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1、第二節(jié) 工藝流程設計 工藝流程設計和車間布置設計是工藝設計的兩個主要內(nèi)容，是決定工廠的工藝計算、車間組成、生產(chǎn)設備及其布置的關鍵步驟。 工藝流程設計主要包括： 確定由原料到成品的各個生產(chǎn)過程及順序，既物料和能量發(fā)生的變化及流向，應用的反應、原料加工過程及設備。 繪制工藝流程圖。 工藝流程設計三個階段： 示意圖草圖流程圖。 即示意圖物料、能量、設備草圖車間布置流程圖。,一、生產(chǎn)方法的選擇和工藝流程設計原則 1. 生產(chǎn)方法的選擇 即工藝路線的選擇，是發(fā)酵工廠設計的關鍵。 選擇的主要依據(jù)： 原料來源、種類和性質(zhì)； 產(chǎn)品的質(zhì)量和規(guī)格； 生產(chǎn)規(guī)模：較小時，分批生產(chǎn)；較大時，連續(xù)生產(chǎn)； 技術水平：連續(xù)生
2、產(chǎn)或間歇生產(chǎn)； 地區(qū)的自然環(huán)境：熱帶或冷帶地區(qū)，制冷設備選擇； 經(jīng)濟合理性：技術經(jīng)濟指標比較，選用投資少、效率高、能耗低的生產(chǎn)方法，以獲得良好的經(jīng)濟效益。,2. 工藝流程設計原則 （1）保證產(chǎn)品質(zhì)量符合國家標準，外銷還要考慮銷售區(qū)的質(zhì)量要求。 （2）盡量采用成熟、先進的技術和設備。 提高原料利用率，提高勞動生產(chǎn)率，降低水、電、汽及其能量消耗，降低成本，使生產(chǎn)穩(wěn)定、安全、可靠。 例如，味精廠的雙酶法糖化工藝流程，糖轉(zhuǎn)化率達95以上，糖液透光率在8590；啤酒廠麥汁一段冷卻新技術，節(jié)電40，節(jié)水27，降低載冷劑用量。 （3）盡量減少三廢排放量，有完善治理措施。 （4）確保安全生產(chǎn)，以保證人員
3、和設備安全。 （5）生產(chǎn)過程盡量采用機械化和自動化，實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。,二、工藝流程的設計步驟 1.生產(chǎn)工藝流程示意圖 定性地表明原料變成產(chǎn)品的路線及順序，以及應用過程及設備。 先弄清需要那些單元操作，其次確定操作方式間歇或連續(xù)（先進、經(jīng)濟、合理）。 可用簡單的設備流程圖表示，也可用文字示意圖表示。,,L-賴氨酸生產(chǎn)工藝流程示意圖： 菌種斜面培養(yǎng)搖瓶培養(yǎng)一級種子培養(yǎng) 二級種子培養(yǎng) 無菌空氣 淀粉培養(yǎng)基制備發(fā)酵過濾離子交換 真空濃縮酸化蒸發(fā)結(jié)晶干燥飼料 級賴氨酸溶解脫色重結(jié)晶干燥藥品、食品、試劑級賴氨酸 2.草圖設計 物料平衡計算：原料、半成品、副產(chǎn)品及廢水、廢料的
4、規(guī)格、重量和體積。 設備設計： 計算、確定計量和貯存設備的容積、尺寸和臺數(shù)。之后進行草圖設計。,進行設備設計與水、電、汽等能量計算。 主要解決生產(chǎn)過程和單元操作的技術問題，如篩網(wǎng)孔徑及面積、過濾面積、傳熱面積等，對專業(yè)及通用設備進行設計或選型。 對草圖進行修改和補充，并進行初步平面布置。,3.工藝流程圖的設計 設備設計和工藝流程草圖設計完成后，開始車間布置設計。此時可對不適之處進行調(diào)整。 設計完善后正式繪制生產(chǎn)工藝流程圖。 以上三階段不是單獨進行，而必須同物料、能量、設備計算及車間布置交叉進行。 因此，工藝設計時，要全面、綜合考慮，思路清晰，有條不紊，前后一致。,第七節(jié) 車間工藝設備布置 一
