工艺流程设计及其CAD

第四章 工艺流程设计及其CAD,工艺流程设计是食品工艺设计的一项非常重要的环节。选用先进合理的工艺流程并进行正确设计对食品工厂建成投产后的产品质量、生产成本、生产能力、操作条件等产生重要的影响。,工艺流程设计是原料到成品的整个生产过程的设计。是根据原料的性质、成品的要求把所采用的生产过程及设备组合起来，并通过工艺流程图的形式，形象地反映了食品生产从原料到成品（产品）的整个生产过程，其中包括物料及其理化特性的变化、物料的流向以及生产中所经历的工艺过程和使用的设备仪表。 工艺流程设计用图表示就称之为“工艺流程图” 可以说：工艺流程图集中地概括了整个生产过程的全貌。 工艺流程设计是工艺设计的核心。,在整个设计中，设备选型、工艺计算、建筑结构设计、设备布置等工作都与工艺流程有直接关系。只有流程确定后，其他各项工作才能开展；工艺流程设计涉及各个方面，而各个方面的变化又反过来影响工艺流程设计，甚至使流程发生较大的变化。 因此，工艺流程设计动手最早，而往往不是最早结束。,生产方法的选择和工艺流程的确定 工艺流程设计的任务、方法和原则 工艺流程设计的内容 基本单元的流程设计 工艺流程图的绘制,主要内容,第一节 生产方法的选择 和工艺流程的确定,针对不同的原料特性和不同的产品（成品）需求，可能存在多种生产方法：同一种生产方法，又存在多种工艺流程可供选择。,生产方法和工艺流程的选择是决定整个工艺设计质量的关键。,一、概述,在很多情况下，生产同一产品（成品）可以采用不同原料，经过不同生产工艺路线而制得；而同一原料，也可采用不同生产工艺路线，制成不同产品（成品）；而且同一生产工艺路线中也可以采用不同的设备装置。,因此生产方法和工艺流程的选择必须经过慎重的、精细的和科学的，而且可能是多次反复的： 分析 对比 论证 修订,二、生产方法和工艺流程选择的原则,1、先进性和科学性 主要是指技术上的先进性和经济上的合理可行。 技术水平先进合理 应优先采用机械化、连续化作业生产线，以保证半成品不发生变色、变味、变质，节约能耗，降低成本。 经济合理性 尽量选择投资少、能耗低、成本低、产品得率高的生产工艺。,2、可靠性和可发展性 可靠性是指所选择的生产方法和工艺流程是否成熟可靠。同时必须充分考虑项目的可持续发展。 如果采用的技术不成熟，就会影响工厂正常生产，甚至不能投产，造成极大地投资浪费。对于尚在试验阶段的新技术、新工艺、新设备应慎重对待。应坚持一切经过试验的原则，不允许把未来的生产厂当做试验工厂进行设计。另外，对生产流程的改革也应采取既要积极又要慎重的态度且不能有侥幸心理。 慎重对待传统生产工艺 一些名、特、优的产品生产不得随意改动；若需改动，必须经反复试验，经专家鉴定认可后，方可采用。,3、适用性和灵活性 首先，必须结合国情。中国是一个发展中的社会主义国家，在进行工厂设计时，不能单纯从技术观点或科学观点考虑问题，应从具体情况出发综合考虑具体问题。 其次，必须在针对特定原料和产品（成品）具有良好的适应性的基础上，具有良好的灵活性。根据原料的加工特性，选择易于加工，原料消耗少，营养损失低的工艺路线；根据产品规格要求及有关标准来选择加工产品的工艺路线；,4、政策性和规划性 古人云：“顺者昌，逆者亡”。 相关法律、法令、法规； 国家政策、规划、布局； 行业政策、规划、布局； 地方政策、规划、布局； 国际贸易政策、法规、质量规范。,上述几项原则必须在生产方法和工艺流程选择中全面衡量，综合考虑一种技术的应有的长处，和相应的短处。设计人员必须采取全面分析对比的方法，并根据建设项目的具体要求，选择其中不仅对现在有利，而且对将来有利的工艺技术，竭力发挥有利的一面，设法减少不利的因素。,三、生产方法和工艺流程确定的步骤,确定生产方法，选择工艺流程一般要经过三个阶段。 1、搜集材料，调查研究 这是确定生产方法和选择工艺流程的准备阶段。