发酵工厂工艺设计概论教案.docx
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发酵工厂工艺设计概论教案
发酵工厂工艺设计概论教案
讲课教师：
赖颖
绪论
Ø课程的目的和任务：
目的：
培养学生具备工厂工艺设计的能力，结合毕业实习和毕业设计，完成工程师的综合性基本训练。
任务：
（1）了解基本建设的工作程序、内容和设计范围分工。
（2）了解发酵工厂生产工艺设计在总体设计中的地位和作用，掌握生产工艺设计的范围、内容、基本方法和步骤、生产工艺设计的深度要求等基本知识。
（3）了解生产工艺设计与公用工程设计的关系，熟悉公用工程设计的有关知识。
（4）了解和熟悉工厂设计的有关规范标准以及技术经济和概算等内容和要求。
（5）熟悉作为工艺设计主要成果的发酵工厂设计说明书和工艺设计图（工程语言）的有关内容、特点、表示方法、规范和标准等知识。
Ø工厂设计在国民经济中的地位和意义
1、新建、改建和扩建一个工厂，需要预先设计。
2、科研中，从小试、中试以及工业化生产，都需要与设计有机结合，进行新工艺、新技术、新设备的开发工作。
工厂设计是把科学技术转化为生产力的一门综合性科学。
它是扩大再生产，更新改造原有企业，增加产品品种，提高产品质量，节约能源和原材料，促进国民经济和社会发展的重要技术经济活动的组成部分。
Ø设计工作的任务和内容
任务：
作出体现国家有关方针政策，切合实际，安全适用，技术先进，经济效益好的设计，为国家经济建设服务、为委托单位服务。
内容：
参加建设项目的决策、各个阶段设计文件的编制、施工配合和验收、项目总结的全过程。
总（整）体设计：
凡是设计范围涉及到整个工业企业的，称总体设计。
——发酵工厂的总体设计有总平面、工艺、供排水、供电、供汽、土木建筑等设计以及有关厂址选择、生产检测与控制仪表、环境保护、生产组织与劳动定员、技术经济与概算等内容。
局部设计：
凡是设计的范围不涉及整个工业企业的全部内容，而只是其中的某些部分，甚至于某一个部分或某一个设备，称局部设计。
——新建厂的设计一般属于总体设计，扩建厂的设计一般属于局部设计者居多。
总体设计的范围：
发酵工厂总体设计的范围包括了企业内应该配置的一切单项工程的完整设计，一般包括总平面布置、生产车间、动力车间（如锅炉房、变电站、给排水工程等）、厂内外运输（物流）、自控仪表、采暖通风、环境保护工程、福利设施、办公楼、技术经济与概算等单项工程设计。
Ø生产工艺设计在总体设计中的重要性
1、生产工艺设计是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，是为生产工艺服务的。
2、发酵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。
3、生产工艺设计不仅要求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设计的配套专业的设计先进性和合理性。
因为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。
4、评价一个工厂设计的优劣最主要是看它的工艺生产技术是否先进可靠、安全适用，在经济上是否合理。
5、评价其工艺技术先进性，是否达到国内先进水平或国际先进水平，应具体考核其工艺流程的先进性，选用设备的先进性，工艺控制和工艺条件的先进性和合理性，产品生产技术经济指标的先进性，对环境产生的污染程度等。
6、一个技术上先进可靠，经济上合理的优秀的工厂设计，它的生产工艺流程、设备选择及车间布置等都应该是先进合理的。
Ø生产工艺设计的依据、内容和深度
设计的主要依据：
（1）可行性研究报告以及设计计划任务书。
（2）项目工程师或项目总负责人下达的设计工作提纲和总工程师作出的技术决定。
