生化工厂设计课程设计指导书讲解.docx

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生化工厂设计课程设计指导书讲解

生化工厂设计

课程设计指导书

吴陵编

二00八年八月八日

1绪论--------------------------------------------------------2

1.1生化工厂设计课程设计的基本过程与目的

1.2生化工厂设计课程设计的步骤和内容

1.3生化工厂设计课程设计中应注意的若干问题

第1篇生产工艺方案设计

2工艺流程方案设计------------------------------------------5

2.1生产方法的选择

2.2工艺流程设计的主要任务和方法

3工艺流程图设计--------------------------------------------7

3.1工艺流程方框图

3.2工艺物料流程图

第2篇生产工艺初步设计

4工艺计算---------------------------------------------------8

4.1物料衡算

4.2热量衡算

4.3主要设备工艺设计计算和设备选型计算

5车间设备布置设计-----------------------------------------9

5.1车间布置设计的内容和原则

5.2车间布置设计的步骤

5.3设备布置设计的方法和步骤

6工艺管道布置设计-----------------------------------------11

6.1工艺管道设计的依据、内容

6.2工艺管道设计的要求与步骤

1绪论

1.1生化工厂设计课程设计的基本过程与目的

一般生化工厂工艺设计的过程分为二个阶段，即扩大的初步设计阶段与施工图设计阶段。

但在具体的设计过程中又可细分为如下若干阶段：

（1）产品规划阶段包括选题、市场调查、预测分析、可行性研究，确定设计任务书。

（2）方案设计阶段包括生产工艺方案的论证与拟定，厂址和总体布置方案的选择与论证，主要生产设备的选择，主要工艺参数的确定与自动控制方案的选择，并绘制主要生产工艺流程方框图。

（3）初步设计阶段根据确定的产品方案、生产标准、工艺参数与主要生产工艺流程方框图，以及有关的设计基础数据和产品生产作业计划，进行物料衡算、热量衡算、设备的工艺设计和选型设计计算；确定辅助生产系统设备与自动控制系统；而后进行各车间生产设备布置设计；非定型关键工艺设备总装图的设计绘制。

（4）施工图设计阶段施工图设计是根据已审查批准的初步设计及相关设备订货清单等，进一步落实设计的每一项细节，使之指导施工工作，需要完成以下主要的施工图：

带控制点的生产工艺流程图；生产车间设备平面与竖面布置图；生产车间管道布置图；非定型关键工艺设备总装图及零件图；工厂总平面布置图。

其主要目的如下：

（1）掌握生化工厂工艺设计的一般过程，全面运用所学的基础理论、专业知识及工程技能，结合生产实际知识，培养解决一般生化工艺过程设计中实际问题的能力，使所学理论联系实际，并在解决实际问题的过程中得到进一步深化、扩展；