在此阶段，要根据建设项目的产品方案及生产规模，有计划、有目的地搜集国内外同类型生产厂的有关材料，包括技术路线特点、工艺参数、原材料和公用工程单耗、产品质量、三废治理及各种技术路线的发展情况与动向等技术经济资料。,具体收集的内容主要有以下几个方面。 国内外生产情况，各种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、学术论文、技术专利； 安全技术及劳动保护措施； 综合利用及三废处理；,生产技术是否先进（拟采用生产技术的水平）； 设备的标准化和定型化及其制造、运输情况、自动化程度； 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、地址、水文、气象等资料；,2、落实设备 设备是完成生产过程的重要条件，是确定技术路线和工艺流程时必须要涉及到的因素，在搜集资料过程中，必须对设备予以足够重视。对各种生产方法中所用的设备，分清国内已有定型产品的、需要进口的及国内需要重新设计制造的三种类型，并对设计制造单位的技术力量、加工条件、材料供应及设计、制造的进度加以了解。,3、全面对比 全面分析对比的内容很多，主要比较下列几项： 几种技术路线在国内外采用的情况及发展趋势； 产品的质量情况； 生产能力及产品规格； 原材料、能量消耗情况； 建设费用及产品成本； 三废的产生及治理情况； 行业背景、政策背景等支撑状况；,第二节 工艺流程设计的任务、方法和原则,当生产工艺路线选定之后，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)基本面貌的关键性的步骤，对工艺计算、设备设计和配套设计等单项设计也起着决定性的作用。,一、流程设计的任务,工艺流程设计的主要任务包括两个方面： 一是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，达到由原料制得所需产品的目的； 二是绘制工艺流程图，要求以图解的形式表示生产过程中，当原料经过各个工序或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，以及采用了哪些过程和设备，再进一步通过图解形式表示出加工工艺流程和计量控制流程。,为了使设计出来的工艺流程能够实现优质、高产、低消耗和安全生产，应按步骤逐步解决以下问题。 (1) 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。应确定采用多少生产过程或工序来构成全过程，确定每个单元过程的具体任务（即物料通过时要发生什么物理变化、化学变化以及能量变化），以及每个生产过程或工序之间如何连接。 (2) 确定每个过程或工序的组成。应采用多少和由哪些设备来完成这一生产过程，以及各种设备之间应如何连接，弄明确每台设备的作用和它的主要工艺参数。,(3) 确定操作条件。为了使每个过程、每台设备正确地起到预定作用，应当确定整个生产工序或每台设备的各个不同部位要达到和保持的操作条件。 (4) 控制方案的确定。为了正确实现并保持各生产工序和每台设备本身的操作条件，及实现各生产过程之间、各设备之间的正确联系，需要确定正确控制方案，选用合适的控制仪表。 (5) 合理利用原料及能量。计算出整个装置的技术经济指标应当合理地确定各个生产过程的效率，得出全装置的最佳总收率，同时要合理地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。,(6) 制定三废的治理方法。除了产品和副产品外，对全流程中所排出的三废要尽量综合利用，对于那些暂时无法回收利用的，则须进行妥善处理。 (7) 制定安全生产措施。