（3）如采用新原料品种、新技术和新设备时，必须在技术上有切实把握并且依据了正式的试验研究报告和技术鉴定书，经设计单位领导核准后方可作为设计依据。
内容和深度：
按初步设计阶段和施工图设计阶段有不同的内容和深度
Ø电子计算机在工艺设计和生产中的应用
1、在设计过程中应用电子计算机进行辅助设计，例如在作图、计算、模拟、预测等多方面已经有广泛的应用。
应该学会相关的计算机应用技术，在设计工作中努力应用。
2、在生产工艺中采用计算机辅助生产，包括生产监测、控制、管理等诸方面。
Ø工厂设计工作原则
（1）设计工作要有对国家经济建设和对委托客户经济利益高度负责的精神，做到精心设计，投资省、技术新、质量好、收效快、回收期短。
设计工作必须符合经济目标还要符合国家建设政策原则。
（2）设计工作必须认真进行调查研究，广泛查阅文献，收集设计必需的技术基础资料，加强技术经济的分析工作，与同类型厂先进技术经济指标作比较。
设计的技术经济指标以达到或超过国内同类型工厂生产实际平均先进水平为宜。
（3）要积极合理地采用新技术，力求设计在技术上具有现实性和先进性，在经济上具有合理性。
并根据设备和控制系统在资金和供货可能情况下，尽可能提高劳动生产率，逐步实现机械化、自动化。
Ø工厂设计工作原则
（4）设计必须结合实际，因地制宜，体现设计的通用性和独特性相结合的原则，不能千厂一貌。
工厂生产规模、产品品种的确定，要适应市场的需要，要考虑资金来源，建厂地点，时间，三废综合利用等条件，并适当留有发展余地。
（5）发酵工厂设计还应考虑采用微生物发酵的工厂的独特要求，既要注意到周围环境（包括空气、水源）的清洁卫生，又要注意到工厂内车间之间对卫生、无菌、防火等条件的相互影响。
药品、食品类发酵工厂，还应贯彻国家药品、食品有关法律法规，充分体现卫生、优美、流畅，并能让参观者放心的原则。
（6）设计工作必须加强计划性，各阶段工作要有明确的进度。
第一章基本建设程序
第一节概述
一、遵循基本建设程序的必要性
1、国家规定基本建设从决策立项到施工建设都要按程序办事。
2、基本建设程序是基本建设的客观规律。
每个阶段都有严格的先后次序，不能随便颠倒。
严格按照基本建设程序进行工程项目的决策和实施，才能取得良好的建设效果。
如果不遵守基本建设程序进行盲目的建设，或作出只顾局部、不顾全局的建设决策，必然会造成大量浪费，发挥不了投资应有的作用和效果。
二、基本建设程序内容
1．建设前期阶段
工作内容包括：
项目建议书
可行性研究报告
设计任务书
初步设计
总概算
工作程序为：
一个工程项目从社会发展、工业布局、市场需求和地区、行业发展规划—→项目建议书—→前期工作计划—→可行性研究—→设计任务书—→上报审批—→初步设计、总概算工作—→初步设计图纸、文件、总概算—→上报审批
批准后，才能进入第二阶段建设期工作。
2．建设期阶段
3．生产期阶段
第二节项目建议书
一、项目建议书的任务和意义
项目建议书是设计工作的前奏，其任务是向国家、省、市有关主管部门直接申请工程项目，以期批准立项，进行厂址选择调研工作及可行性研究工作。
对于大、中型工程项目国家有严格的管理规定，需要按程序报国家有关部门批准。
对于小型工程项目，项目建议书由主管部门批准，可按明确的设计方案，直接进行施工图设计，使设计程序得以简化。
二、项目建议书的主要内容
（1）项目名称；
（2）建设项目提出的必要性和依据；
（3）产品方案、市场预测、拟建规模和建设地点的初步设想；
（4）资源情况、建设条件、协作关系和技术、设备可能的引进国别、厂商的初步分析；
（5）环境保护；
（6）投资估算和资金筹措设想，包括偿还贷款能力的大体测算；
（7）项目实施规划设想；
（8）工厂组织和劳动定员估算；
（9）经济效果和社会效益的初步估算。
第三节可行性研究
一、可行性研究的产生和发展
20世纪30年代，美国开发田纳西流域时开始首次试行可行性研究，将可行性研究作为流域开发规划的重要阶段纳入开发程序，取得很好的经济效益。
