程和设 备，再进一步通过图解形式表示出化工管 道流程和计量控制流程。 为了使设计出来的工艺流程实现优
6、质、 高产、低消耗和安全生产，应注意以下几个问题 ：（1）确定整个流程的组成：工艺流程反 映了由原料制得产品的全过程。（2）确定每个过程或工序的组成：采用 多少设备和由哪些设备来完成这一生产过程，以 及各种设备之间应如何连接，并明确每台设备的 作用和它的工艺参数。(3)确定操作条件：为了使每个过程 、每台设备正确地起到预定作用，应当确定 整个生产工序或每台设备的各个不同部位要 达到和保持的操作条件。(4)确定控制方案：为了正确实现并 保持各个生产工序和每台设备本身的操作条 件，选用合适的控制仪表。(5)合理利用原料及能量：计算出整个 装置的技术经济指标，要合理地做好能量回 收与综合利用，降低能
7、耗。据此确定水、电 、蒸汽和燃料的消耗。(6)制定三废的治理方法：除了产品和 副产品外，对全流程中所排出的三废要尽量 综合利用，对于无法回收利用的，则须进行 妥善处理。(7)制定安全生产措施。首先确定选定的生产方法是 正在生产或曾经运行过的成熟工艺还 是待开发的新工艺。成熟工艺可借鉴 而需要局部改进或局部采用新工艺的 问题。新开发技术，在设计上称为 概念设计无论哪种情况，一般工艺流 程部分为以下几个重要部分。三、工艺流程设计方法三、工艺流程设计方法1、原料处理过程 主反应确定之后，根据反应特 点，对原料提出工艺条件要求，如纯 度、温度、压力、加料方式等。 2、反应过程 根据反应过程的特点、产品
8、的 要求、物料特性、基本工艺条件来决 定采用生化反应器类型和决定连续还 是间歇性操作。3、产后处理 根据反应特性和产品质量要求 ，实际过程可能会出现下列情况 ： （1）副反应的发生。 （2）多组分平衡 ，过剩原料回收分离 。 （3）有害杂质净化。 （4）产物聚集状态 ，多相混合，需采 用不同措施进行处理，有时这些原因是制 约生产的关键环节。4、产品的后处理 经过分离净化后的产品 ，有些是下 一工序的原料有些可作商品，还有需要后处理 ，如筛 分、包装、灌装、计量、贮存、输送。 这些过程都需要有一定的工艺设计装置。 5、未反应的循环或利用以及副产 品的处理要根据特点、设计相应的单元操作过程 。6、
9、确定“三废”排出物的处理措施 排放的三 废、加以回收，无法回收应妥善处理，达到排放标准。 做到“三废”治理与环保工程。“三废”治理工艺与生 产工艺同时设计、同时施工、同时投产运行。7、确定公用工程的配套措施 生产中必须使用 的工艺用水（包括作为原料的软水、冷却水、溶剂用水 等）、蒸汽（原料用汽、加热用汽、动力用汽及其他用 汽等）、压缩空气、氮气等以及冷冻、真空都 是工艺 中要考虑的配套设施。还要考虑生产用电、上下水、空 调、采暖通气都是必须密切配合。8、确定操作和控制方案 包括流程中 各个单元设备的物料流量（投料量）、组成、温 度压力，并提出控制方案，以确保产品合格。9、安全生产措施 根据物料
10、性质和生产 特点，在工艺流程中除设备材质和结构安全外， 还要设置事故槽、安全阀、放空管、安全水封、 防爆板、阻水栓等以保证安全生产。10、保温、防腐的设计 这是工艺流程 设计的最后一项工作，也是施工按装的最后一道 工序，根据介质的温度、特性和状态以及周围环 境状况决定管道和设备是否面要保温和防腐。四、生产方法和工艺流程的确定 1、搜集资料，调查研究这个阶段是确定工 艺流程和选择生产方法的准备阶段，要根据 方案和生产规模，有计划、有目的地搜集国 内同类产品生产厂家的有关资料、技术、工 艺参数、原材料来源、公用工程单耗、产品 质量、规格、三废治理等资料，应取得信息 部门配合，还要向咨询部门咨询。具
11、体收集的内容主要有以下几个方面： （1）、国内外生产情况，生产方法及工艺流 程； （2） 、原料来源及产品应用情况； （3） 、试验研究报告； （4） 、安全技术及劳动保护措施； （5） 、综合利用及三废处理；(6)、生产技术是否先进，生产连续化、自 动化程度；(7)、设备的大型化及制造、运输情况；(8)、基本建设投资、产品 成本、占地面积 ；(9)、水、电、汽、燃料的用量及供 应，主 要基建材料的用量及供应；(10) 、厂址、地质、水文、气象等资料；(11)、车间（装置）环境与周围的情况。 2、落实设备设备是完成生产过程的重要条件 ，对生产中所用设备分清三种类型:（1）国内已有定型产品； （