应当对设计出来的机械装置在开车、停车、长期运转以及检修过程中，可能存在哪些不安全因素进行认真分析，再遵照国家的各项有关规定，结合以往的经验教训，制订出切实可靠的安全措施，例如设置安全阀、阻火器和事故贮槽等。,二、工艺流程设计的方法与原则,首先要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。 通常，将一个工艺流程分为若干个重要的组成部分（工序），例如：原料预处理过程（清理工序）、（若干）主要加工过程（反应过程）、产物（在制品、产品）的后处理和三废的处理过程等。,1、原料处理过程 在主加工之前，需要对物料进行必要的预处理，根据主加工特征，在加工之前对原料提出工艺条件要求，如纯度、温度、压力、加料方式等。 2、主加工过程 根据加工过程的特点、产品的要求、物料特性、基本工艺条件来决定采用何种加工装置类型和决定连续还是间歇性操作。 3、产后处理 根据加工特性和产品质量要求，实际过程可能会出现下列情况 ： （1）副产物的产生。 （2）过剩原料回收分离。 （3）有害杂质净化。 （4）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。,4、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。 5、未加工或利用的物料以及副产品的处理 要根据特点、设计相应的单元操作过程。 6、确定“三废”排出物的处理措施 排放的三废,无法回收应妥善处理，达到排放标准。做到“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。,7、确定公用工程的配套措施 生产中必须使用的工艺用水（包括作为原料的软水、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、采暖通气都是必须密切配合。 8、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。,9、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、阻水栓等以保证安全生产。 10、保温、防腐的设计 这是工艺流程设计的最后一项工作，也是施工按装的最后一道工序，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面要保温和防腐。,实例小麦加工清理工艺流程,杂质及相应清理设备？,小麦中的杂质,在生长期，由于雨水过多导致发芽、发霉的小麦和受虫害、病害的小麦，以及一些杂草的种子（如荞籽等） 。 在收割期，由于没有专用的晒场，一些麦秆、石子、土块等杂质都会混入小麦中 。 在贮存期，小麦会发热、发霉，以及一些杀虫剂会混入 。,小麦清理常用的方法,（1）风选法利用小麦与杂质的空气动力学性质的不同进行清理的方法称为风选法。空气动力学性质一般用悬浮速度表示。风选法需要空气介质的参与。常用的风选设备有垂直风道和吸风分离器等。（2）筛选法利用小麦与杂质粒度大小的不同进行清理的方法称为筛选法。粒度大小一般以小麦和杂质厚度、宽度不同为依据。筛选法需要配备有合适筛孔的运动筛面，通过筛面与小麦的相对运动，使小麦发生运动分层，粒度小、比重大的物质接触筛面成为筛下物。常用的筛选设备有振动筛、平面回转筛、初清筛等。,小麦清理常用的方法,（3）比重分选法 利用杂质和小麦比重的不同进行分选的方法称为比重分选法。比重分选法需要介质的参与，介质可以是空气和水。利用空气作为介质的称为干法比重分选；利用水作为介质的称为湿法比重分选。干法比重分选常用的设备有比重去石机、重力分级机等，湿法比重分选常用的设备有去石洗麦机等。,小麦清理常用的方法,（4）精选法 利用杂质与小麦的几何形状和长度不同进行清理的方法称为精选法。利用几何形状不同进行清理需要借助斜面和螺旋面，通过小麦和球形杂质发生的不同运动轨迹来进行分离。