1979年开始，可行性研究的概念、内容和方法逐步介绍到我国，并运用于工业项目建设前期的技术经济分析。
1981年国家计委正式发文，明确规定“把可行性研究作为建设前期工作中的一个重要技术经济论证阶段，纳入基本建设程序”。
1983年国家计委下达《关于建设项目可行性研究的试行管理办法》。
1987年国家计委颁布了《关于建设项目经济评价工作的暂行规定》、《建设项目经济评价方法》、《建设项目经济评价参数》、《中外合资经营项目经济评价方法》对建设项目评价工作作了统一规定。
1993年国家计委发出《关于印发建设项目经济评价方法与参数的通知》，以适应国民经济迅速发展，国家宏观投资环境的巨大变化。
二、可行性研究的任务和意义
可行性研究，是按照批准的项目建议书，由上级主管部门组织，也可委托咨询或设计单位进行。
任务是根据三级经济规划（包括国家、地区与行业的）要求，或根据市场经济的要求，对拟建（扩、改建）工程项目的技术性、经济性和工程实施性，进行全面调查、预测、分析和论证，作出是否合理可行的科学评价，最后，写出可行性研究报告，为对项目作出决策提供可靠依据。
如若批准立项，可行性研究报告中确定的设计方案与设计原则及其附属的基础资料，应当作为编制设计任务书的主要依据。
二、可行性研究的任务和意义
可行性研究实质是对投建的工程项目，进行全面的技术经济分析，从而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，是决定项目投资命运的关键。
如果没有可行性研究，或者有研究但不深入、分析预测不准确、经济评价不科学，都会对项目的投资与投产带来难以弥补的经济损失。
世界银行规定对建设项目的可行性研究没达到一定水平时，世界银行不予贷款。
我国针对国民经济发展的新形势，规定所有利用外资、技术引进和设备进口、大型工程、重大技术改造等工程项目，都必须进行可行性研究。
三、可行性研究报告内容
1．总论
（1）研究工作的目的、依据和范围；
（2）项目提出的背景、投资的必要性和经济意义；
（3）研究工作概况及结论。
2．市场需求预测和建设规模
（1）国内外市场需求情况的预测；
（2）国内现有工厂生产能力的估计；
（3）销售预测、价格分析、产品竞争能力；
（4）产品方案和发展远景的技术经济比较及分析；
（5）拟建工程的最佳规模。
3．原材料、燃料及资源情况
（1）原料、辅助材料、燃料的种类、数量、来源和供应情况；
（2）公用资源设施的数量、供应方式和供应条件。
4．建厂条件和厂址方案
（1）厂址地理自然条件（指位置、地形、海拔、地质、气象、水文……）和社会经济现状；
（2）交通、运输及水、汽、电等现状和发展趋势；
（3）生活设施状况和协作条件；
（4）厂址比较和选择意见。
5．设计方案
（1）工艺路线的选择，包括技术来源和生产方法、主要技术工艺和设备选型方案的比较，引进技术设备的性能、来源、国别；
（2）全厂布置方案的初步选择和土建工程量；
（3）公用辅助设施和厂内外交通运输方式的比较选择意见；
（4）改、扩建项目，要说明原固定资产能够利用的情况。
6．环境保护
调查环境情况，预测项目对环境的影响，提出环境保护和三废治理的初步方案。
7．企业组织、劳动定员和人员培训
8．投资估算和资金筹措
（1）主体工程和配套工程投资估算；
（2）生产流动资金的估算；
（3）投资收益率和回收期；
（4）资金来源、筹措方式和贷款偿付方式。
9．社会及经济效果评价
社会及经济效果要进行静态分析和动态分析。
国家计委委托中国国际工程咨询公司组织编写的《投资项目可行性研究指南（试用版）》中提供了“可行性研究报告编制步骤与要求”、“一般工业项目可行性研究报告编制大纲”，可供遵循。
四、可行性研究深度和审批程序
投资机会研究：
在项目建议书前进行，深度一般。
初步可行性研究：
在编制设计任务书前进行，深度明显，研究报告实际为设计任务书提供了依据。