5、、車間工藝設備布置的目的和重要性 目的是對廠房的配置和設備的排列作出合理的安排，并決定車間、工段的長度、寬度、高度和建筑結(jié)構(gòu)型式，以及各車間之間與工段之間的相互關系。 車間布置對工廠建設投資、建成后的生產(chǎn)和管理效率、生產(chǎn)的經(jīng)濟性、操作和維修的方便性、衛(wèi)生條件和安全性等均有重要影響。 要求工藝人員要了解生產(chǎn)操作、設備維修和具有一定的安裝知識，而且要具備一定的土建、電力、自控儀表、安全、衛(wèi)生等其他專業(yè)的基本知識。 以工藝為主導，并在其他專業(yè)，如總圖、土建、設備、安裝、電力、暖通、外管等密切配合下完成的。,二、發(fā)酵工廠生產(chǎn)車間組成 發(fā)酵工廠一般由主生產(chǎn)車間、輔助車間、動力車間、倉庫和堆場部分、三廢治
6、理部分、廠前區(qū)行政福利部分等組成。 工藝人員主要完成主生產(chǎn)車間的設計。 輔助車間、動力車間（變電所、鍋爐房、冷凍站、水泵房等）由相對應的配套專業(yè)人員承擔設計。 生產(chǎn)車間的內(nèi)部組成一般包括三部分： 生產(chǎn)部分：原料工段、生產(chǎn)工段、成品工段、回收工段等。 輔助部分：通風空調(diào)室、變電配電室、車間化驗室、控制室等。 生活行政部分：車間辦公室、會議室、更衣室、浴室及廁所等。,例如： 味精工廠主要生產(chǎn)車間：糖化車間、發(fā)酵車間、提取車間、精制車間、包裝車間。 啤酒工廠主要生產(chǎn)車間：麥芽車間、糖化車間、發(fā)酵車間、包裝車間。 淀粉工廠主要生產(chǎn)車間：玉米凈化車間、淀粉車間、副產(chǎn)品車間（蛋白、纖維）。 乳品廠主要生產(chǎn)
7、車間：液態(tài)乳車間、奶粉車間、酸奶車間、冰淇淋車間等。,三、車間布置設計的原則 車間平面設計主要是把車間的全部設備（包括工作臺等），在一定的建筑面積內(nèi)作出合理的安排。 平面布置圖： 就是把屋蓋（或樓板）掀開往下看，徑直畫出設備的外型輪廓圖。 在平面圖中，必須表示清楚各種設備的安裝位置。下水道、門窗、各工序及各車間生活設施的位置、進出口及防蠅、防蟲措施等。,車間剖面圖剖面圖： 它是解決平面圖中不能反映的重要設備和建筑物立面之間的關系，以及畫出設備高度、門窗高度等在平面中無法反映的尺寸。,生產(chǎn)車間工藝布置的原則: （1）要有總體設計的全局觀點 首先滿足生產(chǎn)的需要； 同時必須從本車間在總平面圖上的位
8、置，與其他車間關系，以及發(fā)展前景等方面，滿足總體設計的要求。 （2）車間設備布置應符合生產(chǎn)工藝的要求 必須按流程順序依次進行設備的排列，以保持物料順利輸送，保證水平方向和垂直方向的連續(xù)性。 不使物料和產(chǎn)品有交叉和往復的運動。 盡可能利用工藝位差，對有壓差的設備，應充分利用高位差，以節(jié)省動力設備及費用。,（3）車間布置應符合生產(chǎn)操作的要求 要考慮設備檢修拆卸的位置以及設備與設備、設備與建筑物間的安全距離。 有些特殊的設備可按相同類型作適當集中，務必使生產(chǎn)過程占地最小，生產(chǎn)周期最短，操作最方便。 原料收發(fā)間應設地磅。 設備布置不宜過緊過松，宜盡量對稱緊湊，排列整齊，充分利用空間。設備間的距離要考慮
9、操作和交通便利。 車間內(nèi)要留有堆放原料、成品及廢物和包裝材料的空地。 設備的自動測量儀表要集中控制，閥門控制盡量集中，便于工人操作。,（4）車間布置應符合設備安裝、檢修要求 根據(jù)設備大小及結(jié)構(gòu)，考慮設備安裝、檢修及拆卸所需的空間和面積。 滿足設備能順利進出車間的要求。大門寬度比最大設備寬0.5m，設備特別大時，可在外墻設安裝洞。 通過樓層的設備，樓面上要設置吊裝孔。 必須考慮設備的檢修和拆卸、以及運送物料所需的起重運輸設備。 （5）車間布置應符合廠房建筑的要求 凡是笨重的設備或運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生很大振動的設備，如壓縮機、粉碎機、大型通風機、離心機等，最好設在廠房底層，以減少荷載和振動。 有劇烈振動的設