常用的设备有荞籽抛车等。利用长度不同进行清理需要借助有袋孔的旋转表面。短粒嵌入袋孔被带走，长粒留于袋孔外不被带走，从而达到分离的目的。常用的设备有滚筒精选机、碟片精选机、碟片滚筒精选机等。,小麦清理常用的方法,（5）撞击法 利用杂质与小麦强度的不同进行清理的方法称为撞击法。发芽、发霉、病虫害的小麦、土块以及小麦表面粘附的灰尘，其结合强度低于小麦，可以通过高速旋转构件的撞击使其破碎、脱落，利用合适的筛孔使其分离，从而达到清理的目的。撞击法常用的设备有打麦机、撞击机、刷麦机等。,小麦清理常用的方法,（6）磁选法 利用小麦和杂质铁磁性的不同进行清理的方法称为磁选法。小麦是非磁性物质，在磁场中不被磁化，因而不会被磁铁所吸附；而一些金属杂质（如铁钉、螺母、铁屑等）是磁性物质，在磁场中会被磁化而被磁铁所吸附，从而从小麦中被分离出去。磁选法常用的设备有永磁滚筒、磁钢、永磁箱等。,小麦清理常用的方法,（7）碾削法 利用旋转的粗糙表面（如砂粒面）清理小麦表面灰尘或碾刮小麦麦皮的清理方法称为碾削法。碾削法常用于剥皮制粉。通过几道砂辊表面的碾削可以部分分离小麦的麦皮，从而可以缩短粉路，更便于制粉。碾削法常用的设备有剥皮机等。 除了以上七种方法外，还有根据颜色不同的光电分选法，使用的设备为色选机。由于该设备价格昂贵，目前应用还不普遍,小麦清理流程的重要意义，就在于依靠该工作进程，来保证面粉的纯度达到甚至超过国家规定的标准，改善小麦的制粉性能，稳定入磨小麦的质量，从而为制粉生产创造高产、优质、低耗的条件。小麦加工清理工艺流程设计的基本原则如下：,小麦加工清理工艺流程设计的基本原则,1、积极采用成熟的先进技术、先进经验和先进设备； 2、首先清除危害性大的杂质。例如磁性杂质、体积较大的沙石、麻绳头等。这些杂质对设备的安全运行有较大的影响，必须先除去。 3、先易后难、先综合后单项。选用综合除杂能力强的设备，将容易分离的大小杂质、轻杂首先清除，再清除并肩杂和表面杂质。 4、优先选用体积小、效率高、性能可靠的新型设备。设备技术定额的确定，要从实际出发，既先进又可靠。,5、工艺要有一定的灵活性。以适应加工原料品质的变化。 6、最大限度地发挥除杂效率。除杂方法要完善，并合理安排各种设备在流程中的位置，以便提高清理工艺的综合除杂效果。 7、配置完善、切实可行的小麦调质工段。以适应不同性质、不同地域特点的小麦调质。 8、保证工艺过程的连续性。根据工艺设计要求，选择产量匹配的设备、配备合理的技术参数。,9、节约投资、降低消耗。结合厂房建筑，做到合理布局，尽量减少物料的输送环节。 10、要有完善的除尘、防爆措施，有效的降噪、减震功能。保护环境，保证生产安全，确保劳动卫生。 11、根据杂质的种类及数量，安排必要的下脚处理设备。以回收低劣小麦，提高利用率，减少浪费。,为保证清杂的效果，将承担相应清理任务的工艺设备按一定的规律组合起来，即为小麦的清理工艺。 小麦清理工艺根据其使用设备的不同，分为干法清理工艺、湿法清理工艺和脱皮清理工艺三种。,小麦加工清理工艺流程实例,SCY型系列初清筛初清筛是一种用途很广的预清理筛选设备，它可以有效地分离各种大杂质，例如秸秆、石块、砖块、土块、绳头、木片等，以便物料顺利通过其它设备和方便输送，防止大杂对设备造成堵塞和故障损坏 TCXT永磁滚筒结构简单，安装容易，运行可靠，常年使用磁力不衰，是目前较为理想的，己经得到广泛应用的新型磁分离除铁设备 TQLZ振动清理筛用途及特点：主要用于清理小麦、玉米、稻谷、油料等物料中的大小杂质。清理效果好，产量大、体积小、调节方便。与循环风选器配套使用，效果更佳。 TQs100吸式去石机 FJXZ-63-YQ 碟片滚筒精选机用于小麦清理，从小麦中分离出燕麦、大麦、荞子和其它小颗粒杂质，它是根据筛选物的长度进行筛选的。