最终可行性研究：
在初步设计前进行，其研究深度具有建设项目决策的作用。
我国规定研究报告提出的投资估算与初步设计概算之精确度为土10％，以此促进最终可行性研究，必须达到的深度。
四、可行性研究深度和审批程序
可行性研究的审批程序通常分为预审和复审。
预审：
由预审主持单位负责进行，后报原国家计委或委托有关单位组织有关设计、科研机构、企业和有关方面的专家参加，广泛听取意见，提出预审意见。
复审：
是为了杜绝可行性研究报告有原则性错误或研究的基础依据或社会环境发生重大变化时而举行的。
一般国有大、中型工厂的可行性研究报告由国家经济计划委员会、各省市负责预审、批准。
小型工厂按隶属关系报国家上级主管部门批准即可。
第四节设计任务书
一、设计任务书的内容
大中型项目一般包括以下内容：
（1）建设的目的和依据及建设项目名称；
（2）建设规模、产品方案、生产方法和工作制度；
（3）原材料、燃料、动力（水、汽、电）等供应情况；
（4）厂址和地点，地理自然条件、交通、运输、防空、防震等要求；
（5）资源综合利用和三废治理的要求；
（6）建设工期及设计、施工单位名称；
（7）投资控制数及劳动定员控制数；
（8）要求达到的经济效益和技术水平；
（9）对改、扩建工程项目要说明原固定资产的利用程度和现有生产潜力发挥情况。
小型建设项目设计任务书的内容可以简化。
二、设计任务书的附件
为了使报批材料完整清楚，应有如下附件：
（1）原材料的供应和原料基地情况；
（2）厂址地区的地形与地势、工程地质、水文、气象和地震等资料；
（3）土地使用批准书及能源、交通等协议书；
二、设计任务书的附件
（4）可行性研究报告中有关预测经济效果的资料和计算依据；
（5）如引进国外的技术和设备，要附国家批准文件；如采用新工艺、新产品或新设备，则应有鉴定书或试验报告；
（6）扩建工程要附有本厂总平面图及主要设备平衡表。
第五节初步设计阶段
一、概述
设计阶段的划分，一般按工程规模的大小、工程的重要性、技术的复杂性、设计条件的成熟程度以及设计水平的高低，总的可以分为三阶段设计、两阶段设计和一阶段设计三种情况。
三阶段设计：
初步设计¡ª¡ª技术设计¡ª¡ª施工图设计。
对于新而复杂、规模特大或缺乏该种设计经验的大、中型工程，经主管部门指定的才按三阶段进行设计。
两阶段设计：
扩大初步设计（也简称初步设计）施工图设计。
我国目前大多数改建、扩建和新建工程，都采用两阶段设计。
一阶段设计：
施工图设计。
一般为小厂的新建或小规模的改、扩建工程。
初步设计是基本建设前期工作的组成部分，是实施工程建设的基本依据。
初步设计的依据是批准的设计任务书及其附件可行性研究报告，以及可靠的设计基础资料。
初步设计除生产工艺作为主导专业外，其他各专业均要按初步设计内容规定编制初步设计文件，以及编制车间综合概算和全厂总概算。
初步设计的目的是保证工程项目投产后，收到预期的经济效益。
要有准确可靠的技术资料和基础数据外，要积极采用先进合理的技术经济指标，积极采用成熟的或是有了工厂试验并通过技术鉴定的新工艺、新技术、新设备和新材料。
对重要的技术方案和工艺方法，应做到多方案或多方法的比较，最后从中优选而定。
初步设计的成果是设计说明书与设计图纸。
在经过审批之后，便可进行主要设备、材料的订货，总的经济概算，可指导各项筹建工作和施工图设计。
二、初步设计阶段的内容
1．设计文件
设计文件主要解决所有生产技术经济问题，对以下问题要重点说明：
（1）设计依据及设计范围；
（2）设计指导思想、建设规模和产品方案；
（3）生产方法及工艺流程的比较、选择和阐述；
（4）主要生产技术经济指标和生产定额；
（5）主要设备的选型及计算；
（6）车间设备布置的说明；
（7）存在的问题及解决问题的建议。
2．设计图纸
初步设计阶段的图纸主要有：
（1）生产流程图；
（2）车间设备布置图，比例一般采用1:
200或1:
100；
（3）主要生产设备和电动机一览表；