（2）学习生化工厂工艺设计的一般方法，工艺方法的论证与拟定，工艺计算，各类设计图的设计方法与绘制等；

（3）工艺工程设计基本技能训练，工程设计技术文件的撰写，设计计算，绘图等技能，收集运用设计资料、经验数据的能力，计算机辅助设计的能力等。

1.2生化工厂设计课程设计的步骤和内容

1.2.1准备阶段

①阅读设计任务书,明确设计要求、设计内容及主要目标。

②复习有关课程内容，通过各种途径查找相关技术资料，尽一切可能深入了解设计对象的实际生产情况。

③熟悉、消化有关工艺资料，理出生产工艺头绪。

1.2.2方案设计

①论证确定生产工艺方法、工艺条件、工艺参数。

②明确产品生产标准与生产主要原料、辅助原料及相关标准。

③收集有关的设计基础数据，确定产品生产作业计划。

1.2.3初步工艺设计

①完成课程设计说明书的初步框架及主要细节的核心部分，能为绘制设计图提供必要支持和依据。

②绘制工艺流程草图、车间设备布置草图、配管设计草图，及设计说明书相关内容穿插进行。

1.2.4绘制设计图

①带控制点的初步设计工艺流程图。

②车间主要设备平面、竖面布置图。

③主要设备之配管轴测图。

④车间管道平面布置图、管道剖面图。

1.2.5编写课程设计说明书

课程设计说明书可包括工艺设计、非工艺设计、非定型关键设备设计之内容，其基本内容为：

①概述：

说明所设计工厂的规模、生产方案、生产方法、工艺流程的特点；方案论证的依据及本设计的技术、经济、安全状况如何；车间的组成、工作制度等。

②生产原料的质量标准与要求，成品的主要技术规格、质量标准。

③生产工艺流程的阐述：

物料流程的顺序、去向；主要工艺技术条件、操作要点。

④工艺计算：

物料衡算，热量衡算。

⑤主要设备的选择计算：

设备的工艺设计和确定所需设备的型式、生产能力、数量。

⑥单位产品的原料消耗指标、能耗指标等。

⑦可能存在的问题及相应的解决办法。

⑧附上相应的设计草图。

1.3生化工厂设计课程设计中应注意的若干问题

1.3.1学习态度与目的

态度决定一切,在设计过程中要独立思考、独立工作，从实际出发，理论联系实际。

只有这样，才能在设计思想、方法、能力等方面得到较好的训练，达成教学大纲所规定的作为工程技术人员的基本训练。

1.3.2着重能力的培养

在设计中应充分发挥主动性与创造性，认真阅读有关设计资料和课程设计指导书，仔细分析各种工艺方法的特点和存在问题。

从大处着眼，小事着手，努力做到发现问题、分析问题、讨论问题和独立解决问题。

在设计过程中，对设计方案的论证、设计计算和绘图需要交叉进行，反复修改以完善设计；计算时，要注意一些尺寸需要圆整为标准数列或优先数列。

1.3.3正确处理经验估算与理论计算的关系

在生化工厂工艺设计过程中，并非所有设计计算都要由理论计算确定，有时可以是依据经验估算或是估算确定。

由于生化生产过程的复杂性、多变性，物料在生产加工过程中是不断变化和连续变化，所以，在课程设计的具体条件下，有时只能对物料的某些物性参数做合理的估值和选用。

虽然有各种各样的物料物性数据手册，但在生化工厂设计基础课程设计中往往是不够用的。

应有工程设计数据的概念，事实上，所有的工程设计都是在实验数据的基础上进行的，并通过实际运行来评价设计的优劣。

1.3.4正确处理好理论创新、技术创新和继承的关系

应在继承的基础上进行理论层面与技术层面的创新，所谓新，并非百分之百的新，只要有百分之一的新，就是创新。

事实上，多数的创新，不是凭空臆造，而是老树发新芽的创新，老树就是继承，老树发的芽就是创新。

但是，机械的抄袭决不是继承！

好的课程设计应体现总体与局部，局部与细节的平衡和协调。

做到融会贯通，自圆其说，并注意利用和继承已有的成果和经验，不闭门造车。

1.3.5正确使用标准与规范

注意国家标准中的强制性条文与一般条文，区分规范的种类与适用，正确理解、运用《啤酒厂设计规范》、《药品生产质量管理规范（1998年修订）》等指导、规范设计工作；绘图时遵守工程制图的有关标准；设计说明书的撰写应符合有关工程技术文件的编制要求，做到计算正确，字迹工整，说明简要清楚，详略得当。

第1篇生产工艺方案设计

2工艺流程方案设计

工艺流程设计是工艺设计的核心环节，而工艺流程方案设计就是要确定生产方法和生产流程。

要求具有理论联系实际和分析归纳的能力，通过定性与定量的技术经济比较和分析，选择一条技术上先进、运行可靠、经济上合理、安全性高，节能环保，而且又是因地制宜，可以实现的工艺路线。

