第三章工艺流程设计第一节概述工艺流程设计和车间布置设计是工艺设计的两个主要内容，是决定工厂的工艺计算、车间组成、生产设备及其布置的关键步骤。

生产工艺流程设计在整个工艺设计中最先开始，但随着工艺及其他专业设计的展开，通常需要对初步的工艺流程设计进行局部修改，所以几乎是最后才完成。

生产工艺流程设计的主要任务包括两个方面：其一是确定由原料到成品的各个生产过程及顺序，即说明生产过程中物料和能量发生的变化及流向，应用了哪些生物反应或化工过程及设备。

其二是绘制工艺流程图。

在发酵生产过程中，原料往往不是直接变成产品，而是通过一系列的半成品或中间产品再变成成品，同时还有副产品和废液、废渣等生成，“三废”必须严格治理。

因为工艺流程设计是最关键的设计，与其他专业设计息息相关，所以需要由浅人深和分阶段进行。

同时必须经过反复推敲，精心安排和计算，不断修改和完善，才能完成设计任务。

生产工艺流程的设计往往经历三个阶段，即：生产工艺流程示意图、生产工艺流程草图、生产工艺流程图。

具体地说，生产方法和生产规模确定后就可以开展设计生产工艺流程示意图。

工艺流程示意图作出后，就可以进行物料衡算和能量衡算以及部分设备计算和选型。

待设备设计全部完成后，再修改、充实工艺流程草图，根据流程草图和设备设计进行车间布置设计。

根据车间布置图再来修改工艺流程草图，最后得出生产工艺流程图。

当然上面介绍的示意图、草图、流程图的设计程序并非一成不变，还需根据设计项目的难度、技术的成熟程度、设计人员水平及实践经验等多方面因素决定。

若设计人员经验丰富，而且是难度不大、技术成熟的项目，甚至可以一次完成生产工艺流程图的设计。

第二节生产方法的选择和工艺流程的设计原则生产工艺流程设计是整个工艺设计的基础，工艺流程图是指导施工的重要图纸。

通常，生产方法的选择和工艺流程设计，是决定设计成败的关键工作。

一、生产方法的选择生产方法即工艺路线的选择，是生物工程工厂设计的关键步骤。

一般要对可选择的各种生产方法进行全面的比较分析，从中选出技术先进、经济合理的工艺路线，以保证项目投产后能达到高产、低耗、优质和安全运转。

以发酵工厂为例，介绍选择生产方法的主要依据。

1．原料来源、种类和性质如需应用进口原料如啤酒生产的麦芽，则必须采取先进的生产方法和技术，以保证生产出高质量的产品，供出口或内销。

原料的种类和性质不同，则生产方法也要相应改变。

对酒精生产，采用糖蜜或淀粉作原料，则工艺路线就大不相同。

即便是淀粉质原料，也有谷类、薯类原料和野生植物淀粉质原料之分，其工艺流程也有一定差异。

2.产品的质量和规格糖蜜原料发酵生产三级酒精，可采用两塔式液相过塔蒸馏流程；若生产一级或优级酒精，则必须采用三塔式或多塔式流程。

又如啤酒生产中，淡色啤酒或浓色啤酒的糖化、煮沸工艺就不相同。

3．生产规模工厂的设计生产能力对工艺流程的选择也有影响。

生产规模较小时，可采用分批发酵法；对于大型企业，则采用连续发酵工艺有利于生产过程的机械化、自动化和稳产高产的实现。

4.技术水平生产方法的选择也必须考虑技术水平。

如酒精生产，连续发酵技术要求较高的操作技术，而间歇生产则较易掌握。

又如味精生产，应用糖蜜原料发酵谷氨酸的方法，具有产酸高、经济效益好的优点，但对菌种和生产技术水平要求严格。

所以生产工艺既要考虑先进性，又要保证切实可行。

5.建厂地区的自然环境如在热带地区建厂，就必须配套冷冻系统，才能保证正常发酵的温度要求。

6.经济合理性对选用的生产方法应切实做好技术经济指标的比较，尽量选用投资省、生产效率高、能耗低的生产方法，以获得良好经济效益。

二、工艺流程的设计原则进行工艺流程设计，必须考虑以下几项原则：（1)保证产品质量符合国家标准，外销产品还必须满足销售地区的质量要求。

（2）尽量采用成熟的、先进的技术和设备。

努力提高原料利用率，提高劳动生产率，降低水、电、汽及其他能量消耗，降低生产成本，使工厂建成后能迅速投产，在短期内达到设计生产能力和产品质量要求，并做到生产稳定、安全、可靠。