（4）主要材料估算表等。
三、初步设计的步骤
生产工艺设计在初步设计阶段，可分为下面几个步骤：
（1）选择并确定生产流程，确定技术经济指标；
（2）进行生产工艺的各种计算；
（3）设备的选型和计算，确定生产设备的规格和台数；
（4）车间设备布置的方案比较和设备配置的平面和空间关系的确定及设计制图；
（5）向配套专业（土建、自控仪表、供水、环保、供电、供热、采暖通风、技术经济和概预算等）提出设计要求和有关资料；
（6）正式绘制车间生产设备布置图，工艺流程图，编制设备表和主要材料估算表；
（7）编写初步设计有关生产工艺部分的文件。
四、初步设计的深度
初步设计的深度，应满足以下要求：
（1）设计方案的比较选择和确定；
（2）主要设备和材料的订货；
（3）土地征用；
（4）建设投资的控制；
（5）提供主管部门和有关单位进行设计审查；
（6）确定生产工人和生产管理人员的岗位、技术等级、人数并安排人员技术培训；
（7）施工图设计的主要依据；
（8）进行施工安装准备和生产准备工作。
初步设计说明书由文字说明部分、图样和总概算三部分组成。
初步设计完成后，需报请上级机关审查批准，才能进入施工图设计阶段。
第六节施工图设计阶段
一、施工图设计的内容
1．设计文件——施工说明书内容：
（1）如果对初步设计的某些内容必须进行修改时，应详细说明修改的理由和原因。
但有些主要内容如生产规模、产品方案、工艺流程、主要设备、建筑面积和标准、定员等等，须报请原来审批初步设计的机关批准后才能据以修改。
（2）设备安装和验收标准及其注意事项。
（3）管道安装和验收标准及其注意事项。
2．设计图纸
施工图阶段的图纸包括：
（1）生产工艺系统详图；
（2）生产设备布置安装图、管路布置安装图，比例都采用1:
50，1:
25；有些细部详图可采用1:
10、1:
5、1:
2等比例，以便于施工安装和制造；
（3）非标准设备制造和安装图，按机械制图标准绘制；
（4）设备和电动机明细表，施工、安装、现场制作件材料汇总表；
（5）其他为了设备订货和安装的补充说明和图纸。
二、施工图设计的步骤
（1）根据对扩初设计的批复，修改和复核工艺流程和生产技术经济指标；并将建设单位提供的设备订货合同副本、设备安装图纸和技术说明书作为施工图设计的依据。
（2）复核和修正生产工艺设计的有关计算和设备选型及其计算等数据，全部选定专业与通用设备、运输设备，以及管径、管材、管接。
除经审批会议正式批复或经有权审批的设计机关正式批准外，不能修改主要设备配置。
（3）和协同设计的配套专业讨论商定有关生产车间需要配合的问题；同时根据项目工程师召开项目会议的决定，工艺与配套专业之间商定相互提交资料的期限，签订“工程项目设计内部联系合同”。
工艺专业必须按期向配套专业提供正式资料，也要验收配套专业返回工艺专业的资料。
（4）精心绘制生产工艺系统图和车间设备、管路布置安装图；编制设备和电动机明细表。
（5）组织设计绘制设备和管路布置安装中需要补充的非标准设备和所需工器具的制造安装图纸，编制材料汇总表。
向建设单位发图并就安排订货和制造配合施工安装进度要求提出交货时间的安排建议。
（6）编写施工安装说明书，以严谨的文字结构写明：
①施工安装的质量标准及验收规划。
附质量检测记录的格式。
凡是已颁发国家或部施工和验收规范或标准的应采用国家和部标准。
②写明设备和管路施工安装需要特别注意的事项。
③非标准设备的安装质量和验收标准。
④设备和管路的保温、测试和刷漆与统一管线颜色的具体规定。
⑤协同配套专业对相互关联的单项工程图纸进行会签，然后把底图整理编号编目，送交有关人员进行校审和签署。
最后送达项目工程师统一交完成部门晒印，向建设单位发图。
三、施工图设计的深度
施工图设计的深度除了和初步设计互相连贯衔接之外，还必须满足：
（1）全部设备、材料的订货和交货安排；
（2）非标准设备的订货、制造和交货安排；