FDMW系列卧式打麦机 TQLM180平面回转筛平面回转筛主要用于制粉、饲料、碾米、化工、榨油等行业的原料清理或分级。通过更换不同孔径的筛片，可清理小麦、玉米、稻谷、油料等多种颗粒状物料中杂质。 本机单位筛宽流量大，清理效率高，平面回转运动平稳，噪声低，带吸风，卫生条件好。 TSYZ-22三叶强力着水机是面粉厂小麦清理流程中对小麦进行水份调节的重要设备，它能稳定小麦着水量，使着水后小麦麦粒水份均匀，改善研磨性能，增强麸皮韧性，降低麸皮和胚乳的粘结力，提高研磨和筛理效率，有利于提高出粉率和粉色质量。 LSS系列旋转输送机 SJM22型喷雾着水机由于着水小麦在润麦仓中停留时间长,整个麦粒水分分布已经较均匀。相对胚乳而言,麦皮水分低,研磨时易破碎,致使碎鼓量增加,影响制粉效果。在小誉入穷阶进行微最着水,适时润麦,使小麦麦皮变韧,对生产低灰分面粉是有利的。,第三节 工艺流程设计的内容,生产方法确定以后，就开始工艺流程的设计。有如下内容： （一）确定生产线数目 根据产品方案及生产规模，视生产实际情况，结合投资大小，确定生产线及生产线数目。如果产量大，可采用几条生产线，以便生产调剂，设备护理等。,第三节 工艺流程设计的内容,（二）确定生产线自动化程度 生产线有间歇和连续两种。在确定生产线自动化程度时，根据生产特点和技术成熟性，结合生产规模，一般采用先进、经济、合理的自动化生产线，高品质产品生产配以自动化在线检测，以保证产品质量。 （三）工艺流程图的设计 工艺流程图的设计主要包括工艺流程框图设计，初步设计阶段的工艺流程设计和施工阶段的工艺流程设计三个阶段。,（三）工艺流程图,把各个生产单元按照一定的目的要求，有机地组合在一起，形成一个完整的生产工艺过程，并用图形描绘出来，即是工艺流程图。 属于工艺流程图性质的图样有若干种，它们都用来表达工艺生产流程。由于它们的要求各不相同，所以在内容、重点和深度方面也不一致，但这些图样之间是有密切联系的。,生产流程示意图又称工艺流程框图，在物料衡算前进行。 主要是定性表述由原料转变为半成品的过程及应用的相关设备。它只是定性的生产工艺表述，不要求正确的比例绘制。主要包括生产过程中需要经过哪些单位操作，各单位操作中的流程方案及所需型号的表述。 内容包括工序名称、完成该工序工艺操作手段（手工或机械设备名称）、物料流向、工艺条件等。 在方框图中，应以箭头表示物料流动方向，其中以粗实线表示物料由原料到成品的主要流动方向，细实线表示中间产物，辅助料,废料的流动方向。,1、工艺流程示意图,乳品生产工艺流程框图,味精生产工艺流程框图,PET果汁饮料生产工艺流程示意图,2、初步设计阶段的工艺流程图,初步设计阶段的工艺流程图亦可称为工艺流程草图。它是在方框图的基础上经过物料横算、能量计算以及设备选型后绘制的。在图样内容的表达上比工艺流程框图更为全面。 工艺流程图是反映设计计算某些结果的图样。它既可用作提供审查的资料，又可作为进一步设计的依据，并且还可供今后生产操作时参考。在生产工艺比较简单的情况，也可作为施工只用。,工艺流程图的图样采用展开图形式，按工艺流程顺序，由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，一般有设备示意图、物料流程线、标注和图例、标题栏及设备一览表组成。,2、初步设计阶段的工艺流程图,啤酒生产工艺流程图,羊屠宰加工工艺流程图,纯净水加工工艺流程图,果汁、酱类生产线,3、施工图阶段的工艺流程图,施工工艺流程图亦称带控制点工艺流程图或工艺管道及仪表流程图，是工程设计的重要图种。它在工艺流程图的基础上绘制的，内容更为详细，其主要目的和作用是清楚地标出设备、配管、阀门、仪表以及自动控制等方面的内容和数据。它是设计与施工的依据，也是操作运行及检修的指南。,3、施工图阶段的工艺流程图,其主要内容包括：,矿泉水带控制点工艺流程图,冰淇淋、酸奶、含乳等带控制点工艺流程,