例如，味精厂糖化车间工艺流程设计，以前采用酸法糖化或酶酸法糖化的工艺流程。

现在应采用较先进的双酶法糖化工艺流程，它明显优于传统的酸法或酶酸法糖化工艺。

采用耐高温a一淀粉酶喷射液化及高转化率液体糖化酶糖化生产工艺，有着转化率高、糖液质量好、提取率及收得率高的优点。

应用表明，味精行业应用双酶法糖化工艺流程，对大米糖转化率可达到95%以上，比酸法或酶酸法工艺提高3%一5%，所制得的糖液透光率在85%一90%，比酸法或酶酸法提高1倍左右。

啤酒厂糖化车间工艺流程设计中，以前均采用麦汁二段冷却，现在应采用麦汁一段冷却新技术，具有明显的节能效果，比原二段冷却节电40%，节水27%，降低煤耗5％，同时降低载冷剂用量，降低啤酒生产成本。

在啤酒厂成熟啤酒的过滤生产流程设计中，应根据啤酒产品的质量要求，进行过滤设备的不同组合。

如采用硅藻土过滤（单级），啤酒浊度EBC在0.6一0.8。

采用硅藻土过滤、精滤纸板过滤的组合，能明显提高啤酒的光亮透明度，EBC≤0. 5。

采用硅藻土过滤、精滤纸板＊无菌过滤的组合流程，可生产EBC＜0.4的纯生啤酒。

采用硅藻土（加硅胶）过滤}PVPP吸附过滤＊精滤纸板的过滤流程，可酿制高稳定性啤酒。

硅藻土过滤机有三种型式，即板框式、叶片式和烛式过滤机，各有优缺点。

对大型厂以烛式为好，板框式过滤机操作最安全。

近十几年来，我国啤酒、柠檬酸、酒精、酶制剂等行业引进许多先进工艺流程和设备，在进行工艺流程设计时，要充分调查研究，吸收利用国内外先进的工艺流程和设备。

(3)实施清洁生产，有完善的三废治理措施，以减少或消除对环境的污染，并做好三废的回收和综合利用。

（4)确保安全生产，以保证人身和设备的安全。

(5)生产过程尽量采用机械化和自动化，实现稳产、高产。

第三节工艺流程的设计步骤生产方法确定后，即开始工艺流程的设计。

工艺流程图的设计通常要经历三个阶段：（1)生产工艺流程示意图；（2)生产工艺流程草图；（3)生产工艺流程图。

以下进行具体的叙述说明。

一、生产工艺流程示意图生产工艺流程示意图在物料衡算前进行，其主要作用是：定性地表明原料变成产品的路线和顺序，以及应用的过程及设备。

在设计工艺流程示意图时，首先要弄清楚原料变成产品要经过哪些单元操作，其次要确定采用何种操作方式—连续或间歇。

工艺流程示意图可以用简单的设备流程图表示，甚至可用文字示意图表达。

例如啤酒生产的工艺流程示意图可用图3一1表示。

二、工艺流程草图的设计完成工艺流程示意图后，即开展物料平衡计算。

通过物料平衡计算，求出原料、半成品、产品、副产品以及与物料计算有关的废水、废料等的规格、质量和体积等，并据此开始设备设计。

设备设计通常分两阶段进行。

第一阶段的设计内容是：计算、确定计量和贮存设备的容积以及决定这些容积型设备的尺寸和台数等。

第一阶段设备设计完成后，即开展工艺流程草图的设计，并进行第二阶段设备设计与水、电、汽等能量计算。

第二阶段的设备设计主要解决生物反应过程和化工单元操作的技术问题，如过滤面积、传热面积等，对专业设备和通用设备进行设计或选型。

至此，所有设备的规格、型号、尺寸、台数等均已求出，据此对工艺流程草图进行修改和充实，并进行初步平面布置。

（一）工艺流程草图的制图要求工艺流程草图是由物料流程、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c 良草图。