由于流程设计是较复杂细致而又富于创造性的工作，设计者应广泛吸取国内外生产工艺的长处，拟定出多种流程方案，并运用系统工程的理论和方法进行最优化设计。

优选出最佳方案，作为工艺流程设计的依据。

2.1生产方法的选择

2.1.1收集并筛选资料

全面收集该产品在国内外的各种生产方法的资料,其主要内容如下：

①了解国内外文献报道的该产品的各种生产方法、工艺参数及其工艺流程，并分析它们的运行情况，技术要求和各项经济技术指标。

②已建成投产的工艺项目的基建投资额，生产设备的机械化和自动化水平。

③生产环境和环境保护，安全技术和劳动保护措施等情况。

④原料的来源、规格，中间产品、产品和副产品的规格及性质，成品的应用，副产品的综合利用等情况。

⑤新开发的工艺技术中间试验研究报告等最新进展情况。

2.1.2选择生产方法的一般原则

吸收、消化所收集的各种生产方法后，依据设计任务书所确定的主要要求，选出能反应本质、突显优缺点的主要数据，作为比较的依据。

具体考虑下面几点：

1满足产品性能规格的要求。

2新工艺技术必须具备工业化生产条件。

3技术经济指标先进合理。

4尽量采用连续化、机械化、自动化、信息化的生产方法。

5重视产品质量控制、生产安全与环保问题。

2.2工艺流程设计的主要任务和方法

生产方法确定后，就可着手进行工艺流程的设计工作。

工艺流程设计与依此而定的车间设备布置是决定整个生产车间轮廓面貌的重要步骤。

由生产方法到工艺路线，再到生产设备的空间布置，即是把所选择确定的生产方法体现到生产工艺流程中去。

2.2.1工艺流程设计的主要任务

①确定生产过程中各个生产环节的具体内容,过程需要的设备的组合方式。

将原料、中间产物和成品以排出物等物料的来去走向和顺序完全确定下来，以达到据此流程由原料变成产品的目的。

②绘制工艺流程图。

以图解的形式表示在生产流程中，从原料到成品的流程中物料和能量发生的变化和走向以及生产中采用哪些化工过程与设备，再进一步以图解形式表示出化工管道流程和计量控制流程。

2.2.2工艺流程设计方法

首先看所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。

前者是可以参考借鉴而需要局部改进或局部采用新技术新工艺的问题。

后者须针对新开发技术，在设计上称为概念设计。

它是根据已经过中试，且有中试资料为依据。

或是从国外引进的成熟的资料为依据。

一般是将一个工艺过程分为四个部分：

原料存贮与原料预处理、发酵过程、产物的分离净化和三废的处理过程。

3工艺流程图设计

将生产各单元按照一定的目的要求，有机的结合在一起，形成一个完整的生产工艺过程，用图形描绘出来，即是工艺流程图。

一般分成三个阶段开展此项工作。

即生产工艺流程草图；生产工艺物料流程图；带控制点的生产工艺流程图。

3.1工艺流程方框图

方框图是一种定性表示物料由原料转化为产品的变化过程和流向顺序，以及生产中采用的化工单元过程及设备。

当生产方法确定之后，就可以开始设计绘制工艺流程草图。

草图包括：

①设备示意图：

可用大致的几何形状或方框图表示，其位置高低不要求准确，但在标出设备名称和设备位号。

②流程管线及流向箭头：

包括所有工艺物料和水、汽等辅助物料的管线均用线条表示，并用箭头示意流向。

③必要的文字注解：

设备名称，物料名称，来自何处，去向何处等必要的说明。

④图例和设备一览表：

图例只要求标出管线内容；设备一览表，包括序号、位号、名称和备注。

画法是由左向右展开，设备轮廓线用细实线，物料用粗实线。

3.2工艺物料流程图

根据上述草图，进行物料衡算、热量衡算、设备选择计算后。

即着手绘制工艺物料流程图。

此图是以图形与表格相结合的形式来反映物料衡算的结果。

工艺物料流程图的主要内容为：

用简化的设备外形图来绘制的工艺流程图；标注设备名称及设备位号；用箭头表示物料流向；物料表。

对主要设备应注明其型号、规格、台数和操作参数。

有了工艺物料流程图，并进行自动控制方案设计后，即可开始带控制点的生产工艺流程图绘制设计工作。

第2篇生产工艺初步设计

4工艺计算

4.1物料衡算

物料衡算的作用：

了解生产过程操作水平；确定原辅材料的用量；热量与设备计算的基础。

物料衡算的步骤：

①划分计算单元；②确定计算任务（工艺物料、公用工程、其他）；③收集数据（原料组份、定额指标、利用率、转化率、损失率等）；④选定计算基准；⑤进行计算；⑥校核计算结果。

4.2热量衡算

热量衡算的作用：

确定供热与制冷方案；确定设备的传热面积；分析设计与生产操作中能量利用是否经济合理；确定空调方案。

热量衡算的步骤：

①确定计算依据，各工序的热力条件及热量衡算；供热与制冷方案；蒸汽冷凝系统与凝结水的利用；车间环境的空调要求；热量衡算的基础数据。

②计算各工序的传热量。

③计算各设备用汽及耗冷量。

④计算换热设备的传热面积。

4.3主要设备工艺设计计算和设备选型计算

设备平衡计算的依据：

确定的生产工艺流程、工艺条件、物料量、热量；确定的产品作业计划，如：

开工天数等；设备的冷、热负荷，换热方式，热效率；设备利用系数（充满系数）；有关物理常数、物性参数；设备的构造类型与性能。

设备平衡计算的任务：

①选择确定定型设备的型号、规格、数量；②非定型设备的工艺设计，设计设备的主要工艺尺寸；③给设备设计人员提供设计条件；④编写设备一览表。

设备计算应注意的问题：

①生产产品的平衡与协调；②处理好产量恒定与波动的关系（淡旺季）；③尽可能选用标准化设备；④尽可能减少同类设备的型号与规格。

5车间设备布置设计

5.1车间布置设计的内容和原则

车间布置设计的内容：

厂房整体布置和轮廓设计；设备排列布置；车间附属工程；车间布置设计说明。

车间工艺布置设计的原则：

①满足工艺要求、保证连续生产；②创造良好的操作条件；③便于安装、检修；工艺管线应分类集中布置；④安全与卫生要求；通道、门、楼梯的合理安排；⑤整个布置应尽量减少占地面积；