12、2）进口产品； （3）国内需重新设计制造，并对制 造单位的技术力 量、加工条件、材 料供应、加工进度加以了解。14.2 工艺流程设计的任务和方法 一、工艺流程设计的任务 生产路线选定之后，即可进行流 程设计。它和车间布置设计是决定整 个车间（装置）基本面貌的关键性步 骤，对设备设计和管路设计等单项设 计也起着决定性的作用。流程设计包括两个方面一 确定生产流程中各个生产过程的具体 内容，顺序和组合方式。 二 绘制工艺流程图，以图解的形式表示 生产过程，当原料经过各个单元操作过程， 制得产品时，物料和能量发生的变化及其流 向，以及采用哪些化工过程和设备，再进一 步通过图解形式表示出化工管道流程和计
13、量 控制流程。 1 确定整个流程的组成 2 确定每个过程或工序的组成 3 确定操作条件： 4 确定控制方案，选用合适的控制仪表。 5 合理利用原料及能量 计算出整个装置的 技术 经济指标。 6 制定三废的治理方法 7 制定安全生产措施为了使设计出来的工艺流程实现优质、高产 、低消耗和安全生产，应注意以下问题：二、工艺流程设计步骤生产工艺流程设计牵涉面很广， 其目的是把各个生产过程按一定的顺 序和要求有机地组合起来，进而绘出 生产工艺流程图来指导设备的安装和 指导生产操作。生产工艺流程的设计 需要经历生产工艺流程示意图、生产 工艺流程草图、带控制点的生产工艺 流程图三个阶段。生产工艺流程示意图
14、：生产工艺流程示意图是用文字或框图 形式来表明物料、设备的名称，并以箭头方 式表明物料的流向。它只是定性地标出由原 料转化成产品的路线、流向顺序以及生产中 采用的工艺过程和设备。图14-1为味精生产工艺流程示意图。实际设计中，有时还 需画出带控制点的工艺流程 示意图。如图14一2为带控制 点的味精生产工艺流程示意 图。带控制点的生产工艺流程示意图：带控制点的生产工艺流程示意图： 是表示全部工艺设备、物料管道、阀门、是表示全部工艺设备、物料管道、阀门、 设备附件以及工艺和自控仪表的图例、符设备附件以及工艺和自控仪表的图例、符 号等的工艺流程图。它是设备布置设计、号等的工艺流程图。它是设备布置设计
15、、 仪表测量和控制设计的基本资料，并可供仪表测量和控制设计的基本资料，并可供 施工安装和生产操作时参考。施工安装和生产操作时参考。工艺流程草图：完成工艺流程示 意图后，就可开展物料平衡计算，求 出原料、半成品、产品、副产品以及 与物料计算有关的废水、废料的规格 、重量和体积等参数，并可根据这些 参数开始设备设计。一般来说，设备设计分为两个阶段。第 一阶段的设计主要是计算、确定计量和贮存设备 的容积以及决定这些容积设备的型号、尺寸和台 数等。第二阶段的设计主要是解决生物反应过程 和后处理过程中单元操作的技术问题，对专业设 备和通用设备进行设计或选型。通常在完成设备 设计的第一阶段任务后，即开展工
16、艺流程草图的 设计。工艺流程草图是由物料流程、图例、设备 一览表以及必要的文字说明所组成，一般是初步 设计阶段的草图。图14一3为初步设计阶段提供的带控制 点的工艺流程草图 工艺流程施工图： 工艺流程施工图的内 容接近于工艺流程草图，但是比工艺流程草图 更加全面、完整和合理。一般来说，在设备设 计和工艺流程草图设计完成后，按程序就可开 始车间的设备布置设计。这时往往需要对工艺 流程草图设计中的某些设备的空间位置，或对 个别设备的选型等进行修改或完善，重新确认 设计的合理性，待多次反复确认设计无误后， 可以正式绘制生产工艺流程图。图14一4为施工设计阶段提供的带控制 点的工艺流程图。需要指出的是，工艺流程示意 图、工艺流程草图和工艺流程图的设计 并不是单独进行的，而必须同物料衡算 、能量衡算、设备设计计算以及车间布 置设计等交叉进行的。总之优秀的设计方案是在比较中产生的， 进行多方案的比较 ，首先明确判断依据，如 产物收率、原料单耗、能量单耗、产品成本、 工程投资、环保、安全