10、備，其操作臺和基礎不得與建筑物的柱、墻連在一起，以免影響建筑物的安全。,設備布置時，要避開建筑的柱子及主梁，如設備吊裝在柱子及梁上，其荷重及吊裝方式需事先告知土建專業(yè)人員，并與其協(xié)商。 廠房內(nèi)所有操作臺必須統(tǒng)一考慮，避免平臺支柱零亂重復，影響車間美觀、生產(chǎn)操作及檢修。 （6）車間布置應符合節(jié)約建設投資的要求 一般采用低層建筑為好，盡量采用露天或半露天布置。 工藝管線應集中布置，要盡可能縮短設備間管線，設備應靠近符合中心。 盡量采用一般的土建結(jié)構(gòu)，少用或不用特殊的結(jié)構(gòu)。 設備的操作面盡可能與通道安排在一側(cè)。,（7）車間布置應符合安全、衛(wèi)生和防腐要求 發(fā)酵工廠衛(wèi)生是正常生產(chǎn)的首要環(huán)節(jié)。 要為工人操
11、作創(chuàng)造良好的安全衛(wèi)生條件。 易燃易爆車間要考慮方便工人疏散和防火滅火措施。 凡產(chǎn)生腐蝕性介質(zhì)的設備，其基礎、設備周圍的地面、墻、柱都要采取防護措施。 四、生產(chǎn)車間工藝布置的步驟與方法 生產(chǎn)車間工藝布置設計一般先從平面布置開始。 平面布置分兩種情況： 一種新設計車間，另一種對原有廠房進行技術改造。后一種比前一種更困難些，因有很多限制條件，但設計方法相同。 車間工藝布置可分兩個階段進行： 布置草圖和布置圖，而正式的布置圖又分為初步設計階段和施工圖階段。,步驟與方法 1. 明確設備清單和輔助間面積要求。 2.透徹了解工藝流程，設備尺寸和結(jié)構(gòu)、廠房組成等資料，并要有清晰的立體概念。 對于笨重的、固
12、定的和專用的設備應盡量排布在車間的四周；而對于輕的、可移動的設備，可排在車間的中間，這樣在更換產(chǎn)品時調(diào)換設備將很方便。 3.確定車間建筑物結(jié)構(gòu)形式、朝向和跨度 工藝人員根據(jù)生產(chǎn)流程，生產(chǎn)性質(zhì)，各專業(yè)的要求，車間在總平面圖上的位置， 初步劃分生產(chǎn)、輔助生產(chǎn)和生活設施的分隔及位置，初步選定廠房柱距、跨度及車間面積。,4.進行車間的工藝設備布置。 在計算機或繪圖紙上按廠房建筑設計的要求，繪制廠房建筑平面輪廓草圖（1：100）。 把所有設備按1：100的比例繪成設備外型輪廓俯視圖模型，按工藝流程順序和布置原則，進行合理的安排和調(diào)整 。先布置流程中的主體設備，再逐一計算每個設備的輔助場地和空間。 用立體
13、概念試排幾個可行方案。然后征求協(xié)同配套專業(yè)的意見，從各方面比較優(yōu)缺點，經(jīng)集思廣益，確定一個較理想的方案。 提交建筑人員設計建筑圖。 工藝設計人員在取得建筑設計圖后，即可在草圖的基礎上繪制正式的車間平、立面布置圖。,一般工作程序：車間布置草圖車間布置圖（初步設計階段）車間布置圖（施工圖階段）。 另外，車間布置設也有采用立體模型布置法的，這種方法在國際上廣泛采用，國內(nèi)有些設計單位也已開始推廣。它適合于現(xiàn)代化的復雜大型車間布置，具有直觀、更切合實際的優(yōu)點。 五、車間布置設計的有關技術與參數(shù) （一）有關技術 1.廠房的整體布置和輪廓設計 （1）廠房的整體布置 主要根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)特點、廠區(qū)面積
14、及廠區(qū)地形、地質(zhì)等條件而定。 一般采用集中式和分離式，并考慮設備的露天化。,（2）廠房的立面布置 發(fā)酵工廠建筑按廠房的層數(shù)分類，可分為單層廠房、多層廠房和層次混合的廠房三類。 主要由生產(chǎn)工藝的特點和工藝設備布置要求所決定。同時滿足建筑上采光、通風等各方面要求。 應力求簡單、經(jīng)濟合理、便于施工。每層高度取決于設備的高低，安裝的位置，檢修要求及安全衛(wèi)生等要求。 廠房室內(nèi)地面標高應高于室外地面150mm，室內(nèi)高度應為300 mm 的倍數(shù)。 單層廠房柱頂標高應為300mm的倍數(shù)，吊車軌頂?shù)臉烁邽?00mm的倍數(shù)。 多層廠房一般為框架或混合結(jié)構(gòu)，層高多采用5.1 m、6m，最低不得低于4.5m。每層高度
15、盡量相同，不宜變化過多。,（3）廠房的平面布置 廠房外形有長方形、L形、T形和U形等 。 長方形最多見，便于總平面圖的布置，節(jié)約用地，有利于設備的排布，縮短管線，便于安排進出口和交通，有較多可供自然采光和通風的墻面，而且采用結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一模數(shù)，造價低、施工快。 長方形長度較長時，也可采用L形、T形和U形等。 廠房的柱網(wǎng)布置，根據(jù)設備的布置要求確定，同時要盡可能符合建筑統(tǒng)一模數(shù)制的要求，以充分利用建筑結(jié)構(gòu)上的標準預制構(gòu)件 。 建筑統(tǒng)一模數(shù)制：即規(guī)定了建筑物的基本尺度，任何房屋尺寸都必須是基本尺寸的倍數(shù)。 基本尺度的單位叫模數(shù)M0，M0=100mm。 平面方向的擴大模數(shù)用300mm（3 M0），即柱網(wǎng)
16、布置均采用300mm的倍數(shù)。,單層廠房平面柱網(wǎng)的選擇 柱網(wǎng)：柱子的縱向和橫向定位軸線垂直相交所構(gòu)成的網(wǎng)格線。 跨度：由縱向定位軸線間的尺寸表示。 跨度小于或等于18m時，建筑模數(shù)是3m； 跨度大于18m時，建筑模數(shù)是6m。 所以生產(chǎn)車間常用跨度有6、9、12、15、18、24、30、36m等。 柱距:由橫向定位軸線間的尺寸表示，也表示縱向柱列每柱間的尺寸。 柱距應采用6m或6m的倍數(shù)，如6m、12m、18m。6m柱距較廣泛，有時也采用9m。大型設備與柱基礎沖突時，可采用大柱距。 廠房建筑統(tǒng)一化基本規(guī)定按國標廠房建筑模數(shù)協(xié)調(diào)標準（GBJ61986）執(zhí)行。,多層廠房平面柱網(wǎng)的選擇 跨度：多層廠房的
17、總寬度，受自然采光和通風限制，一般不宜超過24m。 單跨度一般控制在6m左右，較經(jīng)濟；若跨度9m，所用梁較大，不經(jīng)濟。 常布置成66，62.46，636，666形式。 柱距：應采用6m較合適。 方格柱網(wǎng)一般由66m組成，較大柱網(wǎng)采用69，612，615等。,內(nèi)廊式柱網(wǎng)：用過道將交通與生產(chǎn)區(qū)隔開。,等跨式柱網(wǎng)：無固定通道，靈活性較大。,對稱不等跨柱網(wǎng)：與等跨類似，適應工藝需要。 大跨度式柱網(wǎng)：為生產(chǎn)工藝提供更大適應性。樓層采用桁架結(jié)構(gòu)。,多層廠房的平面布置形式 統(tǒng)間式：適于聯(lián)系緊密，生產(chǎn)工序占地較大。,內(nèi)廊式：適于占地不大，既緊密聯(lián)系，又不相互干擾的車間或工序。,大寬度式：適于溫度、濕度要求特別高的生產(chǎn)廠，且工藝要求大面積、大空間。 混合式：滿足不同工藝要求，但結(jié)構(gòu)復雜施工較麻煩。,
啤酒廠工藝及車間布置設計
