第1页：第十四章生化生产工艺设计章首
第十四章生化生产工艺设计。本章讲解生化工厂工艺流程的设计原则、任务、方法与流程图的绘制步骤。
第2页：第十四章教学内容与教学安排
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
教学方法为课堂讲授、参观、讨论，教学时数 4 学时。
第3页：工艺设计在工厂设计中的主导作用
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。
第4页：生化工厂工艺设计的范围
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和要求。由此可见，生产工艺设计是整个工厂设计的基础。
第5页：工艺流程设计反映的内容
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：
- 物料和能量的变化
- 物料的流向
- 产品生产所经历的工艺过程和使用的设备仪表
第6页：工艺流程设计是设计的核心
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，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。
第7页：生产方法的选择是设计质量的关键
14.1 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
第8页：工艺流程选择原则之一：技术上先进性
一、工艺流程的选择原则应突出三点：
- 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。
第9页：工艺流程选择原则之二：经济可靠性
- 2、经济可靠性
- 是指所选择的生产方法和工艺流程是否成熟可靠——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。
第10页：工艺流程选择原则之三：结合国情
- 3、结合国情
- 中国是发展中国家，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。
- 中国人的消费水平及各种化工产品的消费趋势
- 中国化工机械设备及电气仪表的制造能力
- 中国化工生产所用的原材料、设备所用金属材料的供应情况
第11页：结合国情的其余因素与综合衡量
结合国情的其他方面：
- 中国环境保护的有关规定和三废排放情况
- 劳动就业与化工生产自动化的关系
- 资金筹措与外汇贮备情况
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。
第12页：工艺流程设计的任务
二、工艺流程设计的任务：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。
第13页：流程设计的两个方面
流程设计包括两个方面：
- 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
- 绘制工艺流程图，以图解形式表示生产过程：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，再进一步图解表示出化工管道流程和计量控制流程
第14页：设计注意事项（一）
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，应注意以下几个问题：
- 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
- 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，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
第15页：设计注意事项（二）
- 确定操作条件：为使每个过程、每台设备正确起到预定作用，应当确定整个生产工序或每台设备各个不同部位要达到和保持的操作条件
- 确定控制方案：为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
第16页：设计注意事项（三）
- 合理利用原料及能量：计算整个装置的技术经济指标，合理做好能量回收与综合利用、降低能耗，据此确定水、电、蒸汽和燃料的消耗
- 制定三废的治理方法：除产品和副产品外，对全流程排出的三废要尽量综合利用，无法回收利用的须妥善处理
- 制定安全生产措施
第17页：工艺流程设计方法的总体思路
三、工艺流程设计方法：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，只需局部改进或局部采用新工艺
- 新开发技术在设计上称为概念设计
无论哪种情况，一般工艺流程都可分为原料处理、反应过程、产后处理等以下几个重要部分。
第18页：原料处理与反应过程的设计
- 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
- 反应过程：根据反应过程的特点、产品的要求、物料特性、基本工艺条件来决定采用生化反应器的类型和决定连续还是间歇性操作
第19页：产后处理的设计
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：
- 副反应的发生
- 多组分平衡，过剩原料回收分离
- 有害杂质净化
- 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
第20页：产品的后处理与未反应物利用
- 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
- 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
第21页：三废治理与公用工程配套
- 确定“三废”排出物的处理措施：排放的三废加以回收，无法回收的应妥善处理，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
- 确定公用工程的配套措施：生产中必须使用的工艺用水（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、采暖通气等密切配合
第22页：操作控制方案与安全生产、保温防腐
- 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
- 安全生产措施：根据物料性质和生产特点，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、阻火栓等以保证安全生产
- 保温、防腐的设计：这是工艺流程设计的最后一项工作，也是施工安装的最后一道工序，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需要保温和防腐
第23页：生产方法和工艺流程确定的准备阶段
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。
第24页：资料搜集的主要内容
具体收集的内容主要有以下几个方面：
- 国内外生产情况，生产方法及工艺流程
- 原料来源及产品应用情况
- 试验研究报告
- 安全技术及劳动保护措施
- 综合利用及三废处理
第25页：资料搜集的其余内容
- 生产技术是否先进，生产连续化、自动化程度
- 设备的大型化及制造、运输情况
- 基本建设投资、产品成本、占地面积
- 水、电、汽、燃料的用量及供应，主要基建材料的用量及供应
- 厂址、地质、水文、气象等资料
- 车间（装置）环境与周围的情况
第26页：设备的三种类型与落实
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：
- 国内已有定型产品
- 进口产品
- 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
第27页：14.2 工艺流程设计的任务
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。
第28页：流程设计的两个方面（复习）
流程设计包括两个方面：
- 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
- 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，再进一步图解表示出化工管道流程和计量控制流程
第29页：设计应注意的七个问题
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：
- 确定整个流程的组成
- 确定每个过程或工序的组成
- 确定操作条件
- 确定控制方案，选用合适的控制仪表
- 合理利用原料及能量，计算出整个装置的技术经济指标
- 制定三废的治理方法
- 制定安全生产措施
第30页：工艺流程设计的三个阶段
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三个阶段：
- 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
第31页：生产工艺流程示意图
- 生产工艺流程示意图
- 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。
第32页：
本页源文件未提取到文字内容，仅有图片（应为味精生产工艺流程示意图）。建议对照原课件图片补充本页要点说明，并按前后页顺序核对其在流程设计步骤中的位置。
第33页：带控制点的流程示意图实例
实际设计中，有时还需画出带控制点的工艺流程示意图。图 14-2 为带控制点的味精生产工艺流程示意图。
第34页：带控制点示意图的定义与作用
- 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、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、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。
第35页：
本页源文件未提取到文字内容，仅有图片（应为带控制点的工艺流程草图）。建议对照原课件图片补充本页要点说明，并按前后页顺序核对其在流程设计步骤中的位置。
第36页：工艺流程草图与物料平衡计算
- 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。
第37页：设备设计的两个阶段
一般来说，设备设计分为两个阶段：
- 第一阶段：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：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，即开展工艺流程草图的设计。工艺流程草图由物料流程、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 14-3 为初步设计阶段提供的带控制点的工艺流程草图。
第38页：
本页源文件未提取到文字内容，仅有图片（应为带控制点的工艺流程草图）。建议对照原课件图片补充本页要点说明，并按前后页顺序核对其在流程设计步骤中的位置。
第39页：工艺流程施工图
- 工艺流程施工图
- 其内容接近于工艺流程草图，但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 14-4 为施工设计阶段提供的带控制点的工艺流程图。
第40页：
本页源文件未提取到文字内容，仅有图片（应为施工设计阶段的带控制点工艺流程图）。建议对照原课件图片补充本页要点说明，并按前后页顺序核对其在流程设计步骤中的位置。
第41页：流程设计与各专项计算交叉进行
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。
第42页：多方案比较的判断依据
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、占地面积；前提是原始信息不变、过程操作参数不变，如温度、压力、流速、流量。
第43页：教学内容小结
小结：今天的教学内容主要是生产方法的选择、生产流程设计的原则和生产工艺流程设计的步骤。
第44页：本章作业
作业：