其制图要求如下：（1)应表示出厂房各层楼面的标高。

（2)画出设备示意图，设备的尺寸大小应适当相称且大致形似，并标明其流程号。

(3）画出设备的物料及水、汽、真空、压缩空气、冷冻剂等管线和流动方向，以及管线上的主要阀门及管路附件如过滤器、疏水器等。

(4）画出必要的计量器具和控制仪表，如流量计、压力表、温度计等。

(5）必要的文字注释，如废水的下水道，废料、废气及半成品、副产品的去向等。

(6）附注图例，并按国家规定画出图签、图框。

制图比例大致按1:100进行绘制，如设备过小或过大时则可采用1：50或1：200。

（二）工艺流程草图的绘图步骤作图时，按工艺流程由左至右展开画出，具体步骤为：（1)把各层楼面的地面线用双细线绘出，注上标高。

(2)根据设备所处的相对高度，自左至右用细实线画出各设备的外形轮廓，设备之间留有一定间距。

(3）物料管线用粗实线画出，用箭头标明流向。

(4）水、汽、真空、压缩空气等动力管线用细实线绘出，并标出流向。

(5)画出设备和管道上主要附件、计量和控制仪器以及阀门等。

（6)标注设备流程号和辅助线。

(7)最后写上必要的文字说明。

有关图例和物料代号在本章第四节有专题论述和介绍。

三、工艺流程图的设计当设备设计和工艺流程草图设计完成后，便开始车间布置设计。

在这阶段，可能会发现工艺流程草图设计中某些设备的空间位置不合适，或是个别设备的型式和主要尺寸选取不当，因此需要修改和完善。

经过多次反复逐项审查后，确认设计合理无误后才正式绘制生产工艺流程图。

显然，工艺流程图的内容比工艺流程草图更加全面、完整和合理。

作为正式的设计成果，工艺流程图将被编人设计文件，供上级部门审批和今后施工使用。

生产工艺流程图的例子见本章第四节图3-4和图3一5。

由前所述，工艺流程示意图、生产工艺流程草图和工艺流程图并不是单独完成的，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。

因此，从事工艺设计时，必须全面、综合考虑，思路清晰，有条不紊，前后一致。

只有这样，才能高质量地完成这项复杂叹细致的设计任务。

第四节工艺流程图一、概述工艺流程图是用来表达工艺生产流程的图样，一般有如下几种。

1．全厂总工艺流程图或物料平衡图总工艺流程图，在工厂设计中是为总体说明部分提供的全厂总流程图样。

有的工厂则改称为全厂物料平衡图（如图3一2）。

图上用细实线画成长方框来表示各车间（工段）。

流程线只画出主要物料，用粗实线表示。

流程方向用箭头画在流程线上。

图上还．注明了车间名称，各车间原料、半成品和成品的名称、平衡数据和来源、去向等。

关于图线规格可参阅附录四表1。

2物料流程图物料流程图（如图3一3)一般是在初步设计阶段，完成工艺平衡计算后，在全厂总工艺流程图基础上绘制的。

它是一种以图形与表格结合的形式，反映设计计算结果，表达各车间内部工艺物料流程的图样。

图样采用展开图形式，按工艺流程次序，自左至右画出一系列设备的图形，并配以物料流程线和必要的标注与说明。

在流程上标注出各物料的组分、流量以及设备特性数据等，是这种图样的一个特点。

如无变动，在施工图设计阶段中不再重行绘制。

3．带控制点工艺流程图带控制点工艺流程图是内容较为详细的一种工艺流程图。

在管线和设备上画出配置的某些管件、阀门、自控仪表等有关符号，可供生产和施工、安装使用。

带控制点工艺流程图是工艺设计必须完成的图样。