5.2车间布置设计的步骤

1、建筑初步设计或建筑方案轮廓设计；

2、在厂房平面图上进行设备的布置设计。

5.3设备布置设计的方法和步骤

5.3.1设备布置图的表示方法

1、当车间范围较大，以车间为单位绘制图样不能清晰和详细表达时，则应绘制该车间的首页图，然后按首页图上所划分的区域再分别绘制其设备布置图。

2、当车间范围不很大，应以车间为单位绘制设备布置图。

3、绘图比例通常采用1：

100，图幅一般采用一号幅面。

当绘制工艺流程图时，应采用加长图，加长长度以图幅长度的八分之一的整数倍来加长。

4、设备布置图一般以平面为主，当厂房为多层时，应分别绘制出各层的平面布置图，即每层厂房绘制一张平面图。

若在一张图纸内绘制几层平面图时，应以0.00平面开始画起，由下而上从左至右顺序排列。

在平面图下方各注明其相应标高，并在图名下划一粗实线。

5、剖视图在保证充分表达清楚的前提下，剖视图的数量应尽可能少，但最少要有一张。

在剖视图中根据剖切位置和剖视方向，表达出厂房建筑的墙、柱、地面、屋面、平台、楼梯、栏杆以及设备基础、操作平台支架高度等方向的结构和相对位置。

6、建筑物及其构件用中实线画出，对承重墙、柱子等结构，要按建筑图要求用细点划线画出其建筑定位轴线。

7、设备、设备的金属支架、电机及其传动装置等，都应以粗实线或粗虚线画出其外形轮廓。

设备管口可用中实线单线表示。

8、标注厂房建筑物的总长度、总宽度尺寸；标注建筑物的跨度与柱距尺寸；标注建筑定位轴线，在图形与尺寸线外，于各轴线的端部画出直径为8～10毫米的细线圆，使之成水平方向或垂直方向列。

在水平方向自左至右顺序注以1、2、3……等相应编号，在垂直方向自下而上顺序注以A、B、C……等相应编号。

9、设备只标注安装定位尺寸。

水平定位尺寸一般以建筑定位轴线为基准，注出其与设备中心线的距离。

高度方向尺寸，一般以标注设备基础面或设备中心线（卧式设备）的标高。

10、设备的名称与位号在平面布置图和剖视图上都需要标注，而且应于工艺流程图相一致。

5.3.2设备布置图的绘制方法步骤

1、考虑设备布置图的视图配置；

2、选定绘图比例，确定图纸幅面；

3、绘制平面布置图：

画建筑定位轴线；画与设备安装布置有关的厂房建筑基本结构；按照定位尺寸，画设备中心线；画设备、支架、基础、操作平台等的轮廓形状；标注尺寸；标注定位轴线编号及设备位号、名称。

4、绘制剖视图；

5、编制设备一览表，注写有关说明，填写标题栏；

6、检查、校核、完成图样。

6工艺管道布置设计

6.1工艺管道设计的依据、内容

工艺管道设计的依据：

生产工艺流程图；设备平面、剖面布置图和管口方位图；设备施工图；物料衡算和热量衡算资料；厂房建筑平面与剖面图；厂区地质情况（地下水位和冻土层）。

工艺管道设计的内容：

管道的设计计算；管道布置图；管架、特殊管件等的制造图；管道安装材料明细表；管道施工说明书。

6.2工艺管道设计的要求与步骤

工艺管道设计的要求：

经济性，操作及运转性，安全性，维护检修，施工性，充分考虑造型美观，防止污染问题。

工艺管道设计的步骤：

①选择管材；②确定管径和管壁厚度；③选择阀门和管件；④进行管道布置；⑤完成管道设计的其它工作（管道支架；补偿器；保温与防腐设计）；⑥绘制管道布置图；⑦编制管道安装材料明细表；⑧编制管道施工说明书。