1、生化生產工藝設計 評價一個工廠設計的優劣最主要是看它采用的生產工藝和技術是否先進可靠、安全適用，以及經濟上是否合理。生產工藝設計是總體設計的主導，它起著貫穿全過程并且組織協調各專業設計的作用，其它配套設計必須根據生產工藝提出的要求，來進行設計。生化工廠工藝設計的范圍是負責全廠生產工藝流程設計和各生產車間的設計，并向配套設計提出設計依據和要求。由此可見，生產工藝設計是整個工廠設計的基礎。 工藝流程設計是化工設計中的重要環節，是每一個化工工作人員必須接觸和了解的內容。 它通過工藝流程圖的形式，形象地反映了化工生產由原料進入系統到產品輸出的全過程，其中包括： （1）物料和能量的變化 （2）物料的流向

2、 （3）產品生產所經歷的工藝過程和使用的設備儀表 工藝流程設計集中表現了整個過程的全貌，是設計的核心。設計工作包括設備選型、工藝計算、設備布置等工作,這些工作都與工藝流程有直接關系。只有確定流程以后，其它工作才能開展，工藝流程涉及各個方面，而各方面的變化又反過來影響工藝流程設計。因此，工藝流程設計動手最早，結束最晚。 14. 生化工藝流程的設計 同一種產品的生產，可以采用不同的生產方法，不同原料，不同的生產線，不同的工藝流程。因此，選擇生產方法是決定設計質量的關鍵一步，必須認真對待。 如果產品只有一種生產方法，無須選擇； 如果產品有幾種生產方法，就需逐個進行分析研究、比較、篩選，作為工藝流程設

3、計的依據。 一、工藝流程的選擇原則工藝流程的選擇原則應突出以下三點： 1、技術上先進性 ： 就是技術上的先進和經濟上的合理可行。具體包括：基建投資、產品成本、消耗定額和勞動生產率等 方面 的內容，應選擇物料損耗小、循環量少，能量消耗小和回收利用好的生產方法。2、經濟可靠性：是指所選擇的生產方法和工藝流程是否成熟可靠（不成熟的工藝技術，會造成極大的浪費）。因此，對于尚 在試驗階段的新技術、新工藝、新設備應慎重對待,要防止只考 慮新的一面，而忽略不成熟、不穩妥的一面，堅持一切經過試驗原則,不允許把未來的生產當作試驗工廠進行設計。 3、結合國情： 中國是發展中的國家，在工廠設計時不能單從技術觀點考慮

4、問題，應結合具體國情例如 ：（1） 中國人的消費水平及各種化工產品的消費趨勢；（2） 中國化工機械設備及電氣儀表的制造能力；（3） 中國 化工生產所用的原材料設備所用金屬材料供應情況；（4） 中國環境保護的有關規定和三廢排放情況；（5） 勞動就業與化工生產自動化關系；（6） 資金籌措與外匯貯備情況 以上三項原則必須在技術路線和工藝流程選擇中全面衡量、綜合考慮。討論1：同種產品生產方法的選擇題目：以玉米秸稈為原料的燃料乙醇生產方法 環節1 水解方式：酸解 or 酶解 環節2 五碳糖與六碳糖發酵技術：只發酵六碳糖還是都發酵？分組辯論：正方 ：5 人反方：5 人裁判組：4人+老師 準備時間：20分鐘

5、辯論時間：20分鐘總結時間：5 分鐘生產方法和工藝流程確定的步驟 確定生產方法和工藝流程要經過幾個階段： 1. 資料搜集與項目調研 這是確定生產方法和選擇工藝流程的準備階段。在此階段，要根據建設項目的產品方案及生產規模，有計劃、有目的地搜集國內外同類型生產廠的有關資料，包括技術路線特點、工藝參數、原材料和公用工程單耗、產品質量、三廢治理以及各種技術路線的發展情況與動向等技術經濟資。掌握國內外化工技術經濟的資料，僅靠設計人員自己搜集是不夠的，還應取得技術信息部門的配合，有時還要向咨詢部門提出咨詢。生產方法和工藝流程的選擇 具體收集的內容主要有以下幾個方面: 國內外生產情況，各種生產方法及工藝流程