（3）能作为施工安装预算和施工组织设计的依据；
（4）控制施工安装质量，并根据施工说明要求进行验收。
第二章厂址选择
第一节址选择的重要性及原则
一、厂址选择的重要性
厂址选择正确与否，不仅关系到建厂过程中能否以最省的投资费用，按质按量按期完成工厂设计中所提出的各项指标，而且对投产后的长期生产、技术管理和发展远景，都有着很大的影响，并同国家地区的工业布局和城市规划有着密切的关系。
二、厂址选择的一般原则
厂址选择一般包含地点和场地选择这两个概念。
地点选择：
就是对所建厂在某地区内的方位（即地理坐标）及其所处的自然环境状况，进行勘测调查、对比分析。
场地选择：
就是对所建厂在某地点处的面积大小、场地外形及其潜藏的技术经济性，进行周密的调查、预测、对比分析，作为确定厂址的依据。
（一）自然条件
1．地理位置
2．地形、地势与地质
3．水文
4．气象
（1）温湿度
（2）降雨量
（3）冬季积雪情况
（4）冰冻期及地层冰冻深度、土壤温度
（5）风玫瑰图及风级表等
（6）最高最低气压及全年平均气压等
（7）全年日照数、各月日照分布情况等
5．地震
（二）技术经济条件
1．原料供应与产品销售
2．能源供应
3．给排水
4．所选厂址应有足够的场地面积
5．节约用地
6．交通运输
7．企业协作与城市规划
厂址选择的一般原则：
（1）厂址的位置要符合城市规划（供汽、供电、给排水、交通运输、职工文化生活、商业网点……）和微生物发酵工厂对环境的特殊要求。
（2）厂址的地区要接近原料、燃料基地和产品销售市场，还要接近水源和电源。
（3）具有良好的交通运输条件。
（4）场地有效利用系数较高，并有远景规划的最终总体布局。
（5）有一定的基建施工条件和投产后的协作条件。
（6）厂址选择要有利于三废处理，保证环境卫生。
第二节厂址选择的程序
一、准备工作阶段
1．组织准备
由主管部门或投资者组织建设、设计（包括工艺、总图、给排水、供电、土建、技经等专业人员）、勘测（包括工程地质、水文地质、测量等专业人员）等单位有关人员组成选厂工作组。
2．技术准备
选厂工作人员在深入了解设计任务书内容的基础上，拟定选厂工作计划，编制选厂各项指标及收集厂址资料提纲，包括厂区自然条件（指地形、地势、地质、水文、气象、地震等）、技术经济条件（如原材料、燃料、电热、给排水、交通运输、场地面积、企业协作、三废处理、施工条件等）的资料提纲。
（1）厂址的地形图（比例是1／1000与1／2000）。
（2）风玫瑰图和风级表。
（3）原料、燃料的来源及数量。
（4）水源水量及其水质情况。
（5）交通条件与年运输量（包括输入与输出量）。
（6）场地凸凹不平度与挖填土方量。
（7）工厂周围情况及协作条件，等等。
在收集资料基础上，进行初步分析研究，在地形图上绘制总平面方案图，试行初步选点。
经过分析研究，从中优选一个方案图，作为下一步勘测目标。
二、现场勘查工作阶段
（1）选厂工作组向厂址地区有关领导机关说明选厂工作计划。
要求给予支持与协助，听取该地区政府部门介绍厂址地区的政治、经济概况及可能作为几个厂点的具体情况。
（2）进行踏测与勘探，摸清厂址厂区的地形、地势、地质、水文、场地外形与面积等自然条件，绘制草测图等。
同时摸清厂址环境情况、动力资源、交通运输、给排水、可供利用的公用、生活设施等技术经济条件，以使厂址条件具体落实。
三、编制厂址选择报告阶段
厂址选择报告阶段是厂址选择工作的结束阶段。
选厂工作组全体成员按工艺、总图、给排水、供电、供热、土建、结构、技经、地质、水文等13个专业类型，对前两阶段收集、勘测所实得的资料和技术数据进行系统整理，编写出厂址选择报告，供上级主管部门和投资者组织审批。
第三节厂址方案比较
一、厂址方案比较的必要性
要有比较才能加以选择。
不比较就确定厂址的做法，必然引出后患，
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