6、； 原料來源及產品應用情況； 試驗研究報告； 安全技術及勞動保護措施； 綜合利用及三廢處理； 生產技術是否先進，生產連續化、自動化程度； 設備的大型化及制造、運輸情況； 基本建設投資、產品成本、占地面積； 水、電、汽、燃料及主要基建材料的用量及供應； 廠址、地質、水文、氣象等資料；車間（裝置）環境與周圍的情況。 生產方法和工藝流程的選擇 2. 生產設備類型與制造廠商調研 設備是完成生產過程的重要條件，是確定技術路線和工藝流程時必然要涉及到的因素。在搜集資料過程中，必須對設備予以足夠重視。對各種生產方法中所用的設備，分清國內已有定型產品的、需要進口的及國內需重新設計制造的三種類型，并對設計制造單

7、位的技術力量、加工條件、材料供應及設計、制造的進度加以了解 。生產方法和工藝流程的選擇 3. 對調研結果進行全面分析對比 全面分析對比的內容很多，主要比較下列幾項： 幾種技術路線在國內外采用的情況及發展趨勢； 產品的質量情況； 生產能力及產品規格； 原材料、能量消耗情況； 建設費用及產品成本； 三廢的產生及治理情況； 其他特殊情況。生產方法和工藝流程的選擇 案例分析:1.酒精生產方法18酒精生產原料 (1)薯類原料 甘薯、木薯和馬鈴薯等。 (2)谷物原料 玉米、高梁、大米和小麥等。 (3)糖類原料 廢糖蜜、甘蔗、甜菜等。 (4)纖維原料 森林工業和木材加工工業的下腳料、 農作物秸稈、甘蔗渣、廢

8、纖維垃圾和廢紙漿等。 (5)其他原料 亞硫酸紙漿廢液、淀粉渣等。 19淀粉質原料酒精生產的工藝流程2021課堂提問？SSF發酵？CBP發酵？23邊糖化邊發酵(SSF) 該法的主要優點有（1）首先在纖維素酶的作用下，釋放的葡萄糖由微生物將其轉化為乙醇，消除了葡萄糖因濃度過高對纖維素酶的反饋抑制，提高了糖化效率；（2）可以提高水解速度，且酶的需要量較小；（3）可以得到高的乙醇產量；（4）簡化了設備，降低了能源的消耗，節約了總生產時間。 存在問題：如木糖的抑制，糖化與發酵的溫度不協調等。 現在由同步糖化發酵分離法衍生出了很多類似的發酵新工藝，如（1）同時糖化共發酵法(SSCF)。SSF是纖維素水解與

9、發酵過程同時進行，而SSCF是纖維素水解與己糖發酵同時完成，分離出的戊糖單獨發酵。（2）固定化酶糖化發酵法(CBF）。CBF使用同一種微生物完成纖維素酶的分泌、纖維素的糖化和發酵過程。（3）非等溫同步糖化發酵(NSSF）法。通過熱交換器的熱量傳遞，使纖維素酶糖化階段與酵母發酵階段能夠保持各自的最適反應溫度，很好地解決了纖維素酶糖化與酵母發酵過程中溫度不協調的矛盾。(4) 篩選并采用耐熱酵母，使之能在糖化溫度下進行酒精發酵。 本章思考題1.生化產品生產工藝流程的選擇原則是什么？2.以酒精生產為例說明生產方法和工藝流程確定的步驟？ 生產路線選定之后，即可進行工藝流程設計。它和車間布置設計是決定整個

10、車間（裝置）基本面貌的關鍵性步驟，對設備設計和管路設計等單項設計也起著決定性的作用。 二、工藝流程設計的任務流程設計包括兩個方面：一是確定生產流程中各個生產過程的具體內容，順序和組合方式，由原料制成產品。二是繪制工藝流程圖，以圖解的形式表示生產過程，當原料經過各個單元操作過程制得產品時物料和能量發生的變化及其流向，以及采用哪些化工過程和設備，再進一步通過圖解形式表示出化工管道流程和計量控制流程。 為了使設計出來的工藝流程實現優質、高產、低消耗和安全生產，應注意以下幾個問題： （1）確定整個流程的組成：工藝流程反映了由原料制得產品的全過程。 （2）確定每個過程或工序的組成：采用多少設備和由哪些設

11、備來完成這一生產過程，以及各種設備之間應如何連接，并明確每臺設備的作用和它的工藝參數。 (3)確定操作條件：為了使每個過程、每臺設備正確地起到預定作用，應當確定整個生產工序或每臺設備的各個不同部位要達到和保持的操作條件。 (4)確定控制方案：為了正確實現并保持各個生產工序和每臺設備本身的操作條件，選用合適的控制儀表。 (5)合理利用原料及能量：計算出整個裝置的技術經濟指標，要合理地做好能量回收與綜合利用，降低能耗。據此確定水、電、蒸汽和燃料的消耗。 (6)制定三廢的治理方法：除了產品和副產品外，對全流程中所排出的三廢要盡量綜合利用，對于無法回收利用的，則須進行妥善處理。 (7)制定安全生產措施

12、。 首先確定選定的生產方法是正在生產或曾經運行過的成熟工藝還是待開發的新工藝。成熟工藝可借鑒而需要局部改進或局部采用新工藝的問題。新開發技術，在設計上稱為概念設計無論哪種情況，一般工藝流程部分為以下幾個重要部分。三、工藝流程設計方法1、原料處理過程 主反應確定之后，根據反應特點，對原料提出工藝條件要求，如純度、溫度、壓力、加料方式等。2、反應過程 根據反應過程的特點、產品的要求、物料特性、基本工藝條件來決定采用生化反應器類型和決定連續還是間歇性操作。3、產后處理 根據反應特性和產品質量要求，實際過程可能會出現下列情況 ：（1）副反應的發生。（2）多組分平衡 ，過剩原料回收分離。（3）有害雜質凈

13、化。（4）產物聚集狀態 ，多相混合，需采用不同措施進行處理，有時這些原因是制約生產的關鍵環節。4、產品的后處理 經過分離凈化后的產品 ，有些是下一工序的原料有些可作商品，還有需要后處理，如篩 分、包裝、灌裝、計量、貯存、輸送。這些過程都需要有一定的工藝設計裝置。5、未反應的循環或利用以及副產品的處理 要根據特點、設計相應的單元操作過程。 6、確定“三廢”排出物的處理措施排放的三廢、加以回收，無法回收應妥善處理，達到排放標準。做到“三廢”治理與環保工程。“三廢”治理工藝與生產工藝同時設計、同時施工、同時投產運行。 7、確定公用工程的配套措施 生產中必須使用的工藝用水（包括作為原料的軟水、冷卻水、

14、溶劑用水等）、蒸汽（原料用汽、加熱用汽、動力用汽及其他用汽等）、壓縮空氣、氮氣等以及冷凍、真空都 是工藝中要考慮的配套設施。還要考慮生產用電、上下水、空調、采暖通氣都是必須密切配合。 8、確定操作和控制方案 包括流程中各個單元設備的物料流量（投料量）、組成、溫度壓力，并提出控制方案，以確保產品合格。 9、安全生產措施 根據物料性質和生產特點，在工藝流程中除設備材質和結構安全外，還要設置事故槽、安全閥、放空管、安全水封、防爆板、阻水栓等以保證安全生產。 10、保溫、防腐的設計 這是工藝流程設計的最后一項工作，也是施工按裝的最后一道工序，根據介質的溫度、特性和狀態以及周圍環境狀況決定管道和設備是否

15、面要保溫和防腐。四、生產方法和工藝流程的確定 1、搜集資料，調查研究這個階段是確定工藝流程和選擇生產方法的準備階段，要根據方案和生產規模，有計劃、有目的地搜集國內同類產品生產廠家的有關資料、技術、工藝參數、原材料來源、公用工程單耗、產品質量、規格、三廢治理等資料，應取得信息部門配合，還要向咨詢部門咨詢。具體收集的內容主要有以下幾個方面：（1）、國內外生產情況，生產方法及工藝流程；（2） 、原料來源及產品應用情況；（3） 、試驗研究報告；（4） 、安全技術及勞動保護措施；（5） 、綜合利用及三廢處理；(6)、生產技術是否先進，生產連續化、自動化程度；(7)、設備的大型化及制造、運輸情況；(8)、

16、基本建設投資、產品 成本、占地面積 ；(9)、水、電、汽、燃料的用量及供 應，主要基建材料的用量及供應；(10) 、廠址、地質、水文、氣象等資料；(11)、車間（裝置）環境與周圍的情況。 2、落實設備 設備是完成生產過程的重要條件，對生產中所用設備分清三種類型:（1）國內已有定型產品；（2）進口產品；（3）國內需重新設計制造，并對制造單位的技術力 量、加工條件、材料供應、加工進度加以了解。14.2 工藝流程設計的任務和方法一、工藝流程設計的任務 生產路線選定之后，即可進行流程設計。它和車間布置設計是決定整個車間（裝置）基本面貌的關鍵性步驟，對設備設計和管路設計等單項設計也起著決定性的作用。流程

17、設計包括兩個方面一 確定生產流程中各個生產過程的具體內容，順序和組合方式。二 繪制工藝流程圖，以圖解的形式表示生產過程，當原料經過各個單元操作過程，制得產品時，物料和能量發生的變化及其流向，以及采用哪些化工過程和設備，再進一步通過圖解形式表示出化工管道流程和計量控制流程。 1確定整個流程的組成 2確定每個過程或工序的組成 3確定操作條件：4確定控制方案，選用合適的控制儀表。5合理利用原料及能量 計算出整個裝置的技術 經濟指標。 6制定三廢的治理方法7制定安全生產措施 為了使設計出來的工藝流程實現優質、高產、低消耗和安全生產，應注意以下問題：二、工藝流程設計步驟 生產工藝流程設計牽涉面很廣，其目

18、的是把各個生產過程按一定的順序和要求有機地組合起來，進而繪出生產工藝流程圖來指導設備的安裝和指導生產操作。生產工藝流程的設計需要經歷生產工藝流程示意圖、生產工藝流程草圖、帶控制點的生產工藝流程圖三個階段。 生產工藝流程示意圖 ： 生產工藝流程示意圖是用文字或框圖形式來表明物料、設備的名稱，并以箭頭方式表明物料的流向。它只是定性地標出由原料轉化成產品的路線、流向順序以及生產中采用的工藝過程和設備。 圖14-1為味精生產工藝流程示意圖。 帶控制點的生產工藝流程示意圖：是表示全部工藝設備、物料管道、閥門、設備附件以及工藝和自控儀表的圖例、符號等的工藝流程圖。它是設備布置設計、儀表測量和控制設計的基本

19、資料，并可供施工安裝和生產操作時參考。 工藝流程草圖：完成工藝流程示意圖后，就可開展物料平衡計算，求出原料、半成品、產品、副產品以及與物料計算有關的廢水、廢料的規格、重量和體積等參數，并可根據這些參數開始設備設計。 一般來說，設備設計分為兩個階段。第一階段的設計主要是計算、確定計量和貯存設備的容積以及決定這些容積設備的型號、尺寸和臺數等。第二階段的設計主要是解決生物反應過程和后處理過程中單元操作的技術問題，對專業設備和通用設備進行設計或選型。通常在完成設備設計的第一階段任務后，即開展工藝流程草圖的設計。工藝流程草圖是由物料流程、圖例、設備一覽表以及必要的文字說明所組成，一般是初步設計階段的草圖

20、。 圖14一3為初步設計階段提供的帶控制點的工藝流程草圖 工藝流程施工圖： 工藝流程施工圖的內容接近于工藝流程草圖，但是比工藝流程草圖更加全面、完整和合理。一般來說，在設備設計和工藝流程草圖設計完成后，按程序就可開始車間的設備布置設計。這時往往需要對工藝流程草圖設計中的某些設備的空間位置，或對個別設備的選型等進行修改或完善，重新確認設計的合理性，待多次反復確認設計無誤后，可以正式繪制生產工藝流程圖。 圖14一4為施工設計階段提供的帶控制點的工藝流程圖。 需要指出的是，工藝流程示意圖、工藝流程草圖和工藝流程圖的設計并不是單獨進行的，而必須同物料衡算、能量衡算、設備設計計算以及車間布置設計等交叉進

21、行的。總之 優秀的設計方案是在比較中產生的，進行多方案的比較 ，首先明確判斷依據，如產物收率、原料單耗、能量單耗、產品成本、工程投資、環保、安全、占地面積，前提是原始信息不變，過程操作參數不變，如溫度、壓力、流速、流量。小結： 今天的教學內容主是生產方法的選擇；生產流程設計的原則和生產工藝流程設計的步驟。生產方法和工藝流程選擇原則？工藝流程設計的步驟？作業討論2 以玉米秸稈為原料的燃料乙醇生產工藝流程圖的繪制一、計算機在繪制工藝流程圖中的應用流程圖繪制軟件常用美國Autodesk公司的AutoCAD200 x 。利用其本身強大的開發功能進行了AutoCAD的二次開發，出現了很多專業軟件：例如AspenTech公司Aspen Plus ；加拿大VMG集團(Virtual